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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS

INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIN

Titulacin:

INGENIERO INDUSTRIAL

Ttulo del proyecto:

DISEO Y CLCULO DE UN SISTEMA DOMSTICO DEPRODUCCIN DE ACS A PARTIR DE BIOGS Y

ECONMICAMENTE VIABLE PARA EL REA RURAL BOLIVIANA

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Resumen

La realidad energtica que se vive hoy da en Bolivia, as como en otros muchos pases en vas dedesarrollo, es la descentralizacin de la poblacin frente a una red elctrica muy concentrada endeterminadas zonas. Este tipo de poblacin dispersa en pequeos ncleos rurales, a veces de difcilacceso, y con necesidades de potencia relativamente bajas, no justifica para los gobiernos o lascompaas distribuidoras la extensin de la red, ya que supondra un alto coste frente a un reducidobeneficio, muy complicado de amortizar a corto plazo.

Sin embargo, este aislamiento energtico de las zonas rurales supone un obstculo al desarrollo deestas zonas, lo que acrecenta cada vez ms las diferencias en el nivel de vida entre los habitantesdel rea urbana, que si tienen acceso a la electricidad, y los del rea rural.

En la prctica cuando se tienen ncleos rurales de tamao relativamente grande o un cierto nmerode comunidades dentro de un rea pequea, se apuesta por la generacin aislada. Esta generacinconsiste en una pequea red que cuenta con un centro generador de baja potencia y una red dedistribucin propia completamente desvinculada del sistema de transporte general. Hasta hace unosaos el sistema de generacin consista en la utilizacin de combustibles fsiles mediante un grupoelectrgeno. Sin embargo, gracias al descenso paulatino de los costes y a la mejora de la eficiencia

de las tecnologas renovables, solar y elica, unido al gran potencial energtico de algunos de estoslugares, stas se han ido incorporando como complemento o sustitucin del grupo electrgeno.

Otra de las tecnologas de carcter renovable recientemente introducida en estos sistemas es laproduccin de biogs con el que sustituir los tradicionales combustibles fsiles utilizados en elgrupo electrgeno. Esta introduccin se hace ms plausible en el sentido de la actividad de loshabitantes de estas comunidades relativamente aisladas es eminentemente agrcola y ganadera. Losdesechos de estas actividades son principalmente orgnicos y si no se tratan adecuadamente pue-den suponer un problema medioambiental serio y comprometer la salud de las personas al contami-nar las fuentes de agua potable. Por lo que la utilizacin de biodigestores supone una solucin si-multnea, tanto a dependencia energtica, como a la depuracin de los desechos de la agricultura yla ganadera. As mismo, los biodigestores generan una importante cantidad de fertilizante natural.

Por otro lado, el biogs puede ser utilizado de forma directa, a diferencia de la energa solar y elica,sin necesidad de lneas de distribucin, convertidores, bateras etc. que encarecen el sistema. Apesar de que el rendimiento energtico del gas es inferior al de la electricidad, su uso, as como suinstalacin, es mucho ms barato y simple, por lo que supone una alternativa muy interesante acorto plazo en aquellas comunidades que no disponen de recursos suficientes para permitirse unared aislada y sustituir la biomasa que tradicionalmente se utilizaba, o en el mejor de los casos, ni-

camente para tratar los desechos biolgicos, con la ventaja de generar una cantidad de combustiblenatural al mismo tiempo.

Sin embargo, la utilizacin del biogs de forma directa supone el diseo de aparatos especficos quepuedan funcionar de forma eficiente con este gas, entendidos dentro de la limitada capacidad eco-nmica donde se instala el biodigestor. As en este sentido, existen diversos estudios de clculo ydiseo de cocinas y sistemas de iluminacin y calefaccin.

A d b i l d di h h d l

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Agradecimientos

Quiero expresar mi agradecimiento a todas aquellas personas que de una forma u otra han estadoah, me han apoyado e influido durante la estancia en Bolivia y el tiempo durante el cual se ha reali-zado este proyecto. En especial a:Susana Irisarri y Vicente Senosiin, mi tutor, por haberme brindado la oportunidad de llevar a cabo elproyecto final de carrera en un pas como Bolivia, con todas las experiencias que ello conlleva.

Alba Gamarra, directora de CINER, por habernos tendido su mano a nuestra llegada a un pas extran-jero, habernos ofrecido sus oficinas como lugar de trabajo y habernos aportado mucha de la docu-mentacin tcnica de la que se nutre este estudio.

Diego Rada, gerente del Matadero Municipal de Cochabamba y a todo el personal que se involucrcompletamente en la realizacin de las pruebas con los biodigestores, por esa ayuda desinteresadaen la instalacin de cada uno de los elementos que necesit.

Jaime Mart Herrero, doctor investigador del CIMNE y promotor del actual proyecto, que con unamplio recorrido en la instalacin de biodigestores familiares en Sudamrica, me aport esa visinprctica en el diseo del calentador y desde la que se ha querido enfocar la redaccin de esta me-moria.

Mi familia, especialmente mis padres y mi novia, amigos y compaeros, por el apoyo incondicionaly por aguantarme en aquellos das en los que el trabajo se volva ms complicado y por extensin,mi carcter.

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ndice

RESUMEN.................................................................................................................................. 3

AGRADECIMIENTOS....................................................................................................................... 5

NDICE....................................................................................................................................... 7

NDICE DE ILUSTRACIONES............................................................. ............................................... 11

NDICE DE TABLAS...................................................................................................................... 15

1. INTRODUCCIN................................................................. ................................................ 19

1.1.ORIGEN Y MOTIVACIN DEL PROYECTO..................................................................................... 21

1.2.MARCO INSTITUCIONAL.......................................................... ............................................... 21

1.3.PROPSITO,METODOLOGA Y ALCANCE.......................................................... .......................... 21

1.4.HERRAMIENTAS.................................................................................................................. 23

1.5.OBJETIVOS DEL PROYECTO.................................................................................................... 24

1.6.PLANTEAMIENTO INICIAL....................................................................................................... 25

1.7.JUSTIFICACIN DEL PROYECTO............................................................................................... 26

2. ANTECEDENTES ...................................................... .......................................................... 27

2.1.SITUACIN POLTICA............................................................................................................ 29

2.2.SITUACIN ECONMICA........................................................................................................ 30

2.3.SITUACIN SOCIAL................................................................ ............................................... 31

2.4.SITUACIN ENERGTICA......................................................... ............................................... 31

2.4.1. Balance energtico de Bolivia ....................................................... ........................... 32

2.4.2. El sector elctrico .............................................................. ...................................... 33

2.4.3. La energa rural ................................................................. ...................................... 34

2.5.BIOGS.LA ALTERNATIVA ECONMICA A CORTO PLAZO............................................................ .... 36

2.5.1. La tecnologa en Bolivia ................................................................ ........................... 37

2.5.2. La produccin de biogs ............................................................... ........................... 39

2.5.3. Utilidades del biogs .......................................................................................... ..... 40

3 MARCO TERICO 41

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4.1.1. Descripcin general y geometra ...................................................... ........................ 59

4.1.2. Caracterizacin de los fluidos involucrados .............................................................. 59

4.1.3. Problema general .................................................................................................... 60

4.1.4. Clculo del quemador para pruebas experimentales ................................................. 63

4.2.MODELADO DEL INTERCAMBIADOR.......................................................................................... 64

4.2.1. Descripcin general y geometra ...................................................... ........................ 65

4.2.2. Caracterizacin de los fluidos involucrados .............................................................. 66

4.2.3. Mtodo -NTU. Clculo de la temperatura de los GPC. ........................................... .. 67

4.2.4. Mtodo por elementos finitos. Clculo de la temperatura del agua.......................... .. 71

5. PRUEBAS ......................................................... ............................................................... .. 81

5.1.JUSTIFICACIN EXPERIMENTAL............................................................................................... 83

5.2.INSTALACIN................................................................ ...................................................... 83

5.3.INSTRUMENTACIN.............................................................................................................. 85

5.4.PROCEDIMIENTO GENERAL..................................................................................................... 88

5.5.ANLISIS DE LOS RESULTADOS............................................................... ................................ 89

5.6.RESULTADOS Y CONCLUSIONES.............................................................................................. 95

5.6.1. Experimento I. Cabezal del quemador .................................................................. .... 95

5.6.2. Experimento II. Aire primario ............................................................ ........................ 98

5.6.3. Experimento III. Caracterizacin de la carcasa de ladrillo. ....................................... 100

5.6.4. Experimento IV. Serpentn helicoidal. ..................................................................... 102

5.6.4.1. Instalacin modificada ................................................................................... 102

5.6.4.2. Instrumentacin alternativa ....................................................... ...................... 103

5.6.4.3. Procedimiento ............................................................................................... 103

5.6.4.4. Anlisis de los resultados ............................................................................... 104

5.6.4.5. Resultados y conclusiones ............................................................................. 1065.6.4.6. Comparacin de los datos experimentales con el modelo ................................ 109

6. GUA DE CONSTRUCCIN ................................................................ ............................... 113

6.1.DEFINICIN DEL ESCENARIO................................................................................................. 115

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6.5.3. Recomendaciones y mantenimiento ......................................................... .............. 134

7. CONCLUSIONES ...................................................... ........................................................ 1377.1.LIMITACIONES DEL TRABAJO................................................................................................ 139

7.2.POSIBLES MEJORAS Y CAMINO A SEGUIR......................................................... ........................ 140

7.3.CONCLUSIONES PERSONALES............................................................ ................................... 141

ANEXOS.................................................................................................................................... 143

A.1. Mapa fsico de Bolivia. Fuente: Instituto Geogrfico Militar (Bolivia) ....................... 145A.2. Mapa poltico de Bolivia. Fuente: Instituto Geogrfico Militar (Bolivia) .................... 146

