01 diciembre 2011

Ingeniería de diseño de digestores anaeróbicos (1ª PARTE)

Planta de biogás agrícola europea


La ingeniería de un proceso anaeróbico se basa en procedimientos y equipos estandarizados. Hay varios procedimientos que hacen fluir la biomasa líquida para participar en el proceso y ser descargado después. Tales procedimientos son particularmente usuales en agricultura. La biomasa concentrada es diluida antes de ser procesada y concentrada nuevamente después del proceso.
Hay otros procedimientos mediante los cuales se procesa la biomasa líquida y el agua se separa después de procesarse y se recicla a la planta de tratamiento de aguas residuales. Tales procedimientos se aplican a la fermentación de lodos en aguas residuales y en recientes años cada vez más para la purificación anaeróbica de aguas residuales de compañías industriales.
Hay otros procedimientos en los que la biomasa líquida se procesa y el agua se separa después de procesarse y reciclarse a la planta de tratamiento de aguas residuales. Tales procedimientos se aplican a la fermentación de lodos de aguas residuales en los últimos años cada vez más para la purificación anaeróbica de aguas residuales de compañías industriales.

Aparte de los procedimientos mencionados se han establecido otras interesantes tecnologías para la fermentación de bio residuos. Un proceso se caracteriza por la separación de biomasa sólida después de la hidrólisis y metanización solamente del hidrolizado. También se produce la fermentación de biomasa apilada cuando se aplica un proceso en el que el agua se filtra a través de la biomasa.
Los productos de la fermentación son residuos sólidos y aguas residuales. Ambos son procesos separados. Los residuos sólidos se pudren aeróbicamente y luego representan un compost valioso. La duración de la podredumbre depende del proceso de fermentación anaeróbico.

DISEÑO DEL DIGESTOR

En el mercado están disponibles plantas de una o varias etapas para todo tipo de residuos o materias primas.

a)     Tanques y reactores

Los sustratos pueden contener muchas sustancias desoxigenantes, que causan mortandad de peces y contaminación de aguas subterráneas.
Para cumplir con las disposiciones ambientales, equipos, tanques y tuberías que contienen tales sustratos deben ser estancos, sin que haya posibilidad de que los sustratos puedan penetrar en aguas subterráneas. La estanqueidad de los componentes, sobre todo conexiones, válvulas y en particular los mecanismos para reconocimiento de pérdidas, deben ser fiables y fácilmente controlables.
La corrosión es inducida por ácido sulfúrico, amoniaco, y ácido nítrico, particularmente en el gasómetro; en todos los tanques, el área donde la superficie de agua cubre las paredes del tanque del biorreactor es propenso a pérdidas si los valores de pH son bajos (<=,6).
También, la columna central que sostiene la cobertura para el polvo en muchos biorreactores verticales es particularmente susceptible a la corrosión.
La planta y otros equipos a menudo se construyen subterráneos y deben ser accesibles, así que solamente se usan unos pocos materiales para su construcción. Veamos los materiales más comunes:
  • Hormigón reforzado: Apropiado para la preparación del tanque, biorreactor, tanque de almacenamiento de residuos.
  • Bloques de hormigón, a veces con revestimiento: Apropiado para la preparación del tanque, biorreactor, tanque de almacenamiento de residuos.
  • Láminas de acero (soldadas in situ o plegadas en paralelo): Este material es menos conveniente pero puede usarse en tanque biorreactor, tanque de almacenamiento de residuos y gasómetro.
  • Plástico reforzado de fibra de vidrio: Este material se usa en tanque, biorreactor, tanque de almacenamiento de residuos y gasómetro.
  • Plástico grueso: Conveniente solamente para tanques muy pequeños.

 Tanques de hormigón reforzado
Los tanques de hormigón reforzado deben estar libres de grietas y ser resistentes bajo las condiciones especiales que se producen durante fermentación en todo el periodo de utilización.
Con hormigón reforzado, el sustrato ácido puede penetrar al refuerzo y corroerlo si el dióxido de carbono conteniendo aire también impregna al refuerzo. El dióxido de carbono convierte el hidróxido de calcio en el hormigón a carbonato cálcico. El valor del pH en el hormigón alrededor de los refuerzos decrece a valores por debajo de 9 y el acero comienza a corroerse.
Para prevenir tales daños debe utilizarse hormigón de alta calidad con alta resistencia a fuertes ataques químicos cuando está expuesto a valores de pH por debajo de 4,5  en largos periodos. Las partes de la estructura pueden consistir en hormigón repelente al agua con alta resistencia a la congelación.  Las siguientes normas deben ser consideradas en la construcción de tanques de hormigón reforzado:
  • Los espacios de gas angulares tienen que ser en principio eludidos.
  • La transición de losas arqueadas a la pared vertical deben quedar en el espacio del gas.
  • Las penetraciones para entrada y descarga pueden no quedar en el espacio del gas; una excepción es la apertura de entrada.
  • Uniones y conexiones de segmentos prefabricados (ej. placa base y paredes verticales de los tanques) tienen que ser estancas, duraderas y flexibles.
La placa base transmite el peso del tanque al suelo. Debe resistir diferencias de presión y flexión así como cargas desiguales desde el interior (ondulación) y desde el exterior (piedras subterráneas). Las paredes del tanque descansan con toda su altura en la placa base. Es importante que el suelo sea compacto y limpio.
Por razones de estática, una placa curvada es más conveniente como cimentación. Una cimentación cónica puede excavarse de forma más simple.
Aplicación del hormigón
  • El hormigón tiene que aplicarse y consolidarse inmediatamente después de la mezcla, o inmediatamente después de ser recibido si se usa hormigonera.
  • No debe añadirse agua para mantener o mejorar la fluidez. Si se incrementa la relación agua/cemento se produce porosidad y baja la resistencia.
  • El hormigón debe ser comprimido suficientemente, particularmente alrededor de los refuerzos.
  • El hormigón debe secarse lentamente. Después de verterse debe ser cubierto durante unos 7 días con una lámina de plástico protector o rociado con agua para prevenir la evaporación. Si no se hace no habrá bastante agua para fraguar el hormigón y las paredes de hormigón reforzado serán menos resistentes a la presión.
  • Solamente cuando el hormigón esté correctamente endurecido debe ser cargado.
  • Al hormigón debe aplicarse una placa de protección de la superficie.
Ver 2 ª PARTE
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