Warum die Rührwerkstechnik maßgeblich über die Effizienz einer Biogasanlage entscheidet

En el debate sobre la eficiencia de las plantas de biogás, suelen centrarse la atención en temas como la calidad del sustrato, la estrategia de alimentación o la gestión biológica del proceso. Sin embargo, a menudo se subestima un factor decisivo: la tecnología de agitación.

Un agitador diseñado de forma óptima no solo garantiza la mezcla del contenido del fermentador, sino que influye directamente en la actividad biológica, el consumo energético de la planta y, en última instancia, en la rentabilidad de todo el proceso. Al mismo tiempo, el agitador es uno de los mayores consumidores de electricidad de una planta de biogás. Por ello, incluso pequeñas mejoras en la gestión del flujo o en el posicionamiento pueden suponer un ahorro energético considerable a lo largo de los años de funcionamiento.

¿Por qué es necesario agitar?

Durante el proceso de fermentación anaeróbica se forman diferentes capas de materia en el interior del fermentador. Las fibras ligeras y los componentes vegetales tienden a ascender a la superficie y a formar capas flotantes. Por el contrario, los componentes minerales más pesados o la arena se sedimentan en el fondo del depósito y forman capas de sedimentos.

Sin una mezcla continua o adaptada a las necesidades, se crean zonas que apenas presentan actividad biológica. El volumen útil del fermentador disminuye, los sustratos se transforman de forma desigual y la producción de gas puede reducirse.

Por lo tanto, una técnica de agitación eficaz cumple varias funciones al mismo tiempo:

• Homogeneización de todo el contenido del fermentador
• Distribución uniforme de los microorganismos
• Mejora del transporte de sustancias y calor
• Prevención de capas flotantes y sedimentadas
• Liberación de las burbujas de gas atrapadas
• Favorecimiento de una transformación biológica uniforme

El objetivo no es lograr el mayor movimiento posible en el fermentador, sino un flujo específico que abarque todas las zonas del depósito y evite las zonas muertas.

Zonas muertas: un problema subestimado

En casi todos los fermentadores se forman zonas con baja velocidad de flujo. Estas denominadas «zonas muertas» suelen encontrarse en las esquinas de los depósitos, detrás de los elementos fijos o en la parte inferior del depósito.

En estas zonas se acumulan preferentemente los sólidos. Al mismo tiempo, llegan menos microorganismos y sustrato fresco a esas zonas. El resultado son depósitos, un volumen de reacción reducido y un peor aprovechamiento del fermentador disponible.

Mediante la selección adecuada de la geometría de la hélice, la posición de montaje y el ángulo de ataque, es posible reducir considerablemente estas zonas muertas.

El reto: los distintos sustratos requieren diferentes conceptos de mezcla

Las modernas plantas de biogás funcionan hoy en día con una gran variedad de materias primas. Además del ensilado de maíz, se utilizan cada vez más abonos ganaderos, estiércol sólido, ensilado de plantas enteras o residuos de la industria alimentaria.

Cada sustrato presenta propiedades reológicas diferentes.

Mientras que el purín de baja viscosidad se puede mezclar con relativa facilidad, a medida que aumenta el contenido de materia seca, aumentan tanto la viscosidad como la potencia necesaria para la técnica de agitación.

Precisamente los sustratos ricos en fibra plantean grandes exigencias a la formación del flujo en el fermentador. En este caso, una elevada potencia del motor por sí sola no es suficiente. Lo decisivo es, más bien, la combinación del diámetro de la hélice, la velocidad de giro y el posicionamiento.

Caudal en lugar de potencia

Un error muy extendido consiste en evaluar el rendimiento de un agitador basándose exclusivamente en la potencia del motor.

Sin embargo, en realidad es sobre todo el flujo generado lo que determina la calidad de la mezcla.

Las hélices de grandes dimensiones con una velocidad de giro adaptada suelen generar un caudal volumétrico considerablemente mayor que los sistemas más pequeños y de giro rápido, y todo ello con un menor consumo energético.

Para los operadores, esto significa que:

No es la potencia conectada más alta la que conduce necesariamente al mejor resultado de mezcla, sino el diseño óptimo desde el punto de vista de la dinámica de fluidos para el fermentador en cuestión.

La eficiencia energética como factor económico

Dependiendo del diseño de la planta, la tecnología de agitación representa un porcentaje considerable del consumo total de electricidad propia de una planta de biogás. A lo largo de un periodo de funcionamiento de entre 15 y 20 años, esto genera unos costes energéticos considerables.

Por ello, la optimización de los agitadores existentes cobra cada vez más importancia.

Algunas medidas posibles son, por ejemplo:

• Adaptación de la geometría de las hélices
• Optimización de la posición de montaje
• Uso de accionamientos energéticamente eficientes
• Funcionamiento por intervalos en lugar de funcionamiento continuo
• Adaptación de la velocidad de giro a las necesidades reales del proceso

Incluso las optimizaciones más pequeñas pueden reducir el consumo específico de energía sin afectar a la estabilidad biológica del proceso.

Los conceptos modernos de agitación apuestan por un diseño personalizado

No existe un agitador universal que resulte igualmente adecuado para todas las plantas de biogás.

Entre otros factores, son decisivos:

• el diámetro del depósito
• Nivel de llenado
• Volumen del fermentador
• Contenido de materia seca
• Mezcla del sustrato
• Técnica de alimentación
• Número de fermentadores
• Estrategia de funcionamiento

A partir de estos parámetros se determina el concepto de agitación óptimo.

Dependiendo de la aplicación, se utilizan diferentes sistemas de agitación, como agitadores de barra, agitadores de paletas o agitadores sumergibles. A menudo, solo la combinación de varios sistemas permite conseguir el flujo deseado en todo el depósito.

¿Cuándo merece la pena una modernización?

Muchas plantas de biogás se proyectaron hace diez o quince años en unas condiciones marco diferentes.

Hoy en día, con frecuencia han cambiado tanto los sustratos utilizados como el modo de funcionamiento.

Algunos indicios típicos de que existe potencial de optimización son:

• capas flotantes recurrentes
• depósitos de sedimentos
• aumento del consumo eléctrico
• proceso biológico inestable
• disminución de la producción de gas
• elevados costes de mantenimiento

En estos casos, puede resultar conveniente revisar la tecnología de agitación existente. El objetivo no es necesariamente sustituir todos los componentes, sino realizar una adaptación técnica y económicamente razonable a las condiciones de funcionamiento actuales.

Conclusión

La tecnología de agitación es mucho más que un simple equipo mecánico auxiliar. Influye en prácticamente todos los procesos fundamentales de una planta de biogás, desde la transformación biológica hasta la liberación de gas, pasando por el consumo propio de electricidad.

Un diseño minucioso que tenga en cuenta la geometría del fermentador, las propiedades del sustrato y el modo de funcionamiento sienta las bases para una gestión estable del proceso y un funcionamiento rentable de la planta.

Quien revise periódicamente su sistema de agitación y lo adapte a los nuevos requisitos cuando sea necesario, no solo podrá optimizar el consumo energético, sino también aprovechar mejor la capacidad disponible del fermentador y aumentar la seguridad operativa a largo plazo.