¿Qué tecnología elegir para aumentar la eficiencia energética de los evaporadores? ¿Efecto múltiple, MVR o TVR?
La tecnología de evaporación más adecuada para las necesidades de cada cliente depende esencialmente de tres factores:
- Los costes energéticos
- El producto final
- La eficiencia energética
Existen básicamente tres tecnologías de evaporación y pueden combinarse de diferentes maneras para maximizar el rendimiento energético de todo el sistema. En este artículo repasaremos diversas soluciones tecnológicas, empezando por las más tradicionales y terminando por las más vanguardistas.
Tecnología de evaporación de efecto múltiple
La tecnología multiefecto incorporada a nuestros evaporadores Venus (para concentrado de tomate), Mixflow (para purés de frutas) y Poseidon (para zumos de frutas), es un tipo de evaporación tradicional. El objetivo final es conseguir, mediante el desarrollo de un proceso de evaporación multietapa, la concentración de un producto por sustracción de agua, obteniendo aproximadamente un kilogramo de evaporado de cada etapa de la máquina frente a un kilogramo de vapor gastado como energía calorífica. Por lo tanto, la eficacia del evaporador es igual al número de efectos: de uno a cuatro (en el caso del procesado de la fruta se aplica un número mayor). Por consiguiente, con una unidad de vapor de caldera se evapora una unidad de vapor de producto en el efecto simple (rendimiento 1:1) y cuatro unidades en el efecto cuádruple (rendimiento 1:4). En la elaboración de concentrado de tomate la solución más económica en términos de inversión y costes de funcionamiento es el evaporador de triple efecto (eficiencia 1:3).
Imagen 1 – Funcionamiento de la tecnología de evaporación de efecto múltiple
Tecnología de evaporación TVR
La recompresión térmica del vapor o TVR (Thermal Vapour Recompression) es una tecnología que utiliza el principio Venturi para recuperar vapor de producto a baja temperatura recomprimiéndolo con vapor de caldera a alta presión. De este modo, el consumo de vapor de la caldera se reduce a la mitad teniendo en cuenta un aumento de la temperatura del vapor recomprimido de 10 °C.
Tecnología de evaporación MVR
La recompresión mecánica del vapor o MVR (Mechanical Vapour Recompression) sigue siendo la tecnología que más energía ahorra en los evaporadores para la industria alimentaria.
La MVR se basa en la reutilización del vapor secundario y su calor latente, producido por el propio sistema de evaporación, como fuente de calentamiento del líquido a evaporar. La temperatura del vapor generado en la concentración aumenta por su compresión mecánica en condiciones de saturación. De este modo, el vapor recomprimido (a unos 6-8 °C) puede reciclarse a través de un intercambiador, con lo que se consigue un doble propósito:
- Poner a cero del consumo de vapor de la caldera
- Reducir casi totalmente la necesidad de torres de enfriamiento para condensar el exceso de vapores
La solución CFT más representativa de esta tecnología de eficiencia energética es el evaporador de película descendente Apollo MVR.
Imagen 2 – Funcionamiento de la tecnología de evaporación MVR
La elección del tipo de compresor para el evaporador MVR está sujeta a un análisis posterior sobre el ahorro energético. De hecho, el compresor del evaporador MVR puede funcionar con:
- Un motor eléctrico
- Una turbina de vapor
Cuando las condiciones en términos de servicios en la planta lo permiten, la solución de turbina es preferible porque permite un ahorro energético adicional. Puede utilizarse para crear una red de baja presión, empezando por el vapor de escape de la propia turbina, que se recupera para alimentar las secciones situadas aguas abajo de la línea, si las hay.
Combinación de diferentes tecnologías de evaporación
Las distintas tecnologías de evaporación pueden combinarse para conseguir mayores ventajas de ahorro energético.
MVR y TVR como solución de precalentamiento del producto
Para maximizar la eficiencia del evaporador MVR, es necesario que el producto entrante tenga una temperatura superior al punto de ebullición interno de 75 °C; de este modo, el proceso de evaporación ya se iniciará en la parte superior del haz de tubos, minimizando el desperdicio de energía.
Esto es lo que ocurre cuando el producto llega al evaporador MVR procedente de un tratamiento térmico Hot Break (HB), mientras que si llega de un tratamiento diferente y a una temperatura inferior a la de concentración, habrá que precalentarlo; es el caso del concentrado de tomate Cold Break, la leche y los zumos de frutas.
