Agitador para un fermentador, fermentador y un procedimiento de funcionamiento de un fermentador.

Agitador para un fermentador, con al menos un árbol agitador vertical (12),

al que se ajustan una o más palas agitadoras (14), un mecanismo de tracción (13) para girar el árbol agitador (12), actuando el mecanismo de tracción (13) sobre la sección final superior del árbol agitador (12), y un cojinete de centrado (16) para centrar el extremo inferior del árbol agitador (12), en el que el cojinete de centrado (16) está diseñado para liberarse del árbol agitador (12) de tal manera que el último pueda centrarse empujando el cojinete de centrado (16) y pueda mantenerse en el cojinete de centrado (16) únicamente por la fuerza de la fuerza de la gravedad del árbol agitador, en el que el cojinete de centrado (16) tiene un embudo de inserción (19) y se proporciona con una sección de centrado (20), en el que la sección de centrado está por debajo del embudo de inserción (19) y en la sección final inferior del árbol agitador (12) se proporciona un eje de mangueta (25), montado por medio de un cojinete (31) para que pueda girar con respecto al resto del árbol agitador, y el eje de mangueta (25) tiene un elemento de acoplamiento (28) que se acopla de forma positiva con algo de juego en la sección de centrado.

Agitador para un fermentador, fermentador y un procedimiento de funcionamiento de un fermentador.

La presente invención se refiere a un agitador para un fermentador, un fermentador y un procedimiento de funcionamiento de un fermentador.

Para producir biogás, se usan fermentadores como recipientes de fermentación, quemándose el biogás resultante en calderas o motores para la generación de energía. Como materias primas para la producción de biogás, en principio pueden usarse todo tipo de biomasas que tengan como componentes principales carbohidratos, proteínas, grasas y celulosa. Las sustancias orgánicas que pueden usarse para la producción de biogás son en su mayoría productos residuales o subproductos procedentes de diversos sectores y áreas de actividad. De la agricultura, por ejemplo, Por ejemplo, de la agricultura se usan estiércol líquido y sólido, residuos procedentes de la producción vegetal, pero también plantas cultivadas especialmente para este fin, por ejemplo maíz. También pueden usarse residuos vegetales procedentes de la fermentación y la industria del procesamiento de verduras, junto con lodos orgánicos y efluentes del procesamiento industrial. Además, también es posible usar productos animales o productos de desecho de las aguas municipales.

El biogás es una mezcla de gases resultante de la descomposición microbiana anaeróbica de sustancias orgánicas, con el 50% al 70% conformado por el metano conductor de energía de alto valor (CH₄) Otros constituyentes son dióxido de carbono del 30% al 40% (CO₂) además de trazas de sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono.

Debido a su contenido de energía relativamente alto, el biogás puede utilizarse como conductor de la energía para la generación de calor y energía. El valor calórico medio del biogás es de aproximadamente 6.000 kcal/m³ (= 25.000 kJ/m³). Por lo tanto, el valor calórico de un m³ corresponde a aproximadamente 0,6 I de aceite de calefacción.

Se conoce el uso de fermentadores en las plantas de biogás, con un volumen típico, por ejemplo, de 150 m³ a 3.000 m³. En casos concretos, los termentadores pueden ser mucho mayores. Por ejemplo, se conoce un termentador para una planta de biogás con un volumen de 8.000 m³. El sustrato se mantiene en el termentador durante varios días, creándose biogás por la actividad de los microorganismos. A través de la transformación bioquímica, el biogás se desulfuriza en el termentador, lo que implica que el sulfuro de hidrógeno se convierte en azufre cuando se suministra oxígeno al espacio de gas del fermentador. Para evitar la formación de capas de escoria y capas de sedimentación, el sustrato se agita, dependiendo de su composición. Además, esto facilita el escape de los gases de desprendimiento. Después, el sustrato fermentado se retira a un lugar de almacenamiento final, que debe cerrarse herméticamente tan lejos como sea posible, ya que puede escapar biogás residual.

Después, el biogás recién producido se seca y se limpia con un filtro de seguridad. La biomasa resultante tras la fermentación es apta como fertilizante biológico. Con respecto a la estructura de una planta de biogás, se hace referencia a la patente de modelo de utilidad Alemana DE20 2005 012 340.

