18 diciembre 2011

Ingeniería de diseño de digestores anaeróbicos (4ª PARTE)


Ver 3ª PARTE

Diseño del reactor

La construcción de reactores de biogás es común en los países en desarrollo aunque su capacidad no suele ser superior a 10 m3. En los países desarrollados son más comunes los reactores de hormigón reforzados.  Estos reactores se construyen bastante planos, para reducir las tensiones de presión.
Los reactores de acero revestidos de plásticos y esmaltados se usan más raramente debido a su sensibilidad a impactos.
En algunas ocasiones se ven en las bases del digestor. La base del digestor puede protegerse por ejemplo con láminas de polietileno de 0,2-0,8 mm de espesor, dependiendo de la aplicación, se pone en la capa inferior. La lámina usualmente se coloca solapándose. En zonas de protección de agua, las láminas se sueldan entre sí.

Una buena lámina con protección de pérdidas (1000 g m-2), una lámina de propileno con buenas propiedades, se extiende sobre la superficie total. El líquido de drenaje se hace pasar por un pozo de drenaje con un diámetro de 300 mm. La lámina de polietileno final que constituye la base se extiende posteriormente.
Para colectar el biogás, la superficie del sustrato es cubierta (sellada) con una lámina impermeable a los gases con apertura y tuberías al gasómetro.  El gasómetro se fabrica con materiales como la fibra de vidrio o polietileno de alta densidad.
Tanto la salida como la entrada de los residuos deben situarse fuera del borde del vaso de contención, así ningún sustrato puede fluir hacia afuera y no se requieren válvulas de compuerta. La entrada comienza a un lado de la base con una conexión para la manguera del líquido o tanque y acaba en el fondo de la base.

Homogenización

La operación de homogenización de la biomasa no debe dañar la lámina del fondo. Por lo tanto, puede usarse agitador de eje con actuación tractora, un agitador de motor sumergido, o puentes con agitador sumergido.
Los agitadores de ejes con actuación por tracción tendrán al menos 7 m de longitud.  La barra de tiro del agitador se fija al borde de la base. El agitador puede moverse libremente en la base a través de la barra de tiro.
Otras configuraciones hacen circular la biomasa a través de la entrada y salida. En esta configuración, la bomba se sitúa fuera de la base.

Configuración en balón

Otra configuración interesante es la denominada balón, que consiste en un saco plástico. El gas se acumula en la parte superior del balón. Las entradas y salidas se fijan directamente en la piel del balón, que se infla sólo ligeramente. El balón no es en realidad muy elástico. A través del movimiento de la piel del balón, el lodo se mezcla suavemente promoviendo el proceso de digestión.
La instalación del balón es barata, y fácil de transportar, limpiar y mantener. Se recomiendan para localizaciones donde no puede haber daño en la piel exterior y están presentes de forma constante altas temperaturas.

Cubriendo el biorreactor

Últimamente, se usa una cobertura textil colgada en un pilar central y retorcida en los bordes.
Tal cobertura es más estanca al gas y más resistente a la corrosión que el hormigón. Pueden fabricarse por ejemplo con caucho EPDM. Este material destaca por su excelente estabilidad UV y ozono. Adicionalmente, es muy elástico y particularmente duradero, y como tal puede construirse sin arrugas.
Una desventaja comparada al hormigón es que los microorganismos que se requieren para la desulfurización no son capaces de asentarse en esta cubrición. Por lo tanto, áreas de asentamiento adicional en el reactor tienen que ser instaladas.
Todas las conexiones entre la cobertura y el fermentador tienen que ser estancas al gas. Para este propósito, la lámina puede, por ejemplo, fijarse en el interior del biorreactor por debajo del nivel de líquido.
Si se consigue una conexión ajustada por una manguera de goma en una tubería, debemos estar seguros que la presión en la manga es siempre suficiente (control de presión por medición de alarma e inspección diaria del manómetro debe incluirse en el procedimiento de control) y el material de goma de la manguera retiene su elasticidad.
El sistema de bóveda flotante consiste en una lámina de plástico en forma de alvéolo abierto en el fondo y sumergido en el sustrato. El gas es almacenado en la parte superior del biorreactor. Cuando comienza la generación de gas, el sustrato es forzado a la cuenca de equilibrio. La presión del gas se incrementa con la cantidad de gas almacenado. En estas circunstancias, el volumen del biorreactor no será superior a 20 m3.
La instalación tiene que ser estanca al gas sin ninguna porosidad o grietas. Las instalaciones tipo bóveda fija son efectivas en costes y tienen una larga vida útil.

Puerta y entrada de acceso

Las puertas de acceso deben tener un tamaño de al menos 600 x 800 mm. Todas las puertas de acceso y bocas de hombre, especialmente aquellas para tareas de mantenimiento y reparación, tienen que estar equipados con dispositivos de aireación.

Capa de drenaje bajo el biorreactor

Los biorreactores para residuos líquidos deben estar equipados con drenaje de detección de pérdidas. Entre el borde inferior de la construcción y la capa de drenaje de espesor 10 a 20 cm (tamaño de grano al menos 4 – 8 mm), a menos que se necesite más espesor para la protección por congelación. Debe tener una ligera inclinación de al menos un 1 % a las tuberías para el drenaje y control de picaduras. Para tanques con fondos planos, es suficiente un drenaje circular. Para tanques con volumen superior a 1000 m3 se requiere una capa de drenaje plana o alternativamente una capa de grava más gruesa (al menos 8-16 mm).
La capa de drenaje se construye de la siguiente forma:
  • Excavación del fondo.
  • Extensión de la lámina de la capa de sellado (0,8 mm).
  • Inserción de una capa de grava y arena (150 mm) y el drenaje de anillo (diámetros de tuberías superiores a 100 mm).
  •  Aplicar la capa de filtrado de arena.
  • Formar el tanque con una placa de fondo que tenga una placa de fondo con un diámetro 1,2 m más grande que el diámetro del recipiente.
  • Girar hacia arriba la lámina de la capa de sellado en la pared del tanque.
  • Insertar un pozo de control. El pozo de control, con un diámetro superior a 20 cm, tiene que estar equipado con un sumidero para tomar muestras. Para un tanque de más de 10 m, se requieren dos pozos de control.
  • Colocación de la tubería de drenaje y relleno de la zanja.
  • Instalación de drenaje superficial para descargar el agua de la superficie y drenar el agua.

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