PT1848675E - Fermentador com agitador - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "FERMENTADOR COM AGITADOR" A presente invenção refere-se a um fermentador operado em fluxo tampão para a fermentação anaeróbica de resíduos biogénicos com uma entrada e uma saída e com um agitador, que é composto por um veio que atravessa o fermentador no seu sentido longitudinal, onde se encontra uma série de braços agitadores e estando o veio alojado na zona das extremidades do fermentador.

Da patente europeia EP 0476217A resulta a construção básica de sistemas para produzir biogás a partir de resíduos biogénicos. Os sistemas funcionam segundo um processo em conformidade com a patente europeia EP-B-621 336. 0 primeiro direito de proteção mencionado anuncia um fermentador horizontal operado em fluxo tampão que é adequado à fermentação anaeróbica de resíduos biogénicos. 0 fermentador é um tanque horizontal comprido com uma entrada prevista numa extremidade e uma saída existente na extremidade oposta. Os resíduos biogénicos são introduzidos de forma triturada no lado da entrada, e são inoculados com material e/ou água sob pressão fermentada resultante da preparação. Deste modo, o material a fermentar é enriquecido com bactérias metanogénicas. No fermentador, os resíduos biogénicos são agora decompostos, sob uma mistura controlada, formando-se biogás e, de depois de removidos pela saída, são levados para uma decomposição aeróbica. Para promover um movimento 2 uniforme, o documento EP-1332 805 A propõe a disposição dos braços agitadores em forma de espiral. A procura mundial de sistemas do tipo inicialmente mencionado com cada vez mais capacidades leva à construção de fermentadores também cada vez maiores. Para permitir isso, os tanques de fermentador têm de ser instalados no local, o que pode ser feito pela união segmento a segmento até constituir um tanque de aço ou, como é conhecido do documento EP-770/675-A, o tanque de fermentador horizontal pode ser criado em betão no local. Para aumentar a capacidade, são atualmente construídos tanques de fermentador horizontais com um comprimento total acima dos 50 metros e um diâmetro acima dos 10 metros. Nas soluções anteriores, o veio do agitador era constituído como um veio de aço maciço. No caso de comprimentos abaixo dos 20 metros, isto também é possível relativamente sem problemas. Se forem precisos comprimentos maiores, o peso próprio dos veios causa uma flexão, o que é problemático. O agitador tem não só de misturar os resíduos biogénicos para obter uma certa homogeneidade, como também tem simultaneamente de garantir que os materiais sólidos mais pesados, como sobretudo a areia e as pedras, não sedimentem no fundo do tanque de fermentador e depois não possam ser extraídos. Apesar do fermentador ser operado no fluxo tampão, a corrente não consegue extrair as substâncias pesadas que descem, uma vez que o movimento do fluxo tampão tem apenas uma baixa velocidade de corrente. O tempo da velocidade de passagem dos resíduos biogénicos pelo fermentador desde a entrada até à saída é, pois, de vários dias. Para além de misturar, o agitador contribui também para voltar a trazer 3 estas substâncias pesadas do fundo para cima, para depois, na deslocação descendente que se segue, as transportar no fluxo tampão no sentido da saída do fermentador. Correspondentemente, o agitador é composto por um veio que atravessa o fermentador com uma série de braços agitadores, que possuem respetivas pás na sua extremidade afastada do veio.

No caso de fermentadores de grandes dimensões, a flexão do veio fez com que as pás roçassem praticamente ao longo da parede do fermentador e surgissem, após poucos anos de uso, defeitos no fermentador. Depois de detetar o problema, resolveu-se suportar o veio com apoios intermédios. Porém, esta solução não resultou, pois os apoios perturbam o funcionamento do fluxo tampão.

Por fim, o documento DE-A-31/49/344 anunciou um fermentador com um agitador que possui braços agitadores tipo tanque. Estes braços agitadores são concebidos de modo a poder bombear-se neles gás, expulsando as partes líquidas destes braços agitadores tipo tanque, o que faz com que a sua sustentação provoque um movimento rotativo do agitador, sem necessitar de um veio acionado.