Hasta la fecha, se han usado principalmente termentadores horizontales para la fermentación seca. Dichos termentadores horizontales están formados, por ejemplo, por un cuerpo hueco delgado muy largo que contiene un agitador con un único árbol que se extiende sobre toda la longitud del fermentador. La longitud de un fermentador de este tipo puede ser, por ejemplo, de hasta 25 m. Los extremos del árbol agitador del agitador se montan en las paredes opuestas del cuerpo del fermentador. Un árbol agitador de esta longitud es mecánicamente difícil de controlar, ya que se dan momentos considerables en el árbol. En consecuencia, hay muchos termentadores con varios árboles en el agitador, cada uno haciendo un recorrido horizontal y en ángulos rectos con respecto la dirección axial del fermentador. Aquí, la carga mecánica de los árboles agitadores individualmente es significativamente menor, pero cada árbol agitador requiere un mecanismo de tracción por separado, que, a su vez, supone un coste considerable. Además, el sellado de los soportes de los árboles en las paredes interiores del fermentador es extremadamente problemático. Este fermentador también forma un paso alargado por el que los materiales de insumo se suministran en un extremo y los productos fermentados se eliminan desde el otro extremo. Un paso de este tipo tiene una sección transversal rectangular y se compone de segmentos de hormigón. La producción de un paso de hormigón rectangular es cara.

Independientemente del modo de construcción del fermentador, existe el problema con estos fermentadores conocidos de que, para reemplazar un agitador, es necesario vaciar el fermentador, con el fin de conseguir acceder a los puntos de montaje en el cuerpo del fermentador. Ya que los agitadores están sujetos a un desgaste inevitable, el funcionamiento del fermentador ha de interrumpirse a intervalos regulares con el fin de hacer el mantenimiento de los agitadores.

El documento DE 20 2004 004 101 U1 describe un fermentador para una planta de biogás con un dispositivo agitador que tiene un árbol agitador en posición vertical. En su extremo inferior éste tiene la forma de un árbol hueco, por lo que puede empujarse por un tubo de guía montado indeleble en el fermentador. El árbol agitador está equipado con palas agitadoras abisagradas, para que el árbol agitador pueda retirarse fácilmente de forma vertical para su mantenimiento o reparación.

A partir del documento DE 20 2004 012 236 U1 se conoce otro agitador con un eje giratorio montado en un ángulo. Integrado en el extremo inferior de este árbol giratorio y agitador se encuentra una unidad de cojinete, por lo que para realizar el trabajo de mantenimiento o reparación el cojinete se retira junto con el árbol giratorio del termenta- dor.

El documento DE 20 2004 005 331 U1 describe un agitador que puede retirarse a través de una abertura en una pared lateral o cubierta de un recipiente termentador. Este agitador tiene un tubo alargado, cuyo extremo se inserta holgadamente en un cojinete de acoplamiento. Montado en el tubo se encuentra un árbol que gira los elementos agitadores equipados en el exterior del tubo.

En el documento DE 44 19 782 A1 se describe un termentador horizontal provisto con un árbol agitador soportado por el centro. El árbol se divide en el centro, con los extremos respectivos soportados por un cojinete central.

El documento DE 10 2004 027 077 A1 describe otro agitador para un recipiente de fermentación, que puede insertarse en el recipiente en un ángulo. Con su extremo libre, el agitador descansa sobre una plataforma de montaje, respecto a la cual está montado de forma giratoria.

El documento DE 20 2004 017 610 U1 describe una planta de biogás con un fermentador, en la que se proporciona un agitador con un árbol horizontal. En esta realización, el material para la fermentación se suministra en la parte superior, con una salida para la salida del material fermentado cerca de la base.

El documento DE 201 21 701 U1 describe un aparato para la descomposición de sustancias orgánicas. Éste tiene un reactor o fermentador en el que las sustancias orgánicas se mantienen a flote desde una entrada hasta una salida situada a una distancia de la anterior y sustancialmente en el mismo nivel horizontal. Ésta pretende facilitar la orientación del proceso cuasi-continuo, y con ésta también pueden dispensarse las sustancias orgánicas.

El documento DE 201 11 480 U1 muestra un fermentador con un agitador que gira alrededor de un árbol agitador vertical. Situados en una corta distancia del árbol se encuentran los medios agitadores que mantienen el contenido del fermentador en movimiento. En la base en el borde del fermentador se deja una arqueta por la que se guían los sedimentos que se forman en la base del fermentador. Los sedimentos que se depositan aquí se retiran de la arqueta por medio de una tubería.

El documento DE 200 11 783 U1 describe un fermentador con un diseño similar, provisto en su borde con un tipo de arqueta, desde la cual los sedimentos que se depositan en el fermentador pueden eliminarse por medio de un transportador de tornillo.

