UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES
G ado en Ingenie ía en elec ónica indus ial y au omá ica
Banco de ensayos pa a una columna de
pu i icación de biogás
Au o :
Cas o Minaya, Víc o An onio
Coau o :
Rode o Raya, Rosa io
Tu o :
Mazaeda Eche a ía, Rogelio
De P ada Mo aga, Césa
Depa amen o de Ingenie ía de
Sis emas y Au omá ica
Valladolid, sep iemb e 2020.
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Víc o An onio Cas o Minaya
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Ag adecimien os
Quie o da mi más since o ag adecimien o a odas las pe sonas que me han
b indado su apoyo a la ealización de es e T abajo de Fin de G ado:
En p ime luga , a mis u o es, Césa y Rogelio, po la guía que me han dado
du an e es e abajo, a Rosa io, po se una g an compañe a en el labo a o io
y a odo el pe sonal de Depa amen o de Ingenie ía Química y Tecnología del
Medio Ambien e po su en ega a la in es igación.
A mis amigos, que me han ayudado cuando los he necesi ado y me habéis
hecho pasa an os buenos momen os.
Y po úl imo a mi amilia, que sin su apoyo y comp ensión no hubiese llegado
has a aquí.
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Víc o An onio Cas o Minaya
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Resumen
En la úl ima década se ha obse ado un conside able aumen o en los gases de
e ec o in e nade o debido a la emisión de CO2 po el consumo de combus ibles
ósiles.
En la ac ualidad, se es án es udiando la iabilidad de los combus ibles de
o igen eno ables como al e na i a más amigable con el medio ambien e. Sin
emba go, es os combus ibles equie en un a amien o de pu i icación an es
de su consumo.
Es e p oyec o implemen a un banco de ensayos pa a el es udio de los
pa áme os ambien ales que in luyen en la pu i icación de biogás con el
p oceso de mic oalgas-bac e ias en una columna de abso ción.
Palab as cla e
Con ol de p ocesos, plan a de biogás, FPGA, Lab iew, con ol in eligen e
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Abs ac
In he las decade, a conside able inc ease in g eenhouse gases has been
obse ed due o he emission o CO2 om he consump ion o ossil uels.
Cu en ly, he easibili y o enewable uels as a mo e en i onmen ally iendly
al e na i e is being s udied. Howe e , hese uels equi e pu i ica ion ea men
be o e consump ion.
This p ojec implemen s a es s bench o s udy he en i onmen al pa ame e s
ha in luence biogas upg ading wi h he mic oalgae-bac e ia p ocess in an
abso p ion column.
Keywo ds
P ocess con ol, biogas plan , FPGA, Lab iew, sma con ol
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Índice de ablas
Tabla 1: Compa a i a de composición en e Biogás, gas de e ede o y gas na u al .............. 17
Tabla 2: Exigencias de composición pa a biogás de uso come cial .......................................... 19
Tabla 3: Sín esis de las señales medidas po el analizado . ...................................................... 28
Tabla 4: Desc ipción de las señales de los conec o es A y B MXP. ........................................... 36
Tabla 5: Desc ipción de las señales del conec o C MSP. .......................................................... 37
Tabla 6: Tabla con las a iables con oladas y manipuladas de la plan a ................................ 44
Tabla 7: Tabla con las a iables moni o izadas .......................................................................... 44
Tabla 8: Co espondencia en e pines y señales del analizado de gases ................................ 46
Tabla 9: Co espondencia de en e pines de la bomba pe is ál ica .......................................... 47
Tabla 10: Co espondencia de en e pines del con olado de lujo másico ............................. 48
Tabla 11. Co espondencia de pines del con olado de plan a ................................................ 49
Tabla 12: Valo es de caudal de la bomba pe is ál ica pa a la ube ía 1. .................................. 63
Tabla 13: Valo es de caudal del con ol basado en eglas pa a la espues a escalón del sis ema
de con ol ....................................................................................................................................... 76
Tabla 14. O e a de Analizado de Gases .................................................................................... 93
Tabla 15. O e a de Con olado de Flujo Másico ....................................................................... 93
Tabla 16. O e a de Bomba pe is ál ica ....................................................................................... 93
Tabla 17. O e a de Con olado de plan a .................................................................................. 94
Tabla 18. O e a de Ci cui o de Acondicionamien o de señales ................................................ 94
Tabla 19. Cos e de disposi i os del banco de ensayos .............................................................. 94
Tabla 20: Lis a de comandos más usados en el p o ocolo H-Bus ........................................... 100
Tabla 21: Combinación de pines pa a elegi la con igu ación deseada en el ci cui o de
acondicionamien o ...................................................................................................................... 102

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In oducción
1.1. In oducción
En la ac ualidad, la g an dependencia de los combus ibles ósiles pa a la
p oducción de ene gía gene a una se ie de p oblemas cuyos e ec os es án
p esen es a ni el global. En p ime luga , el aumen o de consumo de es e ipo
de combus ibles a c eciendo cada año (Figu a 1) y es o lle a a un ago amien o
de las ese as na u ales a medio plazo de es a uen e no eno able [1].
Figu a 1. E olución de la p oducción de ene gía en mega oneladas equi alen es de pe óleo (M oe) a
pa i de combus ibles ósiles desde 1800 has a 2010
En segundo luga , el consumo de es e ipo de combus ibles p oduce una
se ie de esiduos que iene g andes impac os a ni el social, económico y
ambien al. El p incipal compues o de es os esiduos es el dióxido de ca bono
que con ibuye al e ec o in e nade o an opogénico. En e o os compues os
enemos son los óxidos de ni ógeno (𝑁2𝑂 y 𝑁𝑂𝑥), compues os o gánicos
olá iles del me ano ((p. ej. ole inas, ce onas y aldehídos) y dióxidos de azu e
(Figu a 2) [2]. Todos es os esiduos con ibuyen a la con aminación del
ecosis ema y pueden p oduci p oblemas espi a o ios en la población.
In es igado es en odo el mundo es án es udiando nue as uen es de
ene gías eno ables, iables y sos enibles pa a cub i el aumen o del consumo
ene gé ico. Como ejemplo de es as uen es de ene gía enemos la gene ación
de biodiesel como al e na i a di ec a de los combus ibles pa a ehículos. Sin
emba go, es e ipo de uen e p esen a el incon enien e de que depende de
á eas ex ensas de cul i o ya que necesi a una g an can idad de acei es
ege ales. O o ejemplo de uen e de ene gía al e na i a es la ene gía sola
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pa a la gene ación de elec icidad y agua calien e pe o ac ualmen e el olumen
de p oducción de elec icidad iene g andes limi aciones como el
almacenamien o.
Pese a su g an po encial de p oducción de ene gía, an o el biodiesel como
la ene gía sola , se en muy limi adas po la ecnología ac ual o las bajas
e iciencias. Po ello, es os ejemplos son incapaces de hace en e a la
demanda ene gé ica.
Figu a 2: E olución empo al de las emisiones de gases de e ec o in e nade o
Una de las líneas de es udio p ome edo as es la p oducción de ene gía a
pa i biogás gene ado a pa i la diges ión anae obia de dis in as uen es como
las aguas esiduales u banas o los sólidos esiduales u banos [3]. Es as
uen es de ene gía es án compues as p incipalmen e po me ano y son
po encialmen e un g an sus i u o del gas na u al ya que la uen e de donde se
ex ae el biogás es p ác icamen e inago able.
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La p oducción de biogás a pa i de aguas esiduales u banas o sólidos
esiduales u banos con ienen muchos elemen os indeseados, como el dióxido
de ca bono, sul u os, ni a os en o ma de amonios, siloxanos y o os
compues os (Tabla 1) [4]. El consumo del biogás sin un e inamien o p e io
puede p oduci emisiones con aminan es a la a mós e a y daños g a es en las
ins alaciones donde se use.
Biogas
Land ill gas
Na u al gas
(Danish)
Na u al gas
(Du ch)
Compounds
Me hane ( ol. %)
60 - 70
35 - 65
89
81
O he hyd o ca bons ( ol. %)
0
0
9.4
3.5
Hyd ogen ( ol. %)
0
0 - 3
0
-
Ca bon dioxine ( ol. %)
30 - 40
15 - 50
0.67
1
Ni ogen ( ol. %)
~0.2
5 - 40
0.28
14
Oxygen ( ol. %)
0
0 - 5
0
0
Hyd ogen sulphide (ppm)
0 - 4000
0 - 100
2.9
-
Ammonia (ppm)
~100
~5
0
-
Lowe hea ing alue (kWh/Nm2)
6.5
4.4
11.0
8.8
Tabla 1: Compa a i a de composición en e Biogás, gas de e ede o y gas na u al
En es e p oyec o, se analiza á la pu i icación de biogás po el p oceso
biológico de la asociación simbió ica de mic oalgas-bac e ias en una plan a
pilo o. El me abolismo de dicha asociación elimina á los compues os no
deseados que ienen mayo can idad en olumen como dióxidos de ca bono y
ácido sul ú ico.
1.2. Jus i icación del p oyec o
La mo i ación de la ealización de es e p oyec o se basa en desa olla un
banco de ensayos que pueda se i de sopo e en la in es igación de la
pu i icación de biogás median e el p oceso biológico de mic oalgas-bac e ias.
La implemen ación del banco de ensayos se lle a á a cabo en una plan a
pilo o de ipo Fo obio eac o HRAP (High Ra e Algal Pond) que es á disponible
en uno de los labo a o ios de la Escuela de Ingenie ías Indus iales. Es e banco
de ensayos cons a de un sopo e ha dwa e/so wa e y se desa olla á en el
en o no de LabVIEW de Na ional Ins umen s.
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Los da os ob enidos median e el banco de ensayos ayuda án al
in es igado a en ende el compo amien o de del p oceso de pu i icación de
biogás en e a las a iaciones de dis in os pa áme os ele an es pa a el
in es igado . T as el análisis de es os pa áme os se p ocede á al es udio e
implemen ación de un algo i mo de con ol que pe mi an consegui un cie o
ni el de au oma ización pa a la pu i icación de biogás con la ins umen ación
que disponemos.
1.3. 0bje i os
El p incipal obje i o del p esen e T abajo de Fin de G ado es desa olla un
banco de ensayos que pe mi a ob ene da os en iempo eal de la plan a pilo o.
De es e modo, se pod á es udia los p incipales pa áme os que in luyen en la
pu i icación de la plan a pilo o.
Pos e io men e, una ez que se han analizado dichos pa áme os, se
p ocede á a es udia a ios algo i mos de con ol median e a iaciones o
pe u baciones de dis in os ac o es en el banco de ensayos. De es a mane a,
ob end emos un p ime algo i mo a a és de da os empí icos.
De es a mane a, se p ocede á a obse a la eliminación de algunas
impu ezas no deseadas del biogás como dióxido de ca bono, ácido sul híd ico,
oxígeno disuel o, e c.

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Teo ía en la pu i icación de biogás
2.1. Mo i aciones en la pu i icación de biogás
La biome anización, o diges ión anae obia, consis e en la deg adación de
la ma e ia o gánica en ausencia de oxígeno pa a ob ene biogás. El biogás
p oducido a pa i de biome anización de esiduos sólidos u banos o aguas
esiduales cons i uye uno de las uen es más aliosas den o del ámbi o de las
ene gías eno ables. Sin emba go, el con enido de 𝐶𝑂2 en el biogás, en e el
25 y el 50% del olumen o al, puede cons i ui un aumen o del cos e de
anspo e y una educción del con enido ene gé ico. Además, exis e un
con enido de 𝐻2𝑆, en e 0-2% ol., que, aunque sea una can idad pequeña,
puede p esen a p oblemas de co osión, oxicidad y mal olo .
En Eu opa exis e una egulación de la composición de biogás [5] pa a que
pueda usa se come cialmen e. Pa a ello se ha de inido la siguien e abla de
composición:
Elemen o
Exigencias de composición
𝐶𝐻4
> 95%
𝐶𝑂2
< 2,5 − 4%
𝑂2
< 0.001 – 1%
𝐻2𝑆 + 𝐶𝑂𝑆
< 5 𝑚𝑔 𝑁𝑚−3
𝑁𝐻3
<41 𝑚𝑔 𝑁𝑚−3
𝐵𝑇𝑋
<500 𝑚𝑔 𝑁𝑚−3
𝑆𝑖𝑙𝑜𝑥𝑎𝑛𝑜𝑠
<10 𝑚𝑔 𝑁𝑚−3
Tabla 2: Exigencias de composición pa a biogás de uso come cial
Pa a cumpli con es a no ma i a, exis e un g an ango de ecnologías
basadas en mecanismos ísico-químicos y mecanismos biológicos
desa ollados pa a educi el 𝐶𝑂2 o 𝐻2𝑆.
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2.2. Mé odos de pu i icación de biogás
Exis e dos g andes amilias que es án en ocadas a elimina an o el 𝐶𝑂2
como el 𝐻2𝑆 [6].
P ocesos ísicos químicos [5]
Den o de es a amilia enemos los p ocesos de desul u ización y los
p ocesos pa a elimina el CO2. Po un lado, los p ocesos de desul u ización
incluyen p ecipi ación química, adso ción, abso ción y sepa ación median e
memb anas. Po o o lado, los p ocesos de eliminación de 𝐶𝑂2 se encuen an
los disol en es o gánicos, depu ación basados en agua, depu ación química,
sepa ación median e memb anas, adso ción po oscilación de p esión y
c iogenización de 𝐶𝑂2.
En gene al, es os p ocesos ienen la p oblemá ica de no pode elimina 𝐶𝑂2
y 𝐻2𝑆 de o ma simul ánea. Es posible usa el mé odo de sepa ación median e
memb anas pa a elimina simul áneamen e ambos con aminan es, pe o son
mé odos menos amigables a ni el medioambien al además de p esen a
cos os ele ados de p oducción y man enimien o.
P ocesos biológicos [7]
Po un lado, exis en mé odos que eliminan únicamen e el 𝐻2𝑆 como la
il ación ae óbica y mé odos que eliminan únicamen e el 𝐶𝑂2 como los
o obio eac o es de mic oalgas con encionales.
Po o o lado, la simbiosis mic oalgas-bac e ias en o obio eac o es
p esen a la opo unidad de elimina ambos con aminan es de o ma
simul ánea a un bajo cos e y con muy poco impac o ambien al.
T adicionalmen e las algas se cul i an en bio eac o es abie os. Es os
bio eac o es suelen se de supe icies a i iciales en con ac o con la a mós e a
y donde no hay un con ol es ic o de pH y empe a u a. Exis en dos ipos
básicos de bio eac o es abie os: “open ponds” donde se u ilizan simples
ecep áculos de amaño y o ma de inidos; “ aceways” que ienen o ma de
canales ci cula es donde se puede suminis a cie o con ol sob e el pH y
nu ien es.
Figu a 3: bio eac o "open pound" (Izquie da) y bio eac o " aceway" (de echa)
También se pueden cul i a en bio eac o es ce ados llamados así po que
man ienen al cul i o comple amen e aislado del ex e io . Son cons uidos
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especí icamen e pa a un espécimen conc e o. Suelen se de columnas,
eac o es planos y eac o es ubula es.
Figu a 4: Bio eac o de columnas (Izquie da), bio eac o plano (cen o) y bio eac o ubula (de echa)
2.3. Pu i icación de biogás median e algas-bac e ias
En nues o caso, end emos un o obio eac o abie o ipo aceway a
escala de labo a o io donde end emos un cul i o de algas y bac e ias. Las
algas necesi an ene gía sola pa a consumi 𝐶𝑂2 del biogás median e la
o osín esis p oduciendo a su ez 𝑂2. Es e oxígeno gene ado, se á usado
pos e io men e po las bac e ias oxidan es de azu e pa a oxida 𝐻2𝑆 a
sul a os.
Median e el cul i o de bac e ias oxidan es de azu e alcalino y mic oalgas
con al a ole ancia al pH, mejo a el anspo e de los gases ácidos 𝐻2𝑆 y 𝐶𝑂2
desde el biogás has a el caldo de cul i o. De es e modo se pe mi e una
pu i icación más e ec i a del biogás. En la Figu a 5 se mues a un esquema de
es e p oceso [8].
Figu a 5: Esquema de pu i icación median e algas-bac e ias
Además, es necesa io indica que es posible usa aguas esiduales pa a
ap o echa sus nu ien es que ayuden al c ecimien o de las algas-bac e ias.
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Es o omen a a la acumulación de biomasa que se puede ap o echa pa a o as
aplicaciones [9].
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• 33: En ada de gas de mues a (máx. 20 mba ). Comp ession i ing
6 mm.
En nues o sis ema de pu i icación solo end emos un lujo de gas po lo
que usa emos solo una en ada.
El equipo mide el con enido de 𝐶𝑂2, 𝐶𝐻4, 𝑂2 y 𝐻2𝑆 del lujo de biogás y pa a
cada uno gene a una señal de 4-20mA que puede se ansmi ido median e
señales analógicas ía se ie o median e un cable RS-232 bajo el p o ocolo H-
bus ( e en anexo). Pa a el p esen e p oyec o, se ha elegido hace uso de las
señales analógicas 4-20mA pa a la adquisición de medidas.
Además, es necesa io que el equipo sea calib ado pe iódicamen e con
gases de calib ación. La consigna pa a su calib ación es la siguien e:
• Bo ella de gas de calib ación ecomendado: 𝐶𝐻4 con un máximo de
25 ppm de 𝐻2𝑆.
• Tiempo de calib ación: 10 min.
• In e alo de calib ación 3-6 meses.
• Consumo de gas: Ap ox. 5 li os po calib ación.
El equipo cuen a con un so wa e que pe mi e con igu a los pa áme os de
medida (Figu a 13) y los pa áme os de calib ación (Figu a 14).
Figu a 13: Ven ana de con igu ación de ciclos de medidas

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Figu a 14: Ven ana de con igu ación de calib ación
Po de ec o, el analizado de gases iene una ecuencia de mues eo de
dos ho as debido a con igu aciones p opias de áb ica. Es e pa áme o end á
mucha in luencia pa a el diseño e implemen ación del sis ema de con ol.
Po úl imo, en la pa e on al del equipo hay un display que indica á el
es ado del analizado y pe mi i á accede a algunos con oles como se mues a
en la Figu a 15.
