aprovechamiento energetico del biogas en el salvador[1]

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

“JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”

APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS EN

EL SALVADOR

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PARA OPTAR AL GRADO DE

INGENIERO MECÁNICO

POR:

JOSÉ ALFREDO HIDALGO BONILLA

VÍCTOR ARTURO MARAVILLA CARRANZA

WILLIAM OMAR RAMÍREZ CASTRO

OCTUBRE 2010

ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A.

RECTOR

JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J.

SECRETARIO GENERAL

RENÉ ALBERTO ZELAYA

DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA

COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MARIO WILFREDO CHÁVEZ

DIRECTOR DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN

ISMAEL ANTONIO SÁNCHEZ

LECTOR

MARIO WILFREDO CHÁVEZ

AGRADECIMIENTOS

Deseamos en primer lugar, agradecer a Dios Todopoderoso por brindarnos la sabiduría, fortaleza

y perseverancia para poder alcanzar la culminación de nuestros estudios universitarios. Asimismo,

deseamos agradecer a nuestros padres por la forma en que ellos se sacrificaron para lograr

nuestra formación profesional, por sus cuidos, enorme paciencia y sobre todo por el apoyo que nos

dieron a lo largo de esta carrera. El agradecimiento también se extiende a nuestros catedráticos,

quienes nos han guiado por este camino llevándonos a las puertas del éxito mediante la exigencia

diaria, continua y disciplinada. A nuestros compañeros y amigos, que también nos han

acompañado en este duro camino, brindándonos su apoyo y ayuda a cada momento. Nuestros

sinceros agradecimientos se extienden también a nuestro asesor de tesis, Ingeniero Ismael

Sánchez, quien nos guió y aconsejó de la mejor manera para así lograr formar el presente trabajo

de graduación. A nuestro coordinador de carrera, Ingeniero Mario Chávez. A la Ingeniero Graciela

Cortez y al Ingeniero Rodolfo Tadeo Ramírez, de DIMMA S.A de C.V por su apoyo y asesoría

invaluables. A Gloria Ávila y Carlos Mario Flores, del departamento de Ciencias Energéticas y

Fluídicas, por su apoyo y ayuda. A la Ingeniero Marta Escoto, del Departamento de Tecnología y

Procesos por su ayuda. A los estudiantes de 5to. Año de Ingeniería Química, Mayra, Virginia y

Kevin por su colaboración. Por último, a las personas encargadas de los proyectos en los cuales

nos abrieron las puertas para así poder terminar la presente tesis: El Ingeniero Oscar Valle de la

Hacienda Miravalle, a Don Saulo, Doña Santos, y Daniel, de ACASA, San Marcos Lempa, quienes

nos brindaron todo el apoyo y ayuda necesaria para poder llevar este trabajo de graduación a feliz

término.

Alfredo Hidalgo, William Ramírez y Arturo Maravilla.

DEDICATORIA

La presente tesis y mis logros académicos quiero dedicárselos a Dios Todopoderoso que me ha

permitido llegar hasta esta etapa de mi vida y que me ha dado fuerzas, paciencia y voluntad para

salir adelante, ser un buen profesional y un buen hombre.

Con mucho agradecimiento, alegría y amor quiero dedicarle el fruto de todos estos años de

dedicación a mi Padre José Antonio Hidalgo que con mucho sacrificio y su amor me ha apoyado

para salir adelante y convertirme en un profesional por medio de sus consejos, orientación y

soporte económico lo cual me motivo a lo largo de todos estos años para llegar hasta donde estoy.

A mi madre Rosa Irma Bonilla de Hidalgo que por medio de su amor incondicional, su alegría,

consejos y paciencia siempre me motivo para ser un buen hombre y para tener fe, esperanza,

paciencia y sobre todo a Dios en mi corazón para salir adelante en momentos difíciles de mi

carrera y en todos los retos que implicó el llegar hasta donde estoy.

A mis hermanos: Lorena Isabel y a su hija Emily Camille nuestro nuevo miembro de la familia, con

mucho amor les dedico este esfuerzo en la distancia. Sonia Carolina que con su singular alegría y

esperanzas en mi, siempre me motivo a salir adelante para convertirme en un profesional. Carlos

Iván mi único hermano y a pesar de tantos años de ausencia también quiero dedicarle este éxito

personal en la distancia. A todos ellos con un especial cariño quiero compartir este éxito el cual se

los dedico con todo mi amor.

A mi queridísima novia Fátima Valle quiero dedicarle de manera especial este esfuerzo del cual ha

sido participe, ya que ha estado en los momentos más cruciales de mi vida y mi carrera estos

últimos 5 años apoyándome con su todo su amor, cariño, consejos y su especial alegría para que

no me dejara vencer por los obstáculos y adversidades. A ella una dedicación especial desde mi

corazón.

A mis compañeros de Ing. mecánica que con su singular alegría me hicieron olvidar momentos

difíciles que atravesamos a lo largo de toda la carrera.

Y por último a un compañero también mecánico que partió antes que todos y está en el cielo al

lado de Dios, José Alejandro Coto a él una dedicación especial.

José Alfredo Hidalgo Bonilla.

DEDICATORIA

En primer lugar, deseo agradecer a mis Padres, Arturo y Teresa, quienes con su apoyo, cuidos,

sacrificio, enorme paciencia, bondad y gran amor, han permitido que llegue a este punto de mi

vida, brindándome todo lo que necesité para lograr alcanzar el éxito en mis estudios superiores.

Agradezco a ellos la persona que han hecho de mí, mediante sus enseñanzas, consejos, disciplina

y afecto. El presente logro no depende mí solamente, la mayor parte es gracias a ellos…

Agradezco a mis hermanas Lorena y Lidia, ya que son las mejores hermanas que alguien puede

tener. Gracias a ellas, porque son como segundas madres para mí, por sus enseñanzas, cariño,

cuidado, y apoyo; ya que parte de quién soy, es gracias a ellas…

A mi novia Paola Páez, ya que ella ha sido un apoyo incondicional en los últimos años de mi

carrera universitaria. Porque ella supo ser un Ángel cuando más la necesitaba, porque estuvo

conmigo en uno de los momentos más difíciles de mi vida, apoyándome y sacándome adelante.

Por brindarme su amor incondicional a pesar de todo.

A mi Familia en general, porque siempre me han brindado afecto a lo largo de mi vida.

A mis hermanos, amigos de infancia Juan Manuel y Willie. A mis amigos, hermanos del colegio,

William, Erick, Próspero y Christian (Q.E.P.D), quienes a lo largo de los años han sido mis amigos

incondicionales, apoyándome y ayudándome en todo lo que han podido, compartiendo conmigo

estudios, desastres, momentos difíciles y alegrías. A todos mis compañeros de universidad,

quienes compartieron conmigo desvelos, preocupaciones y trabajos extenuantes. A Alfredo y

William, quienes han compartido conmigo esta tesis, trabajando duramente y con mucha paciencia.

A sus familias por apoyarnos y brindarnos su hospitalidad cuando lo hemos requerido.

También deseo agradecer a la vida misma, porque casi siempre me ha puesto durísimos

obstáculos enfrente, los cuales he podido superar gracias a mi determinación, al apoyo de mis

seres queridos y la ayuda de Dios.

Por último, no sin menos importancia, a Dios Todopoderoso por haberme traído hasta aquí…

Víctor Arturo Maravilla Carranza

DEDICATORIA

A Dios que me ha dado vida y que sin Él no soy nada.

A mis padres José Gonzalo y Dominga, que son los mejores padres del mundo y me han dado más

de lo que yo he necesitado para este logro. Gracias por todo su amor, atención, cuido y

preocupación para mí. En toda mi vida mil gracias.

A mi hermana Mayra que siempre está conmigo en las buenas y en las malas. Gracias hermanita.

A mis tíos, primos y demás familia, a quienes me gustaría nombrarlos todos pero no me alcanzaría

la página, gracias por su cariño y apoyo, son muy especiales.

A mis amigos y compañeros Alfredo y Arturo con quienes tuve la dicha de elaborar el trabajo de

graduación. Gracias por su empeño y dedicación.

A mis compañeros de U con quienes trabajé y estudié a lo largo de todas las materias de mi

carrera. Gracias por todos los momentos compartidos.

A todos mis maestros desde kínder hasta la universidad, gracias por su formación.

A todos mis buenos amigos que son muchos y que me apoyaron de muchas maneras para poder

alcanzar mi meta, los tendré siempre en mi corazón.

William

i

RESUMEN EJECUTIVO

La actual situación mundial respecto al tema energético, muestra un panorama de cambio en

cuanto a la utilización de energías tradicionales optando por las energías de carácter renovable. A

nivel mundial la utilización de las tecnologías renovables en los últimos años ha ido aumentando

considerablemente, debido a que las energías renovables son amigables con el medio ambiente,

su existencia no se agota con su utilización ya que vuelven a su estado original y/o se regeneran;

contrario a las desventajas que los combustibles fósiles presentan, encareciéndose con el tiempo

además de agotarse y la contaminación que estos causan al medio ambiente.

Debido a esto, se ha observado apertura respecto a la implementación de este tipo de tecnologías

a nivel mundial. En nuestro país, desde alrededor de 25 años ya existía previo conocimiento del

tema, pero no así la asesoría técnica, ni el incentivo de implementación por parte del gobierno,

instituciones privadas u organizaciones afines al tema. Con el paso de los años se ha observado

un aumento en el desarrollo de este tipo de tecnologías renovables, como lo es en este caso la

generación de biogás a través de materia orgánica biodegradable.

Mediante la utilización de materia orgánica biodegradable dentro de la cual se encuentran: excretas

de cerdo, vacas, gallinas, residuos vegetales, aguas servidas; se reduce significativamente la

contaminación de suelos, mantos acuíferos, ríos, por vertidos de las mismas, así como la

contaminación del aire causado por las emisiones de los gases producto de la descomposición de

esta materia orgánica, la proliferación de enfermedades, etc. Asimismo se obtiene una serie de

beneficios tales como la generación de un combustible rico en metano, el cual posee

características óptimas para su utilización, bajo costo de producción e implementación, bajos

costos de operación y una baja inversión inicial.

En el presente trabajo de graduación se ha querido demostrar el aprovechamiento energético que

se puede obtener del biogás, mediante la optimización de biodigestores que ya se encontraban en

funcionamiento al momento del inicio de esta tesis, tal es el caso de el biodigestores de la

hacienda Miravalle y el de ACASA - San Marcos Lempa, en los cuales el uso del biogás está

orientada a la generación de energía eléctrica y a la cocción de alimentos respectivamente.

También el presente, se ha elaborado con el objetivo de incentivar a la población salvadoreña y en

general al uso y aprovechamiento energético que brinda la gran cantidad de materia

biodegradable que se produce a diario, principalmente en las zonas rurales, para el caso de

excretas de vaca y de cerdo, asimismo en las urbes en donde también se producen desechos

orgánicos y vegetales, de los cuales se puede obtener biogás a partir de su degradación por medio

de la implementación de digestores. Con esto se busca demostrar que es un proyecto

ii

económicamente rentable, cuando se elabora de manera sistemática, con la asesoría adecuada y

de los cuales se obtiene un beneficio económico de impacto directo, ya que se evita el uso de

combustibles convencionales como el gas propano o leña.