No documento DE-A 31 49 344 existe um veio oco que se encontra, em todo o comprimento, sobre um eixo oco fixo.

Também o fermentador segundo o documento US-4 514 297 mostra um tanque horizontal com uma entrada no lado da admissão e uma saída na extremidade oposta. Além disso, é possível introduzir neste fermentador lama quente em qualquer ponto do fermentador. Para isso, existe no veio oco um carro 4 que pode ser ligado aos entalhes no veio para induzir a lama quente no fermentador. 0 fermentador possui igualmente um veio oco conforme o documento DE- 19 48 875. Aqui o veio oco é utilizado para alojar uma alimentação central de água quente, a partir da qual passam tubos de aquecimento ao longo dos braços agitadores.

Por isso, a invenção pretende propor uma solução que evite uma flexão do veio e exclua os consequentes danos.

Esta tarefa é resolvida por uma fermentador horizontal operado em fluxo tampão conforme o termo genérico da reivindicação de patentes 1 com as características da peça identificada da reivindicação de patentes 1.

Das reivindicações dependentes resultam outras versões do objeto da invenção. A sua constituição, finalidade e efeito são esclarecidos na seguinte descrição com referência aos desenhos anexos. Nomeadamente: a Figura 1 mostra um corte transversal vertical por um fermentador em conformidade com a invenção e a Figura 2 mostra um corte vertical pelo fermentador transversal ao sentido longitudinal do veio. A Figura 3 mostra um corte transversal esquemático pelo veio oco na zona de um sensor e a Figura 4 mostra uma unidade de monitorização de sensor sem fios numa representação esquemática. 5 A Figura 5 mostra uma monitorização de pressão tradicional pela ponta do veio oco em conformidade com a invenção. A Figura 1 apresenta o fermentador horizontal em conformidade com a invenção na sua totalidade num corte longitudinal vertical. 0 fermentador é referenciado por 1 na sua globalidade. Este inclui um tanque de fermentador 2, que pode ser em aço ou betão. Num lado existe uma entrada 3 na parede frontal 4 do lado da admissão. No lado oposto existe uma saída 5 na parede frontal 6 do lado da descarga. Em ambas as paredes frontais 4 e 6 está moldado um suporte de veios 7, onde se aloja o veio 10 com as suas pontas de veio 8 terminais. 0 veio 10 compreende as duas pontas de veio 8, que estão unidas, de modo resistente à rotação, a um corpo do veio 1. O corpo do veio 11 é composto por um tubo em aço, que está hermeticamente fechado de ambos os lados. No corpo do veio 11 estão instalados vários braços agitadores 12 por meio de uma respetiva construção soldada. Cada braço agitador 12 possui pás 13 terminais.

Uma solução privilegiada consiste em prover o tubo, que forma o corpo do veio 11, com pontas de veio 8 moldadas de um ou de ambos os lados. Neste caso, o acionamento realiza-se, de um ou de ambos os lados, através de um ou das duas pontas do veio. Uma variante consiste em passar o tubo que forma o corpo do veio 11, de um ou de ambos os lados, pelas paredes frontais 4, 6 do fermentador e em realizar o acionamento, de 6 um ou de ambos os lados, por exemplo através de uma coroa dentada colocada no tubo. 0 veio 10 é consequentemente constituído como veio oco. No desenho de corte segundo a Figura 3, pode ver-se o corpo do veio 11 e o seu espaço interior 14. Na parede interior do corpo do veio 11 formado por um tubo existe uma unidade de monitorização de sensor 15 de acordo com a versão aqui representada. No espaço interior 14 do corpo do veio 11 predomina uma pressão predefinida aplicada. Esta pressão é designada por Pi. A pressão Pi no espaço interior 14 pode ser uma sobrepressão ou uma subpressão. O controlo da pressão interna Pi, por meio da unidade de monitorização de sensor 15, pode realizar-se convencionalmente através de respetivas linhas elétricas que são conduzidas para fora na zona da ponta do veio, ou pode realizar-se por transmissão sem fios, tal como é aqui representado e mais adiante será esclarecido com referência à Figura 4.

