Evaporador MVR vs múltiple efecto: consumo energético y coste de operación

Una planta industrial en España dispone de generación térmica y capacidad para suministrar más calor. Necesita concentrar una corriente salina y debe elegir entre un evaporador MVR y un sistema térmico. La electricidad cuesta 120 €/MWh y el calor útil, entregado al equipo, 40 €/MWh. ¿Conviene aprovechar la instalación existente o utilizar electricidad para recomprimir el vapor?

La respuesta exige separar tres decisiones: cuánta agua hay que evaporar, qué consumo específico puede garantizarse con ese efluente y cuánto cuesta cada energía en el punto de utilización. Tener capacidad térmica disponible evita algunas inversiones, pero no convierte el calor en gratuito.

Cómo funcionan MVR, monoefecto y múltiple efecto

MVR: recuperar el calor mediante compresión de vapor

La recompresión mecánica de vapor utiliza un compresor para elevar la presión y la temperatura del vapor generado. Ese vapor vuelve al intercambiador como fuente de calentamiento. La electricidad permite reutilizar el calor de evaporación, en lugar de aportar continuamente toda esa energía desde una red de vapor.

El consumo depende del salto de temperatura que debe conseguir el compresor, del rendimiento de la compresión y de las condiciones del producto. Una salmuera concentrada puede exigir más trabajo que el agua limpia utilizada como referencia de catálogo. Los arranques, la carga parcial y los cambios de composición también importan.

Monoefecto: una sola etapa de evaporación

En un evaporador de un efecto, una fuente externa aporta calor y el vapor producido se condensa. Puede ser una configuración atractiva si existe calor residual aprovechable en cantidad suficiente. Su sencillez puede compensar un consumo térmico superior al de un múltiple efecto.

No basta con que una corriente esté caliente. Debe tener temperatura, potencia y continuidad adecuadas, y permitir la transferencia de calor sin comprometer el proceso que la genera. También hay que resolver la condensación del vapor y su correspondiente necesidad de refrigeración.

Dos, tres o cuatro efectos: reutilizar el vapor entre etapas

En un múltiple efecto, el vapor generado en una etapa calienta la siguiente, que trabaja a menor presión y temperatura. Así disminuye el calor externo necesario por unidad de agua evaporada. A cambio, aumentan el número de cuerpos, la superficie de intercambio y la complejidad de integración y operación.

El cuarto efecto existe y puede tener sentido en determinadas instalaciones. Sin embargo, añadir etapas no produce una mejora ilimitada: la diferencia de temperatura disponible debe repartirse entre todos los efectos. La elevación del punto de ebullición y el ensuciamiento pueden reducir mucho el margen útil.

Las fichas utilizadas aquí proporcionan datos para uno, dos y tres efectos. El cuarto se incluye como alternativa de diseño, pero no se le asigna un consumo inventado ni un ahorro garantizado. Requiere una oferta y un balance térmico específicos.

MVR y múltiple efecto describen cómo se aporta o reutiliza la energía. La circulación forzada o la película descendente describen otra decisión: cómo circula el líquido y cómo intercambia calor. Para profundizar en esa selección, puede consultarse la guía para elegir un evaporador de aguas residuales industriales.

Qué se compara y qué queda fuera

Todos los consumos se expresan por metro cúbico de destilado producido. Un metro cúbico de alimentación no equivale a un metro cúbico evaporado: una parte sale como concentrado. Confundir ambas bases puede cambiar por completo una comparación económica.

La referencia MVR es de 35 kWh eléctricos por m³ de destilado. En las fichas facilitadas, una nota al pie menciona alimentación; para este ejercicio se utiliza la aclaración técnica de que la base correcta es producción de destilado. El consumo incluye los componentes y bombas del skid según su esquema, pero no los auxiliares externos de la planta.

