Monitoreo y Control de un Digestor Anaerobio para el Tratamiento de Vinazas Tequileras

Author(s):
Dr. Hugo O. Méndez Acosta - CUCEI-Universidad de Guadalajara, Depto. Ingeniería Química
Ing. J. Rubén Gallegos - Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente
Ing. Kurt Seifert - Seifert Instrumentation Services, SEISE

Industry:
Food/Beverage

Products:
LabVIEW, CompactRIO

The Challenge:
Crear una solución tecnológica eficiente y rentable que permita el tratamiento adecuado de las aguas residuales de la industria del tequila (conocidas como vinazas tequileras) coadyuvando a su desarrollo sustentable.

The Solution:
Diseñar e implementar un sistema de monitoreo y control tanto local como remoto que permita garantizar el buen funcionamiento de un digestor anaerobio usado para el tratamiento de vinazas tequileras.

Introducción:

Con base en la necesidad de crear nuevas y más eficientes tecnologías para el tratamiento de aguas residuales con alto contenido de materia orgánica, característica principal de las vinazas tequileras, el Dr. Hugo O. Méndez Acosta Profesor Investigador de la Universidad de Guadalajara, el Ing. Rubén Gallegos  y el Ing. Kurt Seifert director general de SEISE, empresa enfocada al diseño de instrumentos y actuadores así como de la instrumentación y automatización de procesos, se unieron para desarrollar un sistema para el monitoreo y control tanto local como a distancia de un proceso de Digestión Anaerobia (DA) usado para el tratamiento de vinazas tequileras mismo que se ilustra en la Figura 1a y 1b. Este proceso ofrece ventajas importantes respecto a las tecnologías convencionales entre las que destacan su capacidad para tratar grandes volúmenes de aguas residuales en un tiempo corto, por lo que las instalaciones requeridas resultan de mucho menor tamaño que las tradicionales. Además, dado que estos procesos no requieren de sistemas de aeración y a que pueden operar a temperaturas cercanas a la ambiente (entre 25 y 35ºC) su costo de operación es realmente bajo. Otra de sus grandes ventajas está relacionada a la recuperación de energía, ya que se obtiene como subproducto de este proceso un gas compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono conocido como biogás, el cual puede ser utilizado como un combustible alternativo para usos diversos dentro de la misma planta, tales como el calentamiento de calderas, hornos y hasta en la alimentación de generadores de electricidad.

Descripción de la Aplicación:

Para esta aplicación se decidió utilizar la plataforma NI CompactRIO con el controlador cRIO-9004 (ver Figura 2) debido a su funcionamiento autónomo, a la flexibilidad que ofrece en cuanto al número y tipo de señales de entrada y salida que puede manejar, además de la capacidad de monitorear y controlar la conducta del proceso a distancia. El sistema de control fue diseñado para que el proceso operara de forma totalmente autónoma, permitiendo el ajuste de condiciones de operación y el abastecimiento de los insumos que permiten su operación. Además, se implementó la capacidad de monitoreo y control a distancia, lo que representa una enorme ventaja en la operación de esta clase de procesos, ya que permite al operador la toma de decisiones tanto preventivas como correctivas desde cualquier parte del mundo a partir de una conexión a Internet. Otra ventaja que ofrece el monitoreo y control a distancia, es sin duda el hecho de que un solo operador podría supervisar el buen funcionamiento de más de un proceso sin tener que desplazarse de un lugar a otro, incluso en el caso de que los procesos se encontrasen en ciudades o países diferentes.

Por otra parte, a fin de facilitar la interacción entre el operador y el proceso se diseño una interface gráfica utilizando LabVIEW 8.2. Como se muestra en la Figura 3, la interface gráfica permite al operador seguir el comportamiento en tiempo real de variables clave del proceso tales como flujo de alimentación, producción de biogas, niveles, temperatura, pH y presión. Además, con el fin de llevar un historial del proceso se creó una hoja de cálculo en donde se almacenan los datos de las variables antes mencionadas. En cuestión de seguridad, se implementaron algoritmos que inhiben las partes del proceso que pueden ser dañadas en caso de algún desperfecto, enviando una señal de alerta al operador.

 

Conclusión:

El desarrollo de esta aplicación ha permitido evidenciar el potencial del proceso de digestión anaerobia en el tratamiento de efluentes con alto contenido de materia orgánica, particularmente en aquellos provenientes de la industria del Tequila. Es importante remarcar que esta aplicación representa una solución viable tanto desde el punto de vista económico como ambiental, ya que con el monitoreo y control de este proceso se han logrado niveles de remoción de contaminantes (materia orgánica) mayores al 90%, obteniéndose una producción mayor a los 0.6 litros de biogas por cada gramo de materia orgánica degradado medido como Demanda Química de Oxígeno (DQO), con una composición de metano mayor al 75%. Actualmente, se trabaja en el escalamiento del proceso a fin de que en breve pueda ser implementado a nivel industrial.

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Dr. Hugo O. Méndez Acosta
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