Sistemas de Evaporación de Múltiples Efectos

La evaporación con múltiples efectos consiste en un sistema con varias etapas de evaporación o efectos interconectados. En el primero de los evaporadores se utiliza vapor fresco como agente calefactor, mientras que la corriente de vapor generada se introduce como vapor calefactor del siguiente efecto. Su objetivo principal es lograr un mayor aprovechamiento energético aumentando la economía del evaporador, la cual se define como el cociente entre el caudal másico total de vapor generado en el sistema y el caudal másico de vapor alimentado al primer efecto.

Configuraciones de Flujo

• Flujo en paralelo: Las corrientes líquidas fluyen en el mismo sentido que las corrientes de vapor. La disolución más diluida se alimenta al primer efecto. La disolución que abandona el primer efecto y que todavía no ha alcanzado la concentración deseada se alimenta al segundo efecto, y así sucesivamente. No se necesitan bombas, ya que las corrientes se transportan en el sentido en que disminuye la presión.
• Flujo en contracorriente: Las corrientes líquidas fluyen en sentido opuesto a las corrientes de vapor. La disolución más diluida se alimenta al último efecto y el producto final es la corriente de salida del primer efecto. Se requieren bombas, ya que las corrientes se transportan en el sentido en que aumenta la presión.

Métodos de Mejora Energética

• Precalefacción de la disolución inicial: El vapor generado suministra el calor sensible necesario para calentar la disolución de partida hasta su temperatura de ebullición mediante un intercambiador de calor.
• Recompresión mecánica: El vapor generado se comprime para aumentar su temperatura y reutilizarlo como agente de calefacción.
• Recompresión térmica: Se incrementa la presión y temperatura del vapor generado mezclándolo con una corriente de vapor fresco a alta presión.

Conceptos Clave en Procesos de Separación

• Economía de evaporador: Cociente entre el caudal másico total de vapor generado en el sistema y el caudal másico de vapor alimentado al primer efecto.
• Eficacia del intercambio de calor: Relación entre el flujo de calor real y el flujo de calor máximo posible.
• Etapa ideal en lixiviación: Condición donde la disolución del extracto tiene la misma composición que la retenida por el sólido en el refinado.
• Porcentaje de recuperación: Relación entre la masa de soluto en el extracto y la masa total de soluto en la alimentación.

Ciclos de Refrigeración por Compresión Mecánica

Un circuito de refrigeración consta de cuatro elementos principales:

1. Evaporador: El refrigerante toma calor a presión y temperatura constantes, aumentando su entalpía al pasar a fase vapor.
2. Compresor: Realiza un proceso de compresión isentrópica para elevar el fluido a la zona de alta presión.
3. Condensador: El refrigerante cede calor al exterior a presión constante, volviendo a estado líquido.
4. Válvula de expansión: Disminuye la presión y temperatura del líquido mediante un proceso isentálpico.