Para los equipos térmicos se dividen las potencias a régimen entre la producción horaria. Las capacidades diarias se convierten considerando 24 horas. La tabla original rotula las columnas de energía como kWh y kWht; aquí se interpretan como potencias a régimen, conforme a la aclaración técnica recibida.

Las referencias son para agua limpia y funcionamiento a régimen. Los cálculos económicos mantienen su precisión interna; las cifras publicadas están redondeadas. No se comparan únicamente los compresores con el calor del vapor: también se incorpora la electricidad del skid térmico.

Quedan fuera la refrigeración externa, la captación y preparación del agua, las limpiezas, el personal, los repuestos, la gestión de residuos, los arranques y la inversión. Por tanto, hablamos de coste energético de referencia, no de OPEX total. La carga térmica del condensador no se suma como otro consumo de combustible: sirve para dimensionar y presupuestar la refrigeración.

El caso de la salmuera: concentración diez veces hasta saturación

El ejemplo se inspira en una instalación española con generación térmica ya existente. Los ejercicios son normalizaciones didácticas y no resultados medidos de esa planta. No se identifica cliente, ubicación ni sector.

Se considera una disolución de NaCl y un factor de concentración de diez definido en masa: la fracción másica de sal del concentrado es diez veces la de la alimentación. Como hipótesis de trabajo se adopta una solubilidad a 90 °C de 38,47 g de NaCl por cada 100 g de agua.

Ese dato no significa un 38,47 % de sal en la disolución. Al incluir la masa de sal en el denominador, equivale aproximadamente a un 27,8 % en masa. Para alcanzar esa concentración multiplicando por diez, la alimentación debe contener alrededor de un 2,78 % en masa de NaCl.

El balance es sencillo: por cada 1.000 kg de alimentación se obtienen unos 900 kg de destilado y 100 kg de concentrado. La sal permanece en el líquido concentrado. No se supone producción de cristales ni de sal seca comercializable.

La hipótesis de 90 °C define el balance de este ejemplo. No implica que todos los efectos trabajen a esa temperatura: el esquema térmico muestra temperaturas descendentes. En un diseño real debe comprobarse la saturación a la temperatura de descarga de cada alternativa y el riesgo de cristalización durante el enfriamiento. Tampoco se deduce un consumo garantizado para salmuera saturada a partir del catálogo de agua limpia.

Ejercicio 1: evaporar 2.500 litros por hora

Se normalizan ambas opciones a 2,5 m³/h de destilado. El doble efecto corresponde a la capacidad de catálogo de 60.000 L/día. Para MVR se utiliza el consumo específico de la ficha, sin atribuir ese caudal a un modelo comercial concreto ni simular su funcionamiento a carga parcial.

El balance aproximado es de 2.780 kg/h de alimentación, 2.500 kg/h de destilado y 280 kg/h de concentrado. La recuperación másica de agua es del 90 % bajo las hipótesis anteriores.

El coste se calcula como electricidad específica por precio eléctrico, más calor específico por precio del calor útil. Para MVR: 35 × 0,12 = 4,2 €/m³. Para doble efecto: 14,4 × 0,12 + 378 × 0,04 = 16,8 €/m³.

La diferencia es de unos 249.000 € anuales a favor de MVR en energía. No es un ahorro neto garantizado: habría que corregir consumos con la salmuera real, comparar mantenimiento y auxiliares, y valorar la inversión incremental.

Ejercicio 2: evaporar 4.000 litros por hora

Para el segundo ejercicio se iguala la producción a 4 m³/h. La referencia de triple efecto es el modelo de 100.000 L/día; sus consumos específicos se aplican al caudal común. Esta normalización no equivale a una curva de rendimiento a carga parcial.

El balance aproximado es de 4.440 kg/h de alimentación, 4.000 kg/h de destilado y 440 kg/h de concentrado. El coste del triple efecto es 17,28 × 0,12 + 252 × 0,04, aproximadamente 12,2 €/m³.

