Recompresión Mecánica de Vapor: funciones, sistemas y aplicaciones en procesos industriales

Introducción

La recompresión mecánica de vapor (MVR) es una tecnología innovadora que mejora significativamente la eficiencia energética en los procesos de evaporación industrial. Al utilizar el calor latente del vapor, los sistemas MVR reducen el consumo de energía hasta en un 90 % en comparación con los métodos de evaporación tradicionales.

La compresión mecánica de vapor (MVC) es una tecnología avanzada para la evaporación eficiente del agua que utiliza energía mecánica para comprimir el vapor, lo que ofrece un importante ahorro de energía en comparación con los métodos tradicionales de evaporación térmica.

Este artículo se enfoca en las funciones fundamentales de la MVR, sus sistemas operativos y sus diversas aplicaciones en diversas industrias, además de los desarrollos más recientes y cómo estas innovaciones transformarán la reutilización del vapor en sistemas de recuperación térmica.

¿Qué es la Recompresión Mecánica del Vapor?

Este proceso funciona de la siguiente manera: 

1. Se comprime el vapor de baja presión, generalmente vapor de agua, para agregarle energía. 
2. El resultado es un vapor con menor volumen, pero a una temperatura y presión más altas. 
3. El vapor comprimido se utiliza como fuente de calor en la cámara de calentamiento del sistema de evaporación. 
4. El proceso se repite durante el funcionamiento.

La MVR es una técnica empleada para reducir los costos en las operaciones de plantas industriales, ya que permite reutilizar el calor del proceso. Además, se utiliza principalmente en procesos industriales como la evaporación y la destilación, en el tratamiento de aguas residuales. En estos procesos la Recompresión Mecánica del Vapor, permite que el calor del condensador, no se pierde, puede recuperarse y usarse en el proceso de evaporación. 

​El siguiente video explica cómo funciona un Turbo generador por Recompresión Mecánica de Vapor (MVR). Cortesía de: TLT-Turbo.

Funciones de la recompresión mecánica de vapor

Los sistemas MVC funcionan comprimiendo el vapor para aumentar su temperatura y presión, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta pureza en las industrias farmacéutica y química. El proceso se caracteriza por:

1. Eficiencia energética
2. Producción de vapor de alta calidad
3. Potencial de ahorros significativos de energía

La MVR funciona según el principio de comprimir el vapor para aumentar su temperatura y presión, lo que permite reutilizar el vapor recuperado como fuente de calor para evaporar líquidos. Las funciones principales de la MVR incluyen:

1. Recuperación de energía: Los sistemas MVR capturan y reutilizan la energía térmica del vapor que, de otro modo, se desperdiciaría. Este proceso no solo reduce el requerimiento total de energía, sino que también minimiza los costos operativos.
2. Concentración de líquidos: Al comprimir el vapor, el MVR facilita la concentración de diversos líquidos, mejorando la calidad del producto y reduciendo el volumen de desechos.
3. Minimización de desechos: La tecnología MVR es parte integral de los sistemas de Descarga Cero de Líquidos (ZLD), que tienen como objetivo minimizar los efluentes líquidos al concentrar los flujos de desechos a niveles de descarga casi nulos.
4. Reducción del impacto ambiental: La eficiencia de los sistemas MVR conduce a menores emisiones de gases de efecto invernadero y menor consumo de agua, en línea con los objetivos de sustentabilidad en las operaciones industriales.

Sistemas operativos MVR

Los sistemas MVR constan de varios componentes clave que trabajan juntos para lograr una compresión de vapor y una recuperación de calor eficientes:

• Evaporador: La etapa inicial donde se calienta el líquido para crear vapor. Se pueden emplear varios diseños, como evaporadores de película descendente o de circulación forzada, según los requisitos del proceso.
• Compresor de vapor: Este componente comprime mecánicamente el vapor, lo que aumenta su presión y temperatura. Los tipos más comunes incluyen compresores centrífugos, sopladores de desplazamiento positivo (tipo Roots) y compresores de flujo axial.
• Intercambiador de calor: Después de la compresión, el vapor sobrecalentado pasa a través de un intercambiador de calor donde transfiere su calor latente de regreso al líquido de alimentación, lo que facilita una mayor evaporación.
• Separadores: Se utilizan para separar el líquido condensado de la corriente de vapor, lo que garantiza que solo el vapor puro se recicle nuevamente en el sistema.
• Sistemas de control: Los sistemas de control automatizados monitorean y regulan parámetros operativos como temperatura, presión y caudal para optimizar el rendimiento y garantizar la seguridad.

