Energía biomasa
Cubrimos la producción de etanol, biogas y biodiésel con tres equipos a escala, totalmente funcionales;
El etanol (alcohol) no sólo es de gran importancia para la industria química y alimentaria, sino que se utiliza también en cada vez mayor medida como combustible. Mediante el CE 640 se puede analizar la producción cercana a la realidad de etanol a base de materias primas con contenido de almidón como, por ejemplo, patatas. La planta de ensayo consta de tres componentes principales: un depósito de maceración, un depósito de fermentación y una unidad de destilación.
El depósito de maceración se llena con una mezcla de agua, patatas previamente trituradas mecánicamente y alfa-amilasa (enzima). Para aflojar las compactas cadenas de almidón se inyecta con una tobera vapor caliente en la mezcla (gelatinización). Esto hace que aumente la resistencia al flujo de la mezcla macerada, lo que dificultaría el proceso siguiente. La alfa-amilasa degrada las cadenas de almidón (licuefacción) y rebaja así la resistencia al flujo. Para convertir el almidón en azúcar (sacarificación) se emplea glucoamilasa. Estas encimas requieren temperaturas y valores pH bajos. La temperatura se obtiene mediante la refrigeración por agua en el lado de la envoltura del depósito de maceración, y el ajuste del valor pH, agregando ácido y álcali. Después de la sacarificación la masa macerada se bombea en el depósito de fermentación. Allí se forma etanol mediante el proceso de fermentación. La temperatura se regula mediante una refrigeración por agua. Después del proceso de fermentación, la mezcla macerada se bombea en el depósito de decantación de la unidad de destilación. Esta unidad está equipada con una columna de destilación de platos de campana para la separación del etanol. Se dispone de dos depósitos para el etanol separado y las vinazas que se van produciendo, respectivamente.
La planta de ensayo tiene numerosas funciones de medición, regulación y manejo, controladas por un PLC. Una pantalla táctil muestra los valores de medición y los estados de funcionamiento, a la vez que permite operar la instalación.
En una planta de biogás, los microorganismos descomponen las ma-terias primas orgánicas (sustrato) excluyendo la luz y el oxígeno. Como producto de esta degradación anaerobia se produce una mezcla de gas, que consta principalmente de metano y recibe el nombre de biogás.
La planta de ensayo CE 642 demuestra de forma práctica la generación de biogás. Como sustrato se utiliza una suspensión de materias sólidas orgánicas trituradas. En el primer reactor de tanque con agitación tiene lugar la hidrólisis y la acidificación del sustrato. En este proceso, los microorganismos anaerobios transforman sustancias orgánicas de cadena larga en sustancias orgánicas de cadena corta. En el segundo reactor de tanque con agitación, en la última fase de la degradación anaerobia se produce biogás, compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono. Mediante este modo de funcionamiento de dos etapas, se pueden ajustar y optimizar por separado las condiciones ambientales en ambos reactores. El digestato se recoge en un depósito separado.
La temperatura y el pH se regulan en ambos reactores. El biogás producido se seca en una columna. La columna contiene gel de sílice. A continuación se registran el caudal, la humedad, el contenido de metano, el contenido de dióxido de carbono y la temperatura del biogás. El control de la instalación y la adquisición de datos se realizan con un PLC, manejado a través de una pantalla táctil. Los valores medidos se pueden almacenar y procesar con ayuda del software GUNT para la adquisición de datos. La transferencia al PC se realiza a través de una interfaz USB.
En el caso del biodiésel. La utilización de recursos energéticos renovables en el sector de la movilidad se puede llevar a cabo mediante la sustitución de los combustibles fósiles. Una posibilidad para ellos es el biodiésel, que se obtiene a partir de aceites vegetales. La producción se lleva a cabo mediante la adición de metanol e hidróxido de potasio (como catalizador) y es una transesterificación, una reacción de equilibrio. A gran escala, la producción se lleva a cabo de manera continua en reactores de tanque con agitación. Este proceso se representa a pequeña escala con el banco de ensayos CE 650.
La reacción química se desarrolla a temperaturas de aproximadamente 60°C. Una vez transcurrido el tiempo de espera ajustado, los productos salen del reactor. Los productos están presentes como mezcla de sustancias de dos fases: una fase rica en biodiésel y una fase con productos derivados. Los productos derivados se bombean desde el siguiente separador de fases (colector) al depósito. Para la fase rica en biodiésel existen estas opciones: Retroceso al reactor, segunda etapa de transesterificación, recuperación de metanol (destilación) y lavado de biodiésel (absorción).
La fase rica en biodiésel contiene, además de biodiésel, cantidades residuales de metanol, hidróxido de potasio y aceite vegetal. El aceite vegetal que queda se utiliza en la segunda etapa de transesterificación para la reacción. El metanol se destila en la recuperación de metanol. Las cantidades residuales del catalizador se eliminan en el lavado de biodiésel. Por último se produce el almacenamiento de los productos.
La conversión de la transesterificación depende del tiempo de reacción y de la temperatura. El equilibrio químico resulta desplazado por la separación de los productos derivados. El análisis del biodiésel producido se lleva a cabo en el laboratorio. Los parámetros del proceso pueden variar para el estudio de las dependencias. El banco de ensayo se controla mediante PLC, que se maneja por medio de un panel táctil. La adquisición de datos se lleva a cabo con el software GUNT.