El triple efecto reduce el coste frente al doble, pero con calor a 40 €/MWh no alcanza el resultado energético de MVR en esta comparación. Eso no elimina su interés cuando cambian las utilities disponibles, la química o las restricciones de potencia eléctrica.

Ejercicio 3: producir 50.000 m³ de destilado al año

Este objetivo requiere un dimensionamiento separado. Con un 90 % de disponibilidad, las horas útiles son 8.760 × 0,90 = 7.884. Dividiendo 50.000 m³ entre esas horas se obtiene una producción necesaria de unos 6,34 m³/h, antes de añadir márgenes de diseño.

Un equipo de 4.000 L/h produciría unos 31.500 m³ al año bajo ese calendario, no 50.000. Además, disponibilidad del 90 % y recuperación de agua del 90 % son conceptos distintos: la primera afecta a las horas y la segunda al balance de materia.

La alimentación anual sería de unas 55.600 toneladas y el concentrado líquido de unas 5.600 toneladas. No se asignan esos mismos números a metros cúbicos de salmuera: para ello hace falta su densidad. Este concentrado puede requerir tratamiento posterior; concentración y vertido cero o ZLD no son automáticamente lo mismo.

A qué precio del calor cambia la comparación

La sensibilidad dice más que un único resultado. Manteniendo la electricidad a 120 €/MWh, el coste energético térmico iguala al MVR aproximadamente cuando el calor útil baja a 3,2 €/MWh para un efecto, 6,5 €/MWh para dos efectos o 8,4 €/MWh para tres efectos.

Se obtiene dividiendo la diferencia de coste eléctrico entre el consumo térmico específico. Son umbrales energéticos para estas referencias, no precios universales ni puntos de equilibrio de la inversión completa.

El precio de 40 €/MWh del caso ya es calor útil. No se vuelve a aplicar un rendimiento de caldera. Si se parte del precio del combustible, en cambio, sí deben incorporarse las pérdidas de generación y distribución hasta el evaporador.

Cuándo tiene sentido un monoefecto con calor residual

Si el calor aprovechable tiene coste marginal nulo, el monoefecto del ejemplo quedaría en unos 1,8 €/m³ de electricidad del skid. El doble efecto rondaría 1,7 €/m³ y el triple 2,1 €/m³, frente a 4,2 €/m³ del MVR.

El monoefecto no gana automáticamente en todas las partidas. Puede ser interesante por su sencillez si hay suficiente calor, pero sigue necesitando refrigeración, mantenimiento y operación. A 2.500 L/h, la referencia considerada requiere unos 1,9 MW térmicos. Disponer de una pequeña corriente residual caliente no basta para cubrir esa demanda.

También hay que valorar su coste de oportunidad: el calor podría utilizarse en otra parte de la planta. Y si el proceso que lo genera se detiene, será necesario reducir producción o disponer de respaldo. Por eso conviene pedir el perfil horario de disponibilidad, no solo una potencia máxima.

Del coste energético al coste total de operación

La decisión final debe añadir refrigeración, limpiezas químicas, antiespumante cuando proceda, personal, mantenimiento, repuestos, agua de servicio y tratamiento del concentrado. También importa cuánto cuesta una parada y qué redundancia necesita la producción.

En MVR deben revisarse el compresor, su rango de operación y la potencia eléctrica realmente disponible. En los sistemas térmicos, la temperatura y estabilidad de la fuente de calor, la refrigeración y el vacío. En ambos, incrustaciones, corrosión, espuma y arrastres pueden cambiar capacidad, calidad del destilado y frecuencia de limpieza.

Para evaluar una mayor inversión inicial puede calcularse una amortización simple: inversión adicional dividida entre ahorro anual neto. El denominador debe incorporar todo el OPEX diferencial, no únicamente la diferencia de las barras energéticas. Sin ofertas comparables no tiene sentido publicar un plazo de retorno como si fuera un resultado del proyecto.