Principio de funcionamiento y beneficios fundamentales

El sistema MVC opera tomando vapor generado a baja presión y comprimiéndolo para alcanzar niveles superiores de presión y temperatura. Este vapor comprimido se reutiliza como fuente de calor en el mismo proceso, eliminando la necesidad de fuentes externas adicionales. Entre los beneficios más destacados, se incluyen:

• Eficiencia energética: Al reciclar el vapor, se minimiza el consumo de energía primaria, lo que puede reducir los costos operativos hasta un 50%.
• Producción de vapor de alta calidad: Ideal para procesos que requieren estándares estrictos de pureza, como la destilación farmacéutica.
• Sostenibilidad: Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y mayor alineación con objetivos medioambientales.

Aplicaciones en procesos industriales de la recompresión mecánica de vapor

La tecnología MVR encuentra una amplia aplicación en varias industrias debido a su versatilidad y eficiencia:

1. Industria química: Se utiliza para la evaporación y concentración de productos químicos, el MVR mejora los procesos de cristalización al tiempo que minimiza los costos de energía.
2. Industria de alimentos y bebidas: El MVR se utiliza para concentrar jugos, productos lácteos (como la leche) y otras sustancias alimenticias, lo que garantiza la calidad del producto y reduce los desechos.
3. Industria farmacéutica: En la fabricación farmacéutica, el MVR se utiliza para concentrar ingredientes activos y solventes, lo que mejora la eficiencia del proceso y, al mismo tiempo, se adhiere a estrictos estándares de calidad.
4. Tratamiento de aguas residuales: Los sistemas MVR son parte integral de los procesos ZLD en el tratamiento de aguas residuales industriales, lo que permite la recuperación de agua de los efluentes y, al mismo tiempo, minimiza el impacto ambiental.
5. Desalinización: En los procesos de desalinización de agua de mar, el MVR ayuda a recuperar agua dulce valiosa de fuentes salinas al concentrar de manera eficiente las soluciones de salmuera.
6. Sector energético: El MVR se utiliza cada vez más en plantas de energía para aplicaciones de recuperación de vapor, convirtiendo el vapor de baja presión en energía utilizable y, al mismo tiempo, reduciendo el consumo de gas natural.

Puesta en marcha y desafíos operativos

El proceso de puesta en marcha de un sistema MVC puede ser complejo y requiere una planificación cuidadosa. Es fundamental garantizar que el sistema se estabilice gradualmente para evitar daños en los componentes y alcanzar la eficiencia óptima. Los pasos clave incluyen:

1. Preparación inicial: Esto incluye verificar la integridad de los sistemas de aislamiento térmico y asegurar un suministro estable de energía externa.
2. Generación de vapor inicial: Utilizando fuentes externas hasta alcanzar las condiciones mínimas necesarias para que el compresor comience a operar.
3. Arranque del compresor: Se introduce una mezcla de aire y vapor, mientras se monitorean parámetros clave como temperatura, presión y caudal.
4. Estabilización: Gradualmente, el sistema realiza una transición hacia una operación autónoma, cerrando válvulas de ventilación y desconectando fuentes externas.

La operación al vacío presenta desafíos adicionales, como el aumento del volumen del vapor expandido, lo que puede incrementar el consumo de energía y requerir un diseño robusto del compresor.

Análisis de rendimiento

Los sistemas de control avanzados mejoran significativamente la eficiencia de los compresores de vapor modernos a través de varios mecanismos clave:

Sistemas de control inteligente: Estos sistemas utilizan análisis de datos en tiempo real para monitorear varios parámetros como presión, temperatura y caudal. Al ajustar continuamente estos parámetros, los sistemas garantizan un rendimiento óptimo del compresor y una eficiencia energética.

Los sistemas de control avanzado incorporan algoritmos de mantenimiento predictivo que detectan problemas potenciales antes de que provoquen averías. Esto minimiza el tiempo de inactividad y los costos de reparación, lo que garantiza un funcionamiento continuo y eficiente.

Optimización de la eficiencia energética

Variadores de velocidad (VSD): La tecnología VSD ajusta la velocidad del motor según la demanda, lo que reduce el consumo de energía durante los períodos de baja demanda. Esta adaptabilidad garantiza que los compresores funcionen con la máxima eficiencia, lo que minimiza el desperdicio de energía.

Control anti-sobretensión: Los sistemas de control anti-sobretensión de alta calidad regulan los parámetros del compresor para mantener un flujo mínimo y evitar condiciones de sobretensión.