A.3. Mapa energtico de Bolivia. Fuente: Balance Energtico Nacional 2000-2009 ........ 147

A.4. Mapa del sistema interconectado de Bolivia a 2010. Fuente: BEN 2000-2009 ........ 148

A.5. Mapa de poblaciones sin electricidad en Bolivia. Fuente: INE 2004 Bolivia ............. 149

B.1. Propiedades de los fluidos. Variacin con la temperatura y la presin. ................... 151

B.2. La ecuacin de Bernoulli y el efecto Venturi .......................................................... 153B.3. El proceso de combustin y la llama .................................................................... 155

B.4. Ecuaciones de diseo para un quemador de gas ................................................... 160

B.5. Relaciones gobernantes para un intercambiador de calor ...................................... 163

B.6. El proceso de trasmisin de calor. General ........................................................... 166

B.7. El proceso de trasmisin de calor. Conduccin ..................................................... 166

B.8. El proceso de trasmisin de calor. Conveccin ..................................................... 168

B.9. El proceso de trasmisin de calor. Radiacin ........................................................ 173

C.1. Experimento I. Cabezal del quemador ................................................................... 175

C.2. Experimento II. Aire primario ................................................................................ 199

C.3. Experimento III. Caracterizacin de la carcasa de ladrillo ....................................... 208

C.4. Experimento IV. Serpentn helicoidal ..................................................................... 220

C.5. Planos. Inyector ................................................................ ................................... 232

C.6. Planos. Carcasa de metal ............................................................. ........................ 233

C.7. Planos. Quemador de caja ................................................................................... 234

C.8. Planos. Soporte para quemador de soplete ........................................................... 235

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ndice de ilustraciones

Ilustracin 1.1. Definicin de los lmites de trabajo. Fuente: Elaboracin propia ................... ..................... ...... 24

Ilustracin 2.1. Estructura de la Produccin de Energa Primaria. Fuente: Balance Energtico Nacional 2000-2010 ........................................................................................................................................................... 32

Ilustracin 2.2. Estructura de la Produccin de Energa Primaria. Fuente: Balance Energtico Nacional 2000-2010 ........................................................................................................................................................... 33

Ilustracin 2.3. Estructura de consumo final de energa por fuentes (izqda.) y por sectores (dcha.) Fuente:Balance Energtico Nacional 2000-2010 ...................................................................................................... 33

Ilustracin 2.4. Instituciones Bolivianas de administracin y regulacin, y empresas participantes en el SIN.

Fuente: Autoridad de Fiscalizacin y Control Social de Electricidad de Bolivia ...................... ..................... ...... 34Ilustracin 2.5. Municipios Bolivianos y relacin cobertura elctrica-pobreza. Fuente: Anlisis de la demanda deelectrificacin rural. Energtica. 2005; INE 2001; Reportes de NBI ................................................................ 35

Ilustracin 2.6. Biodigestor familiar (izqda.) y cocinilla de biogs (dcha.)................................... .................... 37

Ilustracin 2.7. Descomposicin de la biomasa en sus diferentes componentes. Fuente: Informecomplementario sobre el estudio de soluciones viables para el aprovechamiento del biogs en Extremadura. . 38

Ilustracin 3.1. Sistema de Produccin de ACS por colector solar (izqda.) y sistema de climatizacingeotrmica (dcha.) ...................................................................................................................................... 44

Ilustracin 3.2. Calentador acumulativo elctrico y de combustin (izqda.) y calentador instantneo decombustin (dcha.) ..................................................................................................................................... 45

Ilustracin 3.3. Esquema de calentador instantneo domstico de gas. Fuente: Elaboracin propia .............. .. 47

Ilustracin 3.4. Esquema de calentador instantneo de gas simplificado. Fuente: Elaboracin propia .............. 48

Ilustracin 3.5. Esquema y partes de un quemador atmosfrico. Fuente: Biblioteca del Instalador de Gas. A.L.Miranda, R. Oliver ........................................................................................................................................ 48

Ilustracin 3.6. Materializacin de las calderas de combustible slido, lquido y gaseoso. Fuente: DOCUMENTOSTCNICOS DE INSTALACIONES EN LA EDIFICACIN DTIE, Pedro Pozo ................... ..................... ................. 50

Ilustracin 3.7. Perfil de temperaturas para la pared del intercambiador limpia (A) y con incrustaciones de 3mm(B). Fuente: DOCUMENTOS TCNICOS DE INSTALACIONES EN LA EDIFICACIN DTIE, Pedro Pozo ............... 52Ilustracin 3.8. Temperaturas de la pared metlica del intercambiador en funcin del espesor de lasincrustaciones (arriba) y solubilidad de distintas sales en agua en funcin de la temperatura (abajo). Fuente:DOCUMENTOS TCNICOS DE INSTALACIONES EN LA EDIFICACIN DTIE, Pedro Poz (arriba), Wikipedia (abajo) .................................................................................................................................................................. 53

Ilustracin 3.9. Intercambiador con aletas (izqda.), superficies plegadas (centro) y intercambiador de fundicin(dcha.) ........................................................................................................................................................ 54

Ilustracin 3.10. Geometra seleccionada para el intercambiador del quemador. ................................... ......... 54

Ilustracin 4.1. Esquema del quemador del calentador. Fuente: Elaboracin propia ................................ ........ 59Ilustracin 4.2. Esquema general del modelo (izqda.) y esquema del intercambiador (dcha.). Fuente:Elaboracin propia....................................................................................................................................... 65

Ilustracin 4.3. Simplificacin del intercambiador para el clculo de la temperatura de los GPC con la altura.Fuente: Elaboracin propia ........................................................................................................................... 67

Ilustracin 4.4. Relacin entre el ngulo girado y la altura en una curva helicoidal. Fuente: Elaboracin propia 68

http://c/OscarPaz/DOCUS/Universidad/Proyecto%20Bolivia/Proyecto/Memoria/Final/PFC_0.docx%23_Toc380001804http://c/OscarPaz/DOCUS/Universidad/Proyecto%20Bolivia/Proyecto/Memoria/Final/PFC_0.docx%23_Toc380001804http://c/OscarPaz/DOCUS/Universidad/Proyecto%20Bolivia/Proyecto/Memoria/Final/PFC_0.docx%23_Toc380001804http://c/OscarPaz/DOCUS/Universidad/Proyecto%20Bolivia/Proyecto/Memoria/Final/PFC_0.docx%23_Toc380001804

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Ilustracin 5.1. Biodigestores experimentales del Matadero Municipal de Cochabamba (izqda.) y caudalmetrocon sistema de control de presin (dcha.) .................................................................................................... 83

Ilustracin 5.2. Esquema de instalacin para las pruebas experimentales. Fuente: Elaboracin propia ............. 84

Ilustracin 5.3. Instalacin montada en el Matadero con el depsito y la caseta (izqda.) y lugar de pruebas(dcha.) ........................................................................................................................................................ 84

Ilustracin 5.4. Gasmetro (izqda.) y vlvulas de bola (dcha.) ..................... ..................... ...................... ....... 85

Ilustracin 5.5. Dimensiones del depsito (izqda.) y colocacin para pruebas (dcha.) ..................... ............... 86

Ilustracin 5.6. Perola (izqda.) y termmetro digital (dcha.)........................................................................... 86

Ilustracin 5.7. Inyector con cabezal de tipo soplete (izqda.) y cabezal circular (dcha.). NOTA: al inyector no sele han mecanizado las lumbreras ................................................................................................................. 87

Ilustracin 5.8. Carcasa metlica cilndrica (izqda.), quemador en el interior de carcasa cilndrica (centro) ycarcasa de ladrillo (dcha.) ........................................................................................................................... 88Ilustracin 5.9. Esquema del montaje para la realizacin de las pruebas. Fuente: Elaboracin propia .............. 88

Ilustracin 5.10. Volumen de biogs consumido a lo largo de una prueba con el tiempo (arriba) y caudalinstantneo para tres pruebas diferentes con tres masas de control distintas (abajo). Fuente: Elaboracin propia. .................................................................................................................................................................. 90

Ilustracin 5.11. Perfil de temperaturas terico del calentamiento de una masa de agua a sometida a un aportede energa constante. .................................................................................................................................. 91

Ilustracin 5.12. Esquema simplificado del problema de trasmisin de calor a la perola. Fuente: Elaboracin

propia ......................................................................................................................................................... 92Ilustracin 5.13. Curva de calentamiento de un sistema concentrado (discontinua) y comparacin con la curvade calentamiento del agua (continua). Fuente: Elaboracin propia ................................................................. 93

Ilustracin 5.14. Curvas de temperatura obtenidas en las pruebas mostradas en la Ilustracin 5.10. Fuente:Elaboracin propia ...................................................................................................................................... 93

Ilustracin 5.15. Calores generados y absorbidos para una prueba aleatoria. Fuente: Elaboracin propia ........ 94

Ilustracin 5.16. Resultados de experimento I (Cabezales del quemador), calor absorbido (arriba) y rendimiento(abajo) frente al caudal de biogs. Fuente: Elaboracin propia ..................... ..................... ...................... ....... 97

Ilustracin 5.17. Aire primario al 50% (izqda.) y aire primario al 0% (dcha.) ...................... ...................... ....... 98Ilustracin 5.18. Resultados de experimento II (Aire primario), rendimiento frente al caudal de aire primario.Fuente: Elaboracin propia ........................................................................................................................... 99

Ilustracin 5.19. Seccin de paso de los GPC en la carcasa de metal y de ladrillo. ................... .................... 100

Ilustracin 5.20. Resultados de experimento III (Carcasa de ladrillo), calor absorbido (arriba) y rendimiento(abajo) frente al caudal de biogs. Fuente: Elaboracin propia ..................... ..................... ...................... ..... 101

Ilustracin 5.21. Esquema de instalacin para el experimento VI (Serpentn helicoidal). Fuente: Elaboracinpropia ....................................................................................................................................................... 103

Ilustracin 5.22. Serpentn helicoidal de cobre (izqda.), depsito de agua (centro) y tubo transparente (dcha.)

