REFERTIL.REFERTIL. Segundo Taller REGIONAL en EspañaSegundo Taller REGIONAL en EspañaReducción del uso de fertilizantes minerales y químicos Reducción del uso de fertilizantes minerales y químicos en agricultura, mediante el reciclado de residuos en agricultura, mediante el reciclado de residuos orgánicos tratados como  Compost y orgánicos tratados como  Compost y BiocharBiochar

llToledo Toledo 17 de octubre de 201417 de octubre de 2014

CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN EN COMPOSTAJE Y DIGESTIÓN ANAEROBIACOMPOSTAJE Y DIGESTIÓN ANAEROBIA

Daniel Blanco CobiánÍBIOENERGÍA Y DESARROLLO 

TECNOLÓGICO

CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN EN COMPOSTAJE Y DIGESTIÓN ANAEROBIACOMPOSTAJE Y DIGESTIÓN ANAEROBIA

1.1. IntroducciónIntroducción2.2. Planta de DA en ToledoPlanta de DA en Toledo3.3. Planta de DA + compostaje en Planta de DA + compostaje en 

GranadaGranadaGranadaGranada44 Desarrollo de sistemas deDesarrollo de sistemas de4.4. Desarrollo de sistemas de Desarrollo de sistemas de 

compostajecompostaje

1 INTRODUCCIÓN1 INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

Bioenergía y desarrollo Tecnológico (BYDT) Bioenergía y desarrollo Tecnológico (BYDT) N t ti ióN t ti ióNuestra motivaciónNuestra motivación

Agotamiento

Comb. Fósiles

Agotamiento

Comb. FósilesProducción de residuos

orgánicosProducción de residuos

orgánicosDoble

desafíoProb. ambProb. amb desafío

Búsqueda de un nuevo modelo energético

Búsqueda de un nuevo modelo energético

Mejora continua de los sistemas de gestión de

residuos

Mejora continua de los sistemas de gestión de

residuosSolución

ííNuevas tecnologías que ofrezcan una solución

Nuevas tecnologías que ofrezcan una solución

combinada combinada

Actividades de BYDTActividades de BYDT

Tareas en proyectos I+D+i propios y para terceros

Colaboración con empresas y centros de investigación

Reparación, operación y mantenimiento de biorreactores y otros equipos

Creación y diseño de software para el análisis de viabilidad de l t d bi áplantas de biogás

Asesoramiento tecnológico en el ámbito de los tratamiento de residuos y la bioenergíaresiduos y la bioenergía

Seguimiento analítico e interpretación del proceso biológico

Caracterización de biogás para su aprovechamiento energéticoCaracterización de biogás para su aprovechamiento energético

Línea de biofertilizantes y ensayos agronómicos

Desarrollo de pequeñas plantas de biogás agroindustrialDesarrollo de pequeñas plantas de biogás agroindustrial

BYDT: Socios y clientesBYDT: Socios y clientes

Pequeños sistemas de biogás Pequeños sistemas de biogás agroindustrialagroindustrial

Autoconsumo de energía térmica y eléctrica, o bien

Implantación en sistemas de generación distribuida: Smartgrids

Entornos rurales

Mejora del el sincronismo entre la demanda y la producciónproducción

Posibilidad  de regular la generación con tiempo de respuesta breve: complemento a otras fuentes 

blrenovables 

Posibilidad de regular la generación con un tiempo de respuesta breve: complemento a otras fuentes renovables 

Tecnologías para el tratamiento Tecnologías para el tratamiento biológico de los residuos orgánicosbiológico de los residuos orgánicos

i ió bi jDigestión anaerobia Compostaje

Valorizaciónenergética

Valorizaciónagronómica

Biogás Compost

BiofertilizantesBiofertilizantes

2. PLANTA DE DIGESTIÓN ANAEROBIA 2. PLANTA DE DIGESTIÓN ANAEROBIA EN TOLEDOEN TOLEDO

Optimización del diseño de proceso parapara

Minimizar el coste de la planta y los costes de operación y mantenimiento

M i i l bt ió t d íMaximizar la obtención neta de energía 

Mediante Diseño robusto y reducción de equipamientoDiseño robusto y reducción de equipamiento

Aprovechamiento máximo del equipamiento

Apoyo en herramientas CFD

Diseño del procesoDiseño del proceso

Automatización y controlAutomatización y controlControl mediante autómata programable

