Evaporadores industriales: tipos, ensuciamiento e energía es una referencia de mantenimiento y energía para el equipo que concentra una solución haciendo hervir el disolvente, casi siempre agua, de modo que una alimentación diluida salga como un producto más concentrado, una suspensión de cristales o un residuo casi seco.
Los evaporadores están en el corazón de plantas lácteas, azucareras, químicas, de pulpa, desalinizadoras y de descarga cero de líquidos, y su fiabilidad está gobernada por dos cosas: qué tan limpio se mantiene el superficie de transferencia de calor y qué tan ingeniosamente se reutiliza el vapor para reducir la demanda de vapor vivo.
Un evaporador es un intercambiador de calor más un separador vapor-líquido. El vapor vivo (o un vapor reutilizado) se condensa en un lado de un paquete de tubos y cede su calor latente, aproximadamente 2257 kJ por kilogramo de agua a presión atmosférica.
Ese calor hierve el disolvente del licor de proceso en el otro lado. El vapor se separa de las gotas arrastradas y se ventila, condensa o envía al siguiente efecto.
Debido a que los sólidos disueltos elevan el punto de ebullición (elevación del punto de ebullición), la diferencia de temperatura disponible se reduce a medida que el licor se concentra, por lo que el diseño y el monitoreo se centran tanto en el delta T impulsor.
La geometría del cuerpo se elige principalmente según cuán sensible al calor sea el producto y qué tanto ensucia o cristaliza.
Estos cuerpos se comportan como variantes del lado de proceso del mismo paquete de tubos que encontraría en cualquier unidad de carcasa y tubos, por lo que los modos de falla se solapan en gran medida con el ensuciamiento de intercambiadores de calor.
| Tipo de evaporador | Mecanismo de flujo | Aplicación más adecuada | Tendencia a ensuciar |
|---|---|---|---|
| Película descendente | Película por gravedad, bajo delta T | Productos sensibles al calor, baja a moderada viscosidad (lácteos, zumos) | Moderada; alta si se forman parches secos |
| Película ascendente | Película impulsada por vapor | Alimentaciones limpias, diluidas y de baja viscosidad | Baja a moderada |
| Circulación forzada | Bombada, ebullición suprimida | Licores con incrustación, cristalización, viscosos | Controlada por la velocidad |
| Híbrido película ascendente/descendente | Paso combinado | Rango amplio de concentración en un solo cuerpo | Moderada |
Un solo evaporador desaprovecha el calor latente de su vapor. Los diseños de múltiples efectos lo recuperan: el vapor del primer efecto se convierte en el medio calefactor para un segundo efecto que opera a menor presión, y así sucesivamente a lo largo del tren.
Cada efecto añadido mejora la economía de vapor, los kilogramos de agua evaporados por kilogramo de vapor vivo, aunque nunca de forma perfecta porque la elevación del punto de ebullición reduce la diferencia de temperatura en cada etapa.
La recompresión mecánica de vapor (MVR) toma una ruta diferente. Un compresor eleva la presión y la temperatura de saturación del vapor lo suficiente como para reutilizarlo como vapor de calentamiento para el mismo efecto, de modo que el proceso funciona con la electricidad del compresor más una pequeña cantidad de vapor de reposición. La recomresión térmica de vapor (TVR) hace lo mismo con un eyector de vapor.
| Disposición | Economía de vapor típica (kg vapor / kg vapor vivo) | Principal aporte energético |
|---|---|---|
| Efecto simple | 0,90 a 0,98 | Vapor vivo |
| Doble efecto | 1,7 a 1,9 | Vapor vivo |
| Triple efecto | 2,4 a 2,7 | Vapor vivo |
| MVR | Equivalente 10 a 30 | Electricidad (compresor) |
Sea cual sea la configuración, los depósitos en la superficie de transferencia de calor son el problema de fiabilidad número uno.
Sales de solubilidad inversa como el carbonato de calcio y el sulfato de calcio precipitan a medida que la superficie se calienta y el licor se concentra; las proteínas y los azúcares se carbonizan y se adhieren; y las tareas de cristalización hacen crecer deliberadamente sólidos que pueden depositarse donde no se desean.
Una capa de ensuciamiento añade resistencia térmica, reduce el coeficiente de transferencia de calor, alarga los tiempos de lote y aumenta el consumo de vapor hasta que la unidad ya no puede alcanzar la concentración del producto.
Las contramedidas prácticas son la velocidad (circulación forzada), operar por debajo del umbral de incrustación, ablandar o dosificar con ácido la alimentación y, sobre todo, la limpieza programada antes de que el depósito se endurezca. La misma disciplina de agua de alimentación limpia y bien tratada que protege un economizador de caldera también resulta beneficiosa en el lado de vapor de un evaporador.
La mayoría de los evaporadores modernos se limpian en el lugar (CIP) con un lavado cáustico para eliminar orgánicos seguido de un lavado ácido para disolver la incrustación mineral, y luego un enjuague.
El disparador para el CIP debe basarse en datos, no en el calendario: controle el coeficiente global de transferencia de calor, la relación vapor/alimentación, la aproximación de temperatura y el tiempo para alcanzar los grados Brix o la concentración objetivo. Una caída sostenida del coeficiente en condiciones fijas es la señal para limpiar.
Un CMMS (sistema de gestión de mantenimiento asistido por ordenador) convierte esas lecturas en acción.
Los equipos que utilicen disparadores de condición al estilo de Solicitar una demostración de Fabrico pueden generar automáticamente una orden de trabajo de CIP cuando el coeficiente de transferencia de calor cruce un umbral, y mantener las tareas de lavado cáustico, ácido e inspección de juntas en un mismo programa.
El propio suministro de vapor merece el mismo cuidado que un desaireador para agua de alimentación de caldera dedica a la eliminación de gases disueltos, porque el vapor húmedo o sucio ensucia el lado de condensación.
Cada efecto pierde diferencia de temperatura utilizable por la elevación del punto de ebullición y por la caída de presión, por lo que un tren de triple efecto entrega aproximadamente 2,4 a 2,7 en lugar de 3,0. El precalentamiento de la alimentación y el flashing del condensado recuperan parte de esa pérdida.
La MVR resulta ventajosa cuando la electricidad es más barata que el vapor por unidad de calor entregada y cuando la elevación del punto de ebullición es pequeña, porque el compresor solo tiene que elevar el vapor unos pocos grados. Los caldos con elevada elevación del punto de ebullición necesitan un mayor incremento de presión y erosionan la ventaja.
La circulación forzada, porque la bomba mantiene la velocidad del líquido lo bastante alta como para barrer los tubos y suprimir la ebullición en la superficie. Es la elección estándar para tareas con incrustación y cristalización, a costa de un mayor consumo de bombeo.
Limpiar en base a la condición, no en un intervalo fijo. Analice la tendencia del coeficiente de transferencia de calor y del tiempo de lote; programe el CIP cuando el rendimiento caiga un margen establecido para que los depósitos se retiren antes de endurecerse en una incrustación que requiera limpieza mecánica o química más intensa.
Iniciar sesión
Blog
