DISEÑO MECANICO DE BIODIGESTORES DISCONTINUOS DE ACERO (3° PARTE)

ESTRUCTURAS DE SOPORTE:

Para proyectos pequeños o medianos, podemos requerir una estructura de soporte. En caso contrario resulta más razonable (y económico) anclar y cimentar la base del tanque directamente en el suelo.

El diseño consistirá en la selección de los perfiles estructurales que garanticen la estabilidad de nuestro tanque biodigestor.

No se trata simplemente de verificar la conveniencia de un perfil en particular (tubo estructural redondo, cuadrado, etc.), sino además de ver si con otro, de inferiores dimensiones y obviamente más económico, podremos satisfacer plenamente nuestro requerimiento. Las cargas a considerar (según especificaciones ASME) para dimensionar “patas” de recipientes verticales o “silletas” para los horizontales, son:

• Peso propio, considerando el recipiente cilíndrico (horizontal o vertical) completamente lleno de agua.
• Presión interna (ya calculada).
• Presión externa (atmosférica local), dado que suponemos a nuestro tanque biodigestor completamente vacío sólo en circunstancias accidentales, debemos considerar instalarle una válvula rompedora de vacío, dado que tanto en la carga como en la descarga instalaremos potentes bombas alimentadoras.
• Fuerzas debidas al viento (únicamente importantes en proyectos grandes), que se calcularán en base a datos de las condiciones atmosféricas locales más desfavorables para nuestro proyecto.

Para proyectos pequeños y medianos son suficientes los dos primeros ítems. La carga de diseño será entonces la sumatoria de ellas. En el caso de recipientes horizontales el cálculo de reacciones se hará considerándolos “vigas” con dos apoyos, considerando momentos por excentricidad de la carga. La selección de perfiles se hará de acuerdo a las especificaciones AISC para columnas intermedias, para cargas centradas o excéntricas:

En el caso de proyectos mayores que requieran anclajes y cimentación, hemos de recurrir a las especificaciones API 650, en las cuales también se ha de considerar esfuerzos debidos a sismos.

 



Oportunamente se brindarán detalles de un biodigestor con estas características.

ESPECIFICACIONES PARA AGITACIÓN:
Se complementará lo consignado en el artículo de Julio del 2010:
http://mecanotecnia.blogspot.pe/2010/06/diseno-de-plantas-de-biogas-segunda.HTML

Como entonces se dijo, es necesario investigar el efecto de la velocidad de agitación contra la eficiencia del proceso en el tanque biodigestor. No obstante también podemos seleccionar el tipo de agitador según la velocidad  requerida y el tipo de biodigestor: si es continuamente agitado (CSTR) o no (plug-flow), y según el tamaño de las partículas en suspensión, de acuerdo a la siguiente tabla:

 

 

 

ESPECIFICACIONES PARA CALEFACCIÓN:

 

También se complementará lo consignado en el artículo del 2010. Ahora, para calcular el requerimiento de calor (en KW, BTU, etc.) a la expresión indicada en dicho artículo, sumaremos las compensaciones por pérdidas a través de radiación y evaporación:

 

Para radiación utilizaremos: Pr = DT x S  x  U

 

Siendo DT, la variación de temperatura exterior e interior del biodigestor (en Kelvin); S, la superficie o área interior; U el coeficiente global de transferencia de calor (discutido en el artículo del mes pasado).

 

Para evaporación utilizaremos: Pe = F x E x Sat

 

Siendo F el flujo de biogás producido en metros cúbicos por segundo,  E la entalpía de evaporación del agua, Sat es la saturación o densidad  del agua contenida en el biogás. Todos estos datos pueden obtenerse de Tablas Termodinámicas para agua a la temperatura de la cámara.

 

Tenemos entonces a mano los criterios de ingeniería más importantes para emprender el diseño de un biodigestor industrial. Cualquier consulta o asesoría para un proyecto en particular pueden contactarse conmigo vía mensajes privados en nuestra página de Facebook o bien directamente al correo electrónico: aljepague@yahoo.com

 

Son también bienvenidos los comentarios, inquietudes y sugerencias para nuevos artículos. Hata el mes que viene. Gracias por su atención.

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

*BIOGAS HANDBOOK - Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen - University of Southern Denmark Esbjerg - año 2008.

*THE BIOGAS HANDBOOK: SCIENCE, PRODUCTION AND APPLICATIONS -

Arthur Wellinger, Jerry D Murphy, David Baxter – IEA Bioenergy – Woodhead Publishing Limited, 2013.

*MANUAL DE RECIPIENTES A PRESIÓN/DISEÑO Y CÁLCULO - Eugene F. Megyesy - Editorial Limusa S.A. de C.V. - México - 1989

*API 620: Design and Construction of Large Welded Low Pressure Storage Tanks - American Petroleum Institute - 2002.

*MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION - Publicación del American Institute of Steel Construction (AISC) - 2010.

*DESIGN, CONSTRUCTION AND OPERATION OF THE FLOATING TANK - by Siew Yeng Kuan - University of Southern Queennland - 2009.

*FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR, 4ta Edición – Frank P. Incropera y David P. DeWitt - Ed. Prentice Hall - 2008.