Evaporación al vacío: cómo ayuda en la gestión industrial de residuos

Uno de los costes operativos más importantes a los que se enfrentan las industrias que usan agua en sus procesos es el de la propia agua y el de la gestión de residuos. Si pensamos, por ejemplo, en la industria química o farmacéutica, deben usar una gran cantidad de metros cúbicos de agua para lavar tanques y reactores, y la industria del automóvil necesita agua en abundancia para desengrasar, aclarar emulsiones a base de aceite, etc. Gestionar estos residuos con tratamientos físicos, químicos o biológicos es complejo y a veces poco eficaz, y el agua que requieren es un bien escaso. Por eso la evaporación al vacío es cada vez más utilizada.

La evaporación al vacío es una solución competitiva y eficiente para tratar las aguas residuales de procesos industriales que implican una concentración de sales muy elevada, compuestos no biodegradables como metales, tintas, pinturas, barnices, aceite de motor, etc., así como sustancias tóxicas para los ecosistemas, etc. Pero este proceso no sólo se usa para gestionar residuos: también es muy utilizado para lograr una elevada concentración de sólidos en una disolución de la que se evapora el líquido u otros elementos volátiles, como ocurre en la industria alimentaria con la elaboración de pastillas de caldo, de leche evaporada para chocolate con leche (siendo utilizada desde hace décadas por Nestlé) y de pasta de tomate para ketchup, aunque a este proceso se le suele llamar liofilización, a pesar de ser similar.

En este post explicamos cómo funciona la evaporación al vacío y cuáles son sus ventajas.

¿Qué consigue la evaporación al vacío?

Los sistemas de evaporación al vacío se utilizan para aumentar la concentración de sustancias disueltas en el agua eliminándola como disolvente. El proceso está basado en la relación entre la temperatura de ebullición del agua y la presión del aire. El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica, de manera que si reducimos la presión, esta temperatura es más baja. Se puede encontrar una explicación aquí.

Esta disminución de la presión se logra vaciando de moléculas de aire un espacio (lo que llamamos hacer un vacío -aunque nunca se logra un vacío completo, siempre quedan moléculas que no se pueden extraer-) que se expulsarán a presión a otro, mediante una bomba de vacío.

Sin el vacío, el producto disuelto o precipitado en el agua se debe recircular constantemente y con elevadas temperaturas, se separa progresivamente del agua y de otros elementos volátiles que se pueden recuperar posteriormente por condensación, mientras que con un sistema de vacío:

• Se reduce la temperatura requerida para alcanzar el punto de ebullición.
• Se reduce la refrigeración requerida para la condensación posterior (al no haber alcanzado temperaturas altas).
• Se reduce el impacto negativo que pueden causar las altas temperaturas en el producto, en caso de que se quiera recuperar.

Esto resulta entre otros, en:

• Una reducción drástica del volumen de residuos líquidos (que abarata la gestión de residuos).
• Una elevada concentración de residuos sólidos corrosivos o incrustantes que no llegan al ecosistema a través de los ríos y pueden tratarse correctamente.
• La reutilización del agua recuperada en otros procesos, reduciendo su consumo.
• La implantación de un sistema de vertido de cero líquidos.

¿En qué consiste la evaporación al vacío?

Como hemos avanzado, la evaporación al vacío representa un gran avance en el tratamiento de efluentes (líquidos que provienen de plantas industriales) de forma limpia, eficiente, segura y compacta.

Consiste en concentrar una solución eliminando el disolvente (a menudo agua) por ebullición, a una presión inferior a la atmosférica, para que no sea necesario aplicar altas temperaturas para llegar al punto de ebullición. Con la evaporación al vacío el agua hierve a 35-40°C (dependiendo de la presión que se haga en la operación). Para lograrlo se requiere un equipo compacto, práctico e instrumentado, que permite una monitorización fácil y permanente y gestionar caudales de efluente de hasta 20 m3/h en un solo equipo de evaporación. Al no requerir las grandes cantidades de energía que implican las altas temperaturas, incluso se puede usar la fuente de alimentación y el sobrante de energía de otros procesos de fabricación, resultando en unos costes operativos muy bajos.

Ya en otros posts explicamos cómo funciona una bomba de vacío como la que opera en este proceso: se trata de compresores que toman el gas (por ejemplo, el aire) de un espacio que está a presión atmosférica, lo comprimen y lo descargan a presión atmosférica de nuevo. A medida que se reduce la presión en la cámara que se ha vaciado de moléculas de aire se hace necesario disponer de un rango de presión todavía mayor para seguirla vaciando hasta el nivel deseado, de manera que las bombas utilizadas deben tener o bien un espectro amplio o bien deben usarse diferentes tipos de bombas, que operen de forma simultánea o incluso simultáneamente o en varias etapas.

La evaporación al vacío tiene dos salidas. Una es para el agua limpia, destilada, con una baja conductividad, que se recupera en un 95% y puede reciclarse para un nuevo proceso. La otra es para la solución concentrada, que pueden ser residuos casi secos fáciles de gestionar o bien sustancias que se pueden reutilizar o vender a terceros.

Procesos industriales en los que se usa la evaporación al vacío

La evaporación al vacío se usa para un amplio rango de aplicaciones industriales, que incluyen, entre otras:

• Agua de lavado
• Lixiviados de vertedero
• Aguas residuales de fundición a presión
• Baños de tratamiento superficial
• Mecanizado y emulsiones
• Concentrados de procesos de separación por membrana
• Agua de lavado de reactores, mezcladores y tanques

Industrias en las que se usa habitualmente la evaporación al vacío

Algunas de las industrias que implican procesos como los anteriores, que se benefician de la evacuación al vacío, son:

• Industria química
• Industria metalúrgica
• Ingeniería mecánica
• Tratamiento de superficies
• Industria alimentaria
• Industria farmacéutica
• Industria fotográfica
• Vertederos

Marpa Vacuum, proveedor de equipos de vacío para evaporación

En Marpa Vacuum disponemos de un catálogo de bombas de vacío para evaporación que responde a las necesidades de todo tipo de industrias, que proporcionan buenos resultados en el tratamiento de todo tipo de efluentes, incluso los más contaminantes, ya que pueden resistir a la corrosión, operan sin pausas y son fáciles de mantener.

Con la evaporación al vacío se reduce la cantidad de residuos generados y se produce un caudal de agua de calidad, de manera que la inversión inicial en el equipo necesario se recupera con rapidez, especialmente si se conecta al sobrante de energía de otros procesos. En Marpa Vacuum proporcionamos soluciones de ingeniería para lograr los objetivos de cada empresa.

Photo by Aaron Barnaby on Unsplash