Figu a 15: Display de es ado y con ol del analizado
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3.2.6. Bomba Pe is ál ica
Disponemos de una bomba pe is ál ica modelo D-25V plus de la casa
DINKO como se mues a en la Figu a 16.
Figu a 16: Bomba pe is ál ica modelo D-25V plus
El panel on al de es a bomba se mues a en la Figu a 17.
Figu a 17: Esquema del panel on al de la bomba pe is ál ica
El panel on al cuen a con un lec o digi al (A) en % de las e oluciones, dos
bo ones pa a cambia el sen ido del gi o (1 y 2), un bo ón pa a gi a al máximo
(3), un bo ón de inicio/pa ada (4), dos bo ones pa a disminui o aumen a las
e oluciones (5 y 6) un in e up o pa a la p og amación (13), el cabezal
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pe is ál ico (B) con los conec o es pa a los ubos de ca ga y desca ga del luido
(C y D). Es e cabezal desmon able pe mi e sus i ui los ubos po desgas e o
man enimien o. El panel pos e io de es a bomba se mues a en la Figu a 18.
Figu a 18: Esquema del panel pos e io de la bomba pe is ál ica
El panel pos e io cuen a con un in e up o gene al (7), un po a- usibles
(8), oma pa a la alimen ación, En ada de señal analógica 0-10V (10), un
en ilado (11) y una en ada pa a pedal (12).
Nues o in e és sob e es a bomba se cen a en la en ada de señal
analógica ya que nos pe mi e con ola la bomba median e una señal ex e na
que se á comandada po el con olado .
También es necesa io, elegi adecuadamen e el diáme o de ubo que a i
ins alado en el cabezal ya que la bomba no indica el lujo en mL/min, si no en
% de la po encia de la bomba. Ac ualmen e disponemos de dos ipos de
ube ías de las cuales ex aemos la elación % - mL/min. Se ha p obado algunos
alo es de po encia de la bomba pa a ob ene la elación de caudal en mL/min.
Pa a nues o sis ema disponemos dos ubos de di e en es diáme os que
nos p opo ciona án 0,7 mL/min y 2,8 mL/min po cada % po encia de la
bomba.
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3.2.7. Con olado de lujo másico
El con olado de lujo másico modelo GFC 57 de la casa Aalbo g se mues a
en la Figu a 19.
Figu a 19: Con olado de lujo másico.
Es e disposi i o nos a a pe mi i medi el lujo de biogás que a a en a a
la columna de abso ción has a un máximo de 200 mL/min con una p ecisión
de un 1.5% del span. Dispone de un display on al que nos mos a á el lujo en
un ins an e de iempo.
Las medidas de lujo de gas que se pueden en ia median e una señal de
salida 4-20 mA ó 0-5 V. A su ez, es e disposi i o se puede comanda de o ma
emo a. El esquema de conexiones se mues a en la Figu a 20.
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Figu a 20: Esquema de conexiones eléc icas del Con olado de lujo másico
En nues o caso, pa a egis a el lujo medido usa emos pines elacionados
con la salida de da os y pa a en ia señales de con ol de lujo usa emos los
pines elacionados con señales de en ada.
3.2.8. Con olado de plan a
El con olado de la plan a es un FPGA modelo myRIO-1900 de la casa
Na ional Ins umen s como se mues a en la Figu a 21.
Figu a 21: FPGA myRIO - 1900

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Es e disposi i o po á il de en adas/salidas econ igu ables (RIO) se usa
habi ualmen e pa a diseña sis emas de con ol, obó ica y meca ónica a ni el
educa i o.
El myRIO 1900 es á con o mado po dos bloques de ha dwa e incluidos en
una a je a in eg ada Xilinx Zynq-7010. Po un lado, enemos un bloque
p ocesado que sopo a á unciones de memo ia, lógica de p og ama, conexión
Wi eless, comunicación con el PC y leds de es ado. Po o o lado, enemos el
bloque FPGA, que sopo a á las en adas analógicas/digi ales, las salidas
analógicas/digi ales además de en ada/salida de audio y un acele óme o. El
diag ama de bloques de ha dwa e se mues a en la Figu a 22.
Figu a 22: Diag ama de bloques de ha dwa e de myRIO-1900
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Es e disposi i o cuen a con es bloques de pines de conexiones. Los dos
p ime os bloques se ag upan en conec o es A y B del pue o de expansión
(MXP) y ambos pue os anspo a án conjun os idén icos de señales como se
mues a en la Figu a 23. La di e enciación en e el conec o A y el conec o B
se ha á median e so wa e como se e á más adelan e.
Figu a 23: Señales p ima ias/secunda ias en los conec o es A y B MPX
Es os conec o es nos se án muy ú iles pa a conec a las señales de en ada
de con ol del sis ema. En la Tabla 4, se mues a la desc ipción de las señales
de los conec o es A y B de expansión.
Signal Name
Re e ence
Di ec ion
Desc ip ion
+5 V
DGND
Ou pu
+5 V powe ou pu
AIO <0…3>
AGND
Inpu
0-5 V, e e enced, single-ended analog inpu
channels
AO <0..1>
AGND
Ou pu
0-5 V, e e enced, single-ended analog ou pu .
AGND
N/A
N/A
Re e ence o he analog inpu and ou pu .
+3.3 V
DGND
Ou pu
+3.3 V powe ou pu
DIO <0..15>
DGND
Inpu o
Ou pu
Gene al-pu pose digi al lines wi h 3.3 V ou pu ,
3.3 V / 5 V V-compa ible inpu .
UART.RX
DGND
Inpu
UART ecei e inpu . UART lines a e elec ically
iden ical o DIO lines
UART.TX
DGND
Ou pu
UART ansmi ou pu . UART lines a e elec ically
iden ical o DIO lines
DGND
N/A
N/A
Re e ence o digi al lines and +5 V and +3.3 V
Tabla 4: Desc ipción de las señales de los conec o es A y B MXP.
Banco de ensayos pa a una columna de pu i icación de biogás
Víc o An onio Cas o Minaya
Página - 37
El e ce bloque de pines de conexiones ag upa las señales del conec o C
del pue o del sis ema Mini (MSP) como se mues a en la Figu a 24.
Figu a 24: Señales del conec o C MPS.
Es e pue o es á conec adas las señales analógicas con oladas de nues o
sis ema. En la Tabla 5, se mues a la desc ipción de las señales en el conec o
C MSP.
Signal Name
Re e ence
Di ec ion
Desc ip ion
+15 V / -15 V
AGND
Ou pu
+15 V / -15 V powe ou pu
AIO+ / AIO-;
AI1+ / AI1-
AGND
Inpu
±10 V, di e en ial analog inpu channels
AO <0..1>
AGND
Ou pu
±10 V, e e enced, single-ended analog ou pu
channels
AGND
N/A
N/A
Re e ence o he analog inpu and ou pu and +15
V / -15 V powe ou pu
+5V
DGND
Ou pu
+5 V powe ou pu
DIO <0..7>
DGND
Inpu o
Ou pu
Gene al-pu pose digi al lines wi h 3.3 V ou pu , 3.3
V / 5 V V-compa ible inpu .
DGND
N/A
N/A
Re e ence o digi al lines and +5 V powe ou pu
Tabla 5: Desc ipción de las señales del conec o C MSP.
Canales analógicos:
Las en adas y salidas analógicas se encuen an epa idas en los
conec o es A, B y C.
• En adas analógicas
Los conec o es A y B ienen cua o canales analógicas (AI0, AI1, AI2 y AI3)
que se usan pa a medi señales de 0-5V. El conec o C iene dos canales de
al a impedancia (AI0 y AI1) pa a medi señales de 0–10V.
Todos es os canales se mul iplexan a un único con e ido analógico-digi al
que mues ea odas a la ez.
Banco de ensayos pa a una columna de pu i icación de biogás
Víc o An onio Cas o Minaya
Página - 38
Figu a 25: Esquema de canales de en ada analógicas de myRIO
• Salida analógica:
Los conec o es A y B ienen dos canales de salida analógica po conec o
(AO0 Y AO1) y se u ilizan pa a gene a señales de 0-5V.
El conec o C iene dos canales (AO0 y AO1) y se u ilizan pa a gene a
señales de 0-10V.
Cada canal iene asignado un con e ido digi al-analógico y odos pueden
ac ualiza se simul áneamen e.
Figu a 26: Esquema de canales de salida analógicas de myRIO
Banco de ensayos pa a una columna de pu i icación de biogás
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Página - 45
4.3. Esquema de conexiones
Como comen ábamos en la sección an e io , en el PC de sob emesa es a á
ins alado el so wa e del con olado que gobe na á odo el sis ema.
Todos los disposi i os es a án conec ados al con olado y a su ez es e
es a á conec ado al PC. El esquema de conexiones se mues a en la Figu a 31.
Figu a 31: Esquema de conexiones de los disposi i os eléc icos
4.3.1. Conexión del analizado de gases
El manual del analizado de gases INCA nos indica que el módulo con los
pines que nos se i á pa a lee las señales de la composición del biogás se
encuen a en el in e io del disposi i o. Los cua o pines con señales analógicas
de 4~20 mA se mues an en la Figu a 32.

