Planta de concentración de digestatos de HRS Heat Exchangers

A principios del 2012 el gobierno español retiró las ayudas para las energías renovables, incluyendo la producción de biogás, a raíz de una moratoria como parte de un amplio número de austeras medidas económicas. Sin embargo, a pesar de ello, todavía existen oportunidades para las empresas que quieren aprovechar el uso de energías renovables.

HRS Heat Exchangers está ayudando a Kernel Export, una de las compañías líderes españolas en agricultura, a ser más sostenible gracias a su novedoso Sistema de Concentración de Digestato (DCS, por sus siglas en inglés), el cual está siendo instalado dentro del conjunto de la nueva planta de biogás con capacidad de 400 KW de cogeneración de la compañía, ubicada en Murcia.

Con dos plantas de producción en Los Alcázares en Murcia, Kernel Export es un productor líder de cultivos, incluyendo, ensaladas, crucíferas, melones, hierbas, brotes tiernos, calabacines y calabazas para los mercados de toda Europa. Su planta de biogás utiliza un proceso natural para convertir los subproductos y residuos de cultivos, provenientes de las 2.000 hectáreas de las fincas de la empresa, en electricidad renovable y fertilizante agrícola, conocido como digestato.

La nueva planta de biogás de Los Alcázares produce ya suficiente electricidad para obtener el 50% del calor y electricidad necesitado por Kernel Export en su proceso. Esto se traduce en ahorro de costes como de energía, pues se estima que la planta ahorra cada año más de 2.000 toneladas de CO2e, que es el equivalente a la energía utilizada por 200 casas.

Pero Kernel ha tenido dos objetivos con su planta de biogás. Por una parte la generación de electricidad a partir de la combustión del biogás generado en un motor de cogeneración y por otra parte la conversión del digestato en un fertilizante. Dicho fertilizante es para usar en los campos donde se cultivan los productos de Kernel. Fue entonces necesario incluir un sistema de gestión de digestatos acoplado a la planta de biogás. El sistema elegido fue un proceso de concentración de digestatos que HRS Heat Exchangers actualmente está suministrando a Kernel.

Sistema de concentración de digestatos

El concepto del sistema de concentración de digestatos se basa en un proceso de evaporación. En el proceso de evaporación se usa una fuente de energía térmica para llevar a ebullición el producto y la fracción de agua es evaporada, dejando un producto principal más concentrado. 

El producto es la fracción liquida del digestato. Previa al proceso de evaporación se encuentra un equipo de separación mecánica que elimina gran parte de los sólidos en suspensión, dejando un digestato líquido libre de sólidos. Gran parte de los nutrientes se encuentran disueltos. Evaporando el agua obtenemos un digestato concentrado que sirve de fertilizante para los cultivos.
Tecnologías principales del sistema de concentración de digestatos

Evaporación bajo vacío

En el caso de Kernel, esta fuente de energía térmica es el agua de refrigeración del motor de cogeneración. Esta agua sale del motor a una temperatura aproximada de 90 ºC. Esto permite diseñar un sistema de evaporación de múltiples etapas bajo vacío. Ya que las temperaturas de evaporación tienen que estar por debajo de los 90 ºC del agua del motor, los puntos de ebullición tienen que estar a una temperatura inferior. Trabajando en vacío, bajando la presión en cada etapa de evaporación, se baja la temperatura de ebullición. El vacío se consigue usando una bomba de vacío, del tipo anillo líquido.

Evaporación con recirculación forzada

HRS ha diseñado el sistema con evaporadores de recirculación forzada. Cada etapa consisten de un intercambiador de calor, un tanque de separación liquido / vapor y una bomba de recirculación del digestato. El digestato es bombeado por el intercambiador y calentado por encima de su punto de ebullición. Al entrar el digestato en el tanque de separación, se encuentra sobrecalentado respeto a la presión y temperatura en el tanque, y se producirá un flash: una parte del agua se evapora instantáneamente debido a la bajada de presión. Este vapor escapa por la parta alta del tanque. La parte no evaporada cae abajo y es retornado al evaporador de nuevo por la bomba de recirculación. Esta forma de trabajar separa la evaporación fuera del intercambiador. No se producen vapores dentro del intercambiador, el vapor es producido en el tanque en el proceso flash.

Intercambiadores de tubos corrugados

El intercambiador que HRS aplica en cada etapa de evaporación es un intercambiador de tubos / carcasa con tubos corrugados. Los tubos interiores corrugados ofrecen dos ventajas importantes:

1. El digestato que fluye a velocidades elevadas choque con el perfil de corrugación. En la capa de fluido cerca de la pared del tubo se obtiene niveles de turbulencia más elevadas comparado con intercambiadores tradicionales de tubos lisos. Esa turbulencia añadida se traduce en una mejor transferencia de calor. Mejor transferencia de calor permite diseñar el intercambiador con menos área y ahorramos en costes.
2. Los niveles de turbulencia elevados ofrecen una mayor resistencia al ensuciamiento. El digestato es un producto que contiene muchos componentes que se pueden pegar a las paredes del intercambiador. Capas de suciedad en la pared son una resistencia al intercambio de calor. El ensuciamiento progresivo bajaría la capacidad del proceso de evaporación. Los tubos corrugados permiten trabajar con intervalos más largos y la cantidad de paradas por limpieza de reducen considerablemente.
 
Evaporación de múltiples etapas

El proceso trabaja con dos etapas de evaporación. En la primera etapa se genera un primer vapor con un sistema de evaporación con recirculación forzado, como descrito anteriormente. En una segunda etapa se usa la energía de condensación del primer vapor para evaporar una siguiente cantidad de agua. Esta segunda etapa trabaja a una temperatura y presión inferior a la primera etapa, así permitiendo que la energía de condensación del primer vapor sirve para evaporar de nuevo. El primer vapor es condensado en lado camisa del intercambiador de la segunda etapa, pasando el calor de condensación al digestato que se sobrecaliente en el lado de los tubos. De esta forma, la energía térmica principal invertida en la primera etapa sirve para evaporar dos veces una cantidad de agua, así que el proceso de dos etapas casi duplica la capacidad de evaporación comparado con un proceso de una etapa.

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