Système à ultrasons US 1 pour installations biogaz.

Le système à ultrasons sert à augmenter le rendement en biogaz dans les usines de biogaz agricoles. Le substrat provenant du fermenteur est passé en continu à travers les réacteurs à ultrasons et digéré au moyen d'une cavitation intensive. La fragmentation mécanique optimise la biodégradation et plus de biogaz peut être produit à partir de la même quantité de substrat. Le système à ultraosns US 1 est fourni par BANDELIN en tant que système complet prêt à l'emploi pour une installation en extérieur.

Vue intérieure du système à ultrasons pour augmenter le rendement en biogaz

Utilisation d'ultrasons pour la destruction du substrat de biogaz.

Lorsque l'ultrasons atteint une fréquence supérieure à 20 kHz et une intensité sonore de 0,1 W / cm 2 sur des milieux liquides, des bulles de cavitation se forment en raison de la forte contrainte alternée. Ces cavités à basse pression les plus fines résultent de l'inertie du milieu et du mouvement mécanique induit. En raison de la pression externe du milieu, les bulles implosent alors à haute pression et à des pics de température. Cela entraîne des forces de cisaillement élevées au niveau de la couche limite. Ce qui résout le bruit accoustiquement perceptible des appareils à ultrasons de haute puissance.

Les forces de cisaillement au niveau de la couche limite solide-liquide résultant de la cavitation sont utilisées pour la fragmentation et la désintégration des particules cohérentes dans les milieux liquides. En raison de l'augmentation de la surface des particules du substrat, l'hydrolyse du substrat de biogaz est accélérée et la biodégradation accélérée. En outre, la dégradation de la biomasse est encore renforcée par la libération d'enzymes intracellulaires. Avec cette méthode, une partie de ce potentiel de génération de gaz peut être développée, ce qui a précédemment laissé l'usine de biogaz inutilisée avec le digestat.

L'effet d'écrasement de la cavitation est si intense que la feuille d'aluminium est décomposée dans un système à ultrasons après quelques secondes. Le test de feuille sert donc à vérifier le fonctionnement des appareils à ultrasons

Dans la production d'ultrasons, une distinction est faite entre les systèmes de vibration de surface dans lesquels les vibrations ultrasonores sont transmises, par exemple, par l'intermédiaire d'une paroi de boîtier, et des systèmes de vibration de tige. Dans ce dernier cas, le son est enregistré par des systèmes oscillants en forme de tige appelés sonotrodes. La totalité de la puissance est transmise sur une zone relativement petite au sommet des sonotrodes. En raison de la haute tension mécanique alternative et de la densité d'énergie, les sonotrodes sont soumises à une forte usure due à l'enlèvement de matière et doivent donc être renouvelées à intervalles réguliers lorsqu'elles sont utilisées dans la production de biogaz. Afin de permettre un couplage de la puissance ultrasonore, les sonotrodes doivent toujours être installées axialement à l'intérieur des tuyaux, ce qui entraîne un risque important de colmatage. Cela conduit à un risque accru de défaillance et donc à la nécessité d'un lavage à contre-courant préventif dans le système. D'autre part, dans le cas des systèmes de vibration en surface produits par BANDELIN, la puissance est dissipée sur toute la paroi interne du tube du réacteur tubulaire et empêche ainsi une usure rapide du système à ultrasons. Les transducteurs ultrasoniques piézocéramiques, reliés extérieurement au tube du réacteur V4A. Ainsi, un écoulement libre du substrat de biogaz est rendu possible. Une obstruction peut donc être exclue.

Schéma d'une bulle de cavitation implosive

Exemple d'image d'une sonotrode (sonde à gain élevé)

Système complet prêt à l'emploi

Le système à ultrasons US1 est livré prêt à être connecté au fermenteur de biogaz. La tuyauterie vers le fermenteur peut ensuite être relié sur place avec une ligne de substrat DN 80. Pour protéger contre le gel, le conteneur est équipé d'une isolation EPS de 40 mm d'épaisseur et d'un chauffage de surface automatique.

Nous sommes heureux de vous présenter le système à ultrasons en fonctionnement sur l'une de nos usines de référence dans le parc de biogaz de Bitterfeld.

Données techniques du système de référence: 

- 1.000 l/h Sonification

- 4 kW Puissance ultrasons

Außenansicht des Ultraschall-Systems

Réacteur tubulaire

Das zentrale Element des Ultraschall-Systems bilden die Ultraschall-Rohrreaktoren mit einer Leistung von jeweils 2.000 Watteff. welche das Biogas-Substrat mittels intensiver Kavitation besonders wirkungsvoll aufschließen bzw. desintegrieren. Bei dem BANDELIN-Rohrreaktor SONOBLOC handelt es sich um ein Hochleistungs-Ultraschall-System nach dem Flächenschwingprinzip. Die 48 piezokeramischen Ultraschallwandler sind zu vier Wandlerschienen zusammengefasst und von außen mit dem V4A-Edelstahlreaktorrohr verbunden. Zum Schutz der Ultraschallsysteme ist der Rohrreaktor mit einem strahlwassergeschützen Edelstahlgehäuse ausgestattet sowie mit Standfüßen versehen. Die Verrohrung erfolgt über das zuverlässige Victaulic-System, wodurch eine effektive Entkoppelung der Ultraschallschwingungen von der weiteren Verrohrung erreicht wird. Der Rohrreaktor wird über zwei Hochfrequenz-Leitungen mit dem sogenannten Ultraschallgenerator verbunden, welcher die netzseitige Frequenz von 50 Hz auf die für den Ultraschall erforderliche Hochfrequenz von 25 kHz wandelt.

