Warum die Rührwerkstechnik maßgeblich über die Effizienz einer Biogasanlage entscheidet

No debate sobre a eficiência das instalações de biogás, temas como a qualidade do substrato, a estratégia de alimentação ou a gestão biológica do processo estão frequentemente no centro das atenções. No entanto, um fator decisivo é muitas vezes subestimado: a tecnologia de agitação.

Um agitador concebido de forma otimizada não só assegura a homogeneização do conteúdo do fermentador, como também influencia diretamente a atividade biológica, o consumo de energia da instalação e, em última análise, a rentabilidade de todo o processo. Ao mesmo tempo, o agitador é um dos maiores consumidores de energia elétrica de uma instalação de biogás. Por isso, mesmo pequenas melhorias na orientação do fluxo ou no posicionamento podem permitir poupanças de energia significativas ao longo dos anos de funcionamento.

Por que razão é necessário agitar?

Durante o processo de fermentação anaeróbica, formam-se diferentes camadas de matéria no interior do fermentador. As fibras leves e os componentes vegetais tendem a subir à superfície e a formar camadas flutuantes. Por outro lado, os componentes minerais mais pesados ou a areia sedimentam no fundo do tanque e formam camadas de sedimentos.

Sem uma agitação contínua ou adaptada às necessidades, surgem zonas que deixam de ser biologicamente ativas. O volume útil do fermentador diminui, os substratos são transformados de forma desigual e a produção de gás pode diminuir.

Uma técnica de agitação eficaz cumpre, por isso, várias funções simultaneamente:

• Homogeneização de todo o conteúdo do fermentador
• Distribuição uniforme dos microrganismos
• Melhoria do transporte de matéria e de calor
• Prevenção da formação de camadas flutuantes e sedimentadas
• Liberação de bolhas de gás retidas
• Apoio a uma transformação biológica uniforme

O objetivo não é obter o máximo de movimento possível no fermentador, mas sim um fluxo direcionado que abranja todas as áreas do recipiente e evite zonas mortas.

Zonas mortas – um problema subestimado

Em praticamente todos os fermentadores surgem zonas com baixa velocidade de fluxo. Estas chamadas «zonas mortas» encontram-se frequentemente nos cantos dos tanques, atrás de elementos fixos ou na parte inferior dos mesmos.

É nestas zonas que os sólidos se depositam com maior frequência. Ao mesmo tempo, chegam menos microrganismos e substrato fresco a esses locais. O resultado são depósitos, um volume de reação reduzido e uma utilização menos eficiente do fermentador disponível.

Através da escolha correta da geometria da hélice, da posição de montagem e do ângulo de inclinação, é possível reduzir significativamente essas zonas mortas.

O desafio: substratos diferentes exigem conceitos de mistura diferentes

Atualmente, as instalações modernas de biogás funcionam com uma grande variedade de matérias-primas. Para além da silagem de milho, utilizam-se cada vez mais estrume agrícola, estrume sólido, silagem de plantas inteiras ou resíduos da indústria alimentar.

Cada substrato possui propriedades reológicas diferentes.

Enquanto o chorume de baixa viscosidade pode ser misturado com relativa facilidade, à medida que o teor de matéria seca aumenta, tanto a viscosidade como a potência necessária para a técnica de agitação também aumentam.

Os substratos ricos em fibras, em particular, impõem requisitos elevados à formação do fluxo no fermentador. Neste caso, uma potência elevada do motor, por si só, não é suficiente. O que é decisivo é, antes, a combinação entre o diâmetro da hélice, a velocidade de rotação e o posicionamento.

Corrente em vez de potência

Um erro muito comum consiste em avaliar o desempenho de um agitador exclusivamente com base na potência do motor.

Na realidade, porém, é sobretudo o fluxo gerado que determina a qualidade da mistura.

Hélices de grandes dimensões com velocidade de rotação ajustada conseguem, muitas vezes, gerar um caudal volumétrico significativamente superior ao de sistemas mais pequenos e de rotação rápida – e isto com um menor consumo de energia.

Para os operadores, isto significa:

Não é a potência nominal mais elevada que conduz necessariamente ao melhor resultado de mistura, mas sim a conceção ótima do ponto de vista da dinâmica dos fluidos para o respectivo fermentador.

A eficiência energética como fator económico

Dependendo do conceito da instalação, vários por cento do consumo total de energia própria de uma instalação de biogás são atribuíveis à tecnologia de agitação. Ao longo de um período de funcionamento de 15 a 20 anos, isto acarreta custos energéticos consideráveis.

Por isso, a otimização dos sistemas de agitação existentes está a assumir uma importância cada vez maior.

Algumas medidas possíveis são, por exemplo:

• Ajustar a geometria das hélices
• Otimização da posição de montagem
• Utilização de acionamentos energeticamente eficientes
• Funcionamento intermitente em vez de contínuo
• Ajustar a velocidade de rotação às necessidades reais do processo

Mesmo pequenas otimizações podem reduzir o consumo específico de energia, sem comprometer a estabilidade biológica do processo.

Os conceitos modernos de agitação apostam na conceção personalizada

Não existe um agitador universal que seja igualmente adequado para todas as instalações de biogás.

Entre outros fatores, são decisivos:

• Diâmetro do reservatório
• Nível de enchimento
• Volume do fermentador
• Teor de matéria seca
• Mistura do substrato
• Técnica de introdução
• Número de fermentadores
• Estratégia de operação

A partir destes parâmetros, obtém-se o conceito de mistura ideal.

Dependendo da aplicação, são utilizados diferentes sistemas de agitação – por exemplo, agitadores de haste, agitadores de pás ou agitadores submersíveis. Muitas vezes, só a combinação de diferentes sistemas permite obter o fluxo desejado em todo o tanque.

Quando é que vale a pena fazer uma modernização?

Muitas instalações de biogás foram concebidas há dez ou quinze anos, em condições diferentes das atuais.

Hoje em dia, tanto os substratos utilizados como o modo de funcionamento mudaram frequentemente.

Indícios típicos de potencial de otimização são:

• camadas flutuantes recorrentes
• depósitos de sedimentos
• aumento do consumo de energia
• processo biológico instável
• rendimentos de gás em queda
• elevados custos de manutenção

Nestes casos, pode ser aconselhável uma revisão da tecnologia de agitação existente. O objetivo não é necessariamente a substituição de todos os componentes, mas sim uma adaptação técnica e economicamente viável às condições de funcionamento atuais.

Conclusão

A tecnologia de agitação é muito mais do que um equipamento auxiliar mecânico. Influencia praticamente todos os processos centrais numa instalação de biogás — desde a conversão biológica, passando pela libertação de gás, até ao consumo próprio de energia.

Um dimensionamento cuidadoso, que tenha em conta a geometria do fermentador, as características do substrato e o modo de funcionamento, cria a base para uma gestão estável do processo e um funcionamento económico da instalação.

Quem verificar regularmente a sua tecnologia de agitação e a adaptar, se necessário, às novas exigências, poderá não só otimizar o consumo de energia, como também aproveitar melhor a capacidade existente do fermentador e aumentar a segurança operacional a longo prazo.