ECOLOGIA - MEDIO AMBIENTE
RE-BIOMAS - Equipo Piloto para la Producción de
Biogás desde Biomasas
Foto sólo indicativa - Equipo base (Cód. 949100)
1. Generalidades
El equipo Re-Biomas ha sido diseñado para permitir el estudio del proceso de fermentación anaeróbica para la producción de gas metano (biogás) desde material orgánico de desecho (biomasas).En el ámbito de las tecnologías denominadas dulces o apropiadas, la fermentación anaeróbica cumple una función de primaria importancia por la contribución que la misma puede aportar tanto al problema de la crisis energética como al de la eliminación de los desechos de naturaleza orgánica.
El equipo piloto Re-Biomas ha sido concebido de modo que se pueden evidenciar los parámetros funcionales que determinan la cantidad y las características del biogás producido, además de los criterios para la utilización del equipo, en particular por cuanto concierne la seguridad. El grupo resulta, por tanto, un válido instrumento didáctico para comprender sea el proceso que la tecnología adoptada para el proyecto de equipos reales.
2. El proceso de la fermentación anaeróbica
La fermentación anaeróbica, a través de la degradación de moléculas orgánicas complejas, permite transformar la sustancia orgánica de desecho (como ser la de los desechos orgánicos sólidos, de los desechos agroalimentarios, de las deyecciones animales), en material apreciado: fertilizante y un gas denominado biogás, constituido por aproximadamente el 70% de metano. La producción de biogás varía en relación a la naturaleza y a la cantidad de material tratado; medianamente es del orden de 0,3 - 0,4 Nm³ de biogás por kg de sustancia sólida tratada.
El producto gaseoso biogás presenta la siguiente composición media: CH4 metano (60 ÷ 70%).
CO2 anhídrido carbónico (28 ÷ 32%).
H2S hidrógeno azufrado, NH, amoníaco, etc. (2 ÷ 3%).
El Poder Calorífico Inferior (PCI) del mencionado gas es del orden de 5200 ÷ 6000 kcal/Nm³, según el porcentaje de metano. La parte líquida y la sólida remanentes resultan óptimos fertilizantes que, como tales, pueden ser usados en agricultura. El líquido efluente, en zonas calurosas (temperatura ambiente 25 ÷ 28°C), es una óptima base para culturas acuáticas que pueden constituir un válido alimento para animales.
El proceso de la fermentación anaeróbica es también un válido medio depurativo, con un rendimiento para el abatimiento del BOD de hasta el 80 ÷ 85%.
Page 2 Fig. 1 - Sinóptico general
1. Recipiente de alimentación, capacidad 200 litros con agitador/desmenuzador
2. Reactor construido en material plástico atóxico, capacidad 100 litros aprox.
3. Calentador eléctrico, potencia variable 2000 W
4. Manómetro en U para medir la presión de trabajo en el reactor
5. Válvula de alivio del gas para regular la presión de trabajo del reactor
17. Reactor en acero inoxidable para la producción de H2, capacidad 40 litros
18. Calentador eléctrico, potencia variable 1500 W
19. Recipiente solución básica para control pH en el reactor H2
20. Válvula de alivio del gas para regular la presión de trabajo del reactor
21. Contador de gas producido con detector de fugas de gas con avisador acústico
6. Recipiente soluciones ácida y básica para control pH en el reactor
7. Descarga de sifón para diversos tipos de presión de trabajo
8. Desgaseador/sedimentador
9. Columna absorción agua extracción CO2 gas 10. Columna eliminación CO2 con solución básica 11. Filtro deshidratador de gel de sílice
12. Columna con material ferroso y carbón activo para eliminación H2S y otros compuestos orgánicos 13. Contador de gas producido con detector de fugas de
gas con avisador acústico 14. Reductor de llama de seguridad
15. Recipiente de acumulación volumétrico gas de baja presión con válvula de seguridad.
16. Sistema opcional para adquisición de datos SAD/RE-BIOMAS
P1. Bomba de alimentación reactores
P2. Bomba de recirculación y mezclado metano reactor V1. Electroválvula para recirculación y mezclado V2. Electroválvula para recirculación fangos
P3. Bomba de alimentación solución correctiva ácida reactor metano
EV1 Electroválvula solución correctiva ácida reactor metano P4. Bomba de alimentación metano y solución correctiva básica reactor
EV2 Electroválvula metano y solución correctiva básica reactor
P5. Bomba de recirculación y mezclado reactor H2 P6. Bomba de alimentación solución correctiva básica reactor H2
EV3 Electroválvula solución correctiva básica reactor H2 LI Indicadores de nivel
TIC Termóstato control temperatura reactor PHC Sistema control pH
3. Composición
El equipo piloto está compuesto por: Equipo base (Cód. 949100).
