La destilación instantánea de múltiples etapas ( MSF ) es un proceso de desalinización de agua que destila agua de mar transformando una porción del agua en vapor en múltiples etapas de lo que son esencialmente intercambiadores de calor a contracorriente . Las instalaciones actuales de MSF pueden tener hasta 30 etapas. [1]
Las plantas de destilación flash de múltiples etapas producen alrededor del 26% de toda el agua desalinizada del mundo, pero casi todas las nuevas plantas de desalinización actualmente utilizan ósmosis inversa debido a un consumo de energía mucho menor. [2]
La planta cuenta con una serie de espacios llamados etapas, cada uno de los cuales contiene un intercambiador de calor y un colector de condensado . La secuencia tiene un extremo frío y un extremo caliente mientras que las etapas intermedias tienen temperaturas intermedias. Las etapas tienen diferentes presiones correspondientes a los puntos de ebullición del agua a las temperaturas de las etapas. Después del extremo caliente hay un recipiente llamado calentador de salmuera . [ cita necesaria ]
Cuando la planta está funcionando en estado estable , el agua de alimentación a la temperatura de entrada fría fluye, o se bombea, a través de los intercambiadores de calor en las etapas y se calienta. Cuando llega al calentador de salmuera ya tiene casi la temperatura máxima. En el calentador se añade una cantidad de calor adicional. Después del calentador, el agua fluye a través de válvulas de regreso a las etapas que tienen presión y temperatura cada vez más bajas. A medida que regresa a través de las etapas, el agua ahora se llama salmuera, para distinguirla del agua de entrada. En cada etapa, a medida que entra la salmuera, su temperatura está por encima del punto de ebullición a la presión de la etapa, y una pequeña fracción del agua de la salmuera hierve ("vaporiza") hasta convertirse en vapor, reduciendo así la temperatura hasta que se alcanza un equilibrio. El vapor resultante está un poco más caliente que el agua de alimentación en el intercambiador de calor. El vapor se enfría y se condensa contra los tubos del intercambiador de calor, calentando así el agua de alimentación como se describió anteriormente. [3]
La evaporación total en todas las etapas es de hasta aproximadamente el 85% del agua que fluye por el sistema, dependiendo del rango de temperaturas utilizado. Con el aumento de la temperatura aumentan las dificultades de formación de incrustaciones y corrosión. 110-120 °C parece ser un máximo, aunque para evitar incrustaciones puede ser necesario temperaturas inferiores a 70 °C. [4]
El agua de alimentación arrastra el calor latente del vapor condensado, manteniendo la baja temperatura de la etapa. La presión en la cámara permanece constante a medida que se forman cantidades iguales de vapor cuando entra nueva salmuera tibia al escenario y el vapor se elimina a medida que se condensa en los tubos del intercambiador de calor. El equilibrio es estable, porque si en algún momento se forma más vapor, la presión aumenta y eso reduce la evaporación y aumenta la condensación. [ cita necesaria ]
En la etapa final, la salmuera y el condensado tienen una temperatura cercana a la temperatura de entrada. Luego, la salmuera y el condensado se bombean desde la baja presión de la etapa a la presión ambiente. La salmuera y el condensado todavía transportan una pequeña cantidad de calor que se pierde del sistema cuando se descargan. El calor añadido al calentador compensa esta pérdida. [ cita necesaria ]
El calor añadido al calentador de salmuera suele venir en forma de vapor caliente procedente de un proceso industrial ubicado junto a la planta desalinizadora. Se deja que el vapor se condense contra los tubos que transportan la salmuera (similares a las etapas). [ cita necesaria ]
La energía que hace posible la evaporación está toda presente en la salmuera cuando sale del calentador. La razón para permitir que la evaporación ocurra en múltiples etapas en lugar de una sola etapa a la presión y temperatura más bajas, es que en una sola etapa, el agua de alimentación solo se calentaría a una temperatura intermedia entre la temperatura de entrada y la del calentador, mientras que gran parte de el vapor no se condensaría y la etapa no mantendría la presión y temperatura más bajas. [ cita necesaria ]
Estas plantas pueden funcionar con 23-27 kWh/m 3 (aprox. 90 MJ/m 3 ) de agua destilada. [5]
Debido a que el agua salada más fría que ingresa al proceso fluye en contracorriente con el agua salina residual/agua destilada, sale relativamente poca energía térmica en el flujo de salida; la mayor parte del calor es captado por el agua salina más fría que fluye hacia el calentador y la energía se recicla.
Además, las plantas de destilación de MSF, especialmente las grandes, suelen combinarse con centrales eléctricas en una configuración de cogeneración . El calor residual de la central eléctrica se utiliza para calentar el agua de mar y, al mismo tiempo, proporciona refrigeración a la central eléctrica. Esto reduce la energía necesaria entre la mitad y dos tercios, lo que altera drásticamente la economía de la planta, ya que la energía es, con diferencia, el mayor coste operativo de las plantas de MSF. La ósmosis inversa, el principal competidor de la destilación de MSF, requiere más pretratamiento del agua de mar y más mantenimiento, así como energía en forma de trabajo (electricidad, energía mecánica) en lugar de calor residual más barato y de baja calidad. [6] [7]
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )