Soluciones Energéticas Integrales de WEG
2025-09-11
Empresas Premium
Los intercambiadores de calor son componentes clave en numerosos procesos dentro de los sectores de tratamiento de aguas residuales, digestión anaerobia y gestión de residuos, incluyendo la calefacción, la pasteurización y la evaporación.
Existen en múltiples formas, desde los más sencillos intercambiadores de placas hasta los diseños de tubos corrugados concéntricos y de superficie rascada. Dada la gran diversidad en la composición de los lodos, digestatos, estiércoles y corrientes de aguas residuales, resulta fundamental seleccionar el intercambiador de calor adecuado para cada material y cada proceso, no solo para garantizar un tratamiento eficaz y una calidad óptima del producto, sino también para maximizar la eficiencia operativa y energética.
La elevada viscosidad de la mayoría de los flujos de residuos orgánicos implica que requieren más energía para ser bombeados y transportados, y a menudo presentan un mayor riesgo de incrustación en tuberías e intercambiadores de calor, lo cual reduce la transferencia de calor y la eficiencia operativa.
Al analizar diferentes tipos de lodos, conviene aclarar qué entendemos por viscosidad. Normalmente se define como una medida de la resistencia de una sustancia al movimiento cuando se le aplica una fuerza, en función de la cantidad de fuerza necesaria para desplazar una capa respecto a otra (esfuerzo cortante) y del cambio de velocidad de las capas en relación entre sí (tasa de cizalla). Se mide en unidades llamadas centipoises (cP), siendo 1 cP equivalente a 1 mPa·s (milipascal por segundo).
Como cabría esperar, la viscosidad de los lodos y digestatos aumenta a medida que se incrementa el contenido en sólidos, y también depende de la temperatura. Por ejemplo, un lodo de aguas residuales con un 2 % de sólidos puede tener una viscosidad de 5 cP, mientras que un material similar con un 10 % de sólidos puede alcanzar los 50 cP. La elevada variabilidad de estos materiales hace que los valores de ejemplo tengan poca utilidad, pero los purines líquidos pueden variar desde unos 20 cP con un 2,5 % de sólidos totales (ST), hasta 500 cP con un 12 % de ST.
Sin embargo, la viscosidad de diferentes materiales puede cambiar cuando se someten a distintos niveles de esfuerzo cortante y temperatura. Por ello, la mayoría de los fluidos se clasifican como Newtonianos o no Newtonianos. Los fluidos newtonianos mantienen la misma viscosidad independientemente de los cambios de temperatura o de esfuerzo cortante – el ejemplo más común es el agua. Los fluidos no newtonianos (que, a su vez, pueden subdividirse en cinco categorías distintas) presentan viscosidades que varían según la tasa de cizalla aplicada.
En la práctica, esto significa que, cuando se trabaja con productos no newtonianos (como ciertos lodos y purines), elementos de la operación de procesado —incluidos el bombeo, el calentamiento, el enfriamiento y el paso por tuberías— pueden influir en la viscosidad de la corriente de residuo y en sus requisitos de manipulación.
La elección del tipo correcto de intercambiador de calor, junto con un diseño cuidadoso del sistema, ayuda a evitar este tipo de problemas. Los intercambiadores de calor de tubo corrugado, como los diseñados y fabricados por HRS, garantizan que los materiales viscosos puedan procesarse de manera eficiente, ya que el diseño corrugado del tubo contribuye a minimizar la incrustación, aumentando la eficiencia térmica durante la operación y prolongando los periodos de funcionamiento entre limpiezas.
Además, los intercambiadores de calor de tubo corrugado requieren una menor potencia de bombeo que los intercambiadores de tubo liso debido a su naturaleza compacta, lo que se traduce en una menor pérdida de carga. Esto contribuye a alargar la vida útil operativa y a reducir los costes de mantenimiento en comparación con otros tipos de intercambiadores de calor.