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Página - 46
Figu a 32: Pines de conexión analógica del analizado de gases
En la abla, se mues a la elación de los pines con las señales.
Pin
Func ion
Colo
Signal
1
Analog ou pu 1 – signal/signal 4-20 mA
Red
CO2 +
-
1 GND
Yellow
CO2 -
2
Analog ou pu 2 – signal/signal 4-20 mA
B own
CH4 +
-
2 GND
G een
CH4 -
3
Analog ou pu 3 – signal/signal 4-20 mA
Whi e
H2S +
-
3 GND
Black
H2S -
4
Analog ou pu 4 – signal/signal 4-20 mA
Blue
O2 +
-
4 GND
O ange
O2 -
Tabla 8: Co espondencia en e pines y señales del analizado de gases
Ya que el analizado de gases ansmi e señales de 4-20 mA y el con olado
solo iene en adas que miden ensión, es necesa io implemen a un ci cui o
de acondicionamien o que es capaz ans o ma las señales de 4~20 mA a 0~5
V. Cada una de las cua o señales end á un ci cui o independien e. Las
ca ac e ís icas de es e ci cui o se pueden encon a en los anexos.
Las conexiones desde el analizado de gases al con olado , se desc ibi án
más adelan e.
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Página - 47
4.3.2. Bomba pe is ál ica
La bomba pe is ál ica solo dispone una conexión de 0-10 V pa a pode
con ola lo de o ma emo a.
Figu a 33: Pines de conexión analógica de la bomba pe is ál ica
Pin
Func ion
Colo
Signal
+
En ada analógica 0 – 10 V
Red
Bomba+
-
GND
Black
Bomba-
Tabla 9: Co espondencia de en e pines de la bomba pe is ál ica
Es a señal es a á conec ada di ec amen e a uno de las señales de salida
analógica del con olado pa a pode ealiza el con ol emo o.
4.3.3. Con olado de lujo másico
Es e disposi i o dispone de una conexión ipo RS232 como se mues a en
la igu a 32.
Figu a 34: Con olado de lujo másico con la conexión RS232
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En la igu a 20 en el apa ado 3.2.7 podemos ap ecia el esquema de pines
del con olado de lujo másico. La elación de conexión de pines se mues a
en la siguien e abla.
Pin
Desc ip ion
Pin
Desc ip ion
1 & 2
0 – 5 Vdc ou pu
5 & 7
+12 Vdc powe supply
3 & 4
Pu ge
8 & 10
0 – 5 Vdc o 4 – 20 mA emo e
se poi
3 & 12
Val e o con ol
9 & 14
4-20 mA ou pu
5 & 13
Auxilia y + 12 Vdc
10 & 11
+5 Vdc con ol sou ce
Tabla 10: Co espondencia de en e pines del con olado de lujo másico
En nues o caso, la señal de salida se co esponde con los pines 1-2, pa a
egis a el lujo, y la señal de en ada se co esponde con los pines 8-10 pa a
en ia señales de con ol de lujo.
4.3.4. Con olado myRio 1900
Como se io en el apa ado 3.2.8, el con olado de plan a dispone de es
bloques de conexiones (o conec o es) A, B y C.
Figu a 35: Pines de conexión: Supe io A y B; In e io C
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Las señales del analizado de gases, de la bomba pe is ál ica y del
con olado de lujo másico conec ados al con olado se puede mues a en la
siguien e abla:
Disposi i o
Conec o de
con olado
Pin o
canal
Nomb e
de señal
Tipo de
señal
Desc ipción
Analizado
de gases
A
9
CO2
En ada
Señal de lec u a de CO2
A
7
CH4
En ada
Señal de lec u a de CH4
A
5
H2S
En ada
Señal de lec u a de H2S
A
3
O2
En ada
Señal de lec u a de O2
A
6
GND
-
GND pa a las señales de gas
Con olado
de lujo
másico
B
7
CFM_in
En ada
Señal de lec u a del CFM
B
4
CFM_ou
Salida
Señal de se poin
B
6
GND
-
GND pa a las señales del CFM
Bomba
pe is ál ica
C
4
Pump
Salida
Señal de se poin
C
3
GND
-
GND pa a la bomba
Tabla 11. Co espondencia de pines del con olado de plan a
Es necesa io con igu a los pines de en ada y de salida del con olado de
plan a con el so wa e LabVIEW pa a que pueda de ini y decla a
co ec amen e su uncionamien o. Es a con igu ación se mues a a
con inuación:
Figu a 36: Con igu ación de pines en adas analógicas en LabVIEW pa a el conec o A
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Figu a 37: Con igu ación de pines en adas (a iba) y de salidas (abajo) analógicas en LabVIEW pa a el
conec o B

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Figu a 38: Con igu ación de pines de salidas analógicas en LabVIEW pa a el conec o C
Con es a con igu ación se p ende usa un conec o exclusi amen e pa a
cada disposi i o que engamos conec ado.
Todos los da os que el con olado de plan a eciba se puede en ia po
WIFI o po USB DEVICE que se mues a a con inuación:
Figu a 39: Pue o USB De ice del con olado de plan a
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4.4. So wa e del banco de ensayos
El so wa e de con ol del banco de ensayos es á desa ollado bajo LabVIEW
myRIO 2014 de Na ional Ins umen s. LabVIEW es una pla a o ma y en o no de
desa ollo pa a diseña sis emas, con un lenguaje de p og amación isual
g á ico pensado pa a sis emas ha dwa e y so wa e de p uebas, con ol y
diseño, simulado o eal y embebido.
Debido a que es amos haciendo uso del con olado de plan a myRIO 1900,
es necesa io abaja con es e en o no de desa ollo. La unidad p og amación
de LabVIEW es á de inido en un iche o con ex ensión “ i” y p esen a dos á eas
de abajo.
Po un lado, enemos el en o no de In e az de usua io o “F on Pane” donde
se in eg a á odos los elemen os necesa ios pa a que el in es igado pueda
in e ac ua con el sis ema como, po ejemplo, bo ones, g á icos, ule as, e c.
Po o o lado, enemos el en o no de diag amas de bloque o “Block
Diag am”, donde se in eg a á el código uen e del sis ema.
4.4.1. A anque de p og ama
Al inicia el p og ama, el p og ama nos mos a á la en ana de selección de
p oyec os como se mues a en la Figu a 40. En nues o caso, el p oyec o que
de desa ollo se llama “HRAP” con ex ensión “l p oj”.
Figu a 40: Ven ana de selección de p oyec os de LabVIEW.
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Página - 53
T as selecciona y ab i nues o p oyec o, LabVIEW p esen a la en ana de
explo ación de p oyec o donde se mues a odos lo elacionado al en o no del
p oyec o como disposi i os (PC o con olado ), iche os de código y opciones de
con igu ación del p oyec o.
Figu a 41: en ana de explo ación de p oyec o.
Como se puede obse a , den o de la es uc u a del p oyec o HRAP exis e
dos pa es, “My Compu e ” y “myRIO-1900”. Nues o con olado de plan a se
co esponde a “myRIO-1900” y es á asociado al IP 192.168.43.233. Es o
signi ica que las comunicaciones en e el PC y el p opio con olado se ealizan
median e WIFI en la que ambos es án conec ados.
El iche o donde es á de inido el in e az de usua io (IHM) y el código
p incipal del p og ama se encuen a en “_Main, i”. Los iche os elacionados
con unciones del p og ama es án ubicados den o de la ca pe a “Lib a y”.
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4.4.2. In e az de Usua io
Si hacemos doble clic en el iche o “_Main. i”, se ab i á la siguien e
en ana:
Figu a 42: In e az de Usua io del p og ama p incipal del con olado de plan a
En ella podemos e dis in os elemen os que el in es igado pod á usa
pa a in e ac ua con el banco de ensayos y de es a mane a pode con igu a y
ealiza las p uebas que necesi e.
El in e az de usua io se puede di idi en 6 pa es.
Á ea de g á icos:
En es a zona se p e ende mos a la e olución empo al de los dis in os
pa áme os que se puede moni o iza en el banco de ensayos y que son de
in e és pa a el in es igado .
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biogás que cumple con los equisi os de la mayo ía de las egulaciones
in e nacionales (≤2.5% y ≤1.0%, espec i amen e). En es e sen ido, un
aumen o del lujo de gas educe la ans e encia de masa en e la ase líquida
y la ase gaseosa debido al meno iempo de esidencia del gas como a la
coalescencia de la bu buja. Po el con a io, un aumen o en la elocidad de
lujo del líquido implica una mayo abso ción de gas en la ase líquida debido a
la mayo á ea de con ac o.
La can idad de oxígeno en el biogás pu i icado end á mucho impac o ya
que su p esencia en al as can idades puede esul a explosi o po lo que es
impo an e man ene lo a unos ni eles bajos.
El sis ema in en a á alcanza la mejo depu ación de biogás a pa i de un
con ol basado en eglas median e la a iación del pa áme o L/G. Dicho
con ol consis e en un conjun o de alo es de L/G en unción los p incipales
con aminan es del biogás, es deci CO2 y O2, en % de ol.
Pa a pode desc ibi las eglas, se han de inido las siguien es exp esiones:
• _CO2 = Valo de CO2 en % ol. p opo cionado po el analizado de
gases.
