Investigación sobre la aplicación de energía solar a una depuradora convencional de fangos activos

Resumen

El consumo de energía es responsable de una parte importante de las emisiones a
la atmósfera de CO2, que es uno de los principales causantes del efecto invernadero en
nuestro planeta. El aprovechamiento de la energía solar para la producción de agua
caliente, permite economizar energía y disminuir el impacto del consumo energético sobre
el medio ambiente y por tanto un menor impacto medioambiental.
El objetivo de la presente investigación consiste en estudiar el aprovechamiento
solar para el calentamiento de los fangos en los digestores anaerobios mediante agua
caliente circulando en el interior de un serpentín que rodea la superficie de dicho digestor,
como apoyo a los métodos convencionales del calentamiento de fangos como la
resistencia eléctrica o el intercambiador de calor mediante la energía obtenida por el gas
metano producido en la digestión anaerobia.
Para el estudio se utilizaron 3 digestores, dos delos cuales se calentaron con
agua caliente en el interior de un serpentín (uno aislado mediante una capa de fibra de
vidrio y poliuretano y otro sin aislar).El tercer digestor no tenía calentamiento exterior con
el objetivo de observar su comportamiento y comparar su evolución con el resto de los
digestores .La comparación de los digestores 1 y 2 nos permitió estudiar la conveniencia
de proveer de aislamiento al digestor. La transferencia de calor mediante serpentín de
cobre dio valores comprendidos entre 83 y 92%.
La aplicación de la instalación a una depuradora a escala real para mantenimiento
en el interior del digestor a T=32ºC en diferentes climas: climas templados, cálidos y
fríos, consistió en el cálculo de la superficie de colectores solares y superficie de serpentín
necesario para cubrir las necesidades energéticas anuales de dicho digestor, así como el
estudio de rentabilidad de la instalación, dando los mejores resultados para climas cálidos
con períodos de retorno de 12 años y una tasa interna de rentabilidad (TIR) del 16%
obteniendo una cobertura anual del 79% de las necesidades energéticas con energía solar
térmica. Energy consumption accounts for a significant part of the emissions of CO2, which
is one of the main causes of the greenhouse effect on our planet. The use of solar energy
for hot water production. can save energy and reduce the impact of energy consumption
on the environment and therefore a reduced environmental impact.
The objective of this research is to study the solar utilization for heating the sludge
in anaerobic digesters by hot water circulating inside a coil surrounding the surface of
digester, to support conventional heating methods sludge as the electrical resistance or
heat exchanger by energy generated by the methane gas produced in the anaerobic
digestion.
To study 3 digesters used two models which are heated with hot water within a
coil (one insulated by a layer of fiberglass and polyurethane and other uninsulated) .The
third digester had no external heating in order to observe their behavior and compare
their evolution with the rest of the .The comparison digesters digesters 1 and 2 allowed
us to study the advisability of providing insulation to the digester. Heat transfer through
copper coil gave values between 83 and 92%.
The installation application to a treatment for maintaining full scale within the
digester at T = 32ºC in different climates: temperate, warm and cold climates, consisted
of calculating the surface area of solar collectors and coil required to cover the annual
energy needs of the digester, and the study of profitability of the installation, giving the
best results for hot climates with return periods of 12 years and an internal rate of return
(IRR) of 16% achieving an annual coverage of 79 % of energy needs with solar energy.