................................................................................................................................................................ 103Ilustracin 5.23. Representacin del incremento de temperatura en el serpentn en funcin del tiempo para unaprueba en la que a variado el caudal de agua (discontinua) y otra en la que no (continua). Fuente: Elaboracinpropia ....................................................................................................................................................... 104

Ilustracin 5.24. Representacin del incremento de temperatura y el volumen de biogs consumido para unaprueba aleatoria. Fuente: Elaboracin propia ............................................................................................... 105

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Ilustracin 6.2. Distribucin de temperaturas para algunos de los casos mostrados en la tabla 6.1. FuenteElaboracin propia..................................................................................................................................... 117

Ilustracin 6.3. Ejemplo de serpentn ineficiente. El intercambiador recorre zonas "fras" del calentador en lasque el agua apenas aumenta su temperatura. Fuente: Elaboracin propia .................... ..................... ........... 118Ilustracin 6.4. Representacin de la temperatura en funcin de la longitud del calentador, de arriba a abajo,para n=5, 4, 3 y 2. Fuente: Elaboracin propia........................................................................................... 119

Ilustracin 6.5. Adaptador para la manguera (izqda.) y serpentn utilizado en las pruebas (dcha.) ................. 120

Ilustracin 6.6. Carcasa construida con lmina metlica (sin aislar), (izqda.) y carcasa de ladrillo (dcha.) .... 120

Ilustracin 6.7. Esquema de la carcasa y dimensiones bsicas. Fuente: Elaboracin propia ......................... 121

Ilustracin 6.8. Esquema de la tapa de la carcasa y dimensiones bsicas. Fuente: Elaboracin propia .......... 122

Ilustracin 6.9. Montaje del conjunto del quemador utilizado en las pruebas. Fuente: Elaboracin propia ...... 123

Ilustracin 6.10. Proceso de conformado del serpentn (n=3, l=2). Fuente: Elaboracin propia................... 124

Ilustracin 6.11. Forma y dimensiones generales de las barras gua. Fuente: Elaboracin propia .............. .... 125

Ilustracin 6.12. Temperaturas de salida del agua del calentador para diferentes caudales para los escenarios 1y 2. Fuente: Elaboracin propia .................................................................................................................. 128

Ilustracin 6.13. Esquema de construccin de la carcasa a partir de ladrillos. Fuente: Elaboracin propia ..... 129

Ilustracin 6.14. Colocacin de varios reservorios intermedios y distribucin de gas. Fuente: Elaboracin propia ................................................................................................................................................................ 132

Ilustracin 6.15. Depsito de biogs utilizado en las pruebas ...................................................................... 133

Ilustracin 6.16. Esquema del montaje para utilizar el calentador de biogs. Fuente: Elaboracin propia ....... 133

Ilustracin 0.1. Lnea de corriente fluida ..................................................................................................... 153

Ilustracin 0.2. Variacin del poder de emisin de cuerpo negro con la longitud de onda para variastemperaturas. Fuente: Transferencia de Calor y Masa-Junus A. engel .................... ..................... ............... 158

Ilustracin 0.3. Variacin de la velocidad de propagacin con el ratio de aire para varios gases (izqda.) yfenmenos de avance y retroceso de llama (dcha.). Fuente: Heat Transfer-J.P. Holman ..................... .......... 159

Ilustracin 0.4. Esquema de un inyector atmosfrico. Fuente: Elaboracin propia........................... .............. 160

Ilustracin 0.5. Coeficientes de descarga para diferentes tipos de inyector. Fuente: Elaboracin propia ......... 161

Ilustracin 0.6. Sistemas de control de apertura de las lumbreras. Fuente: Biogas Stove Design, David Fulford ................................................................................................................................................................ 162

Ilustracin 0.7. Sistemas de estabilizacin de la llama. Fuente: Biogas Stove Design, David Fulford .............. 163

Ilustracin 0.8. Aireacin secundaria del quemador. Fuente: Biogas Stove Design, David Fulford .................. 163

Ilustracin 0.9. Arreglos bsicos de intercambiador, a favor de corriente (izqda.) y a contracorriente (dcha.) yperfiles de temperatura. Fuente: Elaboracin propia .................................................................................... 164

Ilustracin 0.10. Trasmisin de calor por conduccin a travs de una superficie aleatoria de un cuerpo. Fuente:Elaboracin propia..................................................................................................................................... 166

Ilustracin 0.11. Trasmisin de calor por conduccin a travs de una pared plana (izqda.) y de un cilindro(dcha.). Fuente: Elaboracin propia ............................................................................................................ 167

Ilustracin 0.12. Mecanismos de conveccin involucrados en el problema particular de este trabajo. Fuente:Elaboracin propia..................................................................................................................................... 170

Ilustracin 0.13. Flujo a travs de un banco de tubos ..................... ...................... ..................... .................. 171

Ilustracin 0.14. Intensidad de radiacin varios gases en funcin de su longitud de onda ............................. 174

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ndice de tablas

Tabla 1.1. Metodologa de complecin del PFC. Fuente: elaboracin propia ..................... ..................... ......... 22

Tabla 2.1. Produccin de energa primaria. Fuente: Balance Energtico Nacional 2000-2010 ........ ................. 32

Tabla 2.2. Diferencias de patrones de consumo energtico entre una familia rural y una familia urbana Fuente:Energa y Desarrollo Sustentable en ALAC. Estudio de caso de Bolivia. OLADE, CEPAL, GTZ. 1997. ............... 35

Tabla 2.3. Intervalos de temperaturas en el que trabajan las bacterias anaerbicas. Fuente: Situacin actual dela produccin de biogs y de su aprovechamiento (GTZ Gmbh, 1999) ......... ...................... ..................... ...... 39

Tabla 2.4. Tiempo de retencin segn temperatura. Fuente: Gua de biodigestores familiares, Jaime Mart ...... 39

Tabla 3.1. Clasificacin y caractersticas de los quemadores de gas. Fuente: Biblioteca del Instalador de Gas.

A.L. Miranda, R. Oliver ................................................................................................................................. 49Tabla 3.2. Valores orientativos de los coeficientes de conveccin. Fuente: DOCUMENTOS TCNICOS DEINSTALACIONES EN LA EDIFICACIN DTIE, Pedro Pozo ............................................................................... 51

Tabla 3.3. Valores orientativos de los coeficientes de conduccin. Fuente: DOCUMENTOS TCNICOS DEINSTALACIONES EN LA EDIFICACIN DTIE, Pedro Pozo ............................................................................... 52

Tabla 3.4. Valores orientativos de los coeficientes de conduccin para varios materiales aislantes. Fuente:Elaboracin propia....................................................................................................................................... 55

Tabla 4.1. Variables necesarias para la resolucin del problema del quemador. Fuente: Elaboracin propia ..... 60

Tabla 4.2. Tubos de fontanera normalizados en pulgadas y dimetros equivalentes en mm. Fuente: Elaboracinpropia ......................................................................................................................................................... 61

Tabla 4.3. Valor de las variables del quemador para pruebas experimentales. Fuente: Elaboracin propia........ 64

Tabla 4.4. Resultados del problema para el quemador experimental. Fuente: Elaboracin propia ................... .. 64

Tabla 5.1. Especificaciones del gasmetro utilizado. Fuente: Elaboracin propia ................................ ............ 85

Tabla 5.2. Relacin entre la masa colocada sobre el depsito y el caudal de biogs producido. Fuente:Elaboracin propia....................................................................................................................................... 86

Tabla 5.3. Resumen experimento I (Cabezales del quemador). Fuente: Elaboracin propia ............................. 96

Tabla 5.4. Resumen experimento II (Aire primario). Fuente: Elaboracin propia ................... ..................... ...... 98Tabla 5.5. Intervalos de temperatura seleccionados para cada una de las pruebas del experimento II (AirePrimario). Fuente: Elaboracin propia ........................................................................................................... 99

Tabla 5.6. Resumen experimento III (Caracterizacin de la carcasa de ladrillo). Fuente: Elaboracin propia ... 100

Tabla 5.7. Comparacin de rendimientos en la transferencia de calor entre la carcasa de metal y la de ladrillo.Fuente: Elaboracin propia ......................................................................................................................... 102

Tabla 5.8. Resumen experimento IV (Serpentn helicoidal). Fuente: Elaboracin propia ................... .............. 106

Tabla 5.9. Caractersticas de cada una de las pruebas realizadas con el serpentn. Fuente: Elaboracin propia

................................................................................................................................................................ 107

Tabla 5.10. Resultados con base experimental del incremento de temperatura en un serpentn para diferentescaudales de biogs. Fuente: Elaboracin propia .......................................................................................... 108

Tabla 5.11. Valor de las variables introducidas en el modelo en MATLAB para comparacin con resultadosexperimentales. Fuente: Elaboracin propia ................................................................................................ 109

Tabla 5.12. Comparacin en las temperaturas de salida del agua en C del modelo y experimental, para varioscaudales de biogs y de agua Fuente: Elaboracin propia 110

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Tabla 6.11. Altura mnima del intercambiador para los escenarios 1 y 2. Fuente: Elaboracin propia .......... .. 129

Tabla 6.12. Distancias relativas a la carcasa para los escenarios 1 y 2. Fuente: Elaboracin propia .............. 129

Tabla 6.13. Dimensiones requeridas para la tapa para los escenarios 1 y 2. Fuente: Elaboracin propia ....... 129 Tabla 6.14. Costes para el calentador del escenario 1. Fuente: Elaboracin propia ................... .................... 130

Tabla 6.15. Costes para el calentador del escenario 2. Fuente: Elaboracin propia ................... .................... 130

