Casa de las algas: generación de energía con algas vivas en su fachada

La casa de las algas: Generación de energía de algas

Desafío

  • Combinar la tecnología innovadora usada para cultivar algas con tecnologías de construcción modernas.

Soluciones

Resultados

  • El controlador CompactLogix proporciona integración transparente entre el software de programación, los controladores y los módulos de E/S.
  • Se aceleró el tiempo de desarrollo inicial y se redujeron los costos de operación y puesta en marcha.
  • Se simplificó el proceso de programación con una arquitectura basada en tags del sistema de control.
  • Se obtuvo una visión realista de todos los procesos gracias a funciones gráficas fáciles de usar de FactoryTalk View; monitorear el sistema y analizar los procesos resulta fácil.
  • El software también le permite al usuario reaccionar de manera rápida frente a alarmas y alertas de error.

La tecnología de control remoto de Rockwell Automation conecta la tecnología de construcción con biorreactores innovadores

Antecedentes

La inauguración del primer edificio del mundo con fachada de biorreactor, en 2013, estuvo a cargo de la Internationale Bauausstellung (IBA) en Hamburgo (Alemania).Las microalgas se reproducen dentro de la estructura del edificio, a través de la fotosíntesis y la energía solar, que les permiten producir biomasa y calor.Uno de los mayores desafíos de este proyecto fue vincular la tecnología necesaria para cultivar microalgas con la tecnología de construcción moderna.Rockwell Automation proporcionó los elementos de control, que integran todas las tecnologías dispares en un único sistema mientras permiten el funcionamiento automático a lo largo del año.

IBA (Hamburgo) se fijó una meta:diseñar el futuro de las ciudades en el siglo XXI.Como parte de esta ambición, desarrolló varios proyectos que ofrecieron respuestas innovadoras y sustentables a las preguntas actuales acerca del desarrollo urbano.Presentó la BIQ, nombre que dio IBA a su casa autosuficiente en energía, en el área de Wilhelmsburg de Hamburgo en 2013. El edificio contaba con la primera fachada de biorreactor del mundo, en la cual se cultivaban microalgas en tanques de placas de vidrio, las cuales producían biomasa y calor a partir de la energía solar y la fotosíntesis.Este calor luego se introducía en intercambiadores de calor y se ponía a disposición del edificio para su calentamiento.Las algas se cosechan regularmente y se usan como materia prima para la creación de biogás.Los elementos ecológicos de la fachada le otorgan al edificio una apariencia original, junto con su apodo de “La casa de las algas”.

Las algas se cosechan regularmente y se usan como materia prima para la creación de biogás.

“La casa de las algas” es un edificio pasivo de cinco pisos, con forma de cubo, que comprende quince apartamentos.El estudio de arquitectura Splitterwerk de Graz (Austria) cuyo concepto ganó un concurso de arquitectura organizado por IBA, fue quien la diseñó.SSC Strategic Science Consult GmbH, Arup Deutschland GmbH y Colt International GmbH desarrollaron el sistema de la fachada de manera conjunta.Usaron soluciones y productos de automatización de Rockwell Automation, que se integraron de manera transparente con la tecnología de medición y de procesos de su socio de alianza estratégica, Endress+Hauser.

Desafío

La fachada del biorreactor abarca un área de 200 m2 y constituye la esencia del sistema de energía.Está compuesta por tanques de vidrio de 2.6 m de altura por 70 cm de ancho y aproximadamente 2 cm de profundidad, con capacidad para aproximadamente 24 litros.Los tanques se llenan con una solución de cultivo enriquecida con sales nutrientes, lo que le brinda a las microalgas condiciones óptimas para el crecimiento.El aire comprimido garantiza que las algas siempre estén en movimiento y que el CO2 se introduzca de manera continua en el reactor para propiciar un mejor crecimiento.Una caldera de gas proporciona el CO2.La luz solar que las algas no usan también calienta el líquido del reactor.Al igual que con un sistema de energía solar, este calor se separa, se introduce en una unidad de energía y se usa para calentar el edificio.

El Dr. Martin Kerner, director de SSC Strategic Science Consult GmbH, comenta:“El mayor desafío de este proyecto pionero fue combinar la tecnología innovadora usada para cultivar algas con tecnologías de construcción modernas.Esa fue la única manera de sustentar las diferentes funciones de la fachada de microalgas, tales como el calentamiento y la producción de biomasa, además de garantizar la insonorización y la protección lumínica para el edificio.Hemos logrado esto con “La casa de las algas”, que es la primera de su tipo en todo el mundo”.

Solución

La tecnología de automatización es una parte importante del sistema y permite que se ejecute de manera automática a lo largo del año.Un controlador CompactLogix™ de Allen-Bradley, de Rockwell Automation, constituye el núcleo del sistema de automatización, al proporcionar integración transparente entre el software de programación, los controladores y los módulos de E/S, lo que ayuda a acelerar el tiempo de desarrollo inicial y reducir los costos de operación y puesta en marcha.

Otros dispositivos conectados al controlador CompactLogix incluyen sistemas de tecnologías de construcción, tales como intercambiadores de calor, así como también cortadores de algas y unidades de conversión que convierten la biomasa en biogás.El PLC también controla todas las bombas que se usan para guiar los módulos del reactor hacia el sol. Las E/S remotas se conectan al controlador mediante EtherNet/IP, lo que proporciona control descentralizado en todos los pisos del edificio.Ofrece conexión en red sólida y en tiempo real, así como control discreto de alta velocidad.A diferencia de otras redes que cambian de forma continua su diseño de red para satisfacer las demandas de las aplicaciones industriales, EtherNet/IP ayuda a asegurar la alta utilización y uniformidad de todo el sistema para mejorar las capacidades en tiempo real.

Un especialista de SSC Strategic Science Consult GmbH opera todo el sistema mediante el software de visualización FactoryTalk® View de Rockwell Software.Las funciones gráficas fáciles de usar le proporcionan al usuario una visión realista de todos los procesos, lo que facilita el monitoreo del sistema y el análisis de los procesos.El software también le permite al usuario reaccionar de manera rápida frente a alarmas y alertas de error.En caso de ser necesario, el usuario también puede intervenir en los procesos de forma directa y modificar los parámetros de control predefinidos mediante el software de visualización.Como resultado, FactoryTalk View es un elemento esencial que contribuye al funcionamiento sin errores de los biorreactores.

El estudio de arquitectura Splitterwerk de Graz (Austria) cuyo concepto ganó un concurso de arquitectura organizado por IBA, fue quien diseñó “La casa de las algas”

Varios dispositivos de medición de Endress+Hauser, tales como los medidores de flujo y los instrumentos de análisis, se conectan al controlador de Allen-Bradley.Estos revisan los niveles de llenado de los módulos del reactor, así como los niveles de pH, oxígeno y nitrato en el medio de cultivo.Se usa un fotómetro de proceso para definir cuándo se deben cosechar las algas, a fin de que la biomasa también se pueda controlar de manera automática.

En un principio, el sistema se diseñó como prototipo, pero Rockwell Automation lo está preparando para su implementación en todo el mundo con la incorporación de cuatro lenguajes de programación.Según los antecedentes de los técnicos locales, el sistema puede programarse con lógica de escalera, ST, un plan de funciones o un diagrama de funciones secuenciales.Además, la arquitectura basada en tags del sistema de control simplifica el proceso de programación.

Por primera vez, “La casa de las algas” ha permitido probar un sistema descentralizado que provee alimentación y calefacción a un edificio, mientras produce energía de biomasa de alta calidad.También reduce el CO2 del gas de invernadero.La empresa SSC GmbH está recopilando datos de producción y rendimiento en el contexto de un proyecto de monitoreo de dos años, mientras que la Universidad de HafenCity (Hamburgo) está recopilando información para este proyecto, en relación con la aceptación de la nueva tecnología.

“El objetivo de esta evaluación y análisis precisos de datos es que podamos implementar esta tecnología en el futuro en sistemas más grandes, y habilitar métodos de construcción ecológicos y con mayor eficiencia energética”, afirma el Dr. Kerner de SSC Strategic Science Consult GmbH.

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