Generadores de Agua Dulce. Evaporador Sumergido y Tipo Flash

Los generadores de agua dulce son quizá uno de los sistemas más comunes a bordo, tienen como objetivo obtener agua destilada a partir del agua de mar por una serie de procesos físico-químicos.

El agua destilada tiene múltiples utilidades a bordo, desde emplearse como fluido de refrigeración (aguas técnicas), agua sanitaria o potable siempre que se trate posteriormente por medio de un mineralizador y un sistema de desinfección.

En este artículo explicaremos los principios por los que se rigen la mayoría de generadores de agua dulce  y nos centraremos en el sistema de Evaporador-Condensador y tipo Flash y otros Multietapa.

Otros artículos relacionados:


Índice:

1-Principios de funcionamiento

2-Proceso de desalinización

3-Tipos de Generadores de Agua Dulce (FWG)

3.1-Generador de agua dulce de simple efecto (Evaporador sumergido)

3.2-Generador de agua dulce Tipo Flash y otros tipos Multietapa 

3.2.1-Disposición Forward Feed

3.2.1-Disposición Backward Feed

3.2.1-Disposición Parallel Feed

4-Comparación entre Evaporador Sumergido y tipo Flash

5-Bibliografía:

 


1-Principios de funcionamiento

Los principios de funcionamiento de los generadores de agua dulce se sostienen en 3 pilares importantes:

  • Presión
  • Temperatura
  • Calidad del agua

En los FWG (Fresh Water Generator) la presión es el parámetro más importante y el que nos permitirá obtener agua destilada a bordo.Generalmente, cuando alguien nos pregunta a que temperatura se evapora el agua, respondemos sin dudar 100ºC, pero la respuesta es “Depende”, depende de la presión a la que se someta el agua.

A bordo contamos con numerosos fluidos térmicos,la mayoría por debajo de 100ºc, y es que emplear un fluido térmico a esa temperatura para la generación de agua dulce es un derroche energético, recordemos que un buque siempre ha sido y será el precursor de la eficiencia energética, por ello siempre buscamos aprovechar el calor residual de fluidos que ya hayan ejercido su función principal en lugar de generar nueva energía para alimentar equipos como sería el FWG.

Como cada tipo de buque es diferente, el fluido térmico varia en función de los recursos, por ejemplo;

Un buque propulsado por turbinas clásico, emplea vapor producido por unas calderas para hacer alimentar unas turbinas , en ese caso lo más lógico es emplear el recurso excedente (vapor), por lo que una sangría o extracción en la turbina de baja presión sería la mejor opción para calefactar el generador de agua dulce, mientras que un barco de motores empleará el agua procedente de la salida de refrigeración de camisas como fluido calefactor, cada FWG se diseña en función del tipo de buque basándose en qué fluido térmico empleará o el espacio disponible para el equipo.

Aquí es donde interviene la función de la “Presión”, si no contamos con fluidos térmicos de valores superiores a los 100ºC, ¿Que hacemos para llevar a cabo el proceso de vaporización?. El agua se evapora a 100ºC a 1 atmósfera, pero si reducimos esa presión, la temperatura de vaporización es menor, esto nos permite evaporar agua de mar con un fluido térmico de 80ºgrados o incluso menos si realizamos el proceso en un espacio cerrado con vacío.

La calidad del agua dependerá principalmente de la velocidad a la cual se lleve a cabo el proceso de vaporación, una vaporación turbulenta producirá que el fluido obtenido (permeado) contenga un índice de ppm de sales elevado, por lo que siempre es recomendable seguir los parámetros prefijados por el fabricante.


2-Proceso de desalinización

Los procesos de desalinización a nivel industrial se fundamentan en la separación de agua dulce con un nivel de salinidad casi nulo a partir de agua salada del mar o aguas salobres, donde las sales acaban concentradas en la solución salmuera que será desechada y el agua dulce como producto aprovechable.

El valor estándar de referencia de TSD (Total de Sólidos Disueltos) en el agua de mar es de 32000 mg/l (valor medio), es decir, el agua de mar contiene aproximadamente un 3,2% de sales disueltos

Composición típica del agua de mar con una salinidad de 36000 mg/l expresada en porcentaje en masa y concentración en masa en ppm.