Tabla 6.16. Lugar ideal del calentador para diferentes factores, y solucin en caso de no encontrar lugar ideal.Fuente: Elaboracin propia ......................................................................................................................... 132

Tabla 0.1. Coeficientes de clculo por regresin de varias propiedades para los fluidos involucrados. Fuente:Elaboracin propia .................................................................................................................................... 152

Tabla 0.2. Coeficientes para prdidas localizadas ....................................................................................... 154

Tabla 0.3. Propiedades de la l lama en funcin de su tasa de aireacin primaria. Fuente: Biblioteca del Instaladorde gas, Instalaciones y equipos. A.L. Miranda y R. Oliver .................... ..................... ...................... ............. 158

Tabla 0.4. Relaciones para la efectividad para flujo a favor de corriente y a contracorriente. Fuente: Elaboracinpropia ....................................................................................................................................................... 165

Tabla 0.5. Valores de los coeficientes para la ecuacin B.80 en funcin del nmero de Reynolds ................. 170

Tabla 0.6. Valores de los coeficientes para la ecuacin B.82 en funcin del nmero de Reynolds ................. 171

Tabla 0.7. Coeficientes de correccin para la ecuacin B.82 ................... ..................... ...................... ......... 171

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1. Introduccin

Para la realizacin de cualquier trabajo, incluido este, siempre esnecesario una motivacin por parte del autor que lo predisponga ainvertir su tiempo y esfuerzo. En este captulo se analizan las cau-

sas por las cuales se ha llevado a cabo, en qu contexto institu-cional y personal y se definen as mismo los objetivos a cumplir asu finalizacin y la metodologa a seguir.

Por ltimo, se pretende justificar el estudio en el marco econmicoy social que se explica en el punto 2

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1. Introduccin

1.1. Origen y motivacin del proyecto

En el marco econmico y social boliviano que se explica ms adelante, y el de mis propias inquietu-des y necesidades personales se entiende y encauza este proyecto. En vista a mejorar las condicio-nes de vida en las reas rurales aprovechando los recursos disponibles sin comprometer la econo-ma de las familias.

La finalizacin de mis estudios en Ingeniera Industrial, implicaban la realizacin de un Proyecto Finalde Carrera, de temtica libre, en el que aunar todos los conocimientos adquiridos durante estosltimos aos. Entre todos ellos, destacaban aquellos relativos a la trasmisin de calor, la mecnicade fluidos, o los clculos estructurales y de materiales, en detrimento de los conocimientos sobre

electricidad u organizacin industrial. As me encontraba ms dispuesto y capaz a realizar un trabajoque profundizase en mayor medida en la temtica a la que estaba acostumbrado.

Por otro lado, se me present la oportunidad de realizar un PFC involucrndolo en mbito de lacooperacin internacional, gracias a la realizacin de un cursillo durante el ltimo cuatrimestre delao 2012, y la concesin de una beca por parte de la UPNA para finales de 2013. La aceptacin dela beca, y la realizacin del proyecto en el extranjero, en este caso en Bolivia, supona una reduccinde las opciones de contenido del trabajo, sin embargo le otorgaba un sentido extra y una finalidad,personalmente, mucho ms satisfactoria.

Fue finalmente la contraparte boliviana, la que me propuso la temtica del presente trabajo, y queconsegua integrar, mis conocimientos de Ingeniera con intensificacin en mecnica, con esa finali-dad prctica que buscaba, al crear una fuente de informacin que pusiera en manos de aquel quedeseara, la documentacin necesaria para construir su propio sistema de produccin de ACS. Aun-que siempre con miras a ser utilizado en las reas rurales ms desfavorecidas de Bolivia.

1.2. Marco institucional

La realizacin del proyecto se incluye en los impulsados por el Programa de Formacin Solidaria dela UPNA, enmarcado en la Cooperacin Universitaria al Desarrollo, con el que se pretende fomentarla solidaridad y los valores de la cooperacin al desarrollo entre estudiantes y docentes, al tiempoque ofrecer una formacin profesional prctica en el mundo de la cooperacin internacional. Esteprograma est cofinanciado por el Departamento de Asuntos sociales, Juventud y Deporte del Go-bierno de Navarra.

En su contraparte en Bolivia se encuentran CINER y la Universidad Mayor de San Simn en Cocha-bamba. El CINER (Centro de Investigacin de Energas Renovables) nace el ao 1991 como una

unidad de trabajo dentro del PROPER (Programa para la Difusin de Energas Renovables), contan-do con el Know how proporcionado por la Cooperacin Tcnica Alemana (GTZ). A partir del ao1997, agrupa a profesionales con amplia experiencia en el tema energtico, desarrollo comunitario,planificacin, monitoreo y evaluacin, as como asistencia en temas normativos y jurdicos.

La iniciativa directa del proyecto parte de Jaime Mart Herrero, Doctor investigador del CIMNE (Inter-national Center for Numerical Methods in Engineering), que con una amplia experiencia y trayectoriaen el campo del montaje de biodigestores familiares en Bolivia y Per vio la necesidad del estudio

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1. Introduccin

teora y documentacin necesaria para la comprensin, anlisis y en su caso, modificacin de losmodelos si se considerase necesario.

Establecer objetivos y limitaciones del proyecto

Se establecen los objetivos a cumplir para el marco en el que se en-cauza el proyectoSe establecen las limitaciones tcnicas y econmicas para su diseo,as como los escenarios de trabajoSe valoran las diferentes herramientas disponibles para el desarrollode la idea

Consulta bibliogrfica

Consulta acerca de la situacin econmica y social de Bolivia

Consulta de bibliografa tcnica acerca de mecnica de fluidos, tras-misin de calor, calentadores de gas e intercambiadoresAprendizaje acerca de las herramientas de trabajo propuestas para eldiseo

Diseo del modelo

Seleccin de la opcin de calentador ms adecuada, acorde con laslimitaciones tcnicas y econmicasAnlisis individual de cada uno de los elementos indispensables parael calentador. Principios tericos de funcionamiento.Clculo y desarrollo de modelo provisional en MATLAB de cada uno

de los elementos.

Pruebas experimentales

Diseo de experimentos que permitan obtener aquellos parmetrosdifcilmente calculables de forma terica para introducir en el modeloDiseo y construccin de los elementos necesarios para llevar a cabolas pruebas

Acondicionamiento de una zona de trabajo en la que se disponga debiogs para la realizacin de los experimentos

Realizacin de los experimentos y anlisis de los resultados

Correccin y comprobacin del modelo. Modelo definitivo.

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1. Introduccin

En la primera parte del proyecto se sientan las bases tericas necesarias para iniciar el diseo de uncalentador de biogs y facilitar su comprensin. Se presentan las distintas formas por las que ac-

tualmente se genera agua caliente y ms concretamente los calentadores de gas. En este punto se

analizan todos los elementos fundamentales de un calentador de gas moderno, su funcin, e impor-tancia relativa y una vez reducidos al mnimo, se procede a su simplificacin. Todo ello con el obje-tivo principal de reducir sus costes y complejidad.

Una vez reducido el funcionamiento de un calentador de gas a sus elementos ms fundamentales sepens en la forma ms adecuada para cada uno de ellos teniendo en cuenta diversos criterios (eco-nmicos y sociales). Posteriormente se analizan individualmente, y se recopila informacin para lacreacin de unos modelos que nos dieran los parmetros constructivos y de funcionamiento fun-damentales en funcin de diversos factores de carcter eminentemente prctico (caudal de biogs,

temperatura del aire, temperatura del agua, altitud sobre el nivel del mar, etc.)Sin embargo, estos clculos no son definitivos ya que sin una base experimental, podran no corres-ponderse con la realidad. En la segunda parte del proyecto se analizan las pruebas realizadas con lafinalidad de completar los modelos desarrollados en la primera parte. Se explica brevemente el lugaren el que fueron llevados a cabo as como la instalacin construida. Tambin se explican los clcu-los llevados a cabo para comparar cada una de las pruebas. Una vez en posesin de datos reales secomparan con los obtenidos a travs de los modelos y se completan estos ltimos para que puedanser utilizados de forma prctica.

Por ltimo, se introduce una gua con informacin acerca de la utilizacin de los modelos, construc-cin del calentador y costes econmicos aproximados. Tambin se dan ciertos consejos para lautilizacin del biogs en base a la experiencia obtenida gracias a las pruebas, y ciertas pautas parael mantenimiento del calentador.

Con este proyecto se busca la creacin de un modelo que sirva para la construccin de calentado-res de agua de biogs con un reducido coste econmico. Por lo que, a pesar de que en un principio,la construccin de los calentadores de biogs de estas caractersticas se plantea para zonas concre-

tas del rea rural de Bolivia, su utilizacin puede extenderse no solo a comunidades de condicionessimilares, sino a otras muchas, siempre que se parta de condiciones que estn dentro del rango de

utilizacin del modelo que se explicarn en su debido apartado.Sin embargo hay que tener en cuenta ciertas limitaciones a las que estuvo sujeta la realizacin deeste trabajo y que condicionan por tanto la exactitud en los resultados del modelo:

En primer lugar hay que tener en cuenta que, dadas las condiciones en las que fueron lle-vadas a cabo las pruebas y los aparatos de medida utilizados, existe una gran incertidum-bre en los datos recopilados, que lejos de proporcionarnos un resultado exacto, nos dan, almenos, una idea general de los valores que se deben obtener con el modelo. La finalidaddel modelo es dar unas dimensiones siempre aproximadas de los elementos del calentador

para unas condiciones dadas. El modelo final creado no est validado experimentalmente, as que a pesar de poder pre-

decir unos resultados con base terica y prctica para diferentes parmetros externos, noasegura que estos vayan a darse exactamente en la realidad. Por ello, aunque el modelo escapaz de calcular resultados muy similares para casos especficos (los de validacin delos experimentos), queda pendiente su extrapolacin para el resto de casos.