• _O2 = Valo de O2 en % ol. p opo cionado po el analizado de
gases.
• sp_CO2 = Valo de CO2 en % ol. deseado po el in es igado . Fijado
a 2,5%
• sp_O2 = alo de O2 en % ol deseado po el in es igado . Fijado a
1%
• e_CO2 = _CO2 – sp_CO2 = E o de CO2
• e_O2 = _O2 – sp_CO2 = E o de O2
Las eglas del sis ema de con ol se han decla ado de la siguien e o ma:
• Regla 1: Si e_CO2 < 0 y e_O2 < 0, en onces disminuimos el caudal
de la bomba pe is ál ica. Las concen aciones de los con aminan es
es án po debajo del se poin po lo que se educe el caudal pa a
aho a ene gía.
• Regla 2: Si e_CO2 < 0 y e_O2 > 0, en onces disminuimos el de la
bomba pe is ál ica. La concen ación de O2 es al a po lo que se
educe el caudal pa a disminui su concen ación.
• Regla 3: Si e_CO2 > 0 y e_O2 < 0, en onces aumen amos el caudal
de la bomba pe is ál ica. La can idad de O2 es meno que el se poin

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po lo que aumen a emos el caudal pa a disminui la concen ación
de CO2.
• Regla 4: Si e_CO2 > 0 y e_O2 > 0, en onces disminuimos el caudal
de la bomba pe is ál ica. La concen ación de O2 es al a po lo que
se educe el caudal po azones de segu idad, aunque la can idad
de CO2 sea al a.
Las eglas 2 y 4 se pueden ag upa en una sola egla en el momen o de
esc ibi el código de que ige el con ol.
Pa a las p uebas en la que se equie a sis ema con olado se ha á uso del
modo “au omá ico” donde se ha implemen ado las eglas an e io es. El uso del
modo “manual” se e ec ua á pa a los ensayos que se ealicen sin las eglas de
con ol y pode compa a los esul ados en e al sis ema con olado. En la
Figu a 50 se mues a el diag ama de lujo de la lógica del p og ama.
Figu a 50: Diag ama de lujo de la lógica de p og ama del banco de ensayos.
Banco de ensayos pa a una columna de pu i icación de biogás
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4.5. Respues a escalón del sis ema de con ol del banco de
ensayos [13]
Con el in de comp oba la e ec i idad y la obus ez del sis ema de con ol,
se ha p opues o es ensayos donde end emos pe u baciones en el caudal de
biogás:
1. Ensayo 1: Va iación de 4 ho as del caudal de gas de 60 a 150
mL/min y nue amen e a 60 mL/min pa a p oba la espues a del
sis ema en el caso a iaciones g andes de caudal de biogás.
2. Ensayo 2: Va iación simila de caudal de gas, pe o con una du ación
de 12 ho as pa a ga an iza que el sis ema de con ol pueda
man ene el es ado es able.
3. Ensayo 3: Va iación de caudal de gas con inc emen os g aduales de
10 mL/min cada dos ho as de 60 a 120 mL/min en las p ime as 12
ho as y luego disminuciones g aduales a 60 mL/min en las
siguien es 12 ho as. Es e pe il se co esponde a una simulación de
p oducción eal de biogás.
La acción de con ol se e á in luenciada po la capacidad de la bolsa Tedla
donde se acumula á el gas que a a medi el analizado de gases ya que es a
equie e de un olumen mínimo pa a pode ealiza las medidas. Teniendo en
cuen a es o, la ac uación del con ol se ealiza cada ho a pa a los ensayos 1 y
2 mien as que pa a el ensayo 3 se ealiza cada 2 ho as.
Pa a el con ol basado en eglas, se ha p opues o el uso de la ube ía 1 pa a
la bomba pe is ál ica de al mane a que nos p opo ciona 0,7 mL/min po cada
po cen aje de po encia de la bomba. Dichos alo es se esumen en la siguien e
abla:
Regla
e_O2
e_CO2
Po encia de bomba (%)
Caudal de bomba (mL/min)
Regla 1
<= 1
[ -2,5 ; -1 ]
-7,5
-1,8
( -1 ; -0,5 ]
-5
-3,6
( -0,5 ; 0 ]
-2,5
-5,4
Regla 3
( 0 ; 0,5 ]
15
10,7
( 0,5 ; 1 ]
20
14,3
( 1 ; 5 ]
35
17,9
( 5 ; 10 ]
30
21,5
> 10
40
28,6
Reglas 2 y 4
>1
[ 0 ; 0,5 ]
-15
-10,7
( 0,5 ; 1 ]
-20
-14,3
( 1 ; 5 ]
-25
-17,9
>5
-30
-21,5
Tabla 12: Valo es de caudal de la bomba pe is ál ica pa a la ube ía 1.
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Todos los ensayos se ealiza án sin con ol pa a pode compa a los
esul ados del sis ema con el con ol basado en eglas. Los ensayos sin con ol
se implemen a án con un caudal cons an e de 29 mL/min mien as que los
ensayos con con ol, el caudal inicial se á de 29 mL/min.
Los ensayos se han ealizado a empe a u a ambien e (20ºC), con pH igual
a 10 y el índice de concen ación de ca bono ino gánico en e 2500 y 3000
mg/L.
4.5.1. Resul ados Ensayo 1
Los esul ados del ensayo 1 se mues an a con inuación:
E olución empo al de CO2
Figu a 51: E olución empo al de CO2 sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 1
En la e olución empo al de CO2, pa a el sis ema sin con ol, obse amos
lo siguien e:
El escalón de 60 a 150 mL/min de gas (cu a “G” en Figu a 51) iene un
g an impac o ya que la concen ación de CO2 (cu a “CO2 sin con ol” en Figu a
51) aumen a has a un máximo de 10,0% en el p ime escalón y 10,7% en el
segundo escalón
En los caudales de gas de 60 mL/min ob enemos un L/G de 0,5 y en
caudales de 150 mL/min se educe de 0,2. Es a educción impac a
nega i amen e en la ans e encia de CO2 y H2S del gas al líquido debido a la
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0
2
4
6
8
10
12
L y G (ml/min)
CO2 (%)
Time (h)
CO2 sin con ol CO2 con con ol CO2 se poin
L sin con ol L con con ol G
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acidi icación ( educción de pH) del líquido de mic oalgas y po la p opia
sa u ación de concen ación de CO2 y H2S ya que el líquido eci cula ( e Figu a
6).
En la e olución empo al de CO2, pa a el sis ema con con ol, obse amos
lo siguien e:
El p ime escalón de 60 a 150 mL/min de gas (cu a “G” en Figu a 51) iene
un impac o meno que en el sis ema sin con ol ya que la concen ación de CO2
(cu a “CO2 con con ol” en Figu a 51) a aumen ando has a un máximo de
5,4%. Mien as es o ocu e, el caudal de líquido (cu a “L con con ol” en Figu a
51) a aumen ando has a consegui una concen ación de CO2 meno al
se poin ( egla 3) después de dos acciones de con ol.
En el segundo escalón, la concen ación de CO2 aumen a y el sis ema
consigue que la concen ación se man enga en alo es meno es al se poin
(cu a CO2 se poin en Figu a 51). Mien as an o, el caudal de L a
disminuyendo ya que nos encon amos an e alo es in e io es al se poin de
CO2 y de O2 (cu a “O2 se poin ” Figu a 51) ( egla 1).
Du an e odo el expe imen o, se ha egis ado un L/G máximo de 1,28,
co espondien e a un caudal de 77 mL/min de líquido (cu a “L con ol” en
Figu a 51) y 60 mL/min de gas lo que se aduce en un aumen o conside ado
en los es ue zos de con ol pa a disminui la concen ación de CO2. La
e olución comple a de L/G se puede obse a en la Figu a 52.
Figu a 52: E olución empo al de L/G en el sis ema con con ol pa a el ensayo 1
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
l Y G (ml/min)
L/G
Time (H)
L/G L con con ol G
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Página - 66
E olución empo al de H2S
Pa a el sis ema sin con ol, se obse a que la concen ación de H2S (cu a
“H2S sin con ol” en Figu a 53) iene un compo amien o simila que en el caso
de CO2 sin con ol con un máximo de 393 ppm en el p ime sal o y 414 ppm
en el segundo sal o.
Pa a el sis ema con con ol, se egis an alo es máximos de 8 ppm de H2S
(cu a “H2S con con ol” en Figu a 53) en el p ime escalón y luego se educe
es a can idad a 0 ppm. De es e modo, se puede comp oba que la educción
de concen aciones de H2S es mucho más e ec i a que en el CO2
Figu a 53: E olución empo al de H2S sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 1
E olución empo al de O2
En el caso de la e olución de la concen ación de O2, siemp e se man iene
po debajo del se poin deseado (1%) an o pa a el sis ema sin con ol como en
con con ol.
