02 diciembre 2011

Ingeniería de diseño de digestores anaeróbicos (2ª PARTE)



Protección de la superficie por pintura
Las superficies internas (superficies del fondo y pared) de silos y biorreactores de hormigón o ladrillo con enlucido de cemento se corroe bajo la influencia de sustratos ácidos. Por lo tanto, debe aplicarse una protección por cemento.
Debe tenerse un cuidado especial al fijar la capa protectora; es esencial que la superficie sea mecánicamente estable y seca y resista grandes cargas mecánicas. Si este es el caso, la superficie debe limpiarse concienzudamente o usar agua a alta presión. Los residuos de aceites protectores en los nuevos silos, suciedad adherida, y partículas de cemento endurecido tienen que ser eliminadas. Se recomienda chorreado con chorro de arena, y aguafuerte diluida (ej, 10 % de ácido fosfórico) es particularmente recomendado para material que contiene lodo. Cualquier grieta y cavidades en la superficie tienen que ser reparadas. Solamente entonces puede aplicarse el revestimiento protector. El revestimiento protector debe desarrollar las siguientes propiedades:
  • Completamente sellado, para prevenir la penetración de sustratos ácidos.
  • Resistente a ácidos.
  • A prueba de agua (UV, radiación térmica del sol).
  • No susceptible al desgaste.

Si el hormigón tiene que ser pintado (espesor de hasta 0,3 mm) o revestido (espesor de hasta 1 mm), el revestimiento se hará con alguno de los siguientes productos
  • Bitumen.
  • Dispersiones de varios plásticos, ej, PVC.
  • Poliuretano (PUR).
  • Epoxy, parcialmente en combinación con bitumen.
  • Hormigón asfáltico, especialmente para revestimiento del fondo.
  • Mortero basado en plásticos (ej, con epoxy como agente de unión).

De las pinturas mencionadas, la dispersión de plástico y epoxy son las únicas que son libres de solventes. Deben aplicarse al menos dos capas. Incluso con la mejor pintura y revestimiento, la durabilidad es limitada.
La durabilidad de los revestimientos es aproximadamente la siguiente:
  • Bitumen: Entre 1 y 2 años.
  • Dispersión de plástico: Entre 1 (suelo) y 4 años.
  • Poliuretano: Entre 3 (suelo) y 6 años.
  • Epóxido: Entre 4 (suelo) y 6 años.
  • Hormigón asfáltico: 20 años.

Protección de superficie por tanques con doble pared
Si no se usa hormigón especial, el hormigón puede protegerse con revestimiento segmentado de polietileno de alta densidad o polipropileno. Los revestimientos a base de fibra de poliéster con un espesor total de 2 – 3 mm pueden proteger a los componentes que están menos comprometidos por la corrosión.

a)     Aislamiento térmico

Los tanques deben estar aislados térmicamente en mayor o menor proporción para evitar pérdidas de calor. Debe estar más o menos térmicamente aislado para evitar pérdidas de calor y/o ofrecer protección de contacto cuando el reactor trabaja en un proceso termofílico.
Como material aislante, se usan láminas de plástico expandido de poliuretano dentro de la zona inferior de la pared. Están equipados con barreras de humedad para prevenir la penetración del agua. En la zona superior de la pared del tanque, pueden instalarse láminas de poliestireno o lana mineral, o alternativamente espumas plásticas. Para proteger de la humedad, el aislamiento térmico se cubre con láminas metálicas remachadas.

b)     Sistema de tuberías

El sistema de tuberías de las plantas de biogás debe instalarse sobre el suelo para permitir la detección fácil de la corrosión y pérdidas causadas por agentes acidificantes en la planta.
Tal sistema aéreo requiere buen aislamiento de las tuberías y armaduras expuestas a la nieve.
Las tuberías de entrada y reparto de todos los tanques deben tener al menos una válvula deslizante. Dos válvulas de esclusa y un compensador adicional son obligatorios para tuberías que pasan a través del biorreactor y debajo de la superficie de lodos. Las válvulas se instalarán directamente una después de otra.
El material de las tuberías de reparto parcialmente llenas o las tuberías que transporten gas y aire de escape serían idealmente de polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP)  o polietileno (PE). Las conexiones deben ser soldadas.
Todas las tuberías de plástico externas serán resistentes a la luz UV. Las tuberías que transportan el sustrato se envolverán con láminas de aluminio para una protección especial contra UV.