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1. Introduccin

mentos ms genricos de fcil adquisicin en tiendas (tubos metlicos, tuberas de PVC,vlvulas de bola etc.). Para llevar a cabo las mediciones se utiliz un termmetro, un con-

tador de gas y diferentes recipientes para lquidos Todos estos elementos se describen de-

talladamente en el punto 5.

1.5. Objetivos del proyecto

La realizacin de este proyecto comprende el cumplimiento de una serie de objetivos que se detallana continuacin

Objetivo general

El objetivo principal de este estudio es el diseo y clculo de un calentador de agua que pueda tra-bajar dentro de unos requerimientos mnimos en una comunidad rural sin que su construccin su-ponga un desembolso importante para las familias. Se entiende por tanto que el calentador en smismo deber cumplir una serie de pautas:

Caudal mnimo. El calentador deber ser capaz de generar agua caliente sanitaria en canti-dad suficiente como para abastecer al menos una ducha de forma continua. Los calenta-dores modernos de baja potencia son capaces de calentar un caudal de 6 L/min, sin em-bargo dadas las limitaciones a las que se ver sometido este calentador se considerar

exitoso si es capaz de alcanzar para un caudal mnimo de 2 L/min, la temperatura de salidamnima establecida a continuacin.

Temperatura de salida mnima. Teniendo en cuenta las condiciones climticas en las quese encuentran las comunidades del altiplano se considerar una temperatura de entrada deunos 15C, y 19C para la regin subandina. La temperatura de salida del agua del calen-

tador deber de ser la suficiente para poder llevar a cabo tareas de higiene personal deforma confortable. Esta temperatura se considerar de unos 35C.

Consumo de biogs mximo. Este parmetro iba a depender de la capacidad productiva de

biogs de cada comunidad. Dada la cantidad de biogs disponible cada da el calentadordebera ser capaz producir agua caliente como para varias duchas. Haciendo los clculospertinentes el caudal de trabajo iba a estar comprendido entre 0,5 y 1,0 m3/h, lo cual su-pone un gasto de unos 500 a 1000 litros de biogs y una hora de produccin de agua ca-liente sanitaria al da (unas 6 duchas).

Precio mximo. En base a los precios de mercado para calentadores de gas de pequeotamao que se comercializan en Bolivia (ms de 100 euros los que menos). Se quiso es-tablecer un precio mximo para un calentador de unos 40 euros.

Zona de trabajo

Temperatura mnima

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1. Introduccin

trabajar con caudales mayores, producir agua a mayor temperatura, o consumir menos. Con estetrabajo se pretende buscar el punto ptimo en el que se cumplan las cuatro proposiciones. Es decir,el punto de la zona de trabajo en el que el precio sea mnimo. En el caso de que no exista zona de

trabajo, por ejemplo, porque la lnea de precio mximo se encuentre a la izquierda de la que determi-na el precio mnimo para obtener la Temperatura mnima, entonces el calentador no ser factible. Elcalentador solamente ser factible si las lneas de temperatura (c), caudal (b) y consumo (a) seencuentran a la izquierda de la lnea de precio mximo. Por tanto definimos el objetivo fundamentaldel trabajo como disear un calentador que se encuentre dentro de los lmites de trabajo estableci-dos.

Objetivos especficos

En la realizacin de este trabajo y el cumplimiento del objetivo general, se encuentran implcitos unaserie de objetivos ms especficos que habrn de completarse:

Anlisis de los mecanismos de trasmisin de calor involucrados en proceso general deproduccin de agua caliente sanitaria.

Comprensin del funcionamiento de un calentador de gas domstico y reduccin de este asus elementos ms fundamentales.

Creacin de un modelo matemtico con el que se obtengan de forma satisfactoria resulta-dos similares a los obtenidos experimentalmente para los mismos parmetros de entrada y

condiciones externas.

Clculo de los diferentes elementos de un calentador de bajo costo para las condiciones delos escenarios propuestos a partir del modelo matemtico.

Redaccin de una breve gua para la construccin de este tipo de calentadores con infor-macin prctica obtenida directamente de las experiencias.

1.6. Planteamiento inicial

El problema que se intenta solventar con este trabajo parte de una necesidad. Esta necesidad sematerializa en la produccin de agua caliente sanitaria en una comunidad rural boliviana a partir delos recursos ya existentes. Se hace por tanto imprescindible conocer, al menos de forma genrica,el tipo de comunidad y de usuarios a los que este estudio pretende dar cobertura.

En la teora se plantean dos escenarios diferentes, uno para el altiplano o regin andina, y otro parala regin subandina:

Altiplano1: Familias formadas por unos 5 miembros y alrededor de 10 familias por comuni-dad. Se tomar una altitud media de 3600 msnm y clima fro. La temperatura diurna mediaser de 10C en verano y 0C en invierno.

Regin subandina2: Familias formadas por 5 miembros y alrededor de 10 familias por co-munidad. La altitud se tomara de 2500 msnm y clima templado. La temperatura diurnamedia ser de 25C en verano y 10C en invierno.

Se supondr la disponibilidad de unos 500 litros de biogs al da para el Altiplano, y 600 para lai b di A l i i d d d d id d l i

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1. Introduccin

1.7. Justificacin del proyecto

Mucha de la informacin que se menciona en este punto de forma breve, se trata con mayor pro-fundidad en el siguiente captulo, por lo que se recomienda su lectura para una mejor comprensinde lo aqu explicado. Bolivia es un pas muy poco poblado para la gran extensin de su territorio(apenas 6 habitantes por km2). La mayor parte de la poblacin reside en las reas urbanas, sinembargo, casi el 20%, contina viviendo en comunidades del rea rural. La principal caractersticade estos ncleos rurales es su gran dispersin y poca poblacin. Adems muchos de ellos se en-cuentran en reas de difcil acceso en zonas de geografa complicada, prcticamente incomunica-dos y con economas precarias, casi de subsistencia. Esta situacin complica la electrificacindesde un sistema intercomunicado nico, ya que no se justifican los costes que generara el llevar laelectricidad a lugares remotos salvo que supusieran un beneficio reseable. La consecuencia es queapenas el 57% de esta poblacin rural tiene acceso a la electricidad.

La falta de este servicio bsico se traduce en un nivel de vida muy inferior al de la poblacin urbana,haciendo cada vez ms evidente la diferencia en el desarrollo entre las comunidades y el resto delpas. Esta falta de acceso a la electricidad limita las actividades de la poblacin rural y reduce sucalidad de vida. En la actualidad se plantea a largo plazo la extensin del Sistema InterconectadoNacional a las comunidades ms alejadas, sin embargo, la solucin ms factible pasa por la crea-cin de mini-redes elctricas aisladas con generacin propia a partir de generadores disel, o en el

mejor de los casos apoyada por sistemas elicos o fotovoltaicos, que den cobertura a los ncleosrurales ms importantes. Pero el elevado coste inicial de estas infraestructuras limita en gran medidael uso de este sistema a las comunidades, que dentro del mbito rural, disponen de un mayor poderadquisitivo. Hoy por hoy siguen existiendo una gran cantidad de comunidades cuya principal fuentede energa sigue siendo la biomasa.

Para estos ltimos casos se plantea la construccin de biodigestores familiares de bajo coste, queno suponen una gran inversin y que, adems de dar una salida higinica a los desechos biolgicosde la comunidad (la actividad principal es la agricultura y la ganadera), suministran un combustible

fiable y seguro con el que sustituir hasta cierto punto, a la biomasa tradicional. Obviamente la efi-ciencia de los sistemas de produccin y utilizacin de esta energa no est a la altura de la electrici-dad, sin embargo suponen una alternativa barata y a muy corto plazo por lo que resultan realmentetiles en un gran nmero de comunidades del rea rural de Bolivia. Este tipo de biodigestores llevanestudindose e implementndose en Bolivia y Per desde los aos 90 y se han conseguido grandeslogros y avances con la difusin democrtica de la tecnologa. Las propiedades como combustibledel biogs, de menor poder calorfico que otros gases, unido al bajo poder adquisitivo de sus usua-rios, han dado lugar a un campo de investigacin muy extenso en el rea de su utilizacin. La princi-pal aplicacin que se ha dado al biogs en este tiempo y que ha ido de la mano con el desarrollo de

los biodigestores de bajo costo ha sido la coccin de alimentos, as como la iluminacin, o en elcaso de grandes producciones, la generacin de electricidad.

Sin embargo se ha planteado en estos ltimos aos el problema asociado a la falta de higiene enestas comunidades. La falta de higiene personal es, entre otros, un indicador negativo del ndiceNBI3, y lleva asociada una serie de consecuencias que empeoran de forma directa o indirecta a laspersonas afectadas:

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2. Antecedentes

Como se ha comentado, se pretende con este trabajo, realizar unestudio completo de diseo de un calentador de biogs de bajo

costo. A efectos tcnicos, supone la creacin de un productonuevo, y para ello siempre es necesario buscar la satisfaccin deuna necesidad.

Para contextualizar la creacin de este calentador, es necesariocomprender la realidad energtica que se tiene actualmente en lascomunidades del rea rural de Bolivia. La cual es consecuencia dela realidad poltica, econmica y social que vive el pas, y que seresumen brevemente en este captulo.

Por otro lado, dada la necesidad de buscar una fuente de energaque sustituya la biomasa tradicional en estas reas a corto plazo,se ha procedido desde hace aos a la instalacin de biodigestoresde bajo costo, lo que ha convertido al biogs en una alternativaenergtica en muchas comunidades de Bolivia.