El agua de mar está constituida por varios tipos de sales y su conocimiento es importante ya que en función de la temperatura en el interior del generador de agua dulce la solubilidad de cada una de las sales será diferente y por tanto se definirá la temperatura máxima de trabajo con el objeto de evitar formaciones indeseadas de incrustaciones y depósitos en los tubos de los intercambiadores de calor.


3-Tipos de Generadores de Agua Dulce (Fresh Water Generators)

En este punto describiremos los distintos tipos de generadores de agua dulce empleados en buques

  • Simple Efecto (El más típico en buques convencionales)
  • Multietapa
  • Tipo Efecto Flash
  • Evaporador Sumergido
  • Ósmosis inversa

El sistema de ósmosis inversa se ha descrito en un artículo anterior por lo que recomiendo que para una información más detallada visitéis Sistema de Ósmosis Inversa a Bordo [Fresh Water Generator]

3.1-Generador de agua dulce Evaporador Sumergido (Simple efecto)

Estos sistemas son los más clásicos y empleados por su sencillez y fácil mantenimiento, su uso es casi exclusivo de buques ya que la cantidad de agua destilada producida es menor que la cantidad de vapor de calefacción empleada, es decir su rendimiento térmico es muy bajo.

 Este generador consta de los siguientes elementos:

  • Sección del Evaporador: Está formada por un intercambiador de placas o tubos según el fabricante, que en funcionamiento estará rodeado de agua salada. Por él circula un fluido térmico que lleva al punto de ebullición al agua salada produciendo vapor por un lado y salmuera( solución de agua con una concentración muy alta de sales).
  • Recipiente de Separación: Separa la salmuera del vapor.
  • Sección del Condensador: Al igual que la sección del evaporador, la sección del condensador consiste en una serie de placas de intercambio de calor alojadas en el recipiente de separación.
  • Demister Desnebulizador : El objetivo de este filtro separador es evitar que en una evaporación turbulenta, el vapor producido arrastre exceso de sales al recipiente del condensador.

  • Eyector (Salmuera/Vacío): El eyector extrae salmuera y gases incondensables del recipiente separador.
  • Bomba del Eyector: Es una bomba centrífuga de una sola etapa que suministra agua de mar (fluido refrigerante) al condensador y al eyector (salmuera/vacio) para generar vacío y extraer la salmuera.
  • Bomba de Agua Dulce: Es una bomba centrífuga de una sola etapa que extrae el agua producida por el condensador y bombea el agua hacia el tanque de agua dulce.
  • Salinómetro: Este elemento comprueba continuamente la salinidad del agua producida.

Nota*: El punto de ajuste de alarma es ajustable

  • Panel de Control: El panel de control contiene el arrancador del motor, luces de marcha y parada, indicador del salinómetro, contactos de alarma remota, de comenzar y parar.

A continuación adjunto un esquema de un sistema de generación de agua dulce evaporador-condensador con los elementos principales señalados.

3.2-Generador de agua dulce Tipo Flash (Multietapa)

Este tipo de generador se basa en la instalación en serie de generadores de simple efecto o cámaras de evaporación con distintas presiones de vacío en cada cámara siendo la 1º etapa la de mayor presión y la última la de menor presión, produciendo una generación de agua dulce en cascada que mejora el rendimiento térmico.

El proceso que sigue este generador es el siguiente:

El agua de mar fluye a través de los tubos de los intercambiadores de calor donde se calienta gracias a la condensación del vapor de agua generado en cada etapa. Su temperatura va en aumento hasta que llega a la entrada del calentador de agua de mar. El agua de mar continúa su flujo a través del calentador de donde recibe el calor necesario para el proceso, gracias a la condensación de vapor vivo. A la salida del calentador de agua de mar, antes de entrar en la cámara de evaporación de la primera etapa, el agua de mar se encuentra sobrecalentada comparándola con la temperatura de saturación a la presión reinante en dicha etapa (se habla de temperaturas de entrada a la cámara entorno a los 100ºC y condiciones de vacío en las etapas)

Ejemplo real comparativo entre etapas:

  • Datos de la cámara de evaporación (1ºEtapa):

  • Datos de la cámara de evaporación (2ºEtapa):

Efecto Flash: Cuando un líquido a una cierta temperatura se despresuriza rápidamente por debajo de la presión de saturación correspondiente a dicha temperatura, el calor contenido en el líquido se evacúa como calor latente provocando una evaporación instantánea, de ahí el nombre de “flash”.