Cuando la corriente procede de membranas, también conviene revisar si es posible reducir antes el volumen que llega a evaporación. Esa decisión se desarrolla en el artículo sobre tratamiento del rechazo de ósmosis inversa.

Qué pedir al comparar ofertas

1. Capacidad garantizada expresada como destilado, junto con alimentación y concentración de salida.
2. Analítica y variabilidad del efluente utilizadas para el cálculo, incluida la elevación del punto de ebullición.
3. Temperaturas de operación, riesgo de precipitación y estrategia frente al ensuciamiento.
4. Consumos a régimen y a carga parcial, separados de arranques y calentamiento.
5. Relación de componentes incluidos en el skid y auxiliares externos pendientes.
6. Caudal y temperatura de refrigeración, potencia eléctrica y condiciones del calor requerido.
7. Horas de limpieza, disponibilidad prevista y condiciones para mantener las garantías.
8. Alcance de instalación, repuestos, mantenimiento y gestión del concentrado.

Preguntas frecuentes

¿MVR siempre tiene menor coste que un múltiple efecto?

No. Con los precios de este ejemplo presenta menor coste energético, pero el resultado cambia si el calor útil es muy barato, si existe calor residual aprovechable o si la química exige otra configuración. La comparación debe incluir además inversión, auxiliares y mantenimiento.

¿Se puede comparar directamente kWh eléctricos con kWh térmicos?

Ambos son energía, pero tienen precios y requisitos de suministro diferentes. Para comparar costes se multiplica cada consumo por su precio correspondiente. Para comparar emisiones harían falta los factores de emisión de las fuentes realmente utilizadas.

¿Concentrar diez veces significa recuperar el 90 % del agua?

En el balance másico simplificado de este artículo, sí se obtiene un 90 % de la alimentación como destilado, suponiendo retención total de sal. No es una regla volumétrica universal ni una recuperación del 90 % del agua inicialmente presente: esta última tiene otro denominador.

¿Un cuarto efecto reduce siempre el coste total?

Puede reducir la demanda térmica, pero necesita suficiente diferencia de temperatura y una inversión adicional justificable. No se puede calcular su rentabilidad extrapolando sin más los datos de uno, dos y tres efectos.

Elegir con los datos de la planta

El caso muestra por qué una red térmica existente no decide por sí sola la tecnología. A 40 €/MWh de calor útil, MVR presenta una ventaja energética clara con las referencias utilizadas. Con calor residual aprovechable, la comparación puede cambiar y un monoefecto merece entrar en el estudio.

La siguiente decisión es comprobar esas referencias con la química real y el calendario de producción. Para una evaluación preliminar son necesarios caudal, analítica, concentración de salida, horas anuales y precios de electricidad y calor útil. Con esa información se puede preparar un balance comparable y solicitar garantías de capacidad y consumo con el mismo alcance.

Fuentes y metodología

Datos de equipos: fichas ENVIDEST MVR FC TF facilitadas para este estudio y catálogo ENVIDEST MFE de Condorchem. Principios de recuperación energética: opciones de calentamiento en separación térmica de GEA.

Los precios, la disponibilidad y la solubilidad adoptada son hipótesis del ejercicio. Las aclaraciones sobre potencia a régimen, base de destilado y alcance del skid se incorporan expresamente al cálculo. No se han aplicado factores de corrección por salinidad, elevación del punto de ebullición o ensuciamiento: deben determinarse al desarrollar la ingeniería. Las fotografías y esquemas proceden de las fichas citadas; los gráficos son cálculos propios.

Revisión técnica: 29 de octubre de 2026.

Marc Albert es especialista en tratamiento de aguas residuales industriales en Condorchem Enviro Solutions. En marcalbert.pro comparte análisis técnicos sobre evaporación, concentración y recuperación de agua, con atención a los balances de proceso y al coste real de operación.