À escala industrial a utilização de múltiplos efeitos no processo de dessalinização é o mais comum [7]. A utilização de múltiplos efeitos permite reduzir a quantidade relativa de perdas energéticas pela envolvente do sistema, melhorar o aproveitamento da energia cedida pela fonte primária e torna o sistema mais compacto.
A integração de múltiplos efeitos no processo de dessalinização por compressão tér- mica de vapor consiste na adição de evaporadores e flash boxes ao sistema, para além de redes hidráulicas mais complexas. O processo de TVC com múltiplos efeitos é frequente- mente chamado de Multi-effect Evaporation Thermal Vapour Compression (MEE-TVC) ou Multi-effect Destilation - Thermal Vapour Compression (MED-TVC) dada a sua simi- laridade com com o processo de dessalinização MED (ver secção 2.1.3).
O método de dessalinização MEE-TVC, pode ser implementado através de duas con- figurações distintas: configuração em paralelo e de alimentação direta (Foward Feed). A configuração de maior implementação á escala industrial é a configuração em paralelo e será essa a adoptada no estudo proposto por esta tese de mestrado.
O processo de dessalinização por compressão térmica de vapor com vários estágios (n) e configuração em paralelo é apresentado na figura 3.4. Os principais constituintes do sistema são: um condensador, n evaporadores (sendo que n determina o número de efeitos do processo) e um ejetor de vapor. Como antes, fluxo mássico de água salgada ( ˙mCW + ˙mF) é admitido no condensador à temperatura do mar ou oceano de onde é
extraído (TCW). No condensador o fluxo de água salgada é aquecido até à temperatura
(TF). O calor recebido provem da condensação vapor proveniente do último evaporador
(evaporador n) e o fluxo de vapor resultante da flash box correspondente ao último efeito ( ˙mC). À saída do condensador ˙mCW é rejeitado para o ambiente enquanto ˙mF é dividido
pelos evaporadores. Tal como na secção referente ao efeito único (secção 3.1), o caudal mássico no condensador ( ˙mF + ˙mCW) deve ser determinado de forma a garantir que o
vapor proveniente do evaporador condensa na totalidade até ao estado de liquido saturado. No primeiro evaporador o fluxo mássico de água salgada admitido ( ˙F1) é pulverizado sobre a superfície tubular de um permutador de calor onde evapora. A ebulição ocorre após elevação da temperatura do fluxo de água salgada até à temperatura TB(1). Esta
temperatura é superior à temperatura de saturação para a pressão no evaporador em ∆TB, devido à presença de sais dissolvidos na água salgada admitida. A ebulição da água
salgada resulta em dois fluxos: o vapor destilado e a salmoura. O vapor destilado, ( ˙D1), tem reduzido teor em sais, enquanto que a salmoura, ˙B1, tem elevada concentração salina. O reduzido teor em sais presente no vapor destilado é garantido pela presença de um separador liquido-vapor que impede o arrastamento de gotas de salmoura no escoamento deste vapor.
Vapor produzido neste estágio, ˙D1, juntamente com o fluxo ˙D100 proveniente da Flash Box 1 desempenhará a função de fluido quente no evaporador seguinte (evaporador 2), condensará no interior do permutador tubular enquanto vaporiza o destilado produzido nesse evaporador ( ˙D2). Na Flash Box 1 caudal de vapor proveniente do ejetor já em estado de liquido subarrefecido é admitido. Uma fração de ˙mS ( ˙D001) sofre evaporação parcial em consequência da diferença de pressão que existe entre o interior do permutador
tubular e o interior da Flash Box. O restante fluxo, ( ˙mS − ˙D100) é retirado do sistema correspondendo a água dessalinizada produzida neste estágio.
No evaporador 2, para além de fluxo de água salgada ˙F2, é admitida também salmoura do estágio anterior ˙B1. Devido à ocorrência do mesmo fenómeno que tem lugar nas Flash Box parte da salmoura, ˙D02 vaporiza. sendo que o destilado produzido no evaporador 2 é, a soma ( ˙D2 + ˙D20). O destilado produzido neste evaporador tem destino semelhante ao produzido no evaporador anterior e servirá por isso para vaporizar o destilado do evaporador seguinte. O processo repete-se até ao último estágio (n), como é visivel na figura 3.4.
O fluxo condensado no evaporador 2 ( ˙D001+ ˙D1) é admitido na Flash Box 2, da mesma forma que no estágio anterior, sendo aqui produzido o fluxo de vapor ˙D002 que será adicio- nado a ( ˙D2+ ˙D20) e condensará no interior do permutador tubular do evaporador seguinte. O mesmo procedimento tem lugar até que o estágio seguinte seja o estágio n, inclusive. A figura 3.3 apresenta de forma detalhada as variáveis de entrada e saída no estágio i, representando i o número do efeito. O conteúdo da figura é perfeitamente aplicado ao que foi descrito acima caso se substitua i por 1 ou 2 na figura.
Figura 3.3: Esquema detalhado das entradas e saídas no estágio i, sendo i qualquer número
natural entre 1 e n
No último estágio, a quantidade de salmoura é a soma da quantidade produzida em todos os efeitos. O fluxo de salmoura à saída é retirado do sistema à temperatura TB(n).
Seguidamente o vapor destilado é divido em dois fluxos ˙mEV e ˙mC tal como acontece
para dessalinização por compressão térmica de vapor de efeito único. O ciclo prossegue daqui em diante de acordo com o que foi referido na secção 3.1, com a compressão e aquecimento do vapor motriz, a compressão térmica de vapor no ejetor e o arrefecimento de ˙mS até ao estado de liquido subarrefecido no condensador.
Figura 3.4: Sistema de dessalinização pelo método TVC de efeito múltiplo.
Em comparação com o método de dessalinização por TVC de efeito único, permite um melhor aproveitamento energético. A introdução de flash boxes e a admissão de salmoura rejeitada em estados anteriores permitem a geração de maiores quantidades de vapor [19]. A reutilização do calor latente proveniente da condensação dos fluxos de vapor destilado na produção de vapor destilado dos estágios seguintes em oposição ao seu arrefecimento no condensador permite menores caudais de água de arrefecimento e menor consumo de vapor motriz para a mesma quantidade de caudal produzido. Em oposição, a complexidade do sistema e sua dimensão aumentam [7].