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2. Antecedentes

2.1. Situacin poltica

La complicada situacin poltica de Bolivia proviene de una gran variedad de causas estructuralesrealmente complejas de analizar como son la extrema pobreza, la desigualdad y la exclusin socialas como de la crisis de las instituciones del estado.En los ltimos aos Bolivia ha vivido un resurgimiento de profundas divisiones en el sistema poltico

tradicional, as como un alto grado de conflicto social, el cual se intensific an ms tras los acon-tecimientos de octubre de 20034 que llevaron a la renuncia del presidente Snchez de Lozada, sureemplazo por el Vice-presidente Carlos Mesa, y luego la presidencia de transicin de Eduardo Ro-drguez. Los sucesivos gobiernos fueron incapaces de satisfacer las demandas de una serie de

movimientos populares, especialmente aquellos dirigidos por la poblacin indgena. Esto dio lugar auna radicalizacin de las posiciones e hizo imposible alcanzar acuerdos duraderos, sobre todo entemas que afectan el futuro inmediato de Bolivia como la Asamblea Constituyente, el proceso dedescentralizacin y la distribucin justa de la riqueza derivada de los recursos naturales del pas,especialmente hidrocarburos.

La victoria de Evo Morales en diciembre de 2005 cambi profundamente el contexto poltico boli-viano. El resultado electoral expresa el deseo de la mayora de la poblacin de un cambio profundoy, al mismo tiempo, que se ponga fin a la inestabilidad poltica. Sin embargo, la implementacin dela agenda del Gobierno ha acentuado las tensiones, en particular con respecto a las cuestiones de

autonoma regional y reforma agraria, a su vez refleja un electorado cada vez ms polarizado entrelos lados este y oeste del pas.

La eleccin de la Asamblea Constituyente y el referndum autonmico del 2 de julio 2006 marc elcomienzo de una nueva fase en el proceso democrtico boliviano. Las cuestiones clave llevada acabo por la Asamblea Constituyente de agosto de 2006 en adelante incluyen el establecimiento deun modelo econmico nuevo y ms equitativo, la inclusin social, poltica y econmica de la pobla-cin indgena (incluyendo un posible retorno a las formas tradicionales de justicia comunitaria yorganizacin poltica), la reforma agraria, la distribucin de las regalas energticas y mineras y los

impuestos, y la descentralizacin regional.El sistema legal de Bolivia es independiente de los otros poderes del Estado. A pesar de ello, sueficacia se ha visto obstaculizada por la corrupcin y la falta de recursos. El Gobierno actual hapuesto de relieve su compromiso de hacer frente a estos problemas. Sin embargo contina existien-do un grave problema de falta de igualdad de oportunidades en el acceso y tratamiento por parte delsistema legal, sobre todo, para los ciudadanos ms pobres. Las elecciones se celebran regularmen-

te y de conformidad con las normas internacionales.

En 2006 se comienza a redactar una nueva Constitucin. Tras una profunda crisis poltica que pola-

riza el pas entre partidarios del Gobierno (principalmente en el occidente) y seguidores de las de-mandas de autonoma departamental y capitala para Sucre (en el Oriente Boliviano), la ConstitucinPlurinacional es aprobada por 164 de los 255 asamblestas y posteriormente modificada por elCongreso y llevada a referndum. A fines de 2009, Evo Morales del MAS 5es reelecto Presidente conms de dos tercios de mayora legislativa.

Finalmente, el 9 de febrero de 2009 la nueva constitucin fue promulgada por el presidente EvoM l l i di i l i d d d El Al E l j M l di i i

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2.2. Situacin econmica

A pesar de que Bolivia cuenta con un extenso territorio y abundantes recursos naturales, tiene unade las economas ms pequeas de Amrica Latina, con un PIB de 9,3 mil millones de dlares. Es elpas ms pobre de Amrica del Sur, con un ingreso anual per cpita de slo 1010$ en 2005. Boliviasigue siendo altamente dependiente de la explotacin de los recursos naturales. La agricultura, ascomo la minera y los hidrocarburos suponen ms del 40% de la actividad econmica y casi el 80%de las exportaciones. A pesar de una serie de reformas en la dcada de 1990 6, los mercados deconsumo interno, trabajo y los recursos de capital siguen siendo pequeos. Esta situacin se debeen parte a una poblacin relativamente pequea y dispersa, bajos niveles de ingresos, unos ndicesde desarrollo humano bajo, falta de infraestructura e instituciones poco eficientes. Adems, desdefinales de la dcada de 1990, Bolivia se ha visto afectada negativamente por los desequilibrios eco-nmicos a nivel mundial y regional que ha resultado en casi cinco aos de recesin interna.

Desde 2003, la economa ha mostrado signos de recuperacin. El crecimiento econmico alcanz el3,6% en 2004 y 4% en 2005, ambas cifras consideradas suficientes para mantenerse a la par conlas tasas de crecimiento de la poblacin y producir pequeos incrementos en los ingresos per cpi-

ta. Las exportaciones se incrementaron en ms de un 30% en 2004, 25% en 2005 y otro 42% en2006, ayudado por condiciones externas favorables. Sin embargo, este aumento de las exportacio-nes no ha conducido a ninguna generacin significativa de empleo. El dficit fiscal se redujo del

8,1% del PIB en 2003 al 1,6% en 2005 y en 2006 se registr un supervit de alrededor del 5% delPIB. Esto se logr por medio de un "plan de austeridad" que supuso una reduccin significativa en elgasto del Gobierno central, sin comprometer seriamente a los sectores polticos ms sensibles(salud, educacin y pensiones), el aumento de los ingresos fiscales, en particular gracias al nuevoimpuesto sobre la produccin de hidrocarburos, y el apoyo especial en 2004 por la comunidadinternacional para el presupuesto nacional.

Hay mayores dificultades a nivel microeconmico. Las principales actividades de exportacin (envalor) no generan una cantidad importante de empleo, a pesar de que la pequea minera puede enel futuro ayudar a crear un cierto nmero de puestos de trabajo no cualificados. Adems, a medioplazo, los principales mercados - Comunidad Andina y Mercosur - pueden verse reducidos debido ala erosin de las preferencias como resultado de los acuerdos comerciales bilaterales entre lospases socios. La mayora de los sectores an no se han recuperado de la cada de la demandainterna y no estn en condiciones de mejorar su competitividad para poder acceder a los mercadosexternos cada vez ms estrechos.

El desempleo y el empleo sumergido han aumentado continuamente en los ltimos cinco aos,fomentando la migracin interna y externa. El desempleo afectaba a 2007 actualmente a 11% de lafuerza de trabajo y el sector informal representa ms del 65% de la actividad econmica, proporcio-

nando fuentes de empleo marginal y empleando un gran porcentaje de los adultos en edad de traba-jar, e incluso a los nios en edad escolar. Con pocas excepciones, las principales caractersticas deeste empleo sumergido, que incluye la actividad agrcola y ganadera, especialmente en reas rura-les, a pequea escala son: la baja productividad y productos de mala calidad, que limitan las posibi-lidades de crecimiento. Por otra parte, la notable capacidad del sector informal para adaptarse a lascambiantes circunstancias econmicas ha garantizado tradicionalmente la supervivencia de un gran

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2.3. Situacin social

Bolivia sufre de graves problemas de pobreza y exclusin social, que afecta sobre todo a la mayoraindgena de la poblacin. El grupo tnico y el lugar de origen de una persona, tienen una fuerte in-fluencia en las posibilidades de movilidad social y en las oportunidades disponibles. Por otra parte,los modelos basados en la sociedad occidental no son necesariamente compartidos por los secto-res que se identifican con los valores y el comportamiento de las culturas andinas.

Las desigualdades socioeconmicas profundas que han marcado la historia de Bolivia, y la conse-cuente exclusin de los pobres, la poblacin indgena y los mestizos de los beneficios del desarrollo,han llevado a una situacin de pobreza crnica. Bolivia, con un ndice de desarrollo humano (0,687),

estaba clasificado en el puesto 115 de los 177 pases en el mundo en 20057

. El 64% de la poblacinse vea afectada por la pobreza en 20048. Y segn el Banco Mundial, se estima que el ndice de Gini9ha aumentado de 52 a 62 entre 1985 y 2003.

Aunque tradicionalmente la pobreza se concentra principalmente en las zonas rurales, el fenmenose ha ido extendiendo cada vez ms a las zonas urbanas debido a la migracin interna. Para la ma-yor parte de la gente pobre en Bolivia, el ir y venir entre los que viven en zonas rurales y la bsquedade un empleo remunerado en las ciudades contribuye al mantenimiento de las redes tradicionalesandinas de reciprocidad. En cuanto a la migracin fuera de Bolivia, sta ha ido en aumento desdehace varios aos, con un mximo de 2,3 millones de bolivianos viviendo en el extranjero.

Reconociendo esta situacin, en la segunda mitad de la dcada de los noventa, Bolivia dio prioridada los programas para resolver la situacin social. Se hicieron esfuerzos para lograr un mayor nivelde cobertura de servicios, saneamiento, educacin, y salud, con resultados positivos, aunque insu-ficiente. En materia de salud, en 2001 la tasa de mortalidad materna en Bolivia fue de 420 por100.000 nacidos vivos, la tasa ms alta de toda Amrica Latina. La tasa de mortalidad infantil seredujo de 89 por 1.000 nacidos vivos en 1990 a 54 en 2004. Entre 1994 y 2003, la proporcin departos atendidos por personal de salud cualificado aument del 47% a 67%. En el sector de la edu-cacin, la matriculacin en la escuela primaria se ha mantenido constante en 95%, sin un aumento

significativo desde 1998. La tasa de alfabetizacin de adultos en Bolivia es la ms baja en la regin.A pesar de que la cobertura ha mejorado en la prestacin de servicios, educacin, salud y sanea-miento, se mantiene la preocupacin con respecto a la calidad y la sostenibilidad, as como delacceso equitativo, tanto geogrfica como socialmente. En el marco del Plan Nacional de Desarrollo,el Gobierno propone aumentar la participacin de las organizaciones comunitarias locales para que,a travs del "control social", los servicios sociales sean ms responsables ante los usuarios finales.Adems, el Gobierno se propone una revisin crtica de los procesos de reforma existentes en lossectores sociales.