Nota*:Este sistema multietapa se emplea generalmente en buques propulsados con turbinas de vapor dado que necesitan una cantidad importante de vapor a una calidad alta (muy bajo índice de ppm de sales) (REVISAR)

Existen otros generadores multietapa con diferentes disposiciones atendiendo a la dirección del flujo de vapor:

  • Forward Feed
  • Backward Feed
  • Parallel Feed

 

3.2.1-Disposición Forward Feed

 En esta configuración, el agua de alimentación, después de pasar por el condensador, entra en la primera etapa que es la de mayor temperatura. Parte de la alimentación de agua de mar es evaporada en el primer efecto y la salmuera restante entra como alimentación en el segundo efecto. La salmuera restante del segundo efecto entra como alimentación en el tercer efecto y así sucesivamente.
Esto implica que la alimentación hacia las etapas y el flujo de vapor saturado de agua destilada van en el mismo sentido.

3.2.2-Disposición Backward Feed 

El agua de alimentación sale del condensador y entra en la última etapa que es la de menor temperatura y presión.
La salmuera deja la última etapa y se dirige a la penúltima y así sucesivamente.Este incremento en la presión y temperatura entre las sucesivas etapas obliga a esta configuración al uso de bombas de salmuera entre etapas para realizar una circulación forzada de la misma. En la primera etapa es donde la salmuera, en alta concentración de sales, se evacúa al mar. Por tanto, la alimentación de agua de mar y el vapor saturado de agua destilada tienen flujos opuestos

3.2.3-Disposición Forward Feed

 El agua de alimentación una vez sale del condensador se divide y distribuye por igual a cada etapa. En cada etapa el agua de alimentación se calienta hasta la temperatura de saturación asociada a la presión de la cámara antes de que la evaporación tenga lugar. La ventaja de este sistema es la simplicidad del mismo en comparación con los otros dos.

 


4-Comparación entre Evaporador Sumergido y tipo Flash

Los siguientes datos están recogidos empíricamente

Evaporador Sumergido:

  • Operación a alta temperatura: el evaporador sumergido suele perder capacidad de producción de vacío con el agua de mar a temperaturas superiores a 30ºC. Esto se debe a que el agua de enfriamiento para la condensación de vapor esta a una temperatura tan alta que no condensa suficiente vapor, provocando una subida de presión y un descenso de la producción. 
  • Tiempo necesario para su puesta en marcha: 2 horas
  • La inestabilidad de este sistema ante cambios de temperatura en el agua de mar afecta al coste de producción
  • La calidad del agua producida varía entre: 0.3-0.6 ppm
  • Cantidad producida: variación entre 40-50 Ton/día (45 Ton/día según manual)

Evaporador Flash:

  • Tiempo necesario para su puesta en marcha: 2-4 horas
  • Una vez entra en régimen de trabajo, es un sistema bastante estable en cuanto a variaciones de temperatura de agua de mar.
  • La calidad del agua producida varía entre: 1.0-1.5 ppm
  • Cantidad producida: variación entre 35-46 Ton/día (Experiencia) ,(45 Ton/día según manual)

 


Bibliografía:

  • M.A.Darwish, “Fundamentals of Multiple Effect Evaporation”, Thermal Desalination Processes, Vol. II, 2010, pp. 78 – 153.
  • H.T. El-Dessouky y H.M. Ettouney, Fundamentals of Salt Water Desalination, Elsevier Science, 2002.
  • “Desalination plant”, Documento accesible por internet en la dirección: http://www.stxhi.co.kr/Eng/Biz/sea_fresh.aspx
  • TFG ““ Cálculo y Diseño de un Generador de Agua Dulce”. Autor: Francisco Uazcatégui García
  • Marine Auxiliary Machinery Seventh Edition H. D. McGeorge Butterworth-Heinemann 1995
  • www.ntorreiro.es
  • www.ingmaritima.blogspot.com.es 
  • Instruction Manual for Fresh Water Generator.Alfa Laval

Autor: Roberto García Soutullo

 

 

 

 

2017-12-05T10:59:25+00:00

Un Comentario

  1. Luis W. Martini 21/11/2017 at 17:47 - Contestar

    Excelente información.
    ;Muchas gracias.

Deja un Comentario

Uso de cookies

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.plugin cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies