Automatització d’un digestor anaeròbic en el context de la indústria 4.0

Abstract

Anaerobic digestion is useful for the treatment and management of organic liquid waste. The importance of this process lies not only in the management of this organic waste; it also lies in the production of biogas. This biogas has a high energy power. It represents an important source of energy when it undergoes a combustion reaction, due to its high methane content. The process of purification of waste water carried out inside the bioreactor, under anaerobic condition, can be divided into different stages. In these stages there are involved microorganisms and the development of certain necessary actions that directly influence the process. Opting to automate the process is a good way to establish control over itwithout the necessity for manual intervention by an operator. This project develops the automation of an anaerobic digester for research. The main characteristics of the design presented are the use of open source tools and its flexibility to introduce modifications and adaptations to future digesters. On the one hand, all the physical construction has been made from free hardware components and materials. In the same way, the programming tools used and the resulting codes belong to the field of free software. To favour flexibility and ease of code maintenance, a design based on a state machine has been chosen. For the automation it is necessary to study different automats prototypes, finally opting for an ESP32-WROOM-32 plate. It is the best option because it adapts to the benefits we are going to give to the process. It allows for a robust system that follows the current trend of industry 4.0, having internet connectivity and storing data that can be accessed remotely.

La digestió anaeròbica és útil per al tractament i la gestió de residus líquids d'origen orgànic. La importància d'aquest procés no recau únicament en la gestió d'aquests residus orgànics, sinó també en l'obtenció de biogàs. Aquest biogàs té un elevat poder energètic, representa una important font energia quan pateix una reacció de combustió, degut al seu elevat contingut en metà. El procés de depuració de l'aigua residual que es duu a terme a l'interior del bioreactor, en condicions anaeròbies, es pot dividir en diferents etapes en les que intervenen microorganismes i en les que és necessari el desenvolupament d'algunes accions que influeixen directament en el procés. Optar per automatitzar el procés és una bona forma d'establir un control sobre aquest sense que sigui necessària la intervenció manual d'un operari. En aquest projecte es desenvolupa l'automatització d'un digestor anaeròbic destinat a la recerca. Les principals característiques del disseny que es presenta són la utilització d'eines open source i la seva flexibilitat per introduir-hi modificacions i adaptacions a futurs digestors. Per una banda, tota la construcció física s'ha realitzat a partir de components i materials de hardware lliure. De la mateixa manera, les eines de programació utilitzades i els codis resultants pertanyen a l'àmbit del software lliure. Per afavorir la flexibilitat i la facilitat de manteniment del codi, s'ha optat per un disseny basat en una màquina d'estats. Per a l'automatització s'estudien diferents prototips d'autòmats, optant finalment per una placa ESP32-WROOM-32. Sent la que millor s'adapta a les prestacions de les que es vol dotar el procés. Permet tenir un sistema robust i que segueix la tendència actual de la indústria 4.0, tenint connectivitat a internet i emmagatzemant dades que es poden consultar remotament.

La digestión anaeróbica es útil para el tratamiento y la gestión de residuos líquidos de origen orgánico. La importancia de este proceso no recae únicamente en la gestión de estos residuos orgánicos, sino también en la obtención de biogás. Este biogás tiene un elevado poder energético, representa una importante fuente de energía cuando sufre una reacción de combustión, debido a su elevado contenido en metano. El proceso de depuración del agua residual que se lleva a cabo en el interior del biorreactor, en condiciones anaeróbicas, se puede dividir en diferentes etapas en las que intervienen microorganismos y en las que es necesario el desarrollo de algunas acciones que influyen directamente en el proceso. Optar por automatizar el proceso es una buena manera de establecer un control sobre este sin que sea necesaria la intervención manual de un operario. En este proyecto se desarrolla la automatización de un digestor anaeróbico destinado a la investigación. Las principales características del diseño que se presenta son la utilización de herramientas open source y su flexibilidad para introducirle modificaciones y adaptaciones a futuros digestores. Por un lado, toda la construcción física se ha realizado a partir de componentes y materiales de hardware libre. De la misma manera, las herramientas de programación utilizadas y los códigos resultantes pertenecen al ámbito del software libre. Para favorecer la flexibilidad y la facilidad de mantenimiento del código, se ha optado por un diseño basado en una máquina de estados. Para la automatización se estudian diferentes prototipos de autómatas, optando finalmente por una placa ESP32-WROOM-32. Siendo la que mejor se adapta a las prestaciones de las que se quiere dotar al proceso. Permite tener un sistema robusto y que sigue la tendencia actual de la industria 4.0, teniendo conectividad a internet y almacenando datos que se pueden consultar remotamente.