Esto garantiza un funcionamiento estable incluso durante las variaciones de carga del proceso, lo que mejora la eficiencia energética general.

Innovaciones tecnológicas en la Recompresión Mecánica de Vapor (MVR)

Algunas innovaciones en la tecnología de MVR son: 

• Cojinetes híbridos de cerámica: En los ventiladores MVR, los cojinetes híbridos de cerámica con aros de acero y rodillos de cerámica requieren menos mantenimiento y tienen un mejor rendimiento operativo. 
• Evaporadores EVALED RV: Son equipos para la evaporación por recompresión mecánica del vapor que se utilizan para tratar grandes cantidades de aguas residuales. 
• Evaporación al vacío por compresión mecánica del vapor: Esta tecnología recupera el calor latente de condensación del destilado para calentar el líquido a evaporar. 

Los ventiladores de recompresión mecánica de vapor (RMV) representan un avance significativo en la eficiencia energética de procesos industriales. A continuación, se muestra la nueva innovacion de estos ventiladores. Cortesía de: TLT-Turbo.

La recompresión mecánica de vapor es una tecnología clave para recuperar energía en procesos que generan vapor a baja presión, aumentando su presión y temperatura para reutilizarlo. Los nuevos ventiladores de RMV prometen mejoras significativas:

1. Eficiencia mejorada: Diseños avanzados que optimizan el consumo energético, disminuyendo costos operativos.
2. Materiales avanzados: Uso de materiales resistentes a la corrosión y altas temperaturas, aumentando la vida útil del equipo.
3. Digitalización y monitoreo en línea: Incorporación de sensores y análisis de datos para predecir fallos y mejorar la operación en tiempo real.
4. Compactación y modularidad: Ventiladores más pequeños y modulares, ideales para adaptarse a distintas configuraciones industriales.

Los próximos ventiladores de RMV marcan el futuro de la sostenibilidad industrial, destacando cómo la tecnología puede maximizar la eficiencia energética y minimizar el desperdicio.

Distribución de carga y gestión de capacidad

Algoritmos de distribución de carga: Para los compresores que funcionan en paralelo o en serie, los algoritmos avanzados garantizan una distribución de carga coordinada. Este enfoque maximiza la eficiencia al impulsar los compresores a sus zonas operativas óptimas en función de las condiciones actuales del proceso.

Soluciones de gestión de flujo: Los sistemas de control administran los flujos de gas de manera eficaz, minimizando las perturbaciones y manteniendo niveles satisfactorios de operación. Esta capacidad es crucial para manejar transitorios y garantizar la confiabilidad a largo plazo.

En resumen, los sistemas de control avanzados contribuyen a la eficiencia de los compresores de vapor modernos al optimizar el rendimiento mediante monitoreo en tiempo real, mantenimiento predictivo, tecnologías de eficiencia energética como VSD, automatización integrada y estrategias efectivas de gestión de carga. Estas innovaciones no solo mejoran la eficiencia operativa, sino que también reducen el consumo de energía y los costos operativos.

Conclusiones

La recompresión mecánica de vapor representa un avance significativo en las tecnologías de evaporación industrial. Al maximizar la recuperación de energía y minimizar los desechos, los sistemas MVR no solo mejoran la eficiencia operativa, sino que también contribuyen a la sostenibilidad ambiental.

A medida que las industrias continúan buscando soluciones innovadoras para la conservación de energía y la reducción de desechos, la tecnología MVR desempeñará un papel fundamental en la configuración de los procesos industriales futuros. Sus aplicaciones en diversos sectores subrayan su versatilidad y eficacia para enfrentar los desafíos industriales modernos.

Los compresores de vapor, en particular los que utilizan tecnología MVC, ofrecen ventajas significativas en eficiencia energética y producción de vapor de alta pureza. Sin embargo, su implementación requiere una consideración cuidadosa de los procedimientos de arranque, las condiciones de funcionamiento y el diseño del sistema. La investigación en curso y los avances tecnológicos continúan mejorando el rendimiento y la aplicabilidad de estos sistemas en diversas industrias.

Referencias

1. https://inspenet.com/articulo/compresores-de-vapor-eficiencia-industrial/
2. https://link.springer.com/article/10.1007/s12206-016-1120-7
3. https://www.mdpi.com/1996-1073/16/10/4199
4. https://www.atlascopco.com/gas-and-process/en/pressure-points-blog/mechanical-vapor-recompression