Actualmente en nuestro en país ya existen empresas, organizaciones y personas particulares, que

hacen uso de biodigestores para generar biogás en diversas aplicaciones y en diferentes rubros.

Entre estas empresas se encuentran Industrias La Constancia, la cual produce biogás a partir de

aguas residuales que provienen de los diferentes procesos de elaboración en la planta de

cervezas, reduciendo la contaminación de ríos y quebradas por el vertido de estas. El biogás

producido en ILC se utiliza para fines calóricos dentro de la misma planta. CAFECO, que es un

beneficio que busca reducir la contaminación de mantos acuíferos, ríos y suelos, mediante el

tratamiento de aguas-mieles producto del proceso de despulpado del grano de café, mediante la

utilización de un biodigestor que al mismo tiempo produce biogás, el cual no tiene una aplicación

en específico. En este lugar predomina la finalidad del tratamiento de agua, y la generación de

biogás es un beneficio que se obtiene indirectamente de dicha tratamiento. La granja San José, un

lugar donde se busca reducir el impacto producido por los vertidos de aguas que se utilizan para

limpieza de los corrales de los cerdos. El biogás generado se utiliza para la cocción de alimentos

y por último La hacienda Miravalle, la cual busca convertirse en la primera planta en

funcionamiento en la región Centroamericana, que genera energía eléctrica mediante la utilización

del biogás

Se busca dar a conocer diferentes tipos de tecnologías existentes en el mercado para el

aprovechamiento energético del biogás, para los diferentes fines de utilización, ya sea calórico,

mediante el uso de quemadores para calefacción, iluminación con lámparas especiales; para la

cocción de alimentos mediante el uso de hornillas, arroceras, cocinas, quemadores, etc., usos

industriales, tales como el quemado en calderas, motores con los cuales se busca generar trabajo

mecánico, generación eléctrica mediante el uso de generadores o microturbinas especialmente

diseñadas para el uso con biogás.

Es importante realizar análisis químicos al tipo de materia orgánica a utilizar para la generación de

biogás, ya que estos son indicadores de la calidad de la mezcla con la que se está alimentando el

digestor y los cuales garantizan un funcionamiento exitoso del mismo, el cual se verá reflejado con

una buena producción de biogás, así como la calidad del mismo. Para esto es necesario realizar un

monitoreo continuo y sistemático desde el inicio o puesta en marcha del digestor de las variables

que se ven directamente relacionadas con el proceso de generación del biogás, por medio de toma

de muestras del influente y efluente en el digestor, para ser sometidos a análisis de pH, DQO y

ácidos grasos los cuales son un indicador de que tan bien se está degradando la materia orgánica

que entra al digesto. Se plantea que una exitosa generación de biogás está completamente ligada

a un buen proceso de selección de la materia orgánica a descomponer, un pre-tratamiento de la

iii

misma así como un proceso de carga sistemático que se opere bajo un régimen gradual en su

inicio para lograr la estabilización dentro del reactor respecto a la generación de bacterias que

permiten la producción del biogás, tanto como el previo calculo y manejo del tiempo de retención

hidráulico que debe de respetarse para la optima generación del biogás.

Dentro del funcionamiento de los digestores anaerobios, existen muchas otras variables que

influyen también en su óptimo funcionamiento como: ubicación, temperatura ambiental, así como

otros factores externos tales como la contaminación por agentes o bacterias extrañas, químicos,

etc. Los estudios previos a la construcción de un biodigestor deben ir encaminados a la

investigación de dichas variables, para así garantizar un funcionamiento apropiado del digestor.

Desde el punto de vista económico, la construcción de un digestor ofrece muchísimas ventajas

económicas, esto debido a su bajo costo operacional y al gran número de ahorros energéticos que

este produce a través del tiempo de vida estipulado.

La operación y mantenimiento de un biodigestor debe ser un proceso programado y ordenado, ya

que la producción óptima de biogás depende en gran medida de la forma en que el biodigestor se

opere a diario. Los tiempos de carga, así como las proporciones de carga deben ser las

adecuadas. La selección de la materia prima y el cuidado que se debe tener de no contaminar la

materia prima con agentes extraños, debe ser también una parte importante del régimen de

operación de la planta.

Se plantea que las excretas de cerdo poseen un mayor potencial de generación respecto a las

excretas producidas por ganado vacuno. Esto se debe a las cualidades del estiércol porcino, ya

que estas se encuentran conformadas de materia mucho más homogénea debido al proceso de

digestión rápido y a la alimentación del animal. Además de esto, las excretas porcinas son menos

sensibles a cambios externos. El estiércol de ganado vacuno por otro lado, se encuentra

conformado en su mayoría por fibra muy digerida debido al proceso de digestión del animal, y por

su naturaleza es más susceptible a los cambios externos.

Una vez se tiene un biodigestor funcionando de manera óptima es importante llevar un historial de

monitoreo de las diferentes variables que se encuentran relacionadas al funcionamiento del mismo,

así como la realización de análisis y muestreos que ayudan a determinar y monitorear el

funcionamiento del digestor, lo cual es de gran ayuda para localizar oportunidades de mejora que

se pueden implementar para optimizar aún más el proceso de producción de biogás.

ÍNDICE

RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................................... i

ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... ix

ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... xi

SIGLAS ............................................................................................................................................ xiii

ABREVIATURAS ............................................................................................................................. xv

UNIDADES DE MEDIDA ................................................................................................................. xvii

SIMBOLOGÍA ................................................................................................................................. xix

PRÓLOGO…………………………………………………………………………………………………...xxi

CAPÍTULO 1: GENERALIDADES DEL BIOGÁS ............................................................................... 1

1.1 Composición del biogás .......................................................................................................... 1

1.2 Biodigestor............................................................................................................................... 2

1.3 Parámetros para evaluar el funcionamiento de un biodigestor ................................................ 2

1.3.1 pH (Potencial Hidrógeno) ........................................................................................... 3

1.3.2 DQO ......................................................................................................................... 3

1.3.3 Ácidos grasos ............................................................................................................ 5

1.3.4 Contenido de metano y dióxido de carbono en una muestra de biogás (BMP) ................ 6

1.3.5 Temperatura........................................................................................................................ 7

1.3.6 Temperatura de llama. ................................................................................................ 8

CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN DE UNA PLANTA GENERADORA DE BIOGÁS ............................. 11

2.1 Planta generadora de biogás ................................................................................................. 11

2.2 Descripción de los dispositivos de una planta generadora de biogás ................................... 13

2.2.1 Dispositivos de almacenamiento y transporte de biogás ............................................... 13

2.2.2 Sistema de tuberías ................................................................................................... 17

2.2.3 Dispositivos de tratamiento de biogás ......................................................................... 24

2.2.4 Dispositivos de seguridad .......................................................................................... 28

2.2.5 Dispositivos para la aplicación del biogás.................................................................... 31

CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DEL BIOGÁS EN EL SALVADOR ................ 37

3.1 Industrias La Constancia ........................................................................................................ 37

3.1.1 Proceso de operación .............................................................................................. 37

3.1.2 Producción y utilización del biogás ............................................................................. 40

3.1.3 Caracterización de dispositivos de la planta. ............................................................... 40

3.2 Beneficio Atapasco ................................................................................................................ 43

3.2.1 Proceso de operación ............................................................................................... 44

3.2.2 Producción y utilización del biogás ............................................................................ 46

3.2.3 Caracterización de dispositivos de la planta ............................................................... 46

3.3 Biodigestor Granja San José ................................................................................................. 46



3.4 Biodigestor Hacienda Miravalle ............................................................................................. 49

3.4.1 Proceso de operación ....................................................................................................... 50

3.4.2 Producción de biogás y utilización .............................................................................. 53

3.4.3 Análisis químicos efectuados en Biodigestor Miravalle ................................................ 54

3.4.4 Mejoras realizadas en Biodigestor Miravalle ............................................................... 55

3.5 Biodigestor ACASA – San Marcos Lempa ............................................................................ 60



3.5.3 Análisis químicos efectuados en Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa .................. 63

3.5.4 Mejoras realizadas en Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa................................. 66

CAPÍTULO 4: ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICO - ECONÓMICO Y PROCESO DE

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE UNA PLANTA GENERADORA DE BIOGÁS ................... 71

4.1 Estudio de factibilidad técnico - económico de una planta generadora de biogás ................. 73

4.1.1 Prefactibilidad ........................................................................................................... 73

4.1.2 Factibilidad técnica ................................................................................................... 73

4.1.3 Evaluación económica .............................................................................................. 75

4.2 Evaluación económica ........................................................................................................... 77

4.2.1 Supuestos empleados en la evaluación económica de digestores en estudio ............... 77

4.2.2 Biodigestor Hacienda Miravalle. Resultados de evaluación .......................................... 77

4.2.3 Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa. Resultados de evaluación ........................... 88

4.3 Manual de operación y mantenimiento ................................................................................... 93

4.3.1 Manual de operación de una planta generadora de biogás .......................................... 93

4.3.2 Manual de mantenimiento de una planta generadora de biogás .................................. 95

CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 99

5.1 Conclusiones .......................................................................................................................... 99

5.1.1 Digestor Hacienda Miravalle ...................................................................................... 99

5.1.2 Digestor ACASA – San Marcos Lempa....................................................................... 99

5.1.3 Generales ....................................................................................................................... 100

5.2 Recomendaciones ............................................................................................................... 101

5.2.1 Digestor Hacienda Miravalle ..................................................................................... 101

5.2.2 Digestor ACASA - San Marcos Lempa ...................................................................... 102

GLOSARIO .................................................................................................................................... 103

REFERENCIAS ............................................................................................................................. 109

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 111

PÁGINAS WEB……………………………………………………………………………………………..113

ANEXO A. RESULTADOS DE ANÁLISIS

ANEXO B. PLANOS

ANEXO C. BITÁCORA DE MONITOREO BIODIGESTOR HACIENDA MIRAVALLE

ix

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. 1 Composición química del biogás ....................................................................................... 2

Tabla 2. 1 Ventajas y desventajas de materiales de tuberías para el transporte de biogás ............. 18

Tabla 2. 2 Materiales plásticos para sistemas de tuberías para gas presurizado ........................... 20

Tabla 3. 1 Valores obtenidos en los análisis del día 14 de Mayo de 2010 en el Biodigestor

Hacienda Miravalle. Influente ......................................................................................... 54

Tabla 3. 2 Valores obtenidos en los análisis del día 14 de Mayo de 2010 en el Biodigestor

Hacienda Miravalle, Efluente .......................................................................................... 55

Tabla 3. 3 Alturas pileta de carga y mezcla correspondientes a cada proporción ............................ 59

Tabla 3. 4 Valores obtenidos en los análisis realizados el día 12 de Junio de 2010 en San Marcos

Lempa ............................................................................................................................ 63

Tabla 3. 5 Valores obtenidos en los análisis realizados el día 12 de Junio de 2010 en San Marcos

Lempa ............................................................................................................................ 63

Tabla 3. 6 Resultados del análisis de biogás de ACASA – San Marcos Lempa .............................. 65

Tabla 3. 7 Tabla comparativa entre los diferentes tipos de biodigestor en El Salvador. .................. 71