Comunicación con PC mediante SCADAVi li ió d l t d d l d l l t ( li )Visualización del estado del proceso en modo local y remoto (on‐line) en tiempo real

Posibilidad de modificación de los parámetros de control 

Posibilidad de manejo del sistema de manera remota

Registro automático de datos y visualización de históricos

Registro de datosRegistro de datos

Tasa de producción de biogás

Biogás acumulado

Temperatura

Presión

Registro de datosRegistro de datos

Ni el del digestoNivel del digestor

[CH4]

[O2][O2]

Optimización del proceso: CDFOptimización del proceso: CDFp pp p

Malla 3D del digestor Detalle de la capa límite

Seguimiento de partículas para evaluar el mezclado y los tiempos

de residencia

Isosuperficies de presión del digestor

Optimización del proceso: CDFOptimización del proceso: CDFp pp pDeterminación de las curvas DTR para reactores en régimen turbulento y laminar

3. PLANTA DE DIGESTIÓN ANAEROBIA Y 3. PLANTA DE DIGESTIÓN ANAEROBIA Y COMPOSTAJE EN GRANADACOMPOSTAJE EN GRANADA

Ensayos de Ensayos de biodegradabilidadbiodegradabilidadyy gg

613 lCH4/kgSV

Valor notablemente alto

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopiloto

Residuos vegetales y de pescado de MERCAGRANADA empleados en los ensayos

Aspecto de la fase sólida del digerido tras 56 días de procesop

Detalles de la planta semipiloto: tanques de lixiviado y contadores de gas

Prueba de bombeo de lixiviado y arranque de ensayo E1

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy ppENSAYO 1:

T t i t á i lTratamiento mecánico leve

Estudio efecto estructurante:Si t t t C t t tSin estructurante vs. Con estructurante

Estudio de producción residual de fraccs. sólida y líquida

ENSAYO 2:Estudio efecto dilución fracción líquida:

Sin dilución vs. Con dilución 3:1

E di f i id d i á iEstudio efecto intensidad pretratamiento mecánico:Triturado vs. Sin triturar

Reinoculación tras acidificaciónReinoculación tras acidificación

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy pp

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy ppTabla. Caracterización del sustrato recibido de MERCAGANADA (Ensayo 1).

Tipo de residuo ProporciónLimones  16,4%Otras frutas* 18,2%Verduras** 34,8%Verduras 34,8%Pescado  23,3%Fracción líquida 7,3%Total 100 0%Total  100,0%* Otras frutas: Pera, naranja, mandarina, aguacate** Verduras: Repollo, puerro, patata, cebolla, calabaza 

 Tabla. Caracterización del sustrato recibido de MERCAGANADA (Ensayo 2).

Tipo de residuo ProporciónP d 26 9%Pescado  26,9%Cítricos  12,5%Frutas  11,3%Verduras 49,3%Total  100,0%

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoTabla. Visión general de los ensayos a escala semipiloto. 

Ensayo  Sistema  Subsistema Duración inicio‐fin (d)

Descripción 

yy pp

( )

E1  E1B1  0 ‐ 87  Diseño inicial (I) E1B1a    0 ‐ 55    Diseño inicial (I) E1B1b 55 ‐ 87 Sólo fase sólida   E1B1b 55  87 Sólo fase sólida

E1B2  0 ‐ 87  Diseño inicial (II) E1B2a    0 ‐ 55    Diseño inicial (II) 

   E1B2b 55 ‐ 87 Sólo fase líquidaf qE1B3  0 ‐ 87  Diseño inicial + poco inóculo 

E1B3a    0 ‐ 77    Diseño inicial + poco inóculo    E1B3b    77 ‐ 87    Sólo fase sólida E1B4  0 ‐ 87  Diseño inicial + sin estructurante 

E1B4a    0 ‐77    Diseño inicial + sin estructurante       E1B4b    77 ‐ 87    Sólo fase sólida E2 E2B1  0 ‐ 83 Diseño inicial + trituración + dilución x1

E2B2  0 ‐ 83  Diseño inicial + trituración + dilución x3 E2B2a    0 ‐ 24    Diseño inicial + trituración + dilución x3 E2B2B 24 83 Reinoculación tras acidificación   E2B2B 24 ‐ 83 Reinoculación tras acidificación

