Numerical modelling of heat loss through the cover in the anaerobic digester

Modelización numérica de la pérdida de calor a través de la cubierta en el digestor anaeróbico

La digestión anaeróbica es la degradación biológica de la biomasa en entornos sin oxígeno. El principal producto de este proceso es el biogás, rico en CH₄ y CO₂. Comprender las características de pérdida de calor de los digestores de biogás (D) es importante para poner en práctica estas tecnologías. El digestor de biogás puede obtener una supuesta producción de gas en ambientes fríos cuando se mantiene la temperatura óptima de fermentación. Esto requiere un sistema de calefacción y tecnologías de aislamiento. Aquí se construyó un modelo bidimensional axisimétrico de transferencia de calor constante acoplado al suelo circundante para calcular la pérdida de calor del HBD en una planta de biogás real situada en el noreste de Polonia. Se ha presentado un modelo para determinar el efecto del flujo de aire entre las membranas de la cubierta de la BD en las pérdidas de calor.

INTRODUCCIÓN

La digestión anaeróbica es la degradación biológica de la biomasa en entornos sin oxígeno. El digestor de biogás se ha convertido en una tecnología prometedora y de éxito para la gestión de residuos orgánicos. Ha establecido un proceso para los residuos orgánicos. El principal producto de este proceso es el biogás, rico en CH₄ y CO₂. Los digestores de biogás (BD) pueden lograr una mayor producción de gas en entornos fríos mediante tecnologías de calefacción y aislamiento. Comprender las características de pérdida de calor de los BD es importante para poner en práctica estas tecnologías.

En la digestión anaerobia a gran escala, el biogás se quema en un proceso de cogeneración para producir electricidad, generalmente para la venta, y calor. El agua caliente cogenerada se utiliza mediante un intercambiador de calor para calentar el digestor anaerobio. Con el fin de mantener la temperatura de funcionamiento en el BD en su óptimo de alrededor de 40oC a 50oC en el clima fresco se requiere energía térmica adicional. Los digestores de biogás son sensibles a las perturbaciones térmicas. Las fluctuaciones de temperatura pueden provocar una disminución del rendimiento de biogás. Se analizan los fenómenos de transferencia de calor entre el digestor de biogás situado en el noreste de Polonia y su entorno. El modelo numérico predice la pérdida de calor a través de la cubierta y el BD para diferentes condiciones en la estación invernal en Polonia.

En clima tropical, el BD puede funcionar de forma eficiente durante todo el año. En climas fríos, la temperatura en invierno es baja, lo que conduce a una baja producción de biogás. Se han introducido varias tecnologías de calefacción en las BD y se han presentado varios modelos para predecir las variaciones de la temperatura del digestor en función de las condiciones climáticas (Singh, Singh, Bansal, 1985; Usmani, Tiwari, Chandra, 1996; Perrigault et al., 2012).