Cómo elegir el evaporador ideal para tratar aguas residuales y lodos complejos
Para que un proceso de evaporación sea eficaz y eficiente desde el punto de vista energético —y, por tanto, económico—, es necesario tener en cuenta diversos factores. Entre ellos, la naturaleza del material a evaporar; el destino tanto del vapor o condensado como del residuo restante; la técnica de evaporación que se empleará; y las fuentes de energía disponibles.
Ya sea que el objetivo sea reducir el volumen de lodos, recuperar materiales valiosos de la corriente de residuos o incluso implementar una solución completa de vertido cero (Zero Liquid Discharge, ZLD), el mercado ofrece una amplia gama de equipos y diseños proporcionados por numerosos fabricantes. Esto puede hacer que la elección de la solución adecuada —y del proveedor adecuado— resulte compleja. Sin embargo, formular las preguntas correctas al inicio del proceso de compra y diseño puede evitar malentendidos futuros y garantizar la selección del producto o sistema más idóneo para las necesidades específicas de cada proyecto.
Elegir la tecnología de evaporación adecuada puede marcar la diferencia en costes, eficiencia y rendimiento a largo plazo
Entre las preguntas clave que conviene plantear a cualquier proveedor potencial de intercambiadores de calor, destacan las siguientes:
¿Qué método de evaporación debo utilizar?
La recomposición mecánica de vapor (MVR) ofrece ventajas operativas, pero no está exenta de limitaciones técnicas y económicas
En los últimos años, hemos observado un creciente interés por parte de nuestros clientes en el uso de técnicas de recomposición mecánica de vapor (MVR, por sus siglas en inglés) para procesos de evaporación. Este interés es comprensible si tenemos en cuenta la volatilidad de los mercados energéticos desde 2020, ya que la energía eléctrica utilizada en sistemas MVR suele ser considerablemente más económica que la energía térmica requerida en los métodos tradicionales.
Sin embargo, el uso de MVR implica una serie de limitaciones y consideraciones clave, especialmente cuando se trata de productos muy espesos y viscosos como los digestatos y los lodos. Estas particularidades pueden incrementar tanto el coste de inversión inicial como la complejidad del sistema de evaporación basado en MVR. Por ello, es fundamental valorar todos estos elementos desde el inicio del proyecto, de modo que la decisión de inversión se base en una evaluación realista de los costes tanto de capital (Capex) como de operación (Opex).
¿Cuáles son las diferencias entre la evaporación tradicional y la MVR?
Las técnicas tradicionales de evaporación utilizan un fluido caloportador a alta temperatura —como el vapor de agua a presión— para elevar la temperatura del producto por encima de su punto de ebullición, de modo que el agua (y otros compuestos volátiles) se evaporen, dejando una solución más concentrada. La fuente principal de energía en este proceso es el combustible necesario para generar el vapor en la caldera, normalmente gas o gasóleo.
En cambio, en un sistema de recomposición mecánica de vapor (MVR), el vapor generado durante la evaporación se redirige hacia un compresor que aumenta su presión y, con ello, su temperatura. Ese mismo vapor, ahora por encima del punto de ebullición del producto, se reutiliza como fluido caloportador en el evaporador. Dado que el compresor funciona con un motor eléctrico, el proceso está impulsado por energía eléctrica en lugar de térmica. Al reutilizar el vapor evaporado, se recupera una gran parte del calor latente, lo que convierte a la tecnología MVR en una de las opciones más eficientes y económicas en términos de costes operativos para la evaporación de agua.
¿Cuáles son las limitaciones de la MVR?
Debido a su propio funcionamiento, la tecnología de recomposición mecánica de vapor (MVR) presenta ciertas limitaciones inherentes que no afectan a la evaporación térmica tradicional. Cuando la evaporación se realiza a presión atmosférica, el incremento de temperatura que proporciona el compresor —según el tipo de equipo— suele estar entre 8 °C y 15 °C. Esta diferencia relativamente pequeña entre la temperatura del fluido caloportador y el punto de ebullición del producto (alrededor de 100 °C) implica una transferencia de calor limitada, lo que obliga a disponer de una gran superficie de intercambio térmico. Dicho de forma sencilla: se necesita un intercambiador de calor de gran tamaño.
Por el contrario, las calderas convencionales pueden generar vapor a presiones de hasta 8 o 10 bar, lo que se traduce en temperaturas efectivas de entre 160 °C y 180 °C. Incluso operando por debajo de estos valores máximos, el vapor producido por una caldera es considerablemente más caliente que el generado por un compresor. Esta mayor diferencia de temperatura permite una transferencia de calor más eficaz con una superficie mucho menor y, por tanto, se pueden emplear intercambiadores más compactos.