Tabla 4. 1 Costos por asesoría técnica Biodigestor Hacienda Miravalle .......................................... 78

Tabla 4. 2 Costos de construcción y equipamiento .......................................................................... 79

Tabla 4. 3 Costos de puesta en marcha........................................................................................... 80

Tabla 4. 4 Costos de operación (mensuales) ................................................................................... 81

Tabla 4. 5 Costos de mantenimiento (mensual) ............................................................................... 82

Tabla 4. 6 Costos de mantenimiento (anual) .................................................................................... 82

Tabla 4. 7 Cálculo del precio de ahorros energéticos e inversión inicial en Biodigestor Miravalle ... 83

Tabla 4. 8 Gastos mensuales anualizados ....................................................................................... 84

Tabla 4. 9 Flujo de efectivo Biodigestor Hacienda Miravalle ............................................................ 87

Tabla 4. 10 Costos de construcción y equipamiento ........................................................................ 88

Tabla 4. 11 Costos de mantenimientos anuales requeridos en ACASA - San Marcos Lempa ........ 89

Tabla 4. 12 Flujos de efectivo Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa ………………………...…..91

Tabla 4.13 Flujos de efectivo Biodigestor ACASA - San Marcoes Lempa …………………………..92

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. 1 pH-imetro . ...................................................................................................................... 3

Figura 1. 2 Fotómetro Merck C 118 .................................................................................................. 5

Figura 1. 3 Termorreactor ................................................................................................................ 5

Figura 1. 4 Equipo para análisis de ácidos grasos ............................................................................ 6

Figura 1. 5 Instrumentos para el análisis del biogás ......................................................................... 7

Figura 1. 6 Temperatura teórica de la llama del biogás en función del porcentaje de metano CH4

por volumen ..................................................................................................................... 9

Figura 2. 1 Esquema típico de una planta generadora de biogás ................................................... 12

Figura 2. 2 Gasómetros. Principio de funcionamiento ..................................................................... 13

Figura 2. 3 Dimensiones para estimar la cantidad de biogás almacenada en un gasómetro. ......... 14

Figura 2. 4 Sopladores centrífugos ................................................................................................. 17

Figura 2. 5 Diámetro de tubería recomendado en pulgadas .......................................................... 19

Figura 2. 6 Señales de prevención contra incendios para áreas de riesgo por incendio ............... 23

Figura 2. 7 Señalización de sentido de flujo en tuberías. ................................................................ 23

Figura 2. 8 Ensamble del diseño de filtro para la eliminación de H2S ............................................ 25

Figura 2. 9 Filtro para eliminar el CO2 ........................................................................................... 26

Figura 2. 10 Configuración gasómetro – filtro para eliminación de CO2 .......................................... 27

Figura 2. 11 Purga para la eliminación del condensado de agua contenido en el biogás ............... 28

Figura 2. 12 Válvula de alivio .......................................................................................................... 29

Figura 2. 13 Antorcha para la quema de biogás ............................................................................. 30

Figura 2. 14 Arrestallama ................................................................................................................ 31

Figura 2. 15 Motobomba BRANCO con su paquete de filtros para H2S .......................................... 32

Figura 2. 16 Generador eléctrico a base de biogás marca PUXIN .................................................. 32

Figura 2. 17 Cocina a base de biogás marca PUXIN ...................................................................... 33

Figura 2. 18 Arrocera a base de biogás marca PUXIN ................................................................... 34

Figura 2. 19 Calentador a base de biogás marca PUXIN................................................................ 34

Figura 2. 20 Lámpara a base de biogás marca PUXIN ................................................................... 35

Figura 2. 21 Microturbina Capstone C30. ........................................................................................ 36

Figura 3. 1 Pila de homogenización ............................................................................................... 38

Figura 3. 2 Acidificador natural ........................................................................................................ 39

Figura 3. 3 Reactor anaeróbico ....................................................................................................... 40

Figura 3. 4 Banco de bombas ........................................................................................................ 41

xii

Figura 3. 5 Medidor de flujo del biogás generado ……………………………………………………...42

Figura 3. 6 Válvula de alivio. ......................................................................................................... 43

Figura 3. 7 Vista general del reactor Beneficio Atapasco ................................................................ 44

Figura 3. 8 Esquema de reactor tipo UASB .................................................................................... 45

Figura 3. 9 Granja San José .......................................................................................................... 47

Figura 3. 10 Conjunto de biodigestores de Granja San José ......................................................... 48

Figura 3. 11 Vista general de Biodigestor Hacienda Miravalle ....................................................... 50

Figura 3. 12 Dimensiones de Biodigestor Hacienda Miravalle ........................................................ 52

Figura 3. 13 Detalle del funcionamiento del digestor tipo Tai ......................................................... 53

Figura 3. 14 Gasómetro instalado en Hacienda Miravalle ............................................................... 57

Figura 3. 15 Detalle de la bitácora de monitoreo de Biodigestor Hacienda Miravalle ..................... 60

Figura 3. 16 Digestor artesanal ACASA - San Marcos Lempa ....................................................... 61

Figura 3. 17 Digestor anaeróbico elaborado de geomembrana plástica ........................................ 62

Figura 3. 18 Conjunto hornilla y válvula para el uso del biogás ..................................................... 63

Figura 3. 19 Medición de temperatura de llama ............................................................................. 66

Figura 3. 20 Gasómetro instalado en ACASA - San Marcos Lempa .............................................. 67

Figura 3. 21 Filtro para la eliminación del H2S instalado en ACASA - San Marcos Lempa ............ 68

Figura 3. 22 Proceso de ensamble de filtro H2S ............................................................................. 69

Figura 3. 23 a) Color de llama antes de la instalación del filtro y b) Color de llama después de la

instalación del filtro ..................................................................................................... 69

Figura 4.1 Consumo del generador eléctrico y generación de biogás en el reactor…………………85

xiii

SIGLAS

ABS: Acrilonitrilo Butadieno Estireno.

ACASA: Asociación Comunal Administradora del Sistema de Agua de San Marcos Lempa.

ASPORC: Asociación Salvadoreña de Porcinocultores de El Salvador.

ASTM: American Section of the International Association for Testing Materials.

BPM: Biochemical Methane Potential.

CEL: Comisión Ejecutiva Hidroeléctrica del Río Lempa.

DQO: Demanda Química de Oxigeno.

ES: El Salvador.

ESCAP: Economic and Social Commission for Asia and the Pacific.

FIAES: Fondo de Iniciativa de Las Américas El Salvador.

ICAITI: Instituto Centroamericano de Investigación y Tecnología Industrial.

ILC: Industrias La Constancia.

PB: Polibutileno.

PE: Polietileno.

PLC: (Programmable Logic Controller) Controlador Lógico Programable.

PVC: (Polyvinyl chloride) Policloruro de vinilo.

S.A de C.V.: Sociedad anónima de capital variable.

SG – SICA: Secretaria General del Sistema de la Integración Centroamericana.

SICA: Sistema de la Integración Centroamericana.

SIGET: Superintendencia General de Electricidad y Telecomunicaciones.

SNET: Servicio Nacional de Estudios Territoriales

U.S.: United States of America.

xiv

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket.

UCA: Universidad Centroamericana José Simeón Cañas.

xv

ABREVIATURAS

Ag: Área superficial del gasómetro en (m2), es decir el área del barril o recipiente invertido.

Arq.: Arquitecto.

Fig.: Figura.

Hg: Altura del barril invertido la cual se mide desde el nivel del agua (sello hidráulico) hasta el

borde superior del mismo (m).

hrs.: Horas.

Ing.: Ingeniero.

Lab.: Laboratorio.

mca.: Metros de columna de agua.

Mtto.: Mantenimiento.

p.: Página.

rpm: Revoluciones por minuto.

Tel.: Teléfono.

Ve: Volumen de estiércol.

Vg: Cantidad estimada de biogás almacenado en el gasómetro (m3).

Vol.: Volumen (Tomo).

xvii

UNIDADES DE MEDIDA

C: Grados Celsius

F: Grados Fahrenheit

A: Amperios

Bar: Bares

BTU: Unidades Térmicas Británicas

cm: Centímetro

ft: Pie

Hz: Hertz

in(”): Pulgadas

Kcal: Kilo calorías

Kg: Kilogramo

kJ: KiloJoules

kW: Kilowatt

kWh: Kilowatt hora

L: Litro

lbs: Libras

m: Metros

min: Minutos

mL: Mililitros

mm: Milímetro

Pa: Pascales

Psi: Libras sobre pulgadas cuadradas

s: Segundos

xviii

US$: Dólares norteamericanos

xix

SIMBOLOGÍA

%: Porcentaje

: Densidad

AC: Corriente Alterna

DC: Corriente Directa

g: Gravedad

h: Altura

P: Presión

V: Voltios

W: Potencia (Watts)

Δh: Diferencia de alturas

xxi

PRÓLOGO

En el presente trabajo de graduación se describen algunas aplicaciones del uso del biogás y el

aprovechamiento energético en El Salvador. La implementación de estas tecnologías renovables

se ha incrementado en los últimos años debido a la nueva legislación ambiental vigente en nuestro

país y también debido a la necesidad del tratamiento de las aguas residuales provenientes de la

industria. Aparte del beneficio ambiental obtenido, la producción de biogás ofrece un beneficio

económico con la implementación de aplicaciones en la generación de energía eléctrica,

calentamiento de procesos, accionamiento de motores y en la cocción de alimentos.

En el primer capítulo se hace una descripción de las generalidades del biogás, su composición, su

generación por medio de digestores y así también se describen una serie de parámetros que

indican el estado del funcionamiento de un digestor, tales como: pH, temperatura interna del

digestor, DQO, ácidos grasos, temperatura de llama y el contenido de metano en una muestra de

biogás.

En el segundo capítulo se describen las partes de una planta típica generadora de biogás,

clasificados por: dispositivos de almacenamiento y transporte de biogás, sistemas de tuberías y

todas sus consideraciones, dispositivos para el tratamiento del biogás, dispositivos para la

seguridad en una planta de biogás y por último los dispositivos de aplicación y aprovechamiento

del biogás.

En el tercer capítulo se describe la utilización y aprovechamiento del biogás en diferentes procesos

de la industria salvadoreña. Se citan instituciones como: Industrias La Constancia, Beneficio de

Café Atapasco, Biodigestor Granja San José, Hacienda Miravalle y Biodigestor ACASA - San

Marcos Lempa.

En el cuarto capítulo se presenta un estudio de factibilidad técnica y económica realizada en la

Hacienda Miravalle y ACASA – San Marcos Lempa. Asimismo se presenta un manual de

operación y de mantenimiento para un biodigestor en general.

En el quinto capítulo se enumeran las conclusiones del documento en base a los análisis

realizados y al resultado de las pruebas obtenidas a lo largo del desarrollo del trabajo. Por último,

con la finalidad de la implementación de mejoras, se enumera una serie de recomendaciones para

ambos digestores.

1

CAPÍTULO 1: GENERALIDADES DEL BIOGÁS

El biogás se produce mediante un proceso de degradación de la materia orgánica bajo condiciones

anaeróbicas, o sea en ausencia de oxígeno. La digestión anaeróbica es producto de la acción de

bacterias, las cuales se denominan metanogénicas, y las cuales degradan la materia, liberando

metano en el proceso. Dichas bacterias metanogénicas son el último eslabón de una cadena de

microorganismos encargados de degradar las materias orgánicas y devolver los productos

descompuestos al medio ambiente. De esta forma el biogás es generado como una fuente de

energía renovable.