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0
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L y G (ml/min)
H2S (ppm)
Time (h)
H2S Sin con ol H2S con con ol
L sin con ol L con con ol

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Figu a 54: E olución empo al de O2 sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 1
E olución empo al de CH4
Figu a 55: E olución empo al de CH4 sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 1
Pa a el sis ema sin con ol, en el p ime sal o, enemos una concen ación
mínima de CH4 (cu a “CH4 sin con ol” en Figu a 55) de 89,1 % mien as que
en el segundo sal o enemos un mínimo de 88,4%. La calidad de biome ano
iene una endencia hacia abajo con cada sal o debido al impac o que iene la
educción de pH en el líquido.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
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1,2
L y G (ml/min)
O2 (%)
Time (h)
O2 sin con ol O2 con con ol O2 se poin
L sin con ol L con con ol G
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0
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l Y G (ml/min)
CH4 (%)
Time (H)
CH4 Sin con ol CH4 con con ol
L sin con ol L con con ol
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Pa a el sis ema con con ol, en el p ime sal o ob enemos una
concen ación mínima de CH4 (cu a “CH4 con con ol” en Figu a 55) mínimo
de 92,6% mien as que en el segundo sal o ob enemos una concen ación
mayo es de 95%.
La endencia a la mejo a en pu i icación del biogás se e eno memen e
impac ado con la in oducción del con ol basado en eglas. Con es e ensayo
se demues a una buena espues a del sis ema del con ol en e a a iaciones
b uscas del caudal de gas.
4.5.2. Resul ados Ensayo 2
Los esul ados del ensayo 2 se mues an a con inuación:
E olución empo al de CO2
Figu a 56: E olución empo al de CO2 sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 2
En la e olución empo al de CO2, pa a el sis ema sin con ol, obse amos
lo siguien e:
El escalón de 60 a 150 mL/min de gas iene un g an impac o ya que la
concen ación de gas (cu a “CO2 sin con ol” en Figu a 56) aumen a has a
12,5% en el p ime escalón y 13,2% en el segundo escalón.
En el p ime escalón, la concen ación de CO2 (cu a “CO2 con con ol” en
Figu a 56) se man iene casi cons an e después de 4~5 ho as de habe se
ealizado el sal o. En el segundo escalón la concen ación de CO2 iene una
baja endencia a aumen a .
010 20 30 40 50 -15
5
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85
105
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L y G (ml/min)
CO2 (%)
Time (h)
CO2 sin con ol CO2 con con ol CO2 se poin
L sin con ol L con con ol G
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Pa a el sis ema con con ol, obse amos lo siguien e:
En el p ime escalón de 60 a 150 mL/min, la concen ación de CO2 (cu a
“CO2 con con ol” en Figu a 56) aumen a has a un máximo de 4,7%. Mien as
es o ocu e, el caudal de líquido (cu a “L con con ol“ en Figu a 56) a
aumen ando has a que, después de dos acciones de con ol, la concen ación
de CO2 empieza a educi se ( egla 3). Es necesa io o as dos acciones de
con ol adicionales pa a pode educi la concen ación po debajo del se poin
y man ene lo ( egla 1).
En el segundo escalón, ocu e algo simila con el p ime escalón a di e encia
que se a da 3 acciones de con ol en empeza a educi la concen ación de
CO2 y una acción de con ol más en educi dicha concen ación po debajo del
alo del se poin ( egla 3) y man ene lo ( egla 1).
Los angos de L/G pa a es é es se pa ecen bas an e a los que se han
obse ado en el es 1. En ambos escalones de 150mL/min, se ha egis ado
un L/G máximo de 0,51, con L igual a 76,04 mL/min. En el p ime pe iodo
donde G se educe a 60 mL/min, se ha egis ado un L/G de 1,06 mien as
que, en el segundo pe iodo, un L/G de 1,24. La e olución comple a de L/G se
puede obse a en la Figu a 57.
Figu a 57: E olución empo al de L/G en el sis ema con con ol pa a el ensayo 2
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L y G (ml/min)
CH4 (%)
Time (h)
L/G L con con ol G
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E olución empo al de H2S
Figu a 58: E olución empo al de H2S sin con ol s con con ol basado en eglas pa a el ensayo 2
En el caso del sis ema sin con ol, enemos una can idad máxima de H2S
(cu a “H2S sin con ol” en Figu a 58) de 150 ppm pa a el p ime escalón y
204 ppm pa a el segundo escalón. Es os alo es son más bajos que en el
p ime ensayo. La educción de H2S se pod ía debe a o os ac o es como el
aumen o del oxígeno disuel o en el líquido de cul i o lo que p omo e ía su
consumo po pa e de las bac e ias cuando el líquido uel e a eci cula a la
columna de abso ción.
En el caso del sis ema con con ol, la concen ación de H2S (cu a “H2S
con con ol” en Figu a 58) se alcanza un máximo de 111 ppm en el p ime
escalón y 120 ppm. Después de los dos picos, se ob iene una buena limpieza
de H2S as la ac uación de con ol.
E olución empo al de O2
Al igual que en el es 1, la can idad de O2 se man iene po debajo del
se poin an o pa a el sis ema sin con ol como con con ol.
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L y G (ml/min)
H2S (ppm)
Time (h)
H2S sin con ol H2S con con ol
L sin con con ol L con con ol
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Pa a odos los ensayos de alidación, la a iación de caudal de gas se
ealiza á como el ensayo 3, es deci , a iaciones de caudal gas con
inc emen os g aduales de 10 mL/min cada dos ho as de 60 a 120 mL/min en
las p ime as 12 ho as y luego disminuciones g aduales a 60 mL/min en las
siguien es 12 ho as.
4.6.1. Ensayos de alidación con dis in as
concen aciones de ca bono ino gánico (IC)
La concen ación de ca bono ino gánico, o alcalinidad, en el líquido de
cul i o es un pa áme o cla e en la eliminación de CO2 y H2S en los sis emas
de mic oalgas bac e ias. Una al a alcalinidad da como esul ado una al a
capacidad ampón, es deci , la capacidad que iene un medio amo igua los
cambios de pH. Debido a la ans e encia de CO2 y H2S a medio acuoso, el pH
iende a baja (más ácido) y con un IC adecuado, podemos amo igua es e
e ec o.
Aguas esiduales p o enien es del sec o ag oindus ial [14] pueden se
usado pa a alimen a el HRAP y consegui aumen a el IC, ya que con iene al as
concen aciones de ca bono indus ial p óximo s a 1500 mg/L.
Sin emba go, la p opia llu ia o la al a de adición de ca bono ino gánico a
nues o sis ema puede ocasiona una educción de la concen ación de IC a
500 mg/L o incluso hace uso de aguas esiduales u banas con IC a 100 mg/L
que se ía la al e na i a bas an e común. En es os casos, pod ía ocu i una
disminución en la e iciencia de educción de CO2 y H2S del biome ano. Po ello,
se ealiza á la alidación bajo dis in as condiciones de alcalinidad.
E olución empo al de CO2
La e olución empo al de CO2, pa a IC 1500, IC 500 y IC 100 con pH 10, se
mues a a con inuación:
Pa a el sis ema sin con ol, se obse a cla amen e que la abso ción de CO2
disminuye en cuan o disminuye el ca bono ino gánico del líquido de cul i o.
Se ha egis ado máximas de concen ación de CO2 de 13,4, 18,8 y 19,6%
pa a IC 1500 (cu a “CO2 sin con ol pa a IC 1500” en Figu a 66), IC 500 (cu a
“CO2 sin con ol pa a IC 500” en Figu a 66) y IC 500 (cu a “CO2 sin con ol
pa a IC 100” en Figu a 66) espec i amen e.

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Figu a 66: E olución empo al de CO2 pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema sin con ol
Figu a 67: E olución empo al de CO2 pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema con con ol
En el sis ema con olado, el ensayo pa a IC 1500 mues a que exis en es
picos de concen ación de CO2 (cu a “CO2 con con ol pa a IC 1500” en Figu a
67), una de 3,8, 3,7 y 2,8. Las concen aciones se educen po debajo del
se poin después de una o dos acciones de con ol.
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G (ml/min)
CO2 (%)
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CO2 sin con ol pa a IC 1500 CO2 sin con ol pa a IC 500
CO2 sin con ol pa a IC 100 CO2 se poin
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G (ml/min)
CO2 (%)
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CO2 con con ol pa a IC 1500 CO2 con con ol pa a IC 500
CO2 con con ol pa a IC 100 CO2 se poin
G
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Sin emba go, los picos de concen ación son mayo es pa a el ensayo de IC
500 (cu a “CO2 con con ol pa a IC 500” en Figu a 67) con alo es 5,2; 4,2;
3,3 y 4,0%. Las concen aciones se educen po debajo del se poin después
de una o dos acciones de con ol.
Pa a el ensayo de IC 100, se egis an los picos máximos de
concen aciones de CO2 (cu a “CO2 con con ol pa a IC 100” en Figu a 67),
con alo es 8,2; 3,1; 5,1 y 3,3%. Las concen aciones se educen después de
dos o es acciones de con ol.
E olución empo al de H2S
Figu a 68: E olución empo al de H2S pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema sin con ol
Pa a el sis ema sin con ol, se obse a el mismo pe il que pa a el CO2. Pa a
el ensayo de IC 1500, la concen ación de H2S (cu a “H2S sin con ol pa a IC
1500” en Figu a 68) lle a a alo es máximos de 536 y 530 ppm.