E2B3     0 ‐ 83  Diseño inicial + no trituración + dilución x1    E2B4     0 ‐ 83  Diseño inicial + no trituración + dilución x3 

Indicadores experimentales de eficacia  Indicadores de eficacia 

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopiloto         biológica   biológica (Gompertz)          Siste‐ ma 

Subsis‐ tema 

Duración  inicio‐ fin (d) 

Producción 

volumétrid CH4

Producción 

específica d CH4

Carga orgánica (kgSV∙m‐3 d 1)

Riqueza media en CH4 (%)

M (Nl∙kgSV‐

1) 

K (Nl∙kgSV‐1∙d‐1) 

lamda (d) Tiempo de 

digestió

Producción 

voluméti

Producción 

específicca de CH4 (Nl∙m‐3∙d‐

1) 

de CH4 (Nl∙kgSV‐

1) 

3∙d‐1) (%) n óptimo (d) 

rica máxima (Nl∙m‐3∙d‐1) 

a óptima (Nl∙kgSV

‐1) 

E1B1 0 ‐ 87E1B1  0   87 E1B1a  0 ‐ 55  249  224  1,11  64%  222  6,13  2,2  22,5  334  123 

   E1B1b  55 ‐ 87                               E1B2  0 ‐ 87 

E1B2a 0 ‐ 55  224 216 1,04 59% 206  5,75 0,3 5,5 344 33    E1B2b  55 ‐ 87                               E1B3  0 ‐ 87 

E1B3a 0 ‐ 77  174 212 0,82 61% 220  5,31 6,3 33,6 238 140    E1B3b  77 ‐ 87                               E1B4  0 ‐ 87 

E1B4a  0 ‐77  130  241  0,54  57%  224  5,25  0,8  5,5  225  30 E1B4b 77 ‐ 87   E1B4b 77 ‐ 87          

E2B1     0 ‐ 83  172  314  0,55  73%  304  12,28  13,9  35,3  291  235 E2B2  0 ‐ 83  170  326  0,52  49%  308  10,51  28,0  56,5  195  254 

E2B2a  0 ‐ 24    E2B2B 24 ‐ 83          E2B3     0 ‐ 83  202  378  0,53  58%  ‐‐  ‐‐  ‐‐  ‐‐  ‐‐  ‐‐ E2B4     0 ‐ 83  200  387  0,52  50%  382  11,08  8,2  33,2  338  261 

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy ppEnsayo 1: producción específica entre 206 y 222 lCH4 kgSVkgSV

Evolución de los indicadores de rendimiento biológico del ensayo E1B3a

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy ppParámetros químicos

Tabla. Resumen de los parámetros químicos de la fase líquida en el ensayo 1. E1B1 E1B2 E1B3 E1B4

Parámetro E1B1 E1B2 E1B3 E1B4

Inicial Final Inicial  Final Inicial Final Inicial Final pH   7,42 8,23 7,45  8,34 7,08 8,13 7,10 8,22 N NH total (g/l) 4 02 5 43 4 26 5 46 4 54 6 39 4 31 4 88N‐NH3 total (g/l)  4,02 5,43 4,26  5,46 4,54 6,39 4,31 4,88 N‐NH3 libre (g/l)  0,20 0,87 0,20  1,27 0,15 1,25 0,15 1,21 Alcalinidad total (g/l)  15,74 18,27 16,03  19,34 16,08 21,71 15,44 17,43 Alcalinidad parcial (g/l) 7 73 15 38 7 55 16 67 5 94 16 22 6 20 14 99Alcalinidad parcial (g/l) 7,73 15,38 7,55  16,67 5,94 16,22 6,20 14,99 Relación de alcalinidad (%) 60,9 15,8 60,6  13,9 80,0 25,3 78,6 14,0 Hac (g/l) 8,13 5,28 9,94  0,05 15,66 1,24 10,24 0,04 HPr (g/l) 4,80 9,90 5,34 0,00 5,30 2,36 4,93 0,02HPr (g/l) 4,80 9,90 5,34  0,00 5,30 2,36 4,93 0,02 DQO (g/l)  56,96 22,00 66,91  19,34 76,51 26,44 76,78 19,83 Contenido en SV (base seca)  60,4% 53,9% 60,0%  50,9% 60,3% 55,8% 60,4% 49,2% Contenido en SV (g/l)   16,4 11,4 16,7  10,2 16,3 12,1 17,2 10,8 (g/ ) , , , , , , , ,

