Destilador marino

Las primeras plantas de destilación que hervían un suministro de agua separado del de la caldera principal, aparecieron alrededor de 1867.[15] Estos no fueron calentados directamente por una llama, pero tenían un circuito de vapor primario que usaba vapor de caldera principal a través de bobinas dentro de un tambor de vapor o evaporador.[23] El destilado de este recipiente pasó luego a un recipiente adyacente, el condensador de destilación.[23] Como estos evaporadores utilizaron un suministro de agua de mar "limpia" directamente, en lugar de agua contaminada del circuito de la caldera, podrían utilizarse para suministrar agua de alimentación y agua potable. Estos destiladores dobles aparecieron alrededor de 1884.[15] Para seguridad contra fallas, los barcos, excepto los más pequeños, estaban equipados con dos juegos.[23]

Los evaporadores consumen una gran cantidad de vapor y, por lo tanto, combustible, en relación con la cantidad de agua dulce producida. Su eficiencia se mejora al trabajar con vacío parcial, suministrado por los condensadores del motor principal.[23][24][25] En los barcos modernos que funcionan con diesel, este vacío puede ser producido por un eyector, generalmente operado por la salida de la bomba de salmuera. Trabajar al vacío también reduce la temperatura requerida para hervir el agua de mar y, por lo tanto, permite que los evaporadores se utilicen con el calor residual a temperaturas más bajas del sistema de refrigeración diésel.

Uno de los mayores problemas operativos con un evaporador es la acumulación de sarro. Su diseño está diseñado para reducir esto y para que su limpieza sea lo más efectiva posible. El diseño habitual, desarrollado por Weir y Admiralty, es para un tambor cilíndrico vertical, calentado por bobinas ahogadas que transportan vapor en la parte inferior.[24] Ya que están completamente sumergidos, evitan la región más activa para el depósito de escamas, alrededor de la línea de flotación. Cada bobina consta de uno o dos espirales en un plano. Cada bobina se retira fácilmente para su limpieza, y se sujeta mediante uniones de tuberías individuales a través del lado del evaporador. También se proporciona una puerta grande, que permite retirar o reemplazar las bobinas. La limpieza se puede realizar mecánicamente, con un martillo de sarro manual.[25] Esto también tiene un riesgo de daño mecánico en los tubos, ya que las picaduras más pequeñas tienden a actuar como un núcleo para la incrustación o la corrosión.[25] También es una práctica común liberar las escamas de luz por choque térmico, pasando vapor a través de las bobinas sin enfriar el agua presente[23][25] o calentando las bobinas, luego introduciendo agua de mar fría.[26] En 1957, la nave de ensayos HMS Cumberland, un crucero pesado obsoleto, se usó para las primeras pruebas del destilador del "elemento de flexión", donde los serpentines de calentamiento no rígidos se flexionaban de forma continua durante en servicio y así se liberaba el sarro tan pronto como se formaba una capa rígida.

A pesar de la salinidad obvia del agua de mar, la sal no es un problema para la deposición hasta que alcanza la concentración de saturación.[20] Como esta es aproximadamente siete veces mayor que la del agua de mar y los evaporadores solo se operan a una concentración de dos veces y media,[27] esto no es un problema en el servicio.

Un problema mayor para la descamación es la deposición de sulfato de calcio.[24] El punto de saturación para este compuesto disminuye con temperaturas superiores a 60 °C (140 °F), por lo que a partir de alrededor de 90 °C (194 °F) forma un depósito duro y tenaz.

Para controlar aún más la formación de incrustaciones, se puede proporcionar un equipo para inyectar automáticamente una solución de ácido cítrico débil en la alimentación del agua de mar. La relación es 1:1350, respecto al agua de mar, en peso.[28]

La operación de un evaporador representa un consumo costoso de vapor de la caldera principal, por lo tanto de combustible. Los evaporadores para un buque de guerra también deben ser adecuados para suministrar las calderas a plena potencia cuando sea necesario, aunque esto rara vez se requiere. La variación del vacío bajo el cual funciona el evaporador y, por lo tanto, el punto de ebullición del agua de alimentación, puede optimizar la producción ya sea para un rendimiento máximo o una mayor eficiencia, según lo que se necesite en ese momento. La mayor salida se logra cuando el evaporador funciona a una presión cercana a la atmosférica y a una temperatura alta (para vapor saturado, esto tendrá un límite de 100 °C), que puede tener una eficiencia de 0.87   kg de agua de alimentación producida por cada kg de vapor suministrado.[24]