Pa a el ensayo de IC 500, la concen ación de H2S (cu a “H2S sin con ol
pa a IC 500” en Figu a 68) lle a a alo es máximos de 1440 y 1318 ppm.
Finalmen e, pa a el ensayo de IC 100, la concen ación de H2S (cu a “H2S
sin con ol pa a IC 100” en Figu a 68) lle a a alo es máximos de 2096 y 1984
ppm.
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G (ml/min)
H2S (%)
Time (h)
H2S sin con ol pa a IC 1500 H2S sin con ol pa a IC 500
H2S sin con ol pa a IC 100 G
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Figu a 69: E olución empo al de H2S pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema con con ol
Pa a el sis ema con con ol, se obse a una mejo a sus ancial en la
abso ción de H2S. Pa a el ensayo de IC 1500, la concen ación de H2S (cu a
“H2S con con ol pa a IC 1500” en Figu a 69) p ác icamen e se e educida en
su o alidad.
Pa a el ensayo de IC 500, la concen ación de H2S (cu a “H2S con con ol
pa a IC 500” en Figu a 69) lle a a alo es máximos de 181, 150 y 174 ppm.
Finalmen e, pa a el ensayo de IC 100, la concen ación de H2S (cu a “H2S
con con ol pa a IC 100” en Figu a 69) lle a a alo es máximos de 2096 y 1984
ppm.
E olución empo al de O2
Tan o pa a el sis ema sin con ol como pa a el sis ema con con ol se
egis an concen aciones de CO2 po debajo del se poin .
La endencia en la concen ación de O2 pa a el caso de IC 1500 es más
baja que en los ensayos de IC 500 e IC 100 en el caso de los sis emas
con olados.
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G (ml/min)
H2S (%)
Time (h)
H2S con con ol pa a IC 1500 H2S con con ol pa a IC 500
H2S con con ol pa a IC 100 G
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Figu a 70: E olución empo al de O2 pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema sin con ol
Figu a 71: E olución empo al de O2 pa a ensayos de alidación con dis in as concen aciones de
ca bono ino gánico pa a el sis ema con con ol
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1,2
010 20 30 40 50 60
G (ml/min)
O2 (%)
Time (h)
O2 sin con ol pa a IC 1500 O2 sin con ol pa a IC 500
O2 sin con ol pa a IC 100 O2 se poin
G
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0
0,5
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010 20 30 40 50 60
G (ml/min)
O2 (%)
Time (h)
O2 con con ol pa a IC 1500 O2 con con ol pa a IC 500
O2 con con ol pa a IC 100 O2 se poin
G
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4.6.2. Ensayos de alidación con dis in os alo es de pH
El pH iene una g an in luencia en la eliminación de CO2 y H2S debido al
impac o en la solubilidad de los gases con alo es de pH al os.
Las condiciones más op imas de abso ción de CO2 y H2S se ealiza pa a
pa a una alcalinidad de 1500 mg/L en la que se espe a un pH al o
(ap oximadamen e 10 pH). Se ha is o en ensayos an e io es que la gos
pe iodos de abso ción de CO2 y H2S lle a a una acidi icación del medio líquido,
aunque se enga una alcalinidad inicial óp ima.
Pa a in es iga los e ec os del pH se ha p opues o la alidación del sis ema
con pH 10 y pH 8,6.
E olución empo al de CO2
Figu a 72: E olución empo al de CO2 pa a ensayos de con dis in as concen aciones de ca bono
ino gánico pa a el sis ema con con ol
Pa a el ensayo sin con ol se obse a que la abso ción de CO2 es mucho
más baja pa a pH 10 que pa a pH 8,6. Pa a pH 10 se egis a máximas
concen aciones de 21,9 y 20,6% de CO2 mien as que pa a pH 8,6, máximas
de 12,4 y 13,4 % de CO2.
Sin emba go, en ninguno de los dos casos se consigue baja del se poin ,
después de inicia se la a iación de caudal de gas.
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G (ml/min)
CO2 (%)
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CO2 sin con ol pa a pH 10 CO2 sin con ol pa a pH 8,6
CO2 se poin G

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Figu a 73: E olución empo al de CO2 pa a ensayos de con dis in os alo es de pH pa a el sis ema sin
con ol
Pa a los ensayos con con ol, pa a pH 10 se consigue educi la
concen ación de CO2 po debajo del se poin . Se obse an 3 picos
ca ac e ís icos de ensayos an e io es.
Sin emba go, pa a los ensayos a pH 8,6, pese a los es ue zos de con ol, no
se consigue educi la can idad de CO2 po debajo del se poin .
Figu a 74: Es ue zos de con ol pa a pH 10 y pH 8,6
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G (ml/min)
CO2 (%)
Time (h)
CO2 con con ol pa a pH 10 CO2 con con ol pa a pH 8,6
CO2 se poin G
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G (ml/min)
L (mL/min)
Time (h)
L con con ol pa a pH 8,6 L con con ol pa a pH 10 G
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Pa a pH 10, se obse a que el es ue zo de con ol hace que aumen e el
caudal con el in de disminui el pH po debajo del se poin ( egla 3) cuando
es o se ha conseguido, se man iene el alo del caudal según la egla 1 de la
Tabla 13 (Si e_CO2 > -0,5 y e_CO2 < 0 en onces caudal es igual a ce o).
En el caso de pH 8,6, el es ue zo de con ol hace que el aumen e el ni el
de caudal de líquido pa a in en a disminui la concen ación de CO2 po debajo
del se poin . Sin emba go, aunque la concen ación de CO2 no disminuye, el
es ue zo de con ol hace que el caudal de la bomba empiece a disminui . Es o
se debe a que la concen ación de O2 empieza a subi po encima del se poin ,
según la egla.2 y 4. Es o es bas an e c í ico po que es necesa io disminui
dicha concen ación pa a e i a explosiones po el exceso de O2.
E olución empo al de H2S
Figu a 75: E olución empo al de H2S pa a ensayos de con dis in os alo es de pH pa a el sis ema sin
con ol
La e olución del H2S pa a el sis ema sin con ol como el sis ema
con olado, ienen el mismo compo amien o que la e olución del CO2.
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0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
L y G (ml/min)
H2S (ppm)
Time (h)
pH 8,6 - IC 1500
H2S sin con ol pa a pH 10 H2S sin con ol pa a pH 8,6 G
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Figu a 76 E olución empo al de H2S pa a ensayos de con dis in os alo es de pH pa a el sis ema con
con ol
En el caso de pH 10 se obse a que el es ue zo de con ol log a educi
bas an e la concen ación de H2S en compa ación del ensayo a pH 8,6.
En ambos casos, la concen ación se educe a p ác icamen e ce o
anscu ido un cie o iempo después de habe empezado los es ue zos de
con ol.
E olución empo al de O2
Pa a el sis ema sin con ol, se obse a que la can idad O2 an o pa a el
sis ema sin con ol como el sis ema con olado es án po debajo del se poin .
Cabe des aca que la concen ación de O2 en pH 10 es más baja que en
pH 8,6.
Pa a el sis ema con olado, en el caso de pH 10, se obse a que la can idad
de O2 se man iene po debajo del se poin .
Sin emba go, pa a el caso pH 8,6, la concen ación de O2 aumen a po
encima del se poin cuando se llega al 120 mL/min de caudal de gas. Como se
io, los es ue zos de con ol obligan a disminui la can idad caudal de O2 pa a
in en a que su concen ación disminuya has a queda po debajo del se poin .
Es e p oceso se epi e po segunda ez.
0
20
40
60
80
100
120
140
0
50
100
150
200
250
04812 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
L y G (ml/min)
H2S (ppm)
Time (h)
H2S con con ol pa a pH 10 H2S con con ol pa a pH 8,6 G
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Figu a 77: E olución empo al de O2 pa a ensayos de con dis in os alo es de pH pa a el sis ema sin
con ol
Figu a 78: E olución empo al de O2 pa a ensayos de con dis in os alo es de pH pa a el sis ema con
con ol
Bajo las condiciones de pH 10 con concen ación de ca bono ino gánico
op imas, es deci 1500 mg/L, no se ha cumplido el obje i o de educi la
concen ación po debajo del se poin del CO2 y del O2.
0
20
40
60
80
100
120
140
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
04812 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
G (ml/min)
O2 (%)
Time (h)
C2 sin con ol pa a pH 10 C2 sin con ol pa a pH 8,6
O2 se poin G
0
20
40
60
80
100
120
140
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
04812 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
L y G (ml/min)
O2 (%)
Time (h)
O2 con con ol pa a pH 10 O2 con con ol pa a pH 8,6
O2 se poin G
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Es udio económico
En es e capí ulo se es udia án los cos es que supone la implemen ación del
banco de ensayos pa a una columna de pu i icación de biogás.
Pa a el banco de ensayos se ha adqui ido equipamien o necesa io pa a
implemen a su implemen ación. Es e equipamien o se ha desc i o en el
apa ado 3.2 y hay que ene en cuen a que algunos de es os elemen os ya
es aban p esen es en el momen o de inicia el p oyec o.
