El Desalinizador de Múltiples Efectos propuesto es un desarrollo relativamente nuevo en el área de la destilación solar con recuperación de calorespecialmente en Chile. Éste trabaja con varias bandejas ubicadas una sobre otra y utilizan el calor de condensación de cada etapa para el paso siguiente. El calor o energía de entrada es llevado a través de un colector solar al equipo de desalinización. Es Posible el uso de otras fuentes de energía.
El colector solar es un equipo que trabaja con un fluido térmico (mezcla de agua destilada-etilenglicol) capaz de conseguir temperaturas superiores a los 100 ºC,. Este fluido se hace circular por el interior de la bandeja de doble fondo ubicada en la parte inferior del equipo desalinizador. Se realiza pues un intercambio de calor entre el fluido térmico y el agua de mar. La separación entre los fluidos es una placa de acero inoxidable de 1
mm de espesor.
A través de la entrada de calor, el agua salada recibe en la etapa más baja aproximadamente 90 - 95 ºC, se calienta y evapora (convección libre del aire húmedo).
El vapor en el ascenso del aire húmedo se condensa en la parte inferior de la próxima etapa del desalinizador. El condensado se desliza, ayudado por la fuerza de gravedad, a través de la inclinación de la pared del condensador, se recoge y se lleva a través de canaletas.
Estas canaletas, debido también a su inclinación, permiten la salida del agua al exterior del destilador a través de un conducto conectado a un depósito de condensado.
El agua salada es ingresada desde arriba hacia abajo en forma descendente, contraria al flujo de calor proporcionado, mediante un estanque en la parte
superior. El estanque tiene un sistema de control de nivel conectado a la bandeja de doble fondo. Aquí se controla la entrada de agua de mar, es decir, si el nivel de agua de la bandeja de doble fondo baja un cierto
rango establecido, entonces se acciona el sistema de control del estanque permitiendo el ingreso del agua de mar hacia la bandeja superior. De la misma forma, si el nivel de agua sobrepasa este rango, entonces se cierra el paso del agua.
A través de la condensación se libera la entalpía de vaporización [1] que se entrega a la etapa que está encima y calienta el agua salada contenida en esa etapa.
Eso lleva de nuevo a la evaporación y condensación de la etapa que está mas arriba. Esto se repite hasta llegar a la última etapa.
Componentes del sistema
El nuevo desalinizador de múltiples efectos consta de una estructura de madera, aislada térmicamente del medio exterior. Está revestida, en su interior, con una cubierta de acero inoxidable AISI 316L de espesor de 1
mm. En su interior se encuentran las bandejas principales que son también de acero inoxidable 316L de espesor de 1 mm. En ellas se encuentra la canaleta principal con una pequeña inclinación para colectar el condensado desde la superficie inclinada de la bandeja superior. En cada una de las bandejas existe una entrada del agua de alimentación así como una salida para el condensado a través de un tubo conectado a la canaleta principal. La capacidad de cada bandeja principal es de 0,035 m3 y la de doble fondo de 0,030 m3. Las dimensiones generales del destilador de múltiples efectos son de 882x882x1400 (mm3).
En el fondo del sistema se encuentra la bandeja de doble fondo, recipiente que contiene el agua de mar y fluido térmico proveniente del colector solar, denominado Wärmetausche (WT), caja térmica. La bandeja de doble fondo está diseñada para incorporar un sistema de colector solar, sin embargo es posible adaptar otro tipo de fuente de calor. El esquema propuesto muestra la forma del nuevo destilador de múltiples etapas.
Formas de Energía
El comportamiento global del destilador de múltiples efectos puede ser descrito por medio de las ecuaciones de conservación de energía y por las relaciones de los diferentes mecanismos de transferencia de calor [11],
como son la Conducción, la Convección y la Radiación, además de las relaciones de Transferencia de masa.
Los flujos de energía involucrados son variados y se pueden apreciar en la Fig. 1. Existen flujos energéticos que son de mayor importancia relativa respecto a otros.
Como por ejemplo el flujo de calor por evaporación es uno de los más relevantes en este estudio y el flujo de calor debido a las fugas de vapor hacia las etapas siguientes son prácticamente despreciable.
En cada una de las bandejas se pueden apreciar tres flujos de calor que son los debido a Evaporación,Convección y Radiación. Estos flujos de calor son los de entrada a la bandeja superior en cada etapa. En la bandeja de doble fondo el flujo de calor es el proveniente del colector solar. Se han considerado también los flujos de calor sensible del fluido de entrada, agua de mar, así como el de salida, agua desalinizada. En el lado derecho de la Fig. 1 se pueden apreciar los flujos de calor correspondiente a las fugas de calor por conducción a través de las paredes del equipo. Otra consideración en este análisis es el flujo de energía, a través de flujo de vapor, que puede pasar desde una bandeja a la otra por problemas de sello en cada etapa.
Basados en este análisis se puede entonces realizar un balance de energía y establecer la ecuaciones correspondientes para la modelación del sistema
desalinizador.
El subíndice DF corresponde a la bandeja de doble fondo y los subíndices 1 al 5 corresponden a las bandejas 1 al 5.
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