Las grandes disparidades existentes entre zonas urbanas y rurales suponen que las zonas rurales,que tienen un menor acceso a todos estos servicios, sufran las condiciones ms precarias. Esto hadado lugar a importantes flujos migratorios internos y externos, incluyendo a las reas de produc-cin de coca. Las redes sociales y las organizaciones tradicionalmente establecidas estn siendosobrepasadas por la migracin, lo que lleva a un aumento de la delincuencia urbana. Los emigrantesinternos son especialmente vulnerables a la exclusin social, especialmente en el mbito del em-pleo

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2. Antecedentes

de Bolivia siguen experimentando una falta de la mayora de los servicios bsicos, incluido el accesoconfiable y asequible a la electricidad.

En el campo energtico, desde el ao 2005 el actual gobierno ha procedido a la nacionalizacin dela industria del gas natural (GN) y el petrleo, paralelamente se ha estudiado la aplicacin de unnuevo modelo econmico que intenta buscar la equidad y responsabilidad estatal con una mayorpresencia del Estado en todos los sectores econmicos y sociales del pas

As, Bolivia experimenta un proceso de redefinicin de sus vnculos con la economa mundial y dereorganizacin de su estructura productiva, incorporando al Estado en la economa con un rol msprotagnico que solamente el de orientador como el que desempeaba en el pasado.

Sin embargo sta es slo una parte del escenario, que viene a ser complementado por la realidad deun rea rural con una poblacin dispersa, inconexa y aislada y marginada del mercado energtico

nacional, que representa casi un 40% de la poblacin del pas con ndices de desarrollo por debajode los niveles aceptados mundialmente.

En el rea rural el abastecimiento de los hidrocarburos es muy escaso, particularmente el del GasLicuado de Petrleo (GLP). De amplio uso a nivel urbano, el GLP slo est presente en los centrosrurales ms importantes, mientras que en el resto del territorio nacional sencillamente no existedisponibilidad de este combustible. El principal recurso energtico en estas reas dispersas y aleja-das es la biomasa, que en promedio cubre el 80% de la demanda total rural de energa (hay algunaszonas donde este recurso cubre hasta el 97% de esta demanda, situacin que no ha cambiado en

los ltimos 13 aos). Los consumos en electrificacin rural alcanzan en promedio apenas el 25kWh/mes por familia y la media se posiciona en 32 kWh/mes por familia, una cantidad de energaque solamente permite un uso limitado de la iluminacin y la radio, as como de algunas horas de

televisin.

2.4.1. Balance energtico de Bolivia10

En Bolivia, la produccin de energa primaria se origina fundamentalmente a partir de cuatro recur-sos: gas natural, petrleo, GLP, gasolina natural, biomasa e hidroenerga. Para el ao 2010 la pro-

duccin de energa primaria alcanzo los 113524,68 kbep11, lo que supuso un incremento del 14%sobre la produccin de energa primaria del ao anterior. De este total, 90414,84 kbep, correspondia la produccin de gas natural.

FUENTE 2009 2010 Variacin (%)

Petrleo, GLP y Gasolina Natural 14718,58 15355,79 +4Gas Natural 77285,89 90414,84 +17

Hidroenerga 1422,35 1346,83 -5Biomasa 6162 6407,23 +4

TOTAL 99589,78 113524,68 +14

Tabla 2.1. Produccin de energa primaria. Fuente: Balance Energtico Nacional 2000-2010

93%

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ingreso de energa a las Centrales Elctricas, correspondi a las Termoelctricas con 8518,91 kbep,seguidas por las hidroelctricas 1346,83 kbep y finalmente por la biomasa con 477,58 kbep y acei-

tes y grasas.

Ilustracin 2.2. Estructura de la Produccin de Energa Primaria. Fuente: Balance Energtico Nacional2000-2010

Teniendo en cuenta la estructura del consumo final de energa por fuentes, para la gestin 2010, eldisel-oil se constituye en la principal fuente de consumo energtico, seguido por el gas natural,gasolina, biomasa y electricidad.

Ilustracin 2.3. Estructura de consumo final de energa por fuentes (izqda.) y por sectores (dcha.) Fuente:Balance Energtico Nacional 2000-2010

Comparando el consumo final de energa por sectores, los sectores de mayor crecimiento fueron lossectores comercial, de Transporte y el sector de agropecuario, pesca y minera.

El consumo de energa en el sector industrial creci en 3% entre 2009 y 2010. Entre los energticosms consumidos por el sector industrial, se encuentran el gas natural, la biomasa y la electricidad.Otras fuentes energticas para la industria lo constituyen el disel oil, GLP y keroseno. El consumo

de energa en el sector residencial creci en 6% entre 2009 y 2010. Entre los energticos ms con-sumidos por el sector residencial, se encuentran el GLP, la biomasa y la electricidad. Otras fuentesenergticas para el sector residencial lo constituyen el gas natural y el kerosene. Cabe destacar las

tasas de crecimiento registradas en el consumo de gas natural y la electricidad entre ambas gestio-nes. El consumo de energa en el sector comercial creci en 16% entre 2009 y 2010. Entre losenergticos ms consumidos por el sector comercial, se encuentran la electricidad y el gas natural.

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El SIN fue construido en el ao 1965 al conectar las redes de transporte de Cochabamba 12y Oruro.El sistema fue ampliado posteriormente con la inclusin al mismo de los centros urbanos de La Paz,Potos, Oruro, Cochabamba y Sucre. La configuracin actual incluye a Santa Cruz, la cual se conec-

t en la dcada de los 80. La funcin prioritaria del SIN es la de suministrar energa elctrica a laszonas urbanas e industriales (principalmente) en los departamentos de La Paz, Santa Cruz, Cocha-bamba, Oruro, Potos y Chuquisaca. En cuanto a la generacin elctrica de cada rea, en la zonaNorte predominan las centrales hidroelctricas mientras que las termoelctricas son las ms habi-

tuales en el oriente. Cabe destacar que la legislacin boliviana prohbe a las empresas desempearms de una de las tres funciones (generacin, transporte y distribucin).

Ilustracin 2.4. Instituciones Bolivianas de administracin y regulacin, y empresas participantes en elSIN. Fuente: Autoridad de Fiscalizacin y Control Social de Electricidad de Bolivia

Los sistemas aislados se encuentran ubicados, principalmente, en los departamentos y ciudadesdonde el SIN no llega, como por ejemplo Tarija, Trinidad o Cobija.

La principal diferencia entre el SIN y los sistemas aislados desde el punto de vista organizativo esque cada empresa puede desempear ms de un papel en el proceso global. Generalmente, cadaempresa suele ocuparse tanto de la generacin, transporte como de la distribucin en un mismosistema aislado. Los operadores ms importantes son SETAR, ENDE y CRE. Los sistemas aisladossirven, generalmente, para abastecer a comunidades aisladas, cooperativas o empresas mineras.

2.4.3. La energa rural

El acceso a la electricidad en Bolivia presenta, como se ha comentado, grandes contrastes entre lasreas urbanas y rurales. En general, en Bolivia el 84% de la poblacin tiene acceso a la electricidad.Sin embargo muestra de estos contrastes es que en las zonas urbanas el 99% de la poblacin cuen-

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Necesidades Bsicas Insatisfechas14(NBI), se observa que el nmero de hogares rurales en condi-ciones de pobreza extrema es muy prximo al nmero de hogares en el rea rural que no cuentancon energa elctrica, lo que implica que el 90,17% de hogares sin energa elctrica del rea rural

corresponden a hogares en situacin de pobreza extrema (indigencia y marginalidad).

Ilustracin 2.5. Municipios Bolivianos y relacin cobertura elctrica-pobreza. Fuente: Anlisis de la de-manda de electrificacin rural. Energtica. 2005; INE 2001; Reportes de NBI

En el anlisis urbano-rural, es importante visualizar la diferencia que existe en la oportunidad delacceso a energas econmicas. Las ciudades ms grandes en Bolivia tienen un abastecimientoregular de GLP, GN, combustibles lquidos y electricidad, mientras que en el rea rural la llegada deestos energticos es poco menos que fortuita, e incluso impensable en muchos casos.

FUENTE Urbano Rural

Biomasa 0,27 5,01Disel/Queroseno 0,15 0,22GLP 1,49 0,12Electricidad 1,38 0,02

Total BEP/ao (consumido) 3,29 5,36Total BEP/ao (energa til) 1,93 0,65

Tabla 2.2. Diferencias de patrones de consumo energtico entre una familia rural y una familia urbanaFuente: Energa y Desarrollo Sustentable en ALAC. Estudio de caso de Bolivia. OLADE, CEPAL, GTZ. 1997.

Es posible observar en la tabla 2.2 que unas fuentes suministran energa trmica, mientras que otrasproporcionan iluminacin y comunicacin. El rea urbana centra su suministro energtico en laelectricidad y el GLP (ambas representan el 87% del consumo total), mientras que en el rea rural la

i t i t l bi (93%) l di l/ (4%)

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cin muestra la indigencia energtica rural que existe como consecuencia del empleo de tecnologasenergticas ineficientes.

Este hecho ratifica que el sector rural est prcticamente marginado de los sistemas convencionales

de energa, pues si bien el GLP y la electricidad han empezado a penetrar en el mercado rural, antropiezan con la barrera de la dispersin y la falta de acceso. Adems los ingresos econmicos en elrea rural son mucho ms bajos que los del rea urbana, lo que se constituye en una limitante parael consumo de estos recursos.