La producción de biogás es un modo útil de tratar residuos biodegradables y a su vez se puede

utilizar para diversas aplicaciones tales como: producción de energía eléctrica mediante turbinas o

plantas generadoras a gas, en hornos para el calentamiento, en diversos procesos industriales, en

estufas para la cocción de alimentos, calderas, u cualquier sistema de combustión a gas que

previamente han sido adaptados para tal efecto.

Cada año entre 590-880 millones de toneladas de metano son liberados al medio ambiente en el

mundo, todo debido a la actividad microbiológica. Cerca del 90% de dicho metano emitido se

deriva de fuentes biológicas tales como la descomposición de biomasa.

1.1 Composición del biogás

El biogás es un gas combustible formado en su mayoría por metano (CH4) y por dióxido de

carbono (CO2), aparte de contener pequeñas cantidades de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno,

monóxido de carbono y trazas de sulfuro de hidrógeno (H2S) (Tabla 1.1) el cual le proporciona un

olor característico a azufre. La llama producida por el biogás al ser quemado es de color azul

pálido, casi invisible a la luz del día; siendo su poder calorífico cercano a 5342 kilocalorías por m3

[ICAITI, Manual de Construcción y Operación Planta de Biogás, 1983, p.7].

2

Tabla 1. 1 Composición química del biogás. [Fuente: Manual de construcción y operación planta de biogás, ICAITI – ROCAP No 596-0089 D102-1983: p. 66]

Composición del Biogás.

Componente Porcentaje %

Metano (CH4) 54 – 70 %

Bióxido de Carbono (CO2) 27 – 45 %

Nitrógeno (N2) 0.5 – 3 %

Hidrógeno (H2) 1 – 10 %

Acido Sulfhídrico (H2S) 0.1 %

1.2 Biodigestor

Un biodigestor es un sistema natural que toma ventaja de la digestión anaeróbica y que transforma

biomasa o materia orgánica degradable, en biogás y/o fertilizantes. En principio, todos los

materiales orgánicos pueden ser fermentados o digeridos, sin embargo, solo sustratos líquidos u

homogéneos pueden ser considerados para plantas de biogás simples. Entre estos se encuentran

heces y orina de ganado, cerdos, aves, aguas negras, desechos vegetales, residuos de cosechas,

entre otros. Aguas servidas de industrias de procesamiento de alimentos pueden ser utilizados

también si este sustrato es homogéneo en su forma líquida. La producción máxima de biogás dada

una cantidad de materia cruda, depende directamente del tipo de sustrato envuelto.

Normalmente, el biogás producido por un digestor puede ser usado tal como está, de la misma

forma que cualquier otro gas combustible. Sin embargo, es posible y deseable que un tratamiento

posterior sea realizado para remover gases no deseables o impurezas.

1.3 Parámetros para evaluar el funcionamiento de un biodigestor

Para el buen funcionamiento de un digestor en general es muy importante el monitoreo en forma

periódica de ciertos parámetros que están estrechamente vinculados con la generación del biogás,

dichos parámetros son: temperatura, pH, DQO y ácidos grasos, los cuales son indicadores y nos

dan una idea de que tan bien o mal se puede estar desarrollando el proceso de generación de

biogás dentro de un reactor, para lo cual cada propiedad tiene un rango de valores establecidos y

los cuales se deben mantener en el reactor en cierto rango para garantizar la buena y constante

producción de biogás. También es importante la determinación de parámetros como la cantidad de

3

metano CH4 y dióxido de carbono CO2 contenido en el biogás así como la temperatura de la llama

generada por el mismo.

1.3.1 pH (Potencial Hidrógeno)

El pH es un parámetro de operación obligatorio, el cual nos dice si el reactor está operando en un

medio ácido o básico. En general, un reactor debe estar operando en un medio neutro para

asegurar que las condiciones sean las adecuadas para mantener las bacterias metanogénicas en

un ambiente idóneo para su supervivencia y reproducción.

Para asegurar un exitoso proceso de fermentación anaeróbico dentro del biodigestor, el valor de

pH debe oscilar entre 6.5 y 7.5, o sea, cerca del valor neutro de la escala la cual varía de 0 a 14.

[ICAITI, 1983 – “Manual de Operación y Construcción de una planta de Biogás” - p.9]

Para realizar la medición de pH se utiliza un instrumento de campo denominado pH-imetro, el cual

está conformado por un electrodo que mide la diferencia de potencial dentro de la muestra, y en

base a esa diferencia se mide la concentración de iones hidrógeno en el agua (Fig. 1.1).

Figura 1. 1 pH-imetro [Fuente: Imagen propia, Lab. DIMMA S.A. de C.V.]

1.3.2 DQO

La demanda química de oxígeno, DQO, expresada en unidades de oxígeno, mide la porción de

materia orgánica que es biodegradable o no, en una muestra que es susceptible a oxidación por un

fuerte oxidante químico. Esta prueba se realiza para establecer una comparación entre el influente

y el efluente y así determinar la carga orgánica que queda dentro del biodigestor y la cual

4

posiblemente se esté convirtiendo en biogás. Por tanto, se realizan dos pruebas de DQO, una en el

influente y otra en el efluente para establecer dicho patrón de comparación.

Hay que diferenciar dos tipos de análisis de DQO que se realizan, según su propósito:

a) DQO Soluble: Es una medición del material orgánico que logra solubilizarse en el agua y

que generalmente se encuentra en la descarga de un reactor.

b) DQO Total: Es una medición que comprende los sólidos insolubles y solubles además de

las grasas, que tienden a consumir oxígeno durante su descomposición.

La DQO es toda la cantidad de oxígeno que requiere la materia o toda la especie química que está

presente en el agua residual para lograr oxidarse. Es un balance estequiométrico exacto de la

cantidad de oxígeno requerido para descomponerse.

Existen dos maneras para realizar la prueba de DQO. Uno es mediante un proceso meramente

químico, donde usualmente se utiliza como oxidante el Dicromato Potásico, aunque pueden ser

otros componentes.

El otro método más exacto y más moderno, utiliza un fotómetro tipo MERCK SQ-118, (Fig. 1.2), y

el cual da mediciones con un rango de incerteza de 2 mg/L. Este equipo utiliza unas celdas,

donde dentro de las celdas viene la solución de reactivos ya preparada, y donde solo se debe

esperar la reacción química, la cual se da a 148ºC dentro de un termorreactor (Fig. 1.3) en el cual

se mantiene 2 horas a esa temperatura para que se consuma la materia orgánica presente en la

muestra. Luego, en base a un blanco de referencia, el cual es un patrón que brinda la compañía

que vende el equipo, se calibra el aparato con dicho patrón y por último se mide la muestra,

obteniendo los resultados. Si es necesario, hay un proceso de dilución que precede a la

introducción de la muestra a la celda. Si por experiencia se sabe que la DQO que esperamos está

arriba del rango que tiene la muestra para medir, se diluye la muestra.

Los valores de DQO dependen enormemente del tipo de reactor que se analice así como la

materia orgánica que lo alimenta. Los valores de DQO permitidos en El Salvador para poder

retornar al ambiente aguas servidas que han sido tratadas, debe oscilar entre los 200 y 1000 mg/L.

[Latin Laws, http://www.latinlaws.com/legislacion/modules/mylinks/visit.php?lid=249, Julio 2010]

http://www.latinlaws.com/legislacion/modules/mylinks/visit.php?lid=249

5

Figura 1. 2 Fotómetro Merck C 118 [Fuente: Imagen propia, Lab. DIMMA S.A. de C.V.]

Figura 1. 3 Termorreactor [Fuente: Imagen propia, Lab. DIMMA S.A. de C.V.]

1.3.3 Ácidos grasos

El análisis de ácidos grasos volátiles es una medida de la concentración de la generación de

ácidos grasos, específicamente el acido propiónico entre otros. Dependiendo de la naturaleza de

las aguas residuales, éste se genera a partir de la descomposición anaerobia de la materia

orgánica. La descomposición de la materia orgánica está formada por tres etapas: Hidrólisis,

acidificación y metano génesis. Es en la Hidrólisis donde se generan los ácidos grasos. La acido

génesis es el paso de la hidrólisis a la metano génesis y es donde los ácidos son utilizados por las

bacterias para generar biogás.

6

Los ácidos grasos es una medida de esa concentración. Si nuestro reactor se queda estancado en

un pH ácido, lo que significa es que la concentración de ácidos generados es demasiado alta y

debe regularse. Dicha regulación se logra mediante la reducción de materia prima que entra al

reactor. Los valores de ácidos grasos dependen enormemente del tipo de reactor que se analice

así como la materia orgánica que lo alimenta (Fig. 1.4).

El rango admisible para ácidos grasos debe ser menor a 200 mg/L según la legislación nacional

[Latin Laws, http://www.latinlaws.com/legislacion/modules/mylinks/visit.php?lid=249, Julio 2010]

Figura 1. 4 Equipo para análisis de ácidos grasos. [Fuente: Imagen propia, Lab. DIMMA S.A. de C.V.]

1.3.4 Contenido de metano y dióxido de carbono en una muestra de biogás

El contenido de metano (CH4) del biogás producido en un biodigestor dado, se determina mediante

la extracción del volumen contenido dentro del recipiente que contiene la muestra del biogás,

mediante una jeringa especial, (Fig. 1.5). Teniendo este volumen conocido de biogás (1V ), este se

inyecta en un recipiente sellado el cual posee una solución de 20 mL, conteniendo 20g/L de KOH o

Na OH. . Este bote hermético debe ser agitado durante 3 ó 4 minutos de tal forma que todo el

dióxido de carbono sea absorbido por la solución presente en el recipiente. El volumen de gas que

queda en el recipiente (2V ) puede ser determinado utilizando la jeringa y midiéndola directamente.

[University of Central America, Marquette University – Biomechanical Methane Potential (BMP) and

Anaerobic Toxicity Assay (ASA) – p.1 a p.3]

De aquí que la concentración porcentual de metano venga dada por la siguiente ecuación:

http://www.latinlaws.com/legislacion/modules/mylinks/visit.php?lid=249

7

(Ec. 1.1)

De ahí el porcentaje de CO2 y otros contenidos en la muestra se determina por medio de la

siguiente ecuación:

(Ec. 1.2)

Los rangos normales de gas metano dentro de una muestra de biogás deben rondar entre el 30%

al 60% de dióxido de carbono, 50% y el 70% de CH4 y el 3% de otros gases [ICAITI, 1983 –

“Manual de Operación y Construcción de una planta de Biogás” - p.5]

Figura 1. 5 Instrumentos para el análisis del biogás. [Fuente: Imagen propia, Lab. De Procesos UCA]

1.3.5 Temperatura

La temperatura dentro de un biodigestor es un parámetro de los más importantes para la óptima

producción de biogás en cualquier digestor. Existen diferentes rangos de temperatura de

funcionamiento, entre los que tenemos mesofílico y termofílico que son los más comunes utilizados

en digestores en El Salvador. Se ha establecido por lo general que a mayor temperatura, se logra

mayor productividad, aunque se necesita que se reúnan otras condiciones o parámetros especiales

de funcionamiento.