Frigotermostato opcional para el aparato BOD (Cód. 949104). Termorreactor opcional para el análisis COD (Cód. 949103). Kit opcional para medir la concentración del gas (Cód. 949101).
Reactor opcional para la producción de hidrógeno desde fermentación (Cod. 949115) Sistema opcional Automático de Adquisición de Datos SAD/RE-BIOMAS constituido por:
- Kit de transductores electrónicos y acondicionamiento de señales (Cód. 914344). - Software de adquisición y análisis de datos (Cód. 914345).
4. Descripción
Equipo base - Cód. 949100
El equipo piloto Re-Biomas está descripto a través del esquema sinóptico de la fig. 1. El grupo puede ser alimentado a través del recipiente (1); está dotado de agitador/ desmenuzador para amalgamar las partes sólidas. En el recipiente de alimentación es posible introducir una solución especialmente preparada para realizar las experiencias, o bien un reflujo (líquido, fango, etc.) de naturaleza orgánica. En el recipiente mismo es posible añadir sustancias nutritivas y/o variar el pH antes de iniciar la prueba. La fermentación real se realiza en el reactor (2) alimentado a través de la electrobomba (P1). Un temporizador programable permite accionar la bomba centrífuga (P1) y por lo tanto de cambiar el flujo de alimentación en el reactor (2) está dotado de una amplia ventana transparente para observar el interior. El reflujo estaciona en el reactor por un tiempo suficiente en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno), luego se transforma parcialmente en gas. El fermentador puede trabajar a temperaturas superiores a las del ambiente gracias a la acción del calentador (3). La bomba (P2) asegura la recirculación y el mezclado. El pH en el recipiente puede ser controlado automáticamente porque una sonda de pH controla las electroválvulas (EV1 y EV2) de salida de los recipientes que contienen las soluciones correctivas (6). En el desgaseador-sedimentador (8), dotado de descarga de sifón (7), se obtiene la separación de los “fangos” del gas producido: los primeros pueden ser reintroducidos en el fermentador aumentando la eficiencia del proceso. El gas producido es purificado mediante una serie de tratamientos: primeramente se somete a la eliminación del anhídrido carbónico mediante el paso en una columna à absorción con agua (9), y por lo tanto soporte l’eliminación de la restante parte de CO2 haciéndolo pasar a través de una solución básica (10), sucesivamente es desecado por un gel de sílice (11) y por último es eliminado el hidrógeno azufrado y otros compuestos orgánicos a través del paso primero en una cama constituida de material de hierro y después par una cama de carbones activos. En fin, en el recipiente volumétrico (15) se realiza el depósito a presión atmosférica previa medición de la cantidad producida. El equipo piloto puede funcionar de diversas maneras, cada uno de los cuales es representativo de una metodología tecnológica para la realización del proceso de fermentación anaeróbica. Por ejemplo, con una alimentación líquida es posible obtener:
funcionamiento discontinuo; funcionamiento continuo;
funcionamiento con recirculación de los fangos.
Con una alimentación constituida por material sólido o semisólido (por ejemplo desechos de alta naturaleza orgánica) el equipo puede funcionar como “lisímetro” o sea permite el estudio del proceso fermentativo de este material. En este caso el material ha de ser cargado directamente en el reactor (2) y funciona sólo en modalidad discontinua.
Page 4 Cono Imhoff para la determinación de los sólidos totales.
Manómetro en U (4) para medir la presión en el reactor (1).
Manómetro en U para medir la presión del gas en el recipiente volumétrico.
N. 6 sondas de temperatura Pt100 conectadas a un indicador digital para medir la temperatura en diversos puntos del equipo.
Contador de gas producido.
Detector de fugas de gas con avisador acústico.
El equipo base puede ser integrado con algunos instrumentos opcionales o con el Sistema Automático de Adquisición de Datos.
Frigotermostato opcional para el mantenimiento del aparato BOD - Cód. 949104
Permite mantener el aparato de medición BOD a temperatura constante 20°C ± 0,5°C durante las pruebas, cuando la temperatura ambiente esté comprendida entre -10 y +50°C.
Termorreactor opcional para el análisis COD - Cód. 949103
Permite el análisis del COD (Chemical Oxigen Demand) de 6 posiciones y está dotado de un mecanismo para el control de la temperatura y la duración de la prueba.
Kit opcional para medir la concentración del gas – Cód. 949101
El Kit permite extraer unas muestras y efectuar mediciones de concentración sobre los siguientes gases: anhídrido carbónico;
metano;
hidrógeno azufrado.