c)      Sistema de bombeo

En general se necesitan bombas para transportar sustrato a y del equipo en la planta.
Las bombas centrífugas se encuentran en un 50 % de todas las plantas de biogás. En el 25 % de las plantas, se usan bombas de desplazamiento positivo para manejar altas concentraciones de sólidos. En un 16 % de todas las plantas de biogás se opera sin bombas, dependiendo de las condiciones geográficas.
Las bombas deben ser fácilmente accesibles, porque:
  • Deben mantenerse y controlarse regularmente.
  • Las partes móviles de las bombas son partes sometidas a desgaste, que están sujetas a tensiones especiales y tienen que ser reemplazadas de vez en cuando, especialmente en las plantas de biogás.
  • El bloqueo de las bombas ocurre a pesar de tomar precauciones lo cual exige una planificación prudente.

d)     Control, automatización y medición

El equipo de control de proceso se usa para la supervisión y regulación de la operación de la planta y para la limitación de daños. Perturbaciones operacionales no explicables ocurren con varias consecuencias:
  • Acidificación de la biología.
  • Sobre-espumación de la planta.
  • Calidad del gas ampliamente variable.
  • Emisiones de olores.
  • Retrasos en CHP.

Cuando en contraste la planta funciona de una forma estable, entonces trabaja a plena capacidad y su potencial  total no es aprovechado. Las técnicas de control automático realizan las siguientes funciones:
  • Supervisan los parámetros de la planta en tiempo real.
  • Hacer funcionar la planta en el punto óptimo y por tanto ahorrar recursos y costes.

A menudo las mediciones son perturbadas por instalación inapropiada. Sensores de medición instalados en el sustrato. Los sensores de medición instalados en el sustrato tienden al sobrecrecimiento o a ser influidos por partículas de sedimentación o por acumulación de gases. La medición en el espacio del biogás o chorro de gas puede ser perjudicado por la condensación de agua, espuma, o precipitación de azufre. Si el medidor de caudal de gas no se instala en la tubería correcta a alguna distancia de una curva, muestra lecturas equivocadas. Antes de seleccionar sensores de medición, debe considerarse lo siguiente:
  • Los sensores de medición pueden no ser fijados en zonas neutras o cerca del fondo del tanque.
  • El gas debe ser capaz de escapar de manguitos de protección alrededor de los sensores de medición.
  • Debe ser posible limpiar y calibrar los sensores de medición regularmente. Serán instalados con un accesorio bypass de forma que puedan montarse y desmontarse sin problemas.
  • Los instrumentos de medición deben suministrar lecturas fiables; el valor indicado de los dispositivos de medición para el caudal no deben quedar influenciadas por las burbujas de gas en el líquido.
  • Los analizadores de gas necesitan gas seco u otros procedimientos para separar el condensado aguas arriba. En algunos casos el sulfito de hidrógeno tiene que ser eliminado.

Para controlar los procesos en las plantas de biogás, deben recomendarse las siguientes mediciones:
  • Caudal másico del sustrato.
  • Concentración de materia seca y materia orgánica seca.
  • Valores BOD5 y COD.
  • Grado de descomposición e inhibición.
  • Temperatura.
  • Valor pH y/o potencial redox
  • Valor de ácido y contenido de nitrógeno.
  • Concentración de nutrientes.
  • Valor de ignición de los residuos.
  • Índice de volumen de lodos.
  • Cantidad y calidad de biogás (contenido CH4, CO2 y H2S).
  • Metales pesados en el residuo.


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