O e a* de Analizado de Gases INCA
Desc ipción
P ecio unidad
Can idad
P ecio inal
Analizado de biogás INCA 4001
T100-02
13323,21 €
1
13323,21 €
T anspo e
340 €
Tabla 14. O e a de Analizado de Gases
(*) O e a de PSA Ingenie os
O e a* de Con olado de Flujo Másico
Desc ipción
P ecio unidad
Can idad
P ecio inal
GFM57A-BDL6-A0
1.054,25 €
1
1.054,25 €
T anspo e
15 €
Tabla 15. O e a de Con olado de Flujo Másico
(*) O e a de ANAME Ins umen ación Cien í ica
O e a* de Bomba Pe is ál ica
Desc ipción
P ecio unidad
Can idad
P ecio inal
Bomba Pe is ál ica CF-
3 ,270 pm. D-25Vplus
1205,16 €
1
1205,16 €
T anspo e
0 €
Tabla 16. O e a de Bomba pe is ál ica
(*) O e a de DINTER S.A.

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O e a* de Con olado de plan a
Desc ipción
P ecio unidad
Can idad
P ecio inal
myRIO-1900
628,56 €
1
628,56 €
T anspo e
0 €
Tabla 17. O e a de Con olado de plan a
(*) O e a de Na ional Ins umen s
O e a de Ci cui o de Acondicionamien o de señales
Desc ipción
P ecio unidad
Can idad
P ecio inal
Cu en o Vol age Con e e
Module Amp o Vol T ansmi e
4-20mA o 0-3.3V/5V/10V
Signal Con e sion Boa d Module
2,66 €
4
10,64 €
T anspo e
4,45 €
Tabla 18. O e a de Ci cui o de Acondicionamien o de señales
(*) O e a de IC S a ion
Teniendo en cuen a las o e as an e io es, la siguien e abla esume el
cos o de banco del ensayo.
I em
P ecio (€)
Analizado de Gases INCA
13663,21
Con olado de Flujo Másico
1069,25
Bomba Pe is ál ica
1205,16
Con olado de plan a
628,56
Ci cui o de acondicionamien o
15,09
To al
16581,27
Tabla 19. Cos e de disposi i os del banco de ensayos
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Bibliog a ía y e e encias
[1] Las ese as de combus ibles ósiles a ni el mundial
[2] E olución de la emisión de gases de e ec o in e nade o
[3] Mic oalgae-Based Bio uels and Biop oduc s – Toledo-Ce an es e al. 2017
[4] Biogas upg ading echnologies - de elopmen s and inno a ions
[5] Fo obio eac o es pa a el cul i o masi o de mic oalgas
[6] A compa a i e analysis o biogas upg ading echnologies Pho osyn he ic s
physicalchemical p ocesses - Toledo-Ce an es e al. 2017b
[7] Biogas upg ading using algal-bac e ial p ocesses
[8] P oducción de biogás a pa i de aguas esiduales y esiduos ag ícolas
[9] T abajo in de g ado: alo ización de angos de EDAR ía diges ión y
cogene ación del biogás
[10] Influence o Biogas Flow Ra e on Biomass Composi ion Du ing he
Op imiza ion o Biogas Upg ading in Mic oalgal-Bac e ial P ocesses - Se ejo
e al. 2015
[11] Ob ención de biogás a pa i de Residuos Sólidos U banos pa a su
inyección a Red
[12] Op imiza ion o biogas p oduc ion om algal biomass
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[13] De elopmen o a con ol s a egy o cope wi h biogas low a e a ia ions
du ing pho osyn he ic biogas upg ading
[14] Algal-bac e ial p ocesses o he ea men o ag oindus ial
was ewa e s
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Anexos
8.1. P o ocolo H-Bus
El p o ocolo H-Bus es á especi icado po UNION Ins umen s GmbH y pe mi e
una comunicación en e una es ación emo a y el analizado de gases de
p oceso INCA.
Impo an e: Los comandos que se desc iben a con inuación siemp e se
ep esen an en o ma o de núme o hexadecimal como palab as (2 by es). El
"0x" p eceden e ma ca una ep esen ación en o ma o de núme o hexadecimal.
Ejemplo: El núme o decimal 17 es equi alen e a 0x11 ( ep esen ación de
by es) espec i amen e a 0x0011 ( ep esen ación de palab as, 2 by es)
8.1.1. Especi icación de p o ocolo
Recuen o de by es
El p o ocolo es á o ien ado a palab as. 1 palab a cons a de una se ie de 2
by es. De es o se deduce que siemp e se en ía un núme o pa de by es en un
comando.
O den de by es
La codi icación de una palab a es li le-endian (coll. Fo ma o In el), es deci , se
en ía el by e menos signi ica i o p ime o.
Impo an e: Según sea necesa io, las palab as de da os deben in e cambia se
en la es ación emo a; consul e ejemplo.
Ejemplo de alo decimal 17 (comando H-Bus 0x0011):
Rep esen ación de palab as del núme o 17 (hexadecimal): 0x0011 (by e más
signi ica i o: 0x00 menos by e signi ica i o 0x11).
Al ansmi i es a palab a, el by e menos signi ica i o (0x11) se en ía p ime o y
después de es o, se en ía el by e más signi ica i o (0x00).
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Es uc u a de da os
Figu a 86: Es uc u a de da os del p o ocolo H-Bus
La es uc u a de da os de un comando consis e en:
- la longi ud del bloque N, que indica cuán as palab as de da os segui án (sin
con a el comp oba suma).
- núme o de N palab as de da os (1. palab a es siemp e el núme o de comando
y, si co esponde, seguido de by es de da os).
- CRC16-checksum, se calcula sob e las N palab as de da os en "bloque de
da os".
Max. núme o de N: 256
Con igu ación RS-232: 9600 o 115200 bi /s, 8 bi s de da os, 1 bi de pa ada,
sin pa idad.
El bloque de da os comp ende el núme o de comando y, si co esponde,
in o mación adicional.
El CRC16 se calcula sob e el bloque de da os. La longi ud del bloque an e io
no es á in eg ada en el cálculo CRC16.
Repe ición de comandos
En caso de que el sis ema solici e un comando no espondido ( iempo de
espe a de 2500 milisegundos), el comando debe epe i se. Después de 3
comandos allidos solici a la es ación emo a debe ealiza un manejo de
e o es o gene a un e o . El manejo de e o es debe se especi icado po la
es ación emo a.
Al comunica se a a és de una pue a de enlace de bus de campo, se debe
en ia un comando "Flush" en e dos solici udes de comando consecu i as pa a
p epa a la memo ia de comunicación del bus de campo pa a la nue a
solici ud.
In e alo de solici ud de comando
Se debe man ene un iempo de espe a de un mínimo de 500 milisegundos
en e dos comandos.

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Secuencia de comunicación
Figu a 87: Diag ama de lujo de la secuencia de comunicación
8.1.2. Resumen de los comandos más impo an es del
p o ocolo H-Bus
A con inuación, se mues a una abla con los comandos más usados.
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Tabla 20: Lis a de comandos más usados en el p o ocolo H-Bus
8.2. Ci cui o de acondicionamien o de señales
8.2.1. Desc ipción
Es e ci cui o es á diseñado pa a con e i señales de co ien e a señales de
ensión. Es e disposi i o cuen a con una p o ección en e a la in e sión de
pola idad, es deci , que iene una p o ección cuando in oducimos mal la
pola idad de en ada. Cuando se ha in oducido co ec amen e odo el
cableado, se encende á un LED que indica que el disposi i o unciona
co ec amen e. En caso de no encende dicho LED, se á necesa io una
comp obación de las pola idades an o de en ada como de salida.
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Figu a 88: Dimensiones del módulo
Como se mues a en la Figu a 88, iene unas dimensiones adecuadas pa a
pode encapsula lo den o de una caja pa a p o ege lo del ex e io sin ocupa
mucho espacio. Además,
El disposi i o con iene un po encióme o que ayuda a ajus a el ze o y o o, que
ayuda a ajus a el spam.
A su ez, p esen a dos jump (J1 y J2) de selección de ango que pe mi e elegi
los angos de salida en unción de la en ada como se e á más adelan e.
Figu a 89: Pa es del ci cui o de acondicionamien o
8.2.2. Ca ac e ís icas
Tensión de alimen ación: 7~36V
Co ien e de en ada: 4~20mA ó 0~20 mA
Tensión de salida: 0~3,3V; 0~5V ó 0~10V
P esen a buena es abilidad y linealidad en la señal de salida
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8.2.3. Rangos de ajus e
En la siguien e abla se p esen a la combinación de ajus es, en unción de los
pines de selección de ango, pa a elegi la con igu ación deseada.
En ada
J1 (pines 1 y 2)
J2 (pines 3 y 4)
Salida
4~20 mA
Co oci cui o
Co oci cui o
0~2,5 V
Ci cui o abie o
Ci cui o abie o
0~3,3 V
Co oci cui o
Co oci cui o
0~5 V
Co oci cui o
Ci cui o abie o
0~10 V
0~20 mA
Co oci cui o
Co oci cui o
0~3,3V
Co oci cui o
Co oci cui o
0~5 V
Co oci cui o
Ci cui o abie o
0~10V
Tabla 21: Combinación de pines pa a elegi la con igu ación deseada en el ci cui o de
acondicionamien o
8.3. Código de p og ama
El código del p og ama se encuen a disponible en el anejo adjun o en o ma o
comp imido (.zip).