04 diciembre 2011

Ingeniería de diseño de digestores anaeróbicos (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE

TECNOLOGÍA DEL REACTOR


Si queremos construir un reactor de biogás para uso propio en actividades tales como las granjas agrícolas es importante un diseño simple y equipamiento de calidad. De esta forma el granjero será capaz de solucionar problemas que surjan en la planta. En estas aplicaciones las plantas de una sola etapa son más exitosas. Estas plantas requieren más medidas y supervisión para su óptimo funcionamiento. Sin embargo, estas desventajas han sido generalmente aceptadas.
Incluso para la purificación anaeróbica de aguas residuales industriales se usan plantas simples, denominadas ASBR-reactors (Anaerobic Sequencing Batch Reactors). Todas las diferentes etapas del tratamiento de agua residual (relleno, reacción bioquímica, sedimentación, decantación) ocurren secuencialmente en el mismo tanque. Debido a la carga baja, se requiere un volumen de reactor más grande que en plantas en un proceso continuo. Todo el proceso es susceptible a sustancias tóxicas.

En el proceso de lotes, el digestor se rellena completamente de una vez. El sustrato se degrada sin añadir nada ni descargarse hasta el fin del tiempo de residencia. Esto origina una variación temporal en la producción y la composición del gas. La producción del gas comienza incrementándose hasta que alcanza su máximo a la mitad del tiempo de residencia. Luego comienza a disminuir lentamente, impactando negativamente en el motor de gas, que no puede trabajar de forma uniforme y lo hace en condiciones subóptimas. Al final del proceso el fermentador se vacía en el tanque de almacenamiento, y solamente una pequeña cantidad queda para inocular la carga siguiente. El sustrato fresco se mezcla con el sustrato fermentado restante para continuar usando los microorganismos.
Todos los aspectos negativos pueden superarse instalando tanques auxiliares, pero ello supone un coste superior.
El tanque de almacenamiento se cubrirá debido a las emisiones de metano y amoniaco. En el proceso flow-through, el tanque de almacenamiento de residuo puede usarse como el reactor de metano, haciendo un proceso en dos etapas.
A comienzos de los 90, las plantas de biogás en Europa eran más frecuentemente construidas como plantas flow-through con tanques de acero cilíndricos.
Los sistemas flow-through de almacenamiento flexible (tanques verticales agitados) se prefieren para las grandes plantas debido a su volumen mayor. Alrededor del 50 % de todas las plantas de biogás en Alemania son sistemas flow-through de almacenamiento.
Solamente el 4 % de todas las plantas de biogás trabajan, con un tanque como biorreactor y un tanque de almacenamiento de residuos. El sistema no es exitoso en la industria debido a la producción de gas discontinua y a las pérdidas de calor.

Modos de operación de plantas de biogás agrícolas

Técnica del reactor

La mayoría de las plantas de biogás agrícolas consisten en un biorreactor cilíndrico aéreo o subterráneo con un agitador de rotación rápida vertical. El cilindro en sí mismo está localmente hecho de hormigón o construido de elementos prefabricados hechos de hormigón.
Las plantas de biogás pequeñas y aquellas con tendencia a desarrollar una capa flotante, ej, alimentadas con estiércol de pollo, a menudo consisten en tanques de acero con eje de agitador horizontal.

Tamaño del reactor

En la siguiente tabla mostramos tamaños típicos de biorreactores usados en granjas agrícolas.
El tiempo de residencia y en consecuencia el tamaño del reactor puede reducirse incrementando la temperatura de fermentación. Pero debe tomarse en consideración que la calidad del gas (concentración de metano) decrece incrementando la temperatura de fermentación.
Tamaño biorreactor (m3)
Porcentaje de biorreactores de esta carga
Diámetro (m)
Altura (m)
<200
12
Principalmente cilindros horizontales

200-400
51
10

400-600
24
12

600-800
9
14

>1000
5
Adaptado


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