Dado que muchos digestatos y lodos son productos espesos y con alto potencial de incrustación, en la mayoría de los casos es necesario disponer de una superficie de intercambio amplia para asegurar una transferencia de calor adecuada. Las limitaciones de temperatura en los compresores utilizados en sistemas MVR hacen que los intercambiadores de calor y las bombas requeridas puedan ser excepcionalmente grandes. Esto no solo incrementa notablemente los costes de inversión (Capex), sino que también implica el uso de bombas más potentes para mover el producto a través del sistema, elevando así el consumo energético y reduciendo los beneficios operativos esperados.
Para productos con alta incrustación, los intercambiadores de superficie rascada son la opción más eficaz.
¿Qué tipo de intercambiador de calor es el más adecuado para evaporación?
Los intercambiadores de calor más simples son los de placas (PHE, por sus siglas en inglés), formados por combinaciones de placas y juntas a través de las cuales circulan tanto el producto como el medio de calentamiento o enfriamiento. Sin embargo, la alta viscosidad de la mayoría de los efluentes y lodos hace que este tipo de equipos no sea el más eficaz en estos casos.
En su lugar, los intercambiadores de calor tubulares o de superficie rascada ofrecen un mejor rendimiento. Los modelos tubulares están compuestos por diferentes configuraciones de tubos concéntricos y pueden incorporar diseños con tubos corrugados. Estos últimos generan una mayor turbulencia en el producto respecto a los tubos lisos —más habituales—, lo que reduce la incrustación y mejora la eficiencia operativa del sistema.
Para materiales con alto potencial de ensuciamiento y procesos de evaporación exigentes, la mejor opción son los intercambiadores de superficie rascada de la Serie Unicus de HRS. Estos equipos están diseñados específicamente para ofrecer un rendimiento óptimo en condiciones de alta viscosidad y formación de depósitos.
Los intercambiadores de superficie rascada son clave para trabajar con digestatos y lodos de alta viscosidad y ensuciamiento
¿Cuáles son los desafíos específicos del tratamiento de digestatos y lodos?
Los digestatos y lodos suelen contener sólidos en suspensión, lo que incrementa notablemente la viscosidad del producto durante la evaporación y agrava las dificultades ya mencionadas. Por este motivo, si se desea aplicar evaporación mediante MVR, es necesario un pretratamiento previo del producto para eliminar la mayor cantidad posible de estos sólidos, generalmente mediante filtración. Este paso adicional incrementa de forma significativa los costes de inversión y reduce los ahorros energéticos potenciales durante la operación.
Además, los digestatos contienen habitualmente entre 2.000 y 3.000 ppm de amoníaco. Para evitar su evaporación y proteger el compresor, puede ser necesario un pretratamiento químico con ácido que reduzca el pH y neutralice el amoníaco. Sin embargo, este proceso implica nuevamente un aumento en la complejidad operativa y en los costes asociados, tanto por el consumo de reactivos como por la necesidad de sistemas adicionales de dosificación y control.
A todo ello se suma la variabilidad intrínseca del producto: no existen dos lodos iguales. Por eso, en HRS siempre realizamos ensayos específicos con el material que el cliente desea tratar, con el fin de determinar no solo el tipo de intercambiador de calor más adecuado para el proceso de evaporación, sino también el tipo de pretratamiento necesario en cada caso.
¿Cómo mejorar la eficiencia energética sin recurrir a MVR?
En los últimos años, los costes energéticos han cobrado una importancia creciente para las empresas, tanto desde el punto de vista económico como medioambiental. Algunos diseños de intercambiadores de calor son más eficientes que otros —por ejemplo, el uso de tubos corrugados mejora notablemente el rendimiento energético—. Además, es posible recuperar parte del calor residual del proceso para reutilizarlo, una técnica conocida como regeneración térmica.
Si bien los posibles ahorros energéticos deben valorarse en relación con los costes de inversión y operación del equipo, su proveedor de intercambiadores de calor debería ser capaz de ofrecer datos precisos sobre la eficiencia global de sus soluciones y la viabilidad de integrar sistemas de regeneración de calor cuando sea conveniente.
¿Qué otros aspectos conviene tener en cuenta?
Algunos proveedores, como HRS, también ofrecen altos niveles de personalización, permitiendo al cliente especificar marcas concretas de componentes o sistemas de control, por ejemplo, para garantizar la compatibilidad con contratos de mantenimiento existentes o sistemas de trazabilidad. Es recomendable preguntar hasta qué punto el cliente puede influir en el diseño final y la construcción del sistema.
Tener en cuenta todos estos factores desde las primeras etapas del proceso de adquisición es clave para asegurarse de que la solución elegida para la evaporación de digestatos o lodos sea la más adecuada desde el principio.