L'élément central du système à ultrasons est constitué de réacteurs à ultrasons, chacun d'une puissance de 2000 Watteff, qui cassent ou désintègrent le substrat de biogaz de manière particulièrement efficace au moyen d'une cavitation intensive. Le réacteur tubulaire BANDELIN SONOBLOC est un système ultrasonore de haute performance basé sur le principe de l'oscillation de surface. Les 48 transducteurs à ultrasons piézocéramiques sont combinés en quatre rails de transducteur et connectés de l'extérieur au tube de réacteur en acier inoxydable V4A. Pour protéger les systèmes à ultrasons, le réacteur tubulaire est équipé d'un boîtier en acier inoxydable protégé par un jet et muni de pieds. La tuyauterie est réalisée à l'aide du système fiable Victaulic, qui dissocie efficacement les vibrations ultrasoniques du reste de la tuyauterie. Le réacteur tubulaire est connecté par l'intermédiaire de deux lignes à haute fréquence avec le générateur à ultrasons, qui convertit la fréquence du côté réseau de 50 Hz à la fréquence requise pour la haute fréquence ultrasonique de 25 kHz.

D'autres réacteurs tubulaires peuvent être trouvés sur notre page réacteurs.

SB 101-2002

Vue en coupe SB 101-2002

Contrôle et télésurveillance

La régulation et la surveillance du système à ultrasons sont effectuées par l'API intégré qui enregistre et évalue le débit volumique, les températures, les pressions du système, la consommation de courant ainsi qu'une multitude d'autres paramètres du système à ultrasons. Le serveur Web intégré permet un accès à distance protégé par l'opérateur de l'installation de biogaz au système à ultrasons, en fonction de la version via le réseau UMTS ou d'une connexion par câble à large bande à partir d'Internet. Toutes les fonctions du système à ultrasons peuvent également être visualisées et contrôlées avec une application smartphone.

Le système à ultrasons est structurellement conçu pour un fonctionnement continu sans problème. Si toutefois il venait à admettre une impureté, celle-ci serait détectée par le contrôleur et le contaminant est automatiquement renvoyé au digesteur de biogaz en inversant la direction de rotation de la pompe et en augmentant la vitesse. Dans le cas d'un défaut qui ne peut pas être éliminé automatiquement, le système s'éteint automatiquement et l'opérateur de l'installation de biogaz est averti par e-mail.

Le fonctionnement du système à ultrasons en cas de maintenance et de contrôle peut être effectué à la fois par le clavier au-dessus de la pompe et sur le tableau de commande sous la forme d'une tablette intégrée, étanche et amovible.

 
 

Interface utilisateur

Schéma du système US 1

A l'aide d'une robuste pompe à cavité progressive WANGEN, le substrat à irradier est retiré du fermenteur de l'installation de biogaz à un débit d'environ 1000 l / h et renvoyé au fermenteur après sonification. Pour la purge du système à ultrasons en cas de maintenance de la pompe, les raccords de rinçage sont montés du côté entrée et côté sortie du système. Les robinets à boisseau sphérique des raccords de rinçage sont protégés contre le gel et protégés contre le sabotage à l'intérieur du conteneur.

Pour éviter l'accumulation de biogaz dans les réacteurs tubulaires du système à ultrasons, les tuyaux sont posés après la pompe en légère pente.

Tous les composants sont réalisés et conçus pour un fonctionnement continu à long terme.

Schéma de l'installation du système à ultrasons

Visitez notre page au sujet du nettoyage par ultrasons des bougies d'allumage des moteurs à gaz:

Avec un puissant bain à ultrasons et une préparation de nettoyage spécialement adaptée à cette application, les bougies de votre CHP sont débarrassées des dépôts de biogaz et assurent une combustion optimale et donc une grande efficacité de votre moteur.

Bougie CHP après le nettoyage par ultrasons

Le test de feuille d'aluminium pour tester les dispositifs à ultrasons

Le test de feuille d'aluminium selon la norme CEI 886 illustre l'effet d'écrasement de la cavitation ultrasonique. Après quelques secondes, la feuille d'aluminium est mécaniquement écrasée par les ultrasons. Dans les usines de biogaz, l'effet de cet effet est de décomposer le substrat de biogaz dans le réacteur à tubes à ultrasons et de le déterrer dans les particules les plus fines pour la biodégradation.