Evaluación técnica y económica de una planta de destilación multi efecto

Abstract

La ausencia de acceso formal a agua potable es un problema que ha venido acrecentándose en los últimos años. En este sentido, la desalinización del agua de mar surge como una alternativa para suplir la demanda de agua de la población. No obstante, los métodos de desalinización son altamente costosos, como es el caso de la destilación multi efecto (MED). Dicho sistema aumenta sus costos a medida que se incrementa el número de efectos, a la vez que se vuelve más eficiente desde el punto de vista térmico. Este trade-off es el que motiva el presente estudio, cuyo objetivo es determinar el número óptimo de efectos que minimice el costo nivelado del agua producida en una planta desalinizadora multi efecto en el norte de Chile. Dicha planta será alimentada por energía solar térmica.

Para desarrollar el presente estudio, se define una locación específica y 3 escalas de agua a desalar. Junto con ello, se establece un rango de estudio de entre 3 y 15 efectos, teniéndose entonces un total de 39 plantas a analizar. Para el sistema MED, se fijan parámetros iniciales que, junto con correlaciones numéricas, permiten determinar las variables de operación y diseño. A partir de los parámetros de funcionamiento de cada planta MED es que se diseña y dimensiona una planta solar con colectores cilindro parabólicos y una planta de almacenamiento térmico en dos estanques para suplir de energía durante las horas de ausencia de luz solar a cada una de ellas. Dicho proceso se realiza a partir de balances térmicos y aproximaciones sobre parámetros termodinámicos de operación. Se añade además una caldera auxiliar que permita el funcionamiento del proceso de desalinización ante la indisponibilidad del recurso solar. Los parámetros de diseño obtenidos para el sistema MED, solar y de almacenamiento sirven para estimar costos de inversión y operación, con los que se confeccionan los 39 flujos de caja y se encuentra el costo nivelado del agua para cada caso.

Los principales resultados de la planta MED indican que un menor número de efectos requiere de menor inyección de energía en el sistema, lo que conlleva a una mayor área de recolección en la planta solar, pero una menor área total de transferencia de calor. El caso completamente opuesto sucede para un mayor número de efectos, dado que se aprovecha mejor la energía cuanto mayor área de intercambio exista. Los costos calculados en base al diseño demuestran que el costo nivelado del agua es más bajo para una planta con 8 efectos, con una producción diaria de 20.226,60 m^3/día y un GOR de 14,68. Los costos nivelados de dicha planta ascienden a $5.927 $/m^3 y $4.705 $/m^3 para el proyecto puro y financiado, respectivamente. Dado el alto costo comparativo con respecto al valor de venta del agua potable, se obtiene que el proyecto no es fácilmente realizable.