Reactor opcional para la producción de hidrógeno por fermentación - Cód. 949115
Este grupo está instalado entre el tanque de alimentación y el reactor de metano. El mismo produce hidrógeno a partir de la biomasa. Recientes estudios demuestran que la producción de hidrógeno y metano aumenta de aproximadamente el 20% la cantidad de energía obtenible de la biomasa y aumenta también la producción de CH4. El grupo está compuesto por: reactor sellado de 40 l (17);
calentador eléctrico con potencia variable 1500W (18); bomba de recirculación y mezcla (P5);
tanque de alimentación solución básica con bomba para control pH (EV3); medidor de gas producido (21);
N. 3 termorresistencias Pt100 conectadas a un indicador digital para medir la temperatura en diferentes puntos del sistema;
manómetro para medir la presión del reactor (P3).
El gas producido es tratado de la misma manera que el CH4 y luego es almacenado a presión atmosférica con el metano.
OPCIONAL
Sistema Automático de Adquisición de Datos SAD/RE-BIOMAS
Permite adquirir datos en tiempo real y obtener las máximas ventajas didácticas de generación de gas desde biomasas. El sistema permite adquirir todas las magnitudes en examen durante las experiencias realizables en la versión de conducción manual; además está en condición de producir gráficos significativos orientados hacia una profunda comprensión de los principios de funcionamiento y de las problemáticas relativas a los equipos de la fermentación anaeróbica.
El sistema incluye:
Kit de transductores electrónicos y acondicionamiento de señales (Cód. 914344) Software de adquisición y análisis de datos (Cód. 914345)
El kit de transductores electrónicos y acondicionamiento de señales (Cód. 914344) comprende los transductores electrónicos para la adquisición de las siguientes magnitudes:
Presión en el reactor (P1). pH en el reactor (pH).
Presión recipiente de depósito gas (P2). Cantidad de gas producido (Q).
Fig. 2 - Software SAD/RE-BIOMAS: Ambiente de trabajo Fig. 3 - Software SAD/RE-BIOMAS: Diagrama señales en tiempo real
El aparato eléctrico efectúa, además, el acondicionamiento y la conversión A/D de las señales suministradas por las 6 sondas de temperatura Pt100, haciendo que sea posible también la adquisición automática de las temperaturas siguientes: Temperatura en el reactor (T1,T2,T3,T4).
Temperatura en el calentador (T5,T6).
El software de adquisición y análisis de datos (Cód. 914345) (véanse las fig. 2 y 3) opera en ambiente MS-Windows y permite adquirir datos desde el equipo en tiempo real, elaborarlos y archivarlos, imprimir sobre papel o en vídeo los parámetros y los diagramas característicos del proceso en las diversas condiciones de ejercicio.
El sistema es utilizable con:
PC mínimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) y CD drive, tarjeta gráfica SVGA mínimo, ratón, RAM 32 MB, puerta USB. MS-Windows XP o versiones sucesivas.
Impresora gráfica.
Si el reactor de hidrógeno es presente, el sistema de adquisición de datos adquirirá también los datos del reactor de hidrógeno.
5. Aplicaciones
Las experiencias consisten en alimentar el equipo con una solución orgánica especialmente preparada (solución de azúcar, alcohol o con bacterias liofilizadas) o bien utilizar desechos orgánicos sólidos y/o líquidos al introducir los parámetros de trabajo y, por tanto, al realizar la prueba hasta la producción de biogás.
Utilizando los instrumentos de medida suministrados con el sistema es posible, por tanto, considerar como la cantidad y las características del biogás producido dependan del tiempo de retención en el reactor, de la temperatura y del modo de realizar el proceso y comparar el rendimiento de materiales líquidos y sólidos diversos.
6. Manual de referencia y guía a los ejercicios
Con el sistema se suministra un completo manual didáctico que describe las características del mismo, ilustra las modalidades de puesta en función y utilización y propone numerosos ejercicios proporcionando valores numéricos y diagramas de referencia.
7. Servicios necesarios
Alimentación eléctrica: trifásica 50/60Hz - 4 kW Alimentación hídrica: 1000 l/h - 3 Bar
Alimentación aire comprimido: 50 l/h - 6 Bar 8. Pesos y dimensiones
Peso en vacío: 450 kg - con carga: 650 kg. Dimensiones: 2500 x 1800 x 2300 h mm.
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La Didacta Italia en cualquier momento y sin preaviso puede efectuar variaciones que considere convenientes por exigencias de construccion o de didacticasiempre manteniendo las caracteristicas esenciales.
