El control del aire y gas saliente en los gasómetros de biogás es fundamental para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente en las plantas de biogás. Medir el flujo de gases como el metano ayuda a prevenir fugas peligrosas, gestionar la presión interna del sistema y cumplir con normativas ambientales. Implementar sistemas de monitoreo adecuados no solo protege el equipo, sino que también optimiza la producción energética y reduce los riesgos asociados a los gases inflamables.
Difusión de gas en plantas de biogás
Difusión a través de membranas de gas
Las membranas de almacenamiento de gas utilizadas en las plantas de biogás son de plástico. Sin embargo, no son 100% estancas al gas, ya que siempre se difunde una pequeña cantidad de gas a través de la membrana.
Difusión a través de gasómetros de biogás
La tasa de difusión depende de:
- el gradiente de concentración del gas en el interior y en el exterior, es decir, la concentración de metano en el tanque de biogás y en el aire. El biogás suele contener entre un 50 y un 65% de CH4. La concentración en el aire exterior es muy baja y se sitúa en torno a 1,8 ppm (o 0,00018 Vol%).
- las propiedades del material de la membrana: cuanto más gruesa y densa sea la membrana, menor será la difusión a través del gasómetro
- el grado de estiramiento de la membrana: cuanto más estirada está la membrana, más fina es y también puede perder su estanqueidad al gas cuando vuelve a su estado original.
- la temperatura: cuanto más caliente esté, mayor será la difusión a través de la membrana.
La capacidad de difusión de un gasómetro de biogás puede calcularse mediante la «ley de Fick de la difusión». Las propiedades del material, la temperatura y la tensión (grosor de la lámina) se incorporan al cálculo del coeficiente de difusión (imagen 1).
Inspección de gasómetros de biogás
Un techo ventilado suele consistir en dos láminas (una membrana de gas y una lámina impermeable) tensadas sobre el digestor. Un ventilador sopla aire entre las dos láminas, creando presión y estirando la lámina impermeable hacia arriba. La membrana de gas es empujada hacia arriba por la presión en la cámara de gas y hacia abajo por la presión entre las membranas de gas. De este modo, la membrana de gas se abomba, en función del estado de funcionamiento de la planta de biogás (nivel de gas), para almacenar biogás (imagen 2).
Dado que el ventilador de la cubierta ventilada insufla aire continuamente entre las láminas de gas y el aire escapa continuamente por el alivio de aire (idealmente en el lado opuesto del contenedor), el espacio entre la membrana de gas y la lámina de protección contra la intemperie está permanentemente ventilado. No se puede evitar una cierta permeabilidad al metano (véase la introducción), por lo que se puede medir una baja concentración de metano en el alivio de aire incluso durante el funcionamiento normal.
Debe instalarse un sistema de control del aire de soporte en el lado opuesto a la entrada de aire. El flujo del alivio de aire del espacio intermedio debe controlarse para detectar fugas de biogás. Los valores medidos deben leerse diariamente y evaluarse semanalmente, a menos que se haga de forma automática. Los valores deben documentarse. Si la planta está sujeta a la Ordenanza de Accidentes Graves, la supervisión debe ser continua y los valores deben registrarse».
La razón de este requisito es que, aunque cabe esperar una cierta concentración de metano debido a la difusión, una concentración demasiado alta indica una fuga en la membrana de gas.
A continuación describimos cómo comprobar in situ la difusión admisible de metano a través de la membrana.
Paso 1: Localizar la toma o tomas de alivio de aire
Antes de iniciar la medición propiamente dicha, debe determinarse la posición de la toma o tomas de aire.
Paso 2: Control de la concentración de metano en el flujo de aire saliente
La concentración de gas en el flujo de aire saliente se determina mediante un detector de gas. Es importante que las concentraciones se midan en el intervalo de ppm (partes por millón). Esto puede hacerse, por ejemplo, con nuestro detector de gases OLLI en el menú Inspección de edificios.
La medición puede realizarse directamente en el alivio de aire. Alternativamente, como se muestra en la imagen, puede instalarse una conexión de manguera desde la salida del soplante a lo largo del borde del recipiente. Esto permite medir cómodamente la concentración de gas en el flujo de aire de soporte sin escaleras, etc.
¿Cómo se calcula la concentración de metano admisible?
Para calcular la concentración de metano admisible, se necesitan los siguientes parámetros
- superficie de la lámina de gas (en m²)
- caudal de aire en la boca del alivio de aire (en m³/h)
El caudal de aire en la boca del alivio de aire se mide una vez con un anemómetro.
La superficie de la lámina de gas puede calcularse, por ejemplo, simplemente utilizando un segmento esférico. Aquí sólo se utilizan como parámetros el diámetro del recipiente y la altura de la lámina de gas. La fórmula para este segmento esférico es:
- AGal: superficie de la lámina de gas (casquete esférico) (m²)
- r: radio del contenedor (m²)
- h: altura de la lámina de gas por encima del borde del contenedor (m)
A continuación se calcula la concentración máxima de metano debida a la difusión mediante la siguiente fórmula:
Para simplificar el cálculo, hemos creado un software basado en estas fórmulas, en el que sólo hay que introducir la concentración de gas medida y las variables constantes de la planta de biogás. Además de evaluar si la lámina de gas es estanca, también se calculan las pérdidas de metano resultantes.
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