Como se pode ver na Figura 5, o controlo da pressão interna Pi também pode ser feito de forma convencional, na medida em que se prevê uma unidade de monitorização da pressão 16, que é composta por uma conduta de pressão 17 e um manómetro 18 aí ligado. A pressão P1 no espaço interior 14 pode ser, em princípio, selecionada como sobrepressão ou subpressão. Isto é insignificante, pois em princípio qualquer forma de alteração da pressão no espaço interior 14 é indício de uma fuga, que obriga à desconexão do sistema e sobretudo à desconexão do agitador.

Em princípio, a presente invenção baseia-se na ideia de que o veio oco está, no estado de funcionamento, permanente e 7 completamente mergulhado na biomassa por fermentar. Deste modo, o veio expulsa um volume relativamente grande graças à sua constituição como veio oco, e correspondentemente o espaço interior 14 no veio 10 provoca uma sustentação que compensa, pelo menos parcialmente, o peso do veio 10 ou do corpo do veio 11 com os braços agitadores 12 aí fixados com as pás 13. Porém, uma vez que após vários anos de funcionamento aumenta a probabilidade de possíveis fugas devido a fissuras de tensão ou defeitos mecânicos, e sobretudo também a possibilidade de ocorrerem danos corrosivos que causam fugas, acaba por entrar, mais cedo ou mais tarde, humidade no veio oco, o que pode alterar o peso total do veio 10 e pode resultar nos danos já mencionados. Tendo em conta que um controlo ótico não seria tecnicamente razoável nem exequível, nem tão pouco se poderiam detetar os respetivos danos que em parte são do tamanho de falhas de cabelo, a invenção parte de um monitorização manométrica do espaço interior 14. Cada defeito do veio que acabe numa fuga causa automaticamente uma alteração da pressão no espaço interior 14. Consequentemente, também se altera a pressão Pi predefinida. Se a pressão interna Pi estiver definida para subpressão, a pressão aumenta, e se a pressão interna Pi estiver definida para sobrepressão, esta pressão interna vai descer. Em todo o caso, a alteração da pressão é um indicador seguro de que existe uma fuga. A extensão da alteração da pressão pode ainda indicar a dimensão do dano. Num caso normal, uma alteração de pressão destas obriga à desconexão do sistema, ou seja, suspende-se a alimentação de resíduos biogénicos e o fermentador continua a funcionar e é sucessivamente esvaziado se prevalecerem as condições de funcionamento. Para localizar a fuga, pode definir no espaço interior 14 uma pressão muito mais elevada para detetar a saida da corrente de ar e localizar, assim, o local do dano. Presume-se, porém, que este tipo de eventos danosos serão casos relativamente raros.

Uma vez que o grau de enchimento do fermentador 1 se realiza frequentemente até um nível N, que está muito acima do meio do fermentador, o veio 10 está praticamente sempre completamente dentro da área da massa biogénica, de modo a haver sempre sustentação. Em princípio, seria desejável que a sustentação do veio 10 na zona do meio do veio relativamente à dilatação longitudinal fosse maior do que nas extremidades. Nas extremidades, a função de apoio é já amplamente assumida pelo respetivo suporte do veio 7, onde se encontram as pontas do veio 8. Para concretizar esta possibilidade poder-se-ia fabricar os braços agitadores 12 na zona central do veio 10 a partir de tubos fechados. Em princípio seria viável que estes tubos dos braços agitadores 12 comunicassem igualmente com o espaço interior 14 do veio 10.