8

La temperatura ya sea alta o baja se deberá mantener lo más constante posible, ya que las

fluctuaciones perjudica en gran medida la acción bacteriana que se desarrolla dentro del tanque y

que es responsable de la fermentación.

La forma más sencilla para lograr que la temperatura dentro de un biodigestor se mantenga

constante día y noche, es construirlo enterrado, aprovechando así la propiedad natural aislante de

la tierra.

Es necesario hacer mediciones periódicas de la temperatura dentro de un reactor, lo cual se puede

realizar mediante la instalación de una termocupla, llevando así, una bitácora de las temperaturas

registradas verificando que no existan cambios bruscos que afecten la productividad de la bacterias

y que lleguen incluso a morirse.

1.3.6 Temperatura de llama

La temperatura de llama creada por una mezcla de combustibles es importante para diagnosticar el

desempeño de todo tipo de sistemas de combustión. En la operación de calderas, la temperatura

de llama es por lo general un buen indicador de su eficiencia térmica. La temperatura teórica de la

llama del biogás es una mezcla estequiométrica con aire, incluyendo disociación la cual se da a

3849 °F (2120.56 °C). Sin embargo la temperatura teórica de la llama disminuye por las siguientes

razones:

- Presión atmosférica

- Perdida de calor hacia la atmosfera (Flama adiabática)

- Porcentaje de oxigeno contenido en la atmósfera.

- El combustible que está siendo quemado.

- Cualquier tipo de oxidación en el combustible

- Temperatura de la atmósfera.

- Humedad relativa

- Como el proceso de combustión se está dando desde el punto de vista

estequiométrico, asumiendo que no existe disociación, se obtendrá la más alta

temperatura de llama. Cualquier exceso de aire/oxígeno bajará dicho valor, así como la

insuficiencia de aire/oxígeno.

9

El proceso de medición de la temperatura de llama, se da mediante la utilización de termómetros

especializados. A continuación se muestra (Fig. 1.6) la temperatura teórica de la llama del biogás

en función del porcentaje de metano CH4 por volumen y de la concentración de vapor de agua

contenido en el biogás, y en donde teóricamente se puede determinar la temperatura de la llama

generada si se conoce el porcentaje de metano CH4 contenido en el biogás.

Figura 1.6 Temperatura teórica de la llama del biogás en función del porcentaje de metano CH4 por volumen [Fuente: U.S. Department of Energy, Biogas Utilization Handbook, 1988]

11

CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN DE UNA PLANTA GENERADORA DE BIOGÁS

2.1 Planta generadora de biogás

Una planta productora de biogás es aquella instalación de la cual se obtiene gas combustible a

partir de la digestión anaeróbica de sustancias orgánicas. Esta se utiliza comúnmente para

propósitos industriales o domésticos en los cuales se desea obtener biogás y al mismo tiempo

tratar agua servida que contamina el medio ambiente.

La figura 2.1 muestra un esquema típico de una planta de generación de biogás, en la cual se

muestran distintas partes y procesos que se encuentran envueltos.

El influente o la materia prima con la que se llena, consiste en aguas residuales de distintos tipos

de industrias, aguas servidas domésticas, o mezclas directas de materias orgánicas y agua. Dicho

influente es ingresado al digestor en un periodo de tiempo establecido, también conocido como

tiempo de retención hidráulico y el cual se establece según el tipo de materia orgánica a tratar, la

temperatura del lugar y el volumen del digestor.

Los dispositivos de control, son aquellos elementos encargados del monitoreo del funcionamiento

de la planta, y los cuales nos da una idea del comportamiento del proceso que se da en la misma.

Los accesorios de seguridad consisten en todos aquellos elementos que garantizan un

funcionamiento óptimo y que no genere riesgos tanto para el medio ambiente, así como para las

instalaciones físicas o las personas que ahí laboran.

Los elementos de tratamiento comprenden todos aquellos accesorios utilizados para lograr la

purificación del biogás, tanto de agentes nocivos o corrosivos así como de elementos no deseados

dentro del mismo.

La remoción es el proceso mediante el cual el agua tratada o efluente, es depuesto o utilizada para

otros fines. Dado que la carga orgánica que este poseía se ha reducido en gran manera, los lodos

resultantes son utilizados como fertilizantes o simplemente depuestos sin peligros de mayor

contaminación.

El biogás que se genera, se utiliza como combustible ya sea para generar calor directamente, o

para la generación de energía eléctrica mediante el uso de generadores.

12

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2.

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13

2.2 Descripción de los dispositivos de una planta generadora de biogás

2.2.1 Dispositivos de almacenamiento y transporte de biogás

El almacenamiento de biogás en una planta es de suma importancia para obtener el máximo

aprovechamiento del combustible generado ya que esto es lo que hace a una planta eficiente. Otro

aspecto de suma importancia es el transporte del biogás a largas distancias de la planta. Para tal

labor se utilizan sopladores o Blowers, los cuales en principio son similares a las bombas

hidráulicas. A continuación la importancia y la ubicación de los mismos.

Gasómetros

El fin principal de la implementación de gasómetros es el almacenamiento de la mayor cantidad de

biogás posible para equilibrar las fluctuaciones en la producción, el consumo y los cambios de

volumen causados por la variación en la temperatura o producción. De esta forma se evita que se

desperdicie biogás dejándolo escapar por medio de una válvula de alivio o quemándolo en una

antorcha. Lo ideal es obtener un máximo aprovechamiento energético del biogás utilizándolo para

un fin específico debido a sus grandes cualidades como combustible. Existen diferentes tipos de

gasómetros para biogás disponibles en el mercado, tales como los de campana, flotantes, de

membranas, etc., los cuales, pueden ser implementados según el tipo de planta y su aplicación.

Para el caso de una planta de generación de biogás de tipo domiciliar, se puede implementar un

sistema de gasómetros artesanales fabricados con dos barriles plásticos, tubería de PVC, válvulas

de bola de PVC, y demás accesorios también en PVC, tal como el mostrado en la Fig. 2.2

Figura 2. 2 Gasómetros. Principio de funcionamiento. [Fuente: Imagen propia]

14

Con la implementación de gasómetros en un digestor doméstico, se puede determinar la cantidad

producida de biogás estimando la cantidad promedio que se puede almacenar diariamente al

interior de los mismos. El volumen simplemente puede ser calculado asumiendo que un gasómetro

posee forma regular y cilíndrica, entonces, estimándose de acuerdo a la siguiente ecuación:

(Ec. 2.1)

En donde:

Vg = cantidad estimada de biogás almacenado en el gasómetro (m3)

Ag = área transversal del gasómetro en (m2), es decir el área transversal interior del barril o

recipiente invertido.

Hg = altura desplazada del barril invertido medida desde el nivel del agua (sello hidráulico)

hasta el borde superior cuando se encuentra lleno de biogás, menos la altura medida

desde el nivel del agua (sello hidráulico) hasta el borde superior cuando se encuentra

vacío.

(Ec. 2.2)

En la siguiente figura se muestra gráficamente las dimensiones antes mencionadas para la

estimación del volumen de biogás a almacenar (Fig. 2.3)

Figura 2. 3 Dimensiones para estimar la cantidad de biogás almacenada en un gasómetro. [Fuente: Imagen propia]

15

Pruebas de funcionamiento

Para verificar el principio de funcionamiento de este tipo de gasómetros se realizaron una serie de

pruebas en el taller de Mecánica de la Universidad (UCA). Dichas pruebas consistían en verificar el

principio de funcionamiento del gasómetro, es decir, si se lograba estanqueidad dentro del

gasómetro inyectando aire comprimido por medio de una unidad neumática, con el fin de verificar

el sello hidráulico. Luego se realizó la prueba en la cual se determinó el valor de presión necesaria

para levantar el peso del barril invertido, conocido como peso muerto. Por último se realizó una

prueba para estimar la cantidad de biogás que se podría almacenar en el gasómetro.

o Resultados de pruebas

Prueba de funcionamiento

De la primera prueba, la cual consistió en inyectar aire comprimido para simular el proceso de

llenado del gasómetro, se logro verificar la estanqueidad del mismo, con lo cual se confirmó el

buen funcionamiento del sello hidráulico.

Prueba de presión

Para levantar el peso del barril invertido y para mantenerlo a presión, se obtuvo un valor de

diferencia de alturas de 2 cm de columna de agua, utilizando un manómetro en U. Haciendo uso de

la siguiente ecuación, podemos determinar el valor de presión en Pascales (Pa) correspondiente a

dicha diferencia de alturas.

(Ec. 2.3)

En donde:

P = Presión al interior del gasómetro (Pa).

ρ = Densidad del fluido (Kg/m3).

g = gravedad (m/s2).

Δh = diferencia de alturas (m).

16

La presión necesaria para levantar el peso del barril invertido y para mantener el gasómetro a

presión es de 196.2 Pa.

Prueba de almacenamiento

En esta prueba se determinó que la altura desplazada del barril invertido medida desde el nivel del

agua (sello hidráulico) hasta el borde superior cuando se encuentra lleno de biogás, fue de 0.835

m. La altura medida desde el nivel del agua (sello hidráulico) hasta el borde superior del barril

invertido cuando se encuentra vacío, fue de 0.35m. Por medio de la Ec. 2.2 se determina la altura

Hg:

Luego con la ecuación 2.1 determinamos la cantidad estimada de biogás a almacenar:

Blowers (Sopladores)

Para transportar el biogás a largas distancias de la planta de generación, es necesario el uso de

dispositivos que lo impulsen hacia los lugares de aplicación y aprovechamiento. Para esta tarea se

utilizan sopladores (Fig. 2.4) los cuales por acción centrifuga o de desplazamiento positivo

aumentan la presión del biogás en el sistema y así poder enviarlo a mayores distancias. Los

sopladores se ubican al final de todos los dispositivos de tratamiento y seguridad de la planta, para

enviar el biogás ya tratado y filtrado hacia su lugar de utilización.

17

Figura 2. 4 Sopladores centrífugos [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

2.2.2 Sistema de tuberías

Dentro del diseño de una planta de biogás deben considerarse varios aspectos que deben ser de

interés y prioridad por parte del diseñador, ya sea para optimizar el uso de la materia prima

(materia orgánica) por medio de un previo y buen dimensionamiento que garantice la buena

generación de biogás con una eficiencia adecuada, así como una excelente funcionalidad, lo

que implica que la planta requiera lo mínimo de mantenimiento en comparación con su

funcionamiento. Todo esto sin dejar a un lado las buenas condiciones de seguridad que se deben

de brindar a sus operarios y personas involucradas en el mantenimiento de la planta debido al

peligro que conlleva el trabajar con biogás, el cual es un combustible altamente inflamable.