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1. Agitador para un fermentador, con al menos un árbol agitador vertical (12), al que se ajustan una o más palas agitadoras (14), un mecanismo de tracción (13) para girar el árbol agitador (12), actuando el mecanismo de tracción (13) sobre la sección final superior del árbol agitador (12), y un cojinete de centrado (16) para centrar el extremo inferior del árbol agitador (12), en el que el cojinete de centrado (16) está diseñado para liberarse del árbol agitador (12) de tal manera que el último pueda centrarse empujando el cojinete de centrado (16) y pueda mantenerse en el cojinete de centrado (16) únicamente por la fuerza de la fuerza de la gravedad del árbol agitador, en el que el cojinete de centrado (16) tiene un embudo de inserción (19) y se proporciona con una sección de centrado (20), en el que la sección de centrado está por debajo del embudo de inserción (19) y en la sección final inferior del árbol agitador (12) se proporciona un eje de mangueta (25), montado por medio de un cojinete (31) para que pueda girar con respecto al resto del árbol agitador, y el eje de mangueta (25) tiene un elemento de acoplamiento (28) que se acopla de forma positiva con algo de juego en la sección de centrado.

2. Agitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las palas agitadoras (14) pueden ajustarse en diferentes ángulos con respecto a la vertical.

3. Agitador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el cojinete de centrado (16) tiene una sección de centrado (20) que, visto desde arriba, tiene la forma de un poliedro, en particular un cuadrado.

4. Agitador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cojinete de centrado (16) tiene en su parte inferior una abertura a través de la cual el material puede desplazarse sobre la inserción del árbol agitador (12) en el cojinete de centrado (16).

5. Agitador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque hay un pedestal (23) en el cojinete de centrado (16), en el que el pedestal (23) se proporciona con un punto de centrado (24) dirigido hacia arriba.

6. Agitador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el árbol agitador (12) comprende un cuerpo de árbol tubular (26) en el que se monta el eje de mangueta (25), proyectando el eje de mangueta (25) una distancia corta desde el cuerpo de árbol (26), y se proporcionan uno o más rodamientos, cojinetes de rodillos y/o cojinetes de agujas (32) entre el eje de mangueta (25) y el cuerpo del árbol (26).

7. Agitador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las palas agitadoras (14) pueden fijarse al árbol agitador (12) en posiciones que pueden seleccionarse libremente.

8. Fermentador, con un alojamiento (2) que comprende al menos una placa soporte (4) y una o más paredes laterales (5) que rodean la placa soporte (4), un agitador (11) diseñado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, un dispositivo de alimentación (26) para suministrar los materiales de insumo, y una salida de descarga (41), en el que el dispositivo de alimentación (36) para el suministro de los materiales de insumo se proporciona en la sección superior del fermentador (1), y la salida de descarga (41) se proporciona en la sección inferior del fermentador (1).

9. Fermentador de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la salida de descarga (41) del fermentador (1) se dispone diametralmente opuesta al dispositivo de alimentación (36) y el fermentador (1) tiene varios agitadores (11).

10. Procedimiento de funcionamiento de un fermentador, en el que se usa un fermentador de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, los materiales de insumo para la fermentación seca se suministran en la parte superior del fermentador (1), y el sustrato fermentado se retira desde la parte inferior del fermentador (1).

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque los materiales de insumo tienen un contenido de sustancia seca de al menos el 25%.

12. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado porque el sustrato del fermentador (1) se mezcla radialmente mediante el agitador (11), dando como resultado la creación de varias zonas de descomposición (43, 44, 45) en capas una encima de la otra.

13. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la inclinación de las palas agitadoras (14) desde la vertical se encuentra en el intervalo entre 20º y 70º, y preferiblemente en el intervalo entre 30º y 60º.

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el árbol agitador (12) en el fermentador funciona a una velocidad máxima de giro de 60 rpm.

15. Procedimiento de funcionamiento de un fermentador, en el que el fermentador tiene un alojamiento (2) con una cubierta (6) y un agitador (11) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 con un árbol agitador vertical y varias palas agitadoras (14) que se extienden horizontalmente desde el árbol agitador, y con una abertura (10) prevista en la cubierta (6), en el que en la inserción y la retirada del agitador (11) por el giro del árbol agitador, las palas agitadoras (14) se alinean individualmente con respecto a la abertura (10) para que el árbol agitador pueda insertarse y retirarse a través de una abertura (10) que es ligeramente mayor que la longitud de las palas agitadoras individuales (14).