Ensayos Ensayos semisemi‐‐pilotopilotoyy pppH de la fracción líquida

Ensayos en planta pilotoEnsayos en planta pilotoy p py p p

SISTEMA DE CONTROLSISTEMA DE CONTROLSISTEMA DE CONTROLSISTEMA DE CONTROLBombas, 

ventiladores y Sensores y 

dispositivos de  yválvulas

•Temperatura en reactor

pmedición

Ud. de controlp

•Presión en reactor•Composición de biogás•Volumen de biogás csv•pH de lixiviado•Caudal de lixiviado•Niveles de lixiviado

.csv

ParámetrosParámetros del proceso

Ensayos en planta pilotoEnsayos en planta pilotoy p py p p

Cifras orientativas: Para una cantidad de residuos de MG de 900 t/año con las características y resultadosMG de 900 t/año, con las características y resultados de los ensayos :

Producción de electricidad en cogeneración 146 MWh/añoPotencia eléctrica media producida en cogeneración 18 kWPotencia eléctrica media producida en cogeneración  18 kWPotencia eléctrica instalada de la ud. de cogeneración  19 kWProducción  de energía térmica en cogeneración 186 MWh/añoEnergía térmica disipada en cogeneración (no valorizada) 149 MWh/añoEnergía térmica disipada en cogeneración (no valorizada) 149 MWh/añoCoeficiente de valorización térmica cogeneración 0,477Coeficiente de eficacia energética bruta  0,401

4. DESARROLLO DE SISTEMAS DE 4. DESARROLLO DE SISTEMAS DE COMPOSTAJECOMPOSTAJE

Ensayos de compostajeEnsayos de compostaje

Ensayos de compostaje de residuos de curtiduría

Ensayos de compostajeEnsayos de compostaje

Estabilidad biológica:Estabilidad biológica:E E i ét ii ét i Temperatura Temperatura

pilapilaEnsayos Ensayos respirométricosrespirométricos

Balance de materiaBalance de materiaAgua

Ensayos de compostaje de residuos de curtiduría

Materia orgánicaCenizasSin compostar vs. compostado

Colaboración con Biomasa del Guadalquivir Colaboración con Biomasa del Guadalquivir qqpara el desarrollo de un sistema de control de para el desarrollo de un sistema de control de 

compostaje para ensayoscompostaje para ensayoscompostaje para ensayoscompostaje para ensayos

Comunicación sensor‐maestro a larga distancia medianteComunicación sensor‐maestro a larga distancia mediante ondas de radio

Comunicación con autómataComunicación con autómata

Control de actuadores

Colaboración con Biomasa del Guadalquivir Colaboración con Biomasa del Guadalquivir qqpara el desarrollo de un sistema de control de para el desarrollo de un sistema de control de 

compostaje para ensayoscompostaje para ensayos

Comunicación con PC mediante SCADA

compostaje para ensayoscompostaje para ensayos

Comunicación con PC mediante SCADAVisualización del estado del proceso en modo local y remoto (on‐line) en tiempo real( ) p

Posibilidad de modificación de los parámetros de control Consigna de aireación

Posibilidad de manejo del sistema de manera remota

Registro automático de datos y visualización de históricos

Colaboración con Biomasa del Guadalquivir Colaboración con Biomasa del Guadalquivir qqpara el desarrollo de un sistema de control de para el desarrollo de un sistema de control de 

compostaje para ensayoscompostaje para ensayos

Sondas específicas para compostaje

compostaje para ensayoscompostaje para ensayos

p p p jFabricadas en acero inoxidable

Tres puntos de toma de temperatura a distinta alturaTres puntos de toma de temperatura a distinta altura

Alimentación mediante batería (duración hasta dos años)

REFERTIL.REFERTIL. Segundo Taller REGIONAL en EspañaSegundo Taller REGIONAL en EspañaReducción del uso de fertilizantes minerales y químicos Reducción del uso de fertilizantes minerales y químicos en agricultura, mediante el reciclado de residuos en agricultura, mediante el reciclado de residuos orgánicos tratados como  Compost y orgánicos tratados como  Compost y BiocharBiochar

llToledo Toledo 17 de octubre de 201417 de octubre de 2014

Daniel Blanco CobiánBIOENERGÍA Y DESARROLLO 

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