Reunidas todas estas condiciones y habiendo diseñado e implementado el digestor, luego se

estima la cantidad de biogás a generar, la presión de generación y operación, la cual será

determinante a la hora de diseñar el sistema de redes de tuberías que transportan el biogás desde

el digestor a los diferentes dispositivos de almacenamiento (gasómetros), tratamiento (filtros,

purgas, trampas de agua, etc.), hasta la aplicación o utilización de quemadores, hornillas, motores

o generadores de energía eléctrica. Con un buen diseño de la red e implementación de los

dispositivos mencionados se busca una buena calidad del biogás para las diferentes aplicaciones y

también el mínimo de pérdidas, las cuales garantizan mantener la presión del biogás dentro del

sistema para así poder transportarlo a mayores distancias de su lugar de generación, así como la

eliminación de posibles fugas que puedan generar riesgo de incendio y explosiones en la planta.

18

Caracterización del sistema de tuberías para el transporte de biogás

Las presiones de operación en la mayoría de digestores no exceden el valor de 1 psi, es decir 0.71

mca, o en su defecto presiones menores a este valor, lo cual se considera presiones relativamente

bajas en digestores en los cuales no se utilizan sopladores para transportar el biogás de un lugar a

otro. Caso contrario, para los digestores en los cuales se utilizan sopladores, se manejan presiones

alrededor de 500 psi, las cuales son presiones altas. Sea cual sea la presión de operación del

sistema y del digestor, es necesario que el diseño del sistema de tuberías deba garantizar la

estanqueidad en toda la red con el fin de evitar pérdidas en la presión de operación del sistema de

tuberías y las consecuentes fugas que en principio son complicadas de localizar. Además de ser

una red capaz de asegurar la operatividad de la planta, por lo general el sistema debe estar dotado

de una válvula de alivio para proteger al sistema de sobrepresiones, lo cual es lo más

recomendable. Otros implementos con los cuales esta red debe contar son válvulas, codos,

bifurcaciones, tanques de almacenamiento, etc. [U.S. Department of Energy, Biogas Utilization

Handbook, 1988: p. 23]

o Materiales

A continuación se describen diferentes tipos de materiales que pueden utilizarse para la

elaboración de sistemas de tuberías orientados al transporte de biogás. Se hace una comparación

entre las ventajas y desventajas de cada uno de ellos (Tabla 2.1)

Tabla 2. 1 Ventajas y desventajas de materiales de tuberías para el transporte de biogás [Fuentes: ESCAP, Guidebook on Biogas Development- Energy Resources Development, 1980; EMCON Associates, Feasibilitv Studv:

Utilization of Landfill Gas for a Vehicle FuelSvstem, U.S. Department of Energy, 1983.]

Material Ventajas Desventajas

Plástico

(PVC,CPVC)

Fácil de trabajar,

relativamente barato

Fácil de quebrarse o fracturarse,

pueden ser mordidos por roedores.

Válvulas más caras que las de

galvanizado. Está sujeta a la

degradación causada por los rayos

ultravioleta

Acero galvanizado Rígido, menos posibilidades

de fracturarse

Se oxida, tubería más cara que la

de PVC o plástico.

Manguera plástica Fácil de conectar a los

equipos

Cara

Se puede dañar fácilmente.

Plástico (ABS) Ninguna No recomendado

19

Se recomienda para la mayoría de aplicaciones con biogás utilizarse tuberías de PVC.

o Dimensiones

Diámetro de la tubería

El diámetro de las tuberías para el transporte del biogás puede ser calculado de forma práctica por

medio de la Figura 2.5, en donde para poder determinar el diámetro adecuado es importante

conocer el flujo de biogás en pies cúbicos por hora (pie3/h) generado por el digestor, así como la

longitud estimada del sistema de tuberías en pies. Teniendo ambos datos, en la Figura 2.5, se

ubica en el eje de las abscisas el flujo de biogás en pie3/h, y en el eje de las ordenadas la longitud

de la tubería en pies. Luego el área en donde se intercepten ambas rectas, la cual esta asignada a

un diámetro de tubería determinado en pulgadas, será el diámetro de tubería adecuado para las

condiciones que se tengan. [U.S. Department of Energy, Biogas Utilization Handbook, 1988: p.24]

Figura 2. 5 Diámetro de tubería recomendado en pulgadas. [Fuente: ESCAP, Guidebook on Biogas Development- Energy Resources Development, 1980: p. 24]

20

Espesor de tubería

Para poder determinar las dimensiones del espesor de las tuberías para transportar el biogás, es

importante conocer la presión de operación y así poder determinar el espesor adecuado de la

tubería. Es recomendable sobredimensionar o estimar un rango en la presión de operación, para lo

cual se recomienda que la presión de diseño se calcule con la siguiente ecuación: [U.S.

Department of Energy, Biogas Utilization Handbook, 1988: p.25]

(Ec. 2.4)

En la mayoría de las aplicaciones se recomienda el uso de tuberías de material plástico debido a

factores como el precio, la facilidad de sustituir, y la facilidad para trabajarlo. Si el caso fuera así,

para la elección del espesor de tubería se recomienda consultar la norma (ASTM D 2513 – 85 a)

THERMOPLASTIC GAS PRESSURE PIPING SISTEM, Vol. 08.04. Dicha norma cumple aspectos

como dimensiones y tolerancias, propiedades físicas y mecánicas, resistencia química y otros

requerimientos para sistemas de tuberías. Las especificaciones de la norma se cumplen para los

siguientes materiales plásticos (Tabla 2.2):

Tabla 2. 2 Materiales plásticos para sistemas de tuberías para gas presurizado. [Fuente: Annual Book of ASTM Standards , Vol. 08.04, D 2513 – 85a, 1986: p. 305]

Termoplástico Tipos y grados

Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) Clase de célula 5,5,3,3,3 o mayor

Polibutileno (PB) Tipo II, Grado 1, Clase B con antioxidantes o Clase C

(PB 2110)

Polietileno (PE) Grado P34, Clase B con antioxidantes (PE 3406)

Grado P34, Clase C, (PE 3406),(PE3408)

Grado P23 o Grado P24, Clase B (PE 2306 o PE 2406)

con antioxidantes

Grado P23 o Grado P24, Clase C (PE 2306 o PE 2406)

Policloruro de vinilo (PVC) Tipo 1, Grado 1 (PVC 1120)

Tipo 1, Grado 2 (PVC 1220)



Esta especificación cubre tuberías con cedula 40 y 80 para plásticos ABS, PVC y PE

21

Para una consulta más detallada acerca de sistema de tuberías bajo norma, también se

recomienda consultar las siguientes normas, las cuales están estrechamente relacionadas con la

instalación de sistemas de tuberías para materiales termoplásticos:

- (ASTM D 2321) UNDERGROUND INSTALLATION OF FLEXIBLE THERMOPLASTIC

SEWER PIPE.

- (ASTM D 2774–72) UNDERGROUND INSTALLATION OF THERMOPLASTIC PRESSURE

PIPING.

- (ASTM D 3350-84) POLYETHYLENE PLASTICS PIPE AND FITTINGS MATERIALS.

Todas ellas contenidas en el Vol. 08.04 del ANNUAL BOOK OF STANDARS (ASTM).

o Consideraciones para accesorios

Respecto a la instalación de accesorios en la red de tuberías, ya sean estos válvulas, codos,

bifurcaciones, reducciones, acoples, etc., se recomienda que estos sean del mismo material de las

tuberías. Para el caso de tuberías de PVC, todos sus accesorios deben ser también del mismo

material, para evitar el desgaste que podría ocasionar el contacto entre materiales plásticos y

aceros. También se recomienda utilizar accesorios del mismo material que las tuberías para

obtener una mejor adherencia entre ellos.

o Precauciones

Es importante en la instalación de tuberías que transportan combustibles gaseosos altamente

inflamables y especialmente para el caso de tuberías de PVC, las cuales son muy susceptibles a

fracturas y quebraduras, asegurarse que la trayectoria del sistema de tuberías este diseñada de

manera que en caso de algún accidente no pueda ser quebrada o fracturada, para lo cual se deben

atender las siguientes recomendaciones:

- Evitar que el sistema de tuberías se encuentre cerca de accesos a vehículos, camiones,

tractores y demás automotores que puedan quebrar o causar daño en el sistema.

- Evitar que el sistema de tuberías se encuentre cerca de accesos o lugares peatonales

concurridos, en los que personas puedan ocasionar al sistema algún daño, ya sea

accidental o premeditado.

22

- Es recomendable que la trayectoria del sistema de tuberías no pase por corrales ni en

lugares en donde permanezcan animales, ya sea ganado, caballos, cerdos, etc. ya que

estos pueden fracturar y dañar la red con mucha facilidad.

- Si el sistema de tuberías esta presurizado, es decir, si se hace uso de sopladores, se debe

de tener una precaución especial por el tema de las vibraciones, para lo cual se

recomienda la instalación de amortiguadores y así asegurar que las tuberías no sufran

fracturas a causa de las vibraciones.

En algunos casos es recomendable para evitar este tipo de riesgos, que el sistema de tuberías se

instale bajo tierra o que el sistema de tuberías de plástico se instale dentro de tubería de acero, las

cuales son más resistentes a los golpes y a fracturas. [U.S. Department of Energy, Biogas

Utilization Handbook, 1988: p.25]

Se recomienda que la trayectoria del sistema de tuberías para el transporte de biogás sea lo más

recta posible, y así evitar el uso de accesorios innecesarios que aumentan la pérdidas,

disminuyendo la presión del sistema haciéndolo menos eficiente.

o Señalización

Dentro de la caracterización de un sistema de tuberías para el transporte de combustibles

gaseosos altamente inflamables, la señalización es uno de los aspectos importantes debido a las

propiedades del los fluidos que se transportan, ya que se está la mayor parte del tiempo

susceptible a accidentes debido a fugas que pueden generar explosiones. En algunos casos, estos

accidentes son causados por la negligencia de personas o por desconocer el peligro al cual están

expuestos, para lo cual se recomienda la implementación de señalización como la mostrada en la

Fig. 2.6.

23

Figura 2. 6 Señales de prevención contra incendios para áreas de riesgo por incendio. [Fuente: google image search – Julio 2010]

También se recomienda la señalización del sentido del flujo de biogás en las tuberías y en los

dispositivos de aprovechamiento (Fig. 2.7)

Figura 2. 7 Señalización de sentido de flujo en tuberías. [Fuente: http://files.myopera.com/edlsantosmz/blog/gas-pipe_large.jpg - Julio 2010]

http://files.myopera.com/edlsantosmz/blog/gas-pipe_large.jpg%20-%20Julio%202010

http://files.myopera.com/edlsantosmz/blog/gas-pipe_large.jpg%20-%20Julio%202010

24

2.2.3 Dispositivos de tratamiento de biogás

La calidad del biogás generado para las diversas aplicaciones es un factor muy importante

después de la generación del mismo, debido a la composición de este (Tabla 1.1), y debido a

contenidos como el caso del H2S y el CO2, es importante darle un tratamiento especial antes de

su utilización, ya que, en aplicaciones en las cuales se utilice el biogás como medio de

accionamiento de motores de combustión interna, fabricados de metales ferrosos, esto puede

resultar perjudicial cuando entre en contacto con el H2S, ya que este reacciona con el metal

oxidándolo. Lo mismo sucede en el caso de dispositivos direccionales como válvulas,

quemadores, hornillas, lámparas, todas estas fabricadas de algún metal que pueda también verse

afectado por el fenómeno de la corrosión. Otro aspecto importante en el tratamiento del biogás, es

la eliminación del condesado, el cual también puede contribuir en cierta medida a la corrosión en

componentes ferrosos. Por último, la eliminación del CO2, la cual se hace para obtener un biogás

más limpio en esencia.