De qualquer modo, é necessário dispor os braços agitadores regularmente distribuídos em relação ao perímetro do veio. Não é, porém, forçosamente necessária a distribuição uniforme dos braços agitadores 12 sobre o comprimento do veio. É, por isso, perfeitamente possível e razoável aumentar a densidade dos braços agitadores na zona do lado da entrada e do lado da saída. Isto permite reduzir muito a sedimentação de matéria sólida, sobretudo nestas áreas relativamente sensíveis. A relativa liberdade da disposição dos braços agitadores e a sua constituição fazem com que a sustentação do veio possa ser, de um modo geral, amplamente equilibrada. A distribuição dos braços agitadores no perímetro do veio 10 deve ser uniforme. De preferência, o ângulo relativo α entre dois braços agitadores 12 adjacentes no sentido longitudinal situa-se entre 90° e 30°, preferencialmente 45°. O elemento prefabricado 20 esquematicamente apresentado na Figura 4 é uma unidade de monitorização de sensor 15, como é por exemplo conhecida na técnica automóvel para o controlo sem fios da pressão dos pneus, sobretudo em camiões. Neste sentido, pode remeter-se por exemplo para US-2004/0155764-A.

Um elemento prefabricado 20 destes é composto por uma placa base, onde se encontra um sensor de pressão 21. Adicionalmente, mas não obrigatório, pode estar previsto outro sensor 22, que pode ser concebido como sensor de temperatura ou sensor higroscópico. Um sensor de temperatura serve essencialmente para realizar determinadas oscilações de pressão condicionadas pela temperatura, para estas não levarem a interpretações erradas.

Uma antena de transmissão 24 pode receber sinais de elevada frequência, que podem ser convertidos numa corrente contínua e formam uma unidade de alimentação 26. Esta energia alimenta um microcomputador 25, que avalia os dados dos sensores 21, 22 e transmite um sinal a um transmissor de rádio 23. O sinal transmitido é avaliado por uma monitorização de todo o sistema de fermentação e pode, se necessário, obrigar a uma desconexão do agitador e/ou desconexão do sistema. 10

Um sensor com efeito higroscópico pode por exemplo servir para detetar uma subida de humidade no espaço interior 14 do veio 10, que pode ser um indicador de que existe água de condensação no veio. A existência de água de condensação também pode ser vista como indicador de que existe uma fuga minima. Em todo o caso, é de evitar a formação de água de condensação no veio, pois pode causar danos corrosivos. No caso das dimensões aqui previstas do fermentador com um comprimento total habitualmente entre 25 e 50 m e um diâmetro entre 5 e 15 m, o veio 10 também apresenta respetivamente um corpo de veio 11 que pode ter um diâmetro entre 500 e 1500 mm.

Com estas dimensões é naturalmente possível dotar, sem qualquer problema, o veio com uma portinhola de acesso. A portinhola de acesso permite realizar os respetivos trabalhos de revisão. A portinhola de acesso tem naturalmente de poder ser fechada de modo absolutamente estanque. Não é, porém, obrigatório que exista uma portinhola de acesso. No caso de um possível dano, é óbvio que também se pode resolver o problema com trabalhos de revisão a partir do exterior. Sem portinholas de acesso evitam-se problemas de reforço nesta área, assim como fontes de fuga adicionais. O princípio da invenção consiste essencialmente, como já foi mencionado, em conceber o veio 10 como veio oco e deste possuir uma respetiva sustentação. Para isso é necessário controlar se o veio oco se enche de água acima de uma fuga. Neste caso, prescindir-se-ia da sustentação e o veio iria fletir cada vez mais, causando inevitavelmente correspondentes danos. Para evitar isto, aplica-se, em 11 conformidade com a invenção, no espaço interior 14 do veio, uma sobrepressão ou subpressão predefinida e esta pressão é vigiada através de respetivos meios.