La imagen 3 muestra cómo pueden combinarse dos tecnologías de recompresión de vapor para reducir el consumo de energía necesario para precalentar el producto. Esta solución consiste en reutilizar una parte del vapor que no se condensa en la calandria del evaporador MVR (flecha azul a la izquierda), ya que está en exceso, para alimentar un TVR. Gracias a esta configuración, el TVR aumenta la temperatura del producto entrante con la mitad de vapor de caldera, debido a la reutilización del vapor del evaporador MVR.
Imagen 3 – MVR y TVR como tecnologías combinadas de evaporación para el precalentamiento
MVR y TVR como solución para la eficiencia del finisher
El uso combinado de la tecnología MVR y TVR también se aplica cuando es necesario instalar un finisher, es decir, una columna de concentración adicional.
Hay muchas razones por las que es necesario aplicar un finisher:
- En el caso de los zumos de frutas y los alimentos proteicos líquidos, estos productos están sujetos al fenómeno de elevación del punto de ebullición (EPE), que es la diferencia observada entre la temperatura de ebullición del producto y la temperatura de sus vapores. La discrepancia de temperatura (producto-vapor) erosiona el Δt dentro del evaporador MVR, por lo que es necesario añadir un finisher con un Δt mayor que el MVR para finalizar la concentración.
- También se hace necesario utilizar un finisher cuando el producto que sale de la MVR (por ejemplo, tomate) es muy viscoso. Para compensar la disminución del coeficiente de transferencia de calor, que tiende a disminuir con productos muy viscosos, se aumenta la temperatura de los vapores que se introducen en el finisher. Para conseguirlo de forma energéticamente eficiente, se añade un pequeño finisher de circulación forzada.
En ambos casos, para disminuir el consumo de vapor de caldera necesario para aumentar la temperatura del vapor en el finisher (y, por tanto, la Δt), puede utilizarse un TVR alimentado con una parte del vapor de producto procedente del evaporador MVR. Estos se recomprimen con la misma cantidad de vapor de caldera, que se reduce así a la mitad.
Imagen 4 – MVR y TVR como tecnologías de evaporación combinadas para aumentar la eficiencia del finisher
TVR como solución para un Efecto Múltiple eficaz
La recompresión térmica del vapor (TVR) es una tecnología que permite aumentar la eficacia del efecto múltiple al que se aplica.
La imagen 5 muestra el funcionamiento de la tecnología TVR aplicada a un evaporador de doble efecto (rendimiento 1:2). El vapor que sale del segundo efecto se divide en dos partes iguales: una va al condensador, mientras que la otra se envía al eyector para ser reconstituida con la misma cantidad de vapor de caldera, aumentando su temperatura en 10 °C. La mezcla de vapor creada vuelve a alimentar el primer efecto, dando lugar al nuevo ciclo. De este modo, se pueden evaporar hasta cuatro kilos de vapor con un solo kilo de vapor: en otras palabras, un evaporador de doble efecto, al que se aplica la tecnología TVR, tiene el mismo rendimiento que uno de efecto cuádruple, pero un coste de inversión mucho menor.
Imagen 5 – TVR y efecto múltiple como tecnologías de evaporación combinadas
Conclusión
Las tecnologías de evaporación examinadas se aplican a los evaporadores CFT, que ofrecen soluciones híbridas de última generación y alta eficacia. En particular, la tecnología MVR, aplicable hasta una concentración máxima de unos 16°Bx correspondiente al 83 % del total de agua evaporada, ahorra hasta un 98 % de vapor de caldera gracias a la recompresión mecánica de los vapores ácidos. Garantiza productos finales de alta calidad gracias a los reducidos tiempos de permanencia y al bajo Δt entre el producto y los vapores de calentamiento.
El altísimo rendimiento energético de esta tecnología permite aumentar el rendimiento energético de toda la línea, cuando se utiliza en combinación con otros tipos de evaporación más intensivos en energía, como el efecto múltiple. La solución de evaporación híbrida solución de evaporación híbrida CFT no solo es más eficiente en términos de consumo de energía que la evaporación tradicional, sino que también ofrece importantes ventajas medioambientales, fiscales y de costes de funcionamiento, así como flexibilidad de producción.