Filtro para la eliminación de acido sulfhídrico (H2S)

Para el caso de un digestor tipo domiciliar, este filtro se puede elaborar de manera artesanal. Se

propone que el material de construcción sea tubería de PVC (Fig. 2.8) y que el diámetro del filtro de

H2S sea mayor que el de la tubería en donde se haga la toma. Es decir, si la tubería donde se

transporta el biogás es de ½” a ¾” se recomienda un diámetro de tubería de 2’’ para el filtro, con el

objetivo de poder almacenar una buena cantidad de virutas de hierro o limaduras de hierro adentro

de la tubería, las cuales reaccionaran con el H2S contenido en el biogás acelerando de esta forma

el proceso de oxidación en el filtro y no en los dispositivos antes mencionados. Se asume que con

la implementación de este filtro de aproximadamente 1 Kg de virutas de hierro, se pueda absorber

el H2S presente en 40 m3 de biogás, a un contenido no mayor del 1% en volumen. [Flores Nelson,

Aplicación de las fuentes renovables de energía. Producción de biomasa y bioabono de la

biomasa vegetal y animal, 1993: p.10]

Se recomienda que el filtro para la eliminación del H2S se coloque justamente antes del dispositivo

de aprovechamiento del biogás, ya sea este quemador, motor, generador, etc. El filtro debe estar

diseñado para poderlo armar y desarmar con facilidad porque es importante sustituir las limaduras

de hierro, ya que estas al saturarse ya no estarán en la capacidad de filtrar mas el H2S contenido

en el biogás.

25

Figura 2. 8 Ensamble del diseño de filtro para la eliminación de H2S [fuente: Imagen propia, AUTODESK INVENTOR® 2010]

Filtro para la eliminación del Dióxido de Carbono (CO2)

Para el caso de digestores tipo domiciliar, planteamos dos tipos de posibles configuraciones, las

cuales dependen de la presión de operación de la planta, es decir la presión a la cual se mantiene

el biogás dentro del sistema de tuberías. Ambas configuraciones se describen a continuación:

o Presiones de generación menores a 1 cm de columna de agua

En es el caso de digestores domiciliares de pequeña dimensión, por lo general los de

geomembrana plástica, los cuales poseen una presión de generación muy baja, el biogás no puede

vencer presiones que excedan el valor de 1 cm de columna de agua, para lo cual es recomendable

utilizar filtros de CO2 elaborados con recipientes, botellas plástica o de vidrio, dentro de los cuales

se colocará una solución alcalina (agua + cal). Esta solución se prepara agregando dos gramos de

cal por cada litro de agua [Flores, N.R. Aplicación de las fuentes renovables de energía.

Producción de biomasa y bioabono de la biomasa vegetal y animal, 1993: p.8] tal como se muestra

en la Fig. 2.9, y con los cuales se garantiza que el biogás podrá ser filtrado de CO2 y que no se

genere un sello hidráulico al no poder vencer la presión de la solución.

26

Figura 2. 9 Filtro para eliminar el CO2 [Fuente: Flores Nelson, Aplicación de las fuentes renovables de energía. Producción de biomasa y bioabono de la biomasa vegetal y animal, 1993 p. 9]

Este filtro por lo general se puede ubicar entre el digestor y el filtro de eliminación de H2S, de

preferencia, si se utiliza esta configuración, el recipiente debe de estar instalado en un lugar fijo, no

en voladizo, y herméticamente sellado por su principio de funcionamiento. Por lo general se debe

de hacer algún tipo de adaptación de la tubería principal, es decir, colocar algunos reductores para

acoplar el filtro a dicha tubería.

o Presiones de generación relativamente mayores a 1 cm de columna de agua

Para digestores domiciliares en los cuales la presión de generación es mayor debido al material del

cual están construidos, ya sean estos de cemento o de plástico, y también por las dimensiones del

digestor ya que a mayor capacidad de materia orgánica a descomponer mayor será la capacidad

de generación, donde pueden obtener presiones que puedan permitir una configuración gasómetro

– filtro CO2. Esto significa que se puede filtrar el biogás y se puede almacenar al mismo tiempo.

Para poder filtrarlo se debe tener una presión de generación como mínimo de 4 cm de columna de

agua, para así obligar al biogás a que pase por la solución alcalina (agua + cal) contenida en el

barril fijo del gasómetro, la cual elimina el CO2 contenido en el biogás para que una vez filtrado sea

almacenado dentro del gasómetro (Fig. 2.10).

27

Figura 2. 10 Configuración gasómetro – filtro para eliminación de CO2 [Fuente: Imagen propia, AUTODESK INVENTOR® 2010]

Purga para la eliminación del condensado

La eliminación del condesado también es parte del tratamiento del biogás, como ya lo

mencionamos, ayuda también a prevenir la corrosión causada por la humedad o partículas de agua

que están contenidas en el biogás, las cuales al experimentar variaciones de presión o de

temperatura, se condensan y viajan a través de las tuberías afectando a los diferentes

dispositivos de la planta, ya sean estos accesorios o motores de combustión interna. También se

estima que en algunos casos la alta generación de condensados de agua al interior de tuberías,

puede ser una carga para las mismas y si la red no se diseña de forma adecuada, es decir con una

pendiente a lo largo de todo el recorrido, estas pueden doblarse hasta llegar a fracturarse por el

peso del agua.

Para el caso de digestores tipo domiciliar las purgas se pueden construir utilizando tubería de

PVC, válvulas de bola de PVC y en algunos casos reductores de PVC (Fig. 2.11)

La purga para la eliminación del condensado por lo general se ubica siempre en la parte más baja

del sistema de tuberías. Como lo mencionamos, el sistema debe diseñarse con una pendiente y la

purga debe ubicarse al final de la pendiente o en algún cambio de nivel debido a que es ahí donde

se acumula el condensado de agua con ayuda de la acción de la gravedad. Para poder evacuar el

condesado, esto puede realizarse de forma manual, únicamente abriendo la válvula para eliminar

el agua contenida. Preferiblemente debe ubicarse antes del filtro para la eliminación del ácido

28

sulfhídrico (H2S), ya que la humedad contenida en el biogás puede corroer más rápido la viruta o

limadura de hierro contenida en el filtro.

Figura 2. 11 Purga para la eliminación del condensado de agua contenido en el biogás [Fuente: Imagen propia, AUTODESK INVENTOR® 2010]

2.2.4 Dispositivos de seguridad

La seguridad de la planta y de sus operarios es de suma importancia al momento de implementar

este tipo de tecnologías, debido al tipo de combustible con el que se está trabajando, el cual es

altamente inflamable y por lo cual deben implementarse dispositivos para evitar accidentes, fugas,

así como protecciones contra sobrepresiones que inclusive pueden causar daño al digestor, para el

caso de los que están construidos de geomembrana. Por esta razón, es importante la

implementación de los dispositivos como válvulas de alivio, antorchas y arresta llamas que se

mencionan a continuación.

Válvula de alivio

Las sobrepresiones tanto dentro del digestor como en el sistema de tuberías, son algo inevitable

debido a que existen momentos en los cuales no se está utilizando el biogás producido y es

cuando se dan aumentos en la presión de operación del digestor. Por este motivo, es muy

importante saber cuál es el rango de presión de operación del sistema o en su defecto, la presión

de operación que se tiene en condiciones normales, para así poder implementar una válvula de

alivio, la cual debe estar diseñada para evacuar el exceso de biogás producido a una presión

mayor a la de operación. Citemos un ejemplo:

29

Si la presión de operación del biogás en un sistema es de 4 cm de columna de agua, la cual se da

en condiciones normales, y si se presentara un exceso de presión en el sistema, es decir, que la

presión del sistema excediera los 4 cm de columna de agua, la válvula de alivio debe diseñarse a

que se accione cuando la presión de operación alcance los 6 cm de columna de agua, en donde se

eliminaría el exceso (2 cm de columna de H2O) para proteger al sistema. A continuación se

propone un diseño de una válvula de alivio para digestores tipo domiciliar, construida con tubería

de PVC, una T de PVC y una botella plástica transparente.

El principio de funcionamiento es el siguiente: la toma de biogás se hará de la línea principal por

medio de una bifurcación en T de PVC, de la cual se extenderá por medio de una tubería de PVC

adherida y sellada, al interior de la botella plástica transparente. Esta tubería de PVC estará

sumergida en el líquido contenido en la botella, a una profundidad equivalente a la presión de

columna de agua, e igual a la presión de accionamiento de la válvula. Cuando la presión del

sistema exceda la de operación, el biogás vencerá la presión que ejerce la columna de agua y se

saldrá en forma de burbujas hacia el ambiente, por un medio de un agujero al costado de la botella

de plástico (Fig. 2.12). Los planos de la válvula se exponen en el ANEXO B.

La válvula de alivio se debe ubicar en la línea principal del sistema. Por lo general se instala en

voladizo, procurando que su peso no doble la tubería o la dañe. También es preferible instalarla

antes que todos los dispositivos de tratamiento y almacenamiento del biogás, es decir, después de

la toma del biogás proveniente del digestor.

Figura 2. 12 Válvula de alivio [Fuente: Imagen propia, AUTODESK INVENTOR® 2010]

30

Antorchas

En plantas de biogás de grandes dimensiones y en las cuales la presión de generación y operación

es elevada, en ocasiones existe la necesidad de liberar grandes cantidades de biogás debido a las

sobrepresiones, o en momentos en los cuales el biogás no se esté utilizando. Este biogás liberado

en grandes cantidades al medio ambiente causa contaminación en el entorno por mal olor y el cual

puede ser peligroso si es inhalado, por lo cual existe la opción de utilizar antorchas para el

quemado de ese biogás. La antorcha se ubica a una distancia prudente del digestor, esto por

motivos de seguridad, ya que es de alto riesgo generar una llama cerca del digestor. Por lo general

se conecta al digestor por medio de su propio conducto y están dotadas de sensores de presión

que activan la antorcha en caso de ser necesario. (Fig. 2.13)

Figura 2. 13 Antorcha para la quema de biogás. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Arresta llamas

Por lo general, el arresta llamas siempre viene en conjunto con la antorcha, y la función de este es

evitar que la llama generada por la antorcha se propague al interior del digestor, lo cual desataría

una explosión por lo cual se ubica justo antes de la antorcha en el conducto de la misma, por la

razón principal de evitar la rápida propagación de la llama al interior del sistema. (Fig. 2.14)

31

Figura 2. 14 Arrestallama. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

2.2.5 Dispositivos para la aplicación del biogás

El fin de la captación de biogás por medio de digestores es el aprovechamiento energético del

mismo, utilizándolo como combustible para accionar motores de combustión interna, quemadores y

demás fines calóricos, así como para lámparas de iluminación. Existe actualmente una variedad de

dispositivos de aplicación del biogás que van desde simples hornillas hasta micro turbinas

generadoras de electricidad.

Motores

El desarrollo de motores utilizando como combustible al biogás, ha llevado al uso de aplicaciones

como el bombeo, riego y transmisión de potencia mecánica. Una aplicación muy útil con motores

accionados por medio de biogás es la de desplazamiento de líquidos y hasta sólidos por medio de

una motobomba como la que se muestra a continuación.

