Kögelhof: desintegração por ultrassom monitorada por sensores em uma instalação de biogás
Fontes de energia natural utilizadas com eficiência
Kögelhof no condado Ravensburg é uma empresa agrícola familiar, que desde 2004 se dedica à geração de energia com biogás. Os recursos vegetais necessários são cultivados pelo próprio agricultor Hermann Müller, em 180 hectares de campo arável. A energia produzida é o suficiente para abastecer a fazenda e mais de 1.400 domicílios com energia elétrica. O calor gerado aquece o prédio da escola local.
Energia sustentável e calor para a vizinhança
Hermann Müller compara o princípio da instalação de biogás com o funcionamento do estômago de uma vaca e ele deve saber, pois no Kögelhof havia criação de gado leiteiro. “Os músculos de vaca se movem como o misturador no fermentador da substância orgânica. Esta é decomposta pelos micro-organismos em um ambiente quente e à prova de ar, gerando assim o biogás.“ Este biogás aciona cinco motores nas instalações do Kögelhof, os quais geram energia elétrica através de um gerador acoplado, até 4,5 milhões de quilowatt-hora por ano. Esta energia é alimentada na rede e corresponde à demanda de energia de aproximadamente 1400 domicílios.
Imagem 1: uma vista do Kögelhof. Imagem 2: na instalação de desintegração por ultrassom, a biomassa é preparada para a obtenção máxima de energia.
O calor gerado é aplicado de forma objetiva: o fornecedor de energia local instalou uma linha de transmissão de calor de 1,4 quilômetros de comprimento até o centro escolar, onde o prédio e a piscina agora podem ser aquecidos de modo biologicamente sustentável. Uma economia anual de 80.000 litros de óleo combustível de aquecimento. Futuramente, uma nova área residencial próxima também será aquecida com o biogás. Como a geração de energia no Kögelhof é realizada de acordo com a demanda, produz-se mais no inverno do que no verão. “Isso força o aumento de produção de biomassa, fazendo com que até agora não tenha sido possível esgotar o potencial de energia constantemente”, diz Hermann Müller. “Com o volume de produção elevado, sempre fica certa energia residual no produto final da biomassa, o assim chamado substrato de fermentação. Por isso, estávamos em busca de uma solução para produzir de forma realmente sustentável, praticamente esgotando a energia da biomassa.” Hermann Müller encontrou uma solução com a empresa Weber Entec.
Desintegração por ultrassom
Weber Entec é especializada na fabricação de instalações para aplicações baseadas em ultrassom no setor de tecnologia ambiental, em especial na desintegração, um tratamento por ultrassom de materiais biogênicos. Este processo aumenta a superfície do substrato de fermentação. No jargão técnico, este procedimento é chamado de digestão. Através deste aumento da superfície o processo de decomposição orgânico é acelerado e mais energia é obtida.
Na desintegração por ultrassom, as vibrações elétricas geradas por um gerador são transformadas em vibrações mecânicas por um conversor (transdutor acústico). Estas vibrações são transmitidas ao fluido circundante pelo assim chamado sonotrodo. Eles causam altas pressões positivas e negativas, alternadamente no ritmo da frequência de ultrassom, de acordo com o momento de expansão ou contração do gerador de vibração. Durante a fase de pressão negativa são geradas bolhas de vapor microscópicas no líquido sonorizado, os quais implodem na sequência, durante a fase de pressão positiva. Este processo é chamado de cavitação. As implosões liberam altas pressões e temperaturas, difundindo o processo de desintegração pela biomassa.
Imagem 1: o sensor de pressão PM1604 da ifm é ideal para o monitoramento da bomba, graças à sua robusta célula de medição de pressão cerâmica-capacitiva. Imagem 2: vários sensores e atuadores IO-Link podem ser conectados ao mestre IO-Link. Este mestre funciona simultaneamente como gateway e se comunica com o controlador da instalação via PROFINET.
Monitoramento de pressão na bomba
Para o monitoramento da desintegração, a Weber Entec aplica sensores e mestres O-Link da ifm nesta instalação. Por exemplo, na bomba do fermentador principal, onde o substrato de fermentação é bombeado para a instalação de ultrassom e de volta. Os sensores monitoram a bomba pela medição de pressão no lado de sucção e de pressão. Além disso, eles protegem a geração de ultrassom e controlam a vazão em caso de perda de pressão alta demais na tubulação.
O sensor de pressão faceado frontalmente PM1604 é perfeitamente adequado para esta aplicação, graças à sua robusta célula de medição de pressão cerâmica capacitiva. A célula de medição é resistente em relação às partículas do fluido, a conexão de processo faceada frontalmente evita deposições sobre a célula de medição.
Valor agregado graças ao IO-Link
Os sensores estão conectados ao controlador através do IO-Link. Concretamente: o IO-Link permite a comunicação entre os sensores e o mestre IO-Link. Este mestre oferece conexão a vários sensores, reúne os sinais e os comunica ao controlador através do barramento de campo, neste caso Profinet. Isso reduz significativamente o trabalho de cabeamento. Este caminho de comunicação totalmente digital permite mais do que apenas transmitir o valor de medição sem perdas. Através de IO-Link podem ser lidos, por exemplo, valores mínimos e máximos do sensor, fornecendo informações sobre eventuais picos de pressão críticos de curto prazo. Através de dados de diagnóstico é possível verificar o estado do sensor a qualquer momento. Todos estes dados além do valor de medição em si ajudam a evitar paradas não planejadas da instalação. A parametrização do PM1604 também é feita via IO-Link. Assim é possível, por exemplo, escalonar o intervalo de medição com limites livres, ajustando-o idealmente à aplicação. Christian Eichhorst, diretor da empresa Weber Entec GmbH & Co. KG resume: “Os sensores são muito precisos e confiáveis. Especialmente através do IO-Link pudemos melhorar consideravelmente o nosso controlador. O IO-Link oferece vantagens enormes, como a redução do trabalho de cabeamento ou a leitura direta de diversos parâmetros, como a pressão máxima.”
Conclusão
Utilização eficiente dos recursos: este princípio vale tanto no aproveitamento energético da biomassa quanto também no sistema de sensores aplicado, que fornece mais do que apenas valores de medição, graças ao IO-Link. Isso oferece máxima transparência no monitoramento do processo e leva a uma operação eficiente e sem falhas da instalação de biogás.