Kögelhof: supervisión por sensores de la desintegración ultrasónica en una planta de biogás
Uso eficiente de las fuentes naturales de energía
Kögelhof, en el distrito de Ravensburg, es una granja familiar que se dedica a la generación de energía por medio de biogás desde 2004. El propio agricultor Hermann Müller es quien cultiva los recursos vegetales necesarios en un terreno de 180 hectáreas. La energía producida es suficiente para abastecer de electricidad no solo a la propia granja, sino también a 1400 hogares. Además, el edificio de la escuela local se calienta gracias al calor residual.
Energía sostenible y calor para el vecindario
Hermann Müller compara el principio de funcionamiento de una planta de biogás con la función del estómago de una vaca; él debe saberlo bien, pues en la granja Kögelhof también criaron en su día ganado lechero. "Los músculos de una vaca mueven la materia orgánica igual que los agitadores en el fermentador. Esta materia es descompuesta por microorganismos en un entorno cálido y estanco, produciendo así biogás". En la planta de Kögelhof, este biogás alimenta cinco motores, con los que se genera electricidad con la ayuda de un generador acoplado; hasta 4,5millones de kilovatios hora por año. Con esta energía se abastece la red eléctrica y se cubren las necesidades energéticas de unos 1400 hogares.
Imagen 1: Vista de la granja Kögelhof. Imagen 2: En la planta de desintegración ultrasónica, la biomasa se procesa para obtener el máximo rendimiento energético.
El calor residual generado durante este proceso también se emplea para un fin concreto: el proveedor local ha tendido una tubería de calefacción urbana de 1,4kilómetros de largo hasta el centro escolar, de modo que ahora tanto el edificio como la piscina se calientan de manera biológicamente sostenible. Eso supone un ahorro anual de 80000 litros de gasóleo de calefacción. En el futuro, también está previsto utilizar el biogás para la calefacción de una urbanización de nueva construcción en una zona colindante. Dado que la generación de energía en Kögelhof depende de la demanda, la producción es mayor en invierno que en verano. "Esto implica inevitablemente un incremento de la producción de biomasa, con lo cual hasta ahora nunca ha sido posible aprovechar todo el potencial energético", afirma Hermann Müller. "Cuando los volúmenes de producción son elevados, siempre queda una cierta cantidad de energía residual en el producto final de la biomasa, el llamado sustrato de fermentación. Por lo tanto, buscábamos una solución que nos permitiera producir de forma realmente sostenible y obtener prácticamente la totalidad de la energía de la biomasa". Hermann Müller encontró la solución gracias a la empresa Weber Entec.
Desintegración ultrasónica
Weber Entec es una empresa especializada en la construcción de instalaciones para aplicaciones basadas en ultrasonidos en el campo de la tecnología ambiental, especialmente la desintegración: el tratamiento ultrasónico de materiales biogénicos. Mediante este método, se amplía la superficie del sustrato de fermentación; a este proceso se le denomina, en términos técnicos, desintegración. Esta ampliación de la superficie acelera el proceso de descomposición orgánica y aumenta la eficiencia energética.
Durante la desintegración con ultrasonidos, un generador crea vibraciones eléctricas que son transformadas en vibraciones mecánicas por un convertidor (transductor acústico). Estas vibraciones se transmiten al medio circundante a través de un sonotrodo. Aquí se generan ciclos fluctuantes de elevada presión positiva y presión negativa al ritmo de la frecuencia ultrasónica, dependiendo de si el transductor se está expandiendo o contrayendo en ese momento. Durante la fase de presión negativa, en el líquido sonicado se forman burbujas de vapor microscópicas, que implosionarán posteriormente en la fase de presión positiva. Este proceso se denomina cavitación. Las implosiones causan altas temperaturas y presiones, dando lugar a un mayor nivel de desintegración de la biomasa.
Imagen 1: El sensor de presión de ifm PM1604, dotado de una robusta célula de medición de presión cerámico-capacitiva, es ideal para la supervisión de la bomba. Imagen 2: Al maestro IO-Link se pueden conectar varios actuadores y sensores IO-Link. Este maestro también sirve de pasarela, y se comunica con el sistema de control de la instalación a través de PROFINET.
Supervisión de la presión en la bomba
En esta instalación, Weber Entec apuesta por los sensores y los maestros IO-Link de ifm para la supervisión del proceso de desintegración: por ejemplo, en la bomba del fermentador principal, donde el sustrato de fermentación se bombea a la instalación de ultrasonidos y viceversa. Los sensores monitorean la bomba midiendo la presión en el lado de succión y presión. Además, garantizan la producción de ultrasonidos y controlan el caudal en caso de una pérdida excesiva de presión en la tubería.
El sensor de presión rasante PM1604 resulta idóneo para esta aplicación gracias a su robusta célula de medición de presión cerámico-capacitiva. Esta célula de medición es resistente a las partículas existentes en el fluido: la conexión de proceso rasante evita los sedimentos en la célula de medición.
Valor añadido gracias a IO-Link
Los sensores se conectan al sistema de control a través de IO-Link. Concretamente, los sensores se comunican con el maestro IO-Link a través de IO-Link. Este maestro posibilita la conexión a varios sensores, concentra las señales y se comunica con el sistema de control a través del bus de campo; Profinet en este caso. La complejidad del cableado disminuye considerablemente. Esta ruta de comunicación, generalmente digital, permite algo más que la transmisión sin pérdidas del valor de medición. Por ejemplo, los valores mínimos y máximos medidos por el sensor se pueden leer a través de IO-Link; estos valores proporcionan información sobre picos de presión que pueden resultar críticos a corto plazo. El estado del sensor se puede comprobar en cualquier momento consultando los datos de diagnóstico. Todos estos datos, que van más allá del simple valor de medición, ayudan a evitar averías inesperadas en la instalación. También el PM1604 se puede parametrizar a través de IO-Link. Por ejemplo, el rango de medición se puede escalar libremente y adaptar de manera óptima a la aplicación. Christian Eichhorst, director general de la empresa Weber Entec GmbH & Co. KG, lo resume del siguiente modo: "Los sensores son muy precisos y fiables. Especialmente gracias a IO-Link, logramos una mejora significativa de nuestro sistema de control. IO-Link ofrece grandes ventajas, como la disminución de la complejidad del cableado o la lectura directa de distintos parámetros, como, por ejemplo, los picos de presión".
Conclusión
Uso eficiente de los recursos: esta máxima se aplica tanto al aprovechamiento energético de la biomasa como a los sensores utilizados, que, gracias a IO-Link, registran algo más que simples valores de medición. De esta forma, se logra la máxima transparencia en la monitorización del proceso y se garantiza un funcionamiento correcto y eficiente de la planta de biogás.