Si el vacío del condensador aumenta al máximo, la temperatura del evaporador se puede reducir a alrededor de 72 °C. La eficiencia aumenta hasta que la masa de agua de alimentación producida es casi igual a la del vapor suministrado, aunque la producción ahora está restringida al 86% del máximo anterior.[24]

Los evaporadores generalmente se instalan como un conjunto, donde dos evaporadores se acoplan a un solo destilador.[29] Para mayor confiabilidad, los barcos grandes tendrán un par de estos conjuntos.[29] Es posible organizar estos conjuntos de evaporadores en paralelo o en serie, para una producción máxima o más eficiente.[24] Esto organiza los dos evaporadores de modo que el primero funcione a presión atmosférica y alta temperatura (la caja de salida máxima), pero luego utiliza la salida de calor resultante del primer evaporador para conducir un segundo, funcionando al máximo vacío y baja temperatura (la eficiencia máxima caso).[29] La producción total de agua de alimentación puede exceder el peso del vapor que se suministra primero, hasta un 160% de la misma. Sin embargo, la capacidad se reduce, hasta el 72% del máximo.[24]

El agua de mar no evaporada en un evaporador se convierte gradualmente en una salmuera concentrada y, al igual que las calderas de vapor tempranas con alimentación de agua de mar, esta salmuera se debe soplar intermitentemente cada seis a ocho horas y volcarse por la borda.[23] Los evaporadores tempranos simplemente se montaron en lo alto y descargaron su salmuera por gravedad.[15] A medida que la creciente complejidad de los condensadores de superficie exigía una mejor calidad del agua de alimentación, una bomba se convirtió en parte del equipo del evaporador.[23] Esta bomba tenía tres funciones combinadas como una bomba de alimentación de agua de mar, una bomba de suministro de agua dulce y una bomba de extracción de salmuera, cada una de capacidad progresivamente menor.[22] La salinidad de la salmuera fue un factor importante en la eficiencia del evaporador: una formación de escamas estimulada demasiado densa, pero muy poco representó un desperdicio de agua de mar caliente. La salinidad operativa óptima se fijó así en tres veces la del agua de mar, por lo que la bomba de salmuera tuvo que eliminar al menos un tercio de la tasa de suministro total de agua de alimentación.[30] Estas bombas se parecían a las bombas de agua de alimentación recíprocas de vapor que ya estaban en servicio. Por lo general, fueron producidos por fabricantes conocidos, como G & J Weir. Se utilizaron bombas verticales y horizontales, aunque se favorecieron las bombas horizontales, ya que fomentaban la desaireación del agua de alimentación. Las bombas centrífugas rotativas eléctricas se adoptaron más tarde, como más eficientes y más confiables. Hubo dudas iniciales sobre si estos serían capaces de bombear salmuera contra el vacío del evaporador, por lo que también hubo un tipo de transición en el que una bomba de émbolo para salmuera accionada por tornillo sin fin se accionó desde el eje rotatorio.[22]

Los destiladores de compresión de vapor se instalaron en submarinos de EE. UU. poco antes de la Segunda Guerra Mundial.[34] Los primeros intentos se habían hecho con evaporadores que funcionaban con el calor del escape del motor diésel, pero solo podían usarse cuando el submarino estaba navegando a velocidad de superficie. Otra dificultad con los submarinos fue la necesidad de producir agua de alta calidad para rellenar sus grandes baterías de almacenamiento. El consumo típico en una patrulla de guerra fue de alrededor de 500 US gallons (1,900 litros) por día para servicios de hotel, bebida, cocina, lavado etc. y también para reponer el sistema de enfriamiento del motor diésel. Otros 500   Se requerían galones por semana para las baterías.[34] El modelo estándar Badger X-1 para submarinos diésel podría producir 1.000.   galones por día Capacidad del tanque de 5,600.   Se proporcionaron galones (1,200 de los cuales era agua de batería), alrededor de 10 días de reserva.[34] Con la aparición de submarinos nucleares y su abundante suministro de electricidad, se podría instalar una planta aún más grande. La planta X-1 se diseñó para que pudiera ser operada cuando se practica snorkeling, o incluso cuando está completamente sumergida. A medida que la presión ambiental aumentaba cuando se sumergía, y por lo tanto el punto de ebullición, se necesitaba calor adicional en estos destiladores submarinos y, por lo tanto, estaban diseñados para funcionar con calor eléctrico continuamente.[34]