Cuando el lodo presenta una viscosidad relativamente baja pero contiene sólidos en suspensión, resulta adecuado un intercambiador de calor de doble tubo, como la Serie HRS DTI. En un intercambiador de doble tubo, un tubo de gran diámetro transporta el producto, reduciendo así las posibilidades de obstrucción e incrustación por partículas presentes en el lodo. Además, la Serie HRS DTIR dispone de un diseño específicamente adaptado para la recuperación de energía en lodos de baja viscosidad, e incorpora un tubo interior extraíble que facilita la limpieza y la inspección.
En el caso de los materiales más viscosos, el uso de tubos corrugados no resulta suficiente para evitar la incrustación o mantener el flujo a través del intercambiador. En estas situaciones, los intercambiadores de calor de superficie rascada (SSHE, por sus siglas en inglés) son la solución ideal, especialmente en aplicaciones de evaporación.
En la mayoría de los casos, esto implica el uso de la Serie Unicus de HRS, que emplea un movimiento alternativo para mezclar el fluido al mismo tiempo que limpia la superficie de intercambio térmico. La acción hidráulica independiente de la Serie Unicus permite ajustar la velocidad de los rascadores, lo que la hace especialmente adecuada para la manipulación y concentración de salmueras, purines, residuos alimentarios y aguas residuales.
Asimismo, fabricamos una versión especial de la Serie Unicus para aplicaciones de evaporación. Durante este proceso, la incrustación y la reducción de la transferencia de calor pueden convertirse en un problema en los evaporadores tradicionales. Con Unicus, la acción de raspado mantiene la superficie de intercambio limpia y conserva una alta eficiencia de transferencia térmica, lo que permite concentrar corrientes de residuos hasta niveles que las tecnologías convencionales no pueden alcanzar. Esto lo convierte en una solución ideal para la concentración de residuos ambientales donde la reducción de volumen es esencial.
Los evaporadores Unicus pueden aplicarse en configuraciones de múltiple efecto o en combinación con recompresión mecánica de vapor (MVR). Asimismo, es posible realizar la concentración bajo vacío con un evaporador Unicus, mientras que el funcionamiento mediante superficie rascada permite una operación continua y reduce los tiempos de inactividad.
Además de la Serie Unicus, también está disponible el Sistema de Concentración de Digestato HRS (DCS), concebido como una solución específica para eliminar hasta un 80 % del contenido de agua de los digestatos y lodos, obteniendo así un material con un 20 % de materia seca.
El DCS funciona mediante el sobrecalentamiento del digestato en condiciones de vacío para facilitar la concentración, utilizando la evaporación con el fin de reducir significativamente los volúmenes de digestato y, al mismo tiempo, aumentar su contenido en nutrientes. La primera etapa del proceso consiste en calentar el digestato líquido en intercambiadores de calor; no se requiere agua ni energía adicional, ya que se aprovecha el agua sobrante del motor de cogeneración (CHP) de la planta (que normalmente se encuentra disponible a 85 ˚C) como medio de calentamiento.
Posteriormente, el digestato se bombea hacia un separador ciclónico; el flujo de aire rotatorio a gran velocidad provoca que las partículas sólidas (demasiado pesadas para seguir la curva cerrada de la corriente de aire) caigan al fondo del ciclón, donde pueden ser retiradas.
El vapor producido en este primer ciclo (normalmente a 70 ˚C) se utiliza a continuación como medio de calentamiento para el segundo efecto, en el cual se repite el proceso. El vapor subsiguiente (habitualmente a 60 ˚C) se emplea como medio de calentamiento en el tercer ciclo. El número de efectos depende del nivel de materia seca requerido y de la cantidad de calor sobrante disponible, hasta un máximo de cuatro ciclos. Tras el último efecto, el vapor se condensa de nuevo en agua, que puede utilizarse para diluir el sustrato alimentado al digestor en su fase inicial, conformando así un sistema de circuito completamente cerrado.
Cuando se vincula a una planta de cogeneración (CHP) en el propio emplazamiento, el sistema DCS es totalmente autosuficiente: no se introduce ni se desperdicia energía ni agua, y todo se reutiliza.
|