A pesar de los grandes esfuerzos realizados por el gobierno y los donantes extranjeros para mejorarel acceso a la electricidad, la mayora de la poblacin rural pobre carece de acceso a la energamoderna para cubrir sus necesidades bsicas. Cerca del 70 % de la poblacin tiene que dependerde la biomasa, madera o estircol, para sus cubrir sus demandas energticas.

Las familias rurales perciben problemas respecto al uso tradicional de estos recursos energticos: La menor disponibilidad en el acceso;

El incremento de las distancias para conseguir el recurso;

La falta de medios necesarios de transporte.

Tambin se hace notar que la actividad de recoleccin de lea es un trabajo excesivo, al que hayque dedicarle mucho tiempo. Por otra parte, el uso extensivo de la madera para cocinar est dandocomo resultado la deforestacin y los problemas ambientales relacionados a ello, ya que a menudosu explotacin no est manejada de forma sostenible.

El impacto ambiental del uso de lea tambin se presenta en el interior de las viviendas rurales,como una contaminacinin-door. Mediciones sobre la presencia de monxido de carbono e inque-mados (producto de la combustin de la lea) que han sido realizadas en hogares rurales de Bolivia,muestran que en el pas se sobrepasan hasta en seis veces los niveles definidos por la OrganizacinMundial de la Salud (OMS) como peligrosos.

2.5. Biogs. La alternativa econmica a corto plazo

Con todo ello se pueden deducir unas conclusiones muy genricas que nos llevarn a analizar elbiogs como alternativa energtica a corto plazo ms viable en las comunidades aisladas para susti-

tuir las formas de energa ms tradicionales o en el mejor de los casos proporcionar mejores condi-ciones de vida a sus habitantes.

Las principales actividades llevadas a cabo por los habitantes de las reas rurales son actividadesde economa sumergida, siendo las ms importantes la agricultura y la ganadera. Las cuales por unlado producen un reducido nivel de beneficios econmicos, al mismo tiempo que generan una grancantidad de residuos orgnicos que, de no ser tratados, pueden llegar a convertirse en un autnticoproblema ecolgico comprometiendo la seguridad de las personas. Vemos que el acceso a la elec-

tricidad sigue siendo un tema pendiente en Bolivia, hecho que se hace an ms acusado en zonasrurales, y que la ausencia de acceso a la red elctrica est directamente relacionada con la pobrezaya que limita sus actividades y su nivel de vida. Por ltimo, se comprueba que las principales fuen-

tes de energa utilizadas actualmente en reas rurales son la biomasa, de baja eficiencia energtica yperj dicial para las personas los comb stibles deri ados del petrleo (GLP disel q eroseno)

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cir, las heces del ganado y los restos de materia orgnica diversa se convierten en uncombustible abundante y gratuito disponible en casi cualquier comunidad, con lo que sushabitantes evitaran el gasto continuo y la dependencia de una energa externa.

c)

Se soluciona el problema de contaminacin ambiental que genera el estircol sin tratar yque puede llegar a poner en peligro la salubridad de las fuentes de agua cercanas. Se eli-minan as mismo los olores y las moscas. Tambin es importante recordar la cantidad deenfermedades respiratorias que sufren, principalmente las mujeres, por la inhalacin dehumo al cocinar en espacios cerrados con lea o bosta seca. La combustin del biogs noproduce humos visibles y su carga en ceniza es infinitamente menor que el humo prove-niente de la quema de madera.

d)

La carga de mezcla diaria de estircol con agua que se introduce al biodigestor ser digeri-

da por las bacterias y se producir biogs. Pero por otro lado quedar un lquido ya digeri-do, que ha producido todo el biogs que poda, y que se convierte en un excelente fertili-zante. Este fertilizante se conoce generalmente como biol. Se ha comprobado que aumentael rendimiento de las cosechas, por lo que se puede utilizar para los cultivos propios o paracomercializar.

e) El biogs tiene diferentes aplicaciones que se comentarn ms adelante entre ellas, la deproducir electricidad con motores generadores de pequeas dimensiones. Esta puede seruna alternativa a las instalaciones familiares fotovoltaicas, de menor coste (sumando bio-digestor y generador) y de mayor alcance al aadir gas para cocinar y fertilizante para los

cultivos.

Ilustracin 2.6. Biodigestor familiar (izqda.) y cocinilla de biogs (dcha.)

2.5.1. La tecnologa en Bolivia15

Los Biodigestores en Bolivia, as como todos los procesos y factores inmersos en su uso y aprove-chamiento, es una tecnologa reciente que tuvo sus primeros avances en la dcada de los noventa acargo de la Universidad Mayor de San Simn por medio del Proyecto Biogs con financiamiento dela Cooperacin Alemana (GTZ).

Pese al enfoque y prioridades asumidas por este proyecto (GTZ cooperacin Alemana 1990-1995Cbba, Bolivia) para el desarrollo y aplicacin de los biodigestores como alternativa de solucin al

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afirmar que el proyecto realizado por la GTZ en Bolivia haya conseguido un impacto valorable rela-cionado con sus objetivos y metas.

En resumen, esta fue la nica experiencia importante a nivel nacional, en el uso de los Biodigestores

pero sin xito concreto en su aplicacin a nivel de la problemtica social.Posteriormente, a partir del ao 2001 la ONG Tecnologas en Desarrollo pone en marcha unainiciativa piloto consistente en la implementacin de biodigestores bajo la modalidad de promocinde energas renovables y manejo integral de los residuos slidos enfocada a zonas rurales con algn

tipo de limitacin o deficiencia que afecta uno o varios de los factores relacionados con la calidad devida.

Los aspectos identificados y priorizados por Tecnologas en Desarrollo como pilares de la estrategiade accin se centraron en:

El concepto de energizacin rural como apoyo directo a los esfuerzos locales por resolverproblemas que limitaron el desarrollo integral. Este aspecto primo en la experiencia piloto.

La inclusin de aspectos relacionados con la salud familiar, higiene y salubridad del am-biente domstico. Aspecto que se concret a travs de la instalacin de letrinas de bajocosto operadas en conexin directa con los biodigestores.

El concepto de manejo productivo eficiente y calidad ambiental. Donde los biodigestoresson considerados como la base fundamental para promover estos aspectos a travs de suinfluencia sobre las modalidades tradicionales de cra de ganado, disposicin de desechos

orgnicos, uso eficiente de insumos naturales para la agricultura, lo que repercute de algu-na manera en sobre el cuidado del medio ambiente domstico.

A partir de estos pilares se mejor el esquema tecnolgico general de los biodigestores (procesos,equipos, materiales, tcnicas de instalacin), as como los mecanismos de control y evaluacin deproductos, y los inherentes al impacto social.

Es importante recalcar la adaptabilidad que ha tenido esta tecnologa en Bolivia, pues se ha logradocomo en ningn lugar del mundo instalar sistemas en promedio a ms de 2500 msnm e incluso seha logrado experimentar con sistemas de altiplano a una altura de 4000 msnm con excelentes resul-

tados, siendo la perseverancia y la innovacin tecnolgica de los responsables del proyecto que hanlogrado adecuar y adaptar estos sistemas en el territorio Boliviano, donde su geografa es bastantecambiante y variable con pisos agroecolgicos de diversa forma.

Materiaseca

Masa voltil

(masa orgnica)Inorgnicos Agua

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2.5.2. La produccin de biogs

Con el trmino biomasa se hace referencia a cualquier tipo de materia orgnica que ha tenido su

origen inmediato como consecuencia de un proceso biolgico natural y que pueden ser aprovecha-dos para la produccin de energa.

La digestin anaerbica es un proceso microbiolgico que, en condiciones anaerobias (ausencia deoxigeno) permite transformar la materia orgnica en metano que es el componente mayoritario delbiogs, y el que le da sus propiedades como combustible. Adems de metano, el biogs tambincontiene dixido de carbono (30-50%) y trazas de otros gases como cido sulfhdrico H 2S, que escorrosivo, o nitrgeno. Existen diversos factores que afectan a este proceso y limitan la produccinde biogs, y que conviene, por tanto, tener en cuenta.

Temperatura. La digestin anaerbica se puede llevar a cabo en un amplio intervalo detemperaturas, pero dependiendo del tipo de bacterias que se utilicen se pueden diferenciartres intervalos diferentes. En general, el intervalo mesof lico es el ms utilizado, pese a queen el termoflico es donde se tiene la mayor produccin de biogs. Esto es debido a la ma-yor sensibilidad que presentan las bacterias termoflicas a las pequeas variaciones trmi-cas, lo que conlleva a un mayor control del sistema y, por tanto, a una actividad ms cos-

tosa.

Bacterias Rango de temperaturas (C) Sensibi lidad (C/hora)Psicroflicas menos de 20 2Mesoflicas entre 20 y 40 1Termoflicas ms de 40 0,5

Tabla 2.3. Intervalos de temperaturas en el que trabajan las bacterias anaerbicas. Fuente: Situacinactual de la produccin de biogs y de su aprovechamiento (GTZ Gmbh, 1999)

Nutrientes. Para el desarrollo del proceso se necesita, adems de una fuente de carbono yenerga, la presencia de una serie de nutrientes minerales (nitrgeno, azufre, fsforo, pota-sio, calcio, magnesio, etc.). En el medio a digerir debe haber una relacin adecuada entrenutrientes para el desarrollo de la flora bacteriana. Dependiendo de la materia prima con laque se alimente el biodigestor, la proporcin entre los diferentes nutrientes variar y parauna clase dada de bacterias, a una temperatura dada y un tiempo de permanencia fijo, ob-

tendremos una cantidad diferente de biogs. As por ejemplo y de forma aproximada porcada kilo de estircol fresco de cerdo obtendremos 51 litros de biogs al da mientras quesolo 35,3 si el estircol es de vaca.

Acidez del medio, pH. Es uno de los parmetros de control ms habituales debido a que encada fase del proceso los microorganismos presentan mxima actividad en un inter