Lista de símbolos de referência: 1 Fermentador horizontal 2 Tanque 3 Entrada 4 Parede frontal do lado da entrada 5 Saída 6 Parede frontal do lado da saída 7 Suporte do veio 8 Ponta do veio 9 Resíduos biogénicos 10 Veio 11 Corpo do veio 12 Braços agitadores 13 Pás 14 Espaço interior 15 Unidade de monitorização do sensor 16 Unidade de monitorização da pressão 17 Conduta de pressão 18 Manómetro 20 Elemento prefabricado 21 Sensor de pressão 22 Sensor de temperatura ou sensor higroscópico 23 Transmissor de rádio 24 Antena de transmissão 25 Chip microcomputador 26 Unidade de alimentação 12

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO A presente listagem de referências citadas pela requerente é apresentada meramente por razões de conveniência para o leitor. Não faz parte da patente de invenção europeia. Embora se tenha tomado todo o cuidado durante a compilação das referências, não é possível excluir a existência de erros ou omissões, pelos quais o EPO não assume nenhuma responsabilidade.

Patentes de invenção citadas na descrição • EP 0476217 A [0002] • EP 621336 B [0002] • EP 1332805 A [0002] • EP 770675 A [0003] • DE 3149344 A [0005] [0006] • US 4514297 A [0007] • DE 1948875 [0008] • US 20040155764 A [0021]

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Fermentador horizontal operado em fluxo tampão (1) para a fermentação anaeróbica de resíduos biogénicos (9) com uma entrada (3) e uma saída (4) e com um agitador, que é composto por um veio (10) que atravessa o fermentador no seu sentido longitudinal, encontrando-se no veio vários braços agitadores (12), sendo que o veio (10) está alojado na área das extremidades do fermentador (4, 6), caracterizado pelo facto de pelo menos o veio (10) ser constituído como elemento oco fechado cheio de gás ou ar, cujo espaço interior é vigiado quanto à pressão, para garantir que a sua sustentação compense pelo menos aproximadamente a flexão do veio quando o fermentador (1) está cheio.

2. Fermentador operado em fluxo tampão segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de no espaço interior (14) existir uma sobrepressão vigiada (Pi) .

3. Fermentador operado em fluxo tampão segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de no espaço interior (14) existir uma subpressão vigiada (Pi) .

4. Fermentador operado em fluxo tampão segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de no espaço interior se encontrar um órgão medidor da pressão (15, 16), cujo valor medido é monitorizado. 2

5. Fermentador operado em fluxo tampão (1) segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, sobre todo o comprimento do veio (10), se encontrarem braços agitadores (12) em intervalos regulares e deslocados em o mesmo ângulo da periferia.

6. Fermentador operado em fluxo tampão 5, caracterizado pelo facto de se encontrarem sempre dois braços agitadores (12) adjacentes uma ao outro no sentido longitudinal do veio (12) deslocados em um ângulo (a) entre 90° e 30°, preferencialmente 45°.

7. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de o veio (10) possuir pontas de veio e de as duas pontas do veio do lado da extremidade (8) trespassarem as extremidades do fermentador do lado da entrada e da saída (4, 6) e se alojarem fora do tangue do fermentador (2).

8. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de um tubo que forma o corpo do veio (11) possuir em cada lado final uma ponta de veio (8) e ser acionado por uma ponta do veio pelo menos no lado final.

9. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de o veio (10) passar, pelo menos no lado do acionamento, por uma extremidade do fermentador (4, 6) e ser acionado por uma coroa dentada colocada em cima. 3

10. Fermentador operado em fluxo tampão 8, caracterizado pelo facto de no espaço interior (14) do veio (10) passar uma conduta de pressão (17), que conduz a um aparelho medidor através de uma das duas pontas do veio (8) .

11. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de no espaço interior (14) do veio (10) existir pelo menos uma sonda de medição (21, 22) disposta numa unidade da monitorização de sensor (15), em que a unidade (15) pode ser excitada pelo lado de fora do fermentador e transmite um sinal correspondente aos dados medidos através de um transmissor para um recetor disposto fora do fermentador.

12. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de uma alteração do estado medido no espaço interior (14) do veio transmitir um sinal ao sistema de comando do fermentador.

13. Fermentador operado em fluxo tampão 1, caracterizado pelo facto de pelo menos alguns braços agitadores (12) do fermentador (1) serem constituídos como elementos ocos que originam uma maior sustentação.