Motobomba marca BRANCO con un motor de 4 tiempos de 389 cm3 refrigerado por aire con una

rotación de 3,600 rpm, caudal máximo de 30,000 l/h una presión máxima de 56 mca accionada por

un sistema manual o eléctrico y con un consumo de 20 m3 de biogás por una hora de trabajo. (Fig.

2.15).

32

Figura 2. 15 Motobomba BRANCO con su paquete de filtros para H2S. [Fuente: http://www.magazinemais.com.br/Produto.aspx?p=6330&s=1381 - Julio 2010]

Generadores

Generador eléctrico a base de biogás o LPG marca PUXIN (Fig. 2.16) con una relación de

consumo de biogás de 0.55 a 0.65 m3 / kWh, potencia nominal de 1200 W, potencia máxima de

1300 W, salida DC / AC 12V a 8.3 A, generador monofásico con motor de brocha, tiempo de

trabajo continuo no más de 6 horas.

Figura 2. 16 Generador eléctrico a base de biogás marca PUXIN. [Fuente: http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/321281767-202675376/soundproof_gas_genset.html - Julio 2010]

http://www.magazinemais.com.br/Produto.aspx?p=6330&s=1381

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/321281767-202675376/soundproof_gas_genset.html%20-%20Julio%202010

33

Quemadores

El uso calórico es una de las aplicaciones directas de la producción de biogás, el cual es utilizado

para calentar agua, alimentos, crías y cualquier fin que requiera este tipo de aplicación (después

de limpiarlo del CO2 contenido en el biogás). Debido al valor calórico que este posee, el cual es de

4700 a 5000 kcal/m3, salvo por el contenido de acido sulfhídrico (H2S), se puede considerar como

un combustible ideal. La aplicación de tipo calórico más común es la cocción de alimentos por

medio de quemadores (hornillas) y cocinas, calentadores, etc. como los que se muestran a

continuación.

o Cocina de dos quemadores a base de biogás

Marca Shenzhen Puxin Science & Technology Co., Ltd. (Fig.2.17), con una carga calorífica de 2.8

KW, una taza de consumo de biogás de 0.45 m3/h para cada quemador, una eficiencia del 57% y

una presión de entrada del biogás de 1600 Pa.

Figura 2. 17 Cocina a base de biogás marca PUXIN. [Fuente: http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/319429852-202675376/biogas_stove.html - Julio 2010]

o Arrocera a base de biogás

Marca Shenzhen Puxin Science & Technology Co., Ltd. (Fig. 2.18), con una carga calorífica de 1.0

KW, una tasa de consumo de biogás de 0.14 m3/h, fuerza de compresión de 1600 Pa y capacidad

de cocción de 1.6 Kg de arroz.

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/319429852-202675376/biogas_stove.html

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/319429852-202675376/biogas_stove.html

34

Figura 2. 18 Arrocera a base de biogás marca PUXIN. [Fuente: http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/322121983-202675376/rice_cooker_using_biogas_methane_.html - Julio

2010]

Calentador

Calentador a base de biogás marca Shenzhen Puxin Science & Technology Co., Ltd. (Fig. 2.19),

con capacidad de calentamiento para habitaciones desde 6 hasta 9 m2, el diámetro exterior del

calentador es 28 cm y una taza de consumo de biogás de 0.3 m3/h.

Figura 2. 19 Calentador a base de biogás marca PUXIN. [Fuente: http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/292574697-202675376/biogas_room_heater.html - Julio 2010]

Lámparas

La iluminación también se ha convertido en una opción para aplicaciones del biogás, a

continuación se presenta una lámpara a base de biogás con encendido electrónico marca

Shenzhen Puxin Science & Technology Co., Ltd. (Fig. 2.20) la cual es equivalente a un foco

incandescente de 60 a 100W y con un consumo de biogás de 0.07 m3/h.

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/322121983-202675376/rice_cooker_using_biogas_methane_.html%20-%20Julio%202010

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/322121983-202675376/rice_cooker_using_biogas_methane_.html%20-%20Julio%202010

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/292574697-202675376/biogas_room_heater.html

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Figura 2. 20 Lámpara a base de biogás marca PUXIN. [Fuente: http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/320306019-0/Biogas_lamp_with_electronic_fire_maker.html - Julio 2010]

Microturbinas

Las microturbinas son uno de los tipos de aplicaciones para el biogás más recientes, son prácticas,

un recurso renovable muy innovador y eficiente en la generación de energía eléctrica, con los que

se obtiene bajas emisiones de gases de efecto invernadero, poca contaminación de ruidos y bajo

costo de mantenimiento, como la que se muestra a continuación.

Microturbina marca Capstone modelo C30, un sistema ultra liviano que consiste en un compresor,

un recuperador, cámara de combustión, la turbina y el generador (Fig.2.21), que provee arriba de

30 KW y 85 KW de calor para aplicaciones combinadas de generación de energía eléctrica y calor

a 96,000 rpm, una eficiencia de 26% ±2 (@ 15° C y al nivel del mar), con un consumo de 1.42 m3

de biogás /kWh , frecuencia variable de 50 / 60 Hz, trifásico AC, el sistema no utiliza ningún tipo de

lubricante ya sea aceite o refrigerante.

http://puxinbiogas.en.alibaba.com/product/320306019-0/Biogas_lamp_with_electronic_fire_maker.html%20-%20Julio%202010

36

Figura 2. 21 Micro turbina Capstone C30. [Fuente: http://www.energiadistribuida.com/documents/es/30kw-biogas-enedis.pdf - Julio 2010]

http://www.energiadistribuida.com/documents/es/30kw-biogas-enedis.pdf%20-%20Julio%202010

http://www.energiadistribuida.com/documents/es/30kw-biogas-enedis.pdf%20-%20Julio%202010

37

CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DEL BIOGÁS EN EL SALVADOR

En El Salvador existen diferentes empresas y organizaciones que han implementado la utilización

del biogás dentro de sus procesos o actividades. A continuación se mostrarán las experiencias de

cada una de ellas.

3.1 Industrias La Constancia

Industrias La Constancia una empresa subsidiaria de SABMiller, líderes en la producción de

bebidas en El Salvador y a nivel mundial, las cuales incluyen agua envasada, bebidas

carbonatadas, jugos, néctares, isotónicos y cervezas. Dicha empresa, con la finalidad de reducir el

efecto de contaminación de las aguas residuales debido al proceso de elaboración cervezas,

instaló en el año 2008 una planta de tratamiento de aguas residuales con dos fines: uno, el ya

mencionado tratamiento de aguas residuales y el otro, la generación biogás, el cual es utilizado

como combustible para las calderas dentro de la planta.

La materia prima la cual es el agua a tratar, proviene de varios procesos que se realizan en la

elaboración de la cerveza dentro de la planta. Estas aguas contienen ciertos porcentajes de

levaduras, polvos e inclusive materia orgánica vegetal (hojas). El agua proveniente de los procesos

llega a la planta de tratamiento por tuberías de acero inoxidable, por medio de la gravedad, las

cuales se almacenan en un pozo conocido como estación de bombeo, y en la cual se poseen dos

bombas sumergidas que transportan el influente hacia una criba automática, en la cual, por medio

de un proceso de filtrado (Tamizado), se separan todas las partículas sólidas mayores a 1 mm de

diámetro. Dichos sólidos son removidos y llevados a un relleno sanitario. Una vez el influente es

filtrado, se transporta por gravedad al siguiente proceso llamado proceso anaeróbico.

3.1.1 Proceso de operación

En el proceso anaeróbico de digestión dentro de la planta, existen tres etapas las cuales se

desarrollan en un ambiente completamente anaeróbico, para que así se pueda dar la

descomposición de la materia orgánica, generándose de esta forma el biogás. El proceso inicia en

el tanque o pila de homogenización y una vez completado este proceso, la materia orgánica pasa

al segundo tanque, llamado también acidificador natural. Acto seguido, el agua pasa al tercer y

último tanque también conocido como reactor.

38

A continuación el detalle de cada una de las etapas del proceso anaeróbico:

Pila de homogenización (Primer Tanque)

Debido a que las aguas provenientes del proceso de filtrado (tamizado) contienen elevados valores

de acidez (pH), es necesario neutralizar dichos valores y llevarlos a un rango de equilibrio que

oscila entre 7.0 y 7.5 en la pila de homogenización, la cual posee una capacidad de 1200 m3 (fig.

3.1)

Figura 3. 1 Pila de homogenización. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Para realizar el proceso de homogenización, este se lleva a cabo mediante una dosificación

automática en la cual un sensor y un medidor de pH miden el grado de acidez de forma continua y

automática a través de un PLC, el cual al detectar un grado de acidez fuera del rango establecido,

inyecta al tanque Soda Cáustica, sí se trata de un valor de pH superior al rango establecido. En

caso contrario, inyecta ácido clorhídrico. El tiempo de retención para la pila de homogenización

oscila entre 24 a 27 hrs.

Acidificador natural

Una vez trasladado el influente del tanque de homogenización al acidificador natural (fig. 3.2), éste

es llevado a ciertas condiciones para que las bacterias acetogénicas, las cuales son las

encargadas de comenzar la descomposición anaeróbica, puedan descomponer la materia orgánica

39

y así poder generar biogás. Dicha descomposición toma el nombre de hidrólisis, y consiste en una

transformación a nivel microscópico de las cadenas largas carboxílicas, las cuales mediante dicho

proceso, se transforman en cadenas cortas carboxílicas, creando con dicha reacción ácido

acético. El tanque o acidificador natural posee una capacidad de 550 m3 y con un tiempo de

retención de aproximadamente 13 hrs.

Figura 3. 2 Acidificador natural. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Reactor anaeróbico

El tercer tanque también conocido como reactor anaeróbico es donde se da la última etapa del

proceso de descomposición de las bacterias en ausencia de oxigeno, y es en esta última etapa del

proceso en donde se da la generación de biogás. Dentro del reactor existen dos etapas, una

llamada etapa de carga alta y la otra llamada etapa de carga baja. Dicho tanque posee una

capacidad de 750 m³ y la retención dentro de la misma toma 19 hrs. (Fig. 3.3)

40

Figura 3. 3 Reactor anaeróbico. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

3.1.2 Producción y utilización del biogás

La capacidad de producción de biogás que tiene el digestor es de 700 m3 entre los tres tanques del

mismo y se estima que existe una producción mensual de 15,000 m3 de biogás.El biogás producido

se utiliza en la planta como combustible de calderas, para generar vapor que sirve en procesos

como pasteurización de la cerveza, cocimiento de ingredientes de la cerveza, esterilización de

equipos, etc. Con el uso del biogás, se reduce el consumo de fuel oil como combustible en un 10%

anual. En materia eléctrica, estos ahorros se han hecho tangibles al pasar de consumir 21.9

kilovatios de energía por cada 100 litros de cerveza, a 9.83 kilovatios por la misma cantidad de

producto. [Revista Summa, http://www.revistasumma.com/rse/3362-la-constancia-ha-reducido-en-

300-sus-emisiones-de-carbono.html, Julio 2010]

3.1.3 Caracterización de dispositivos de la planta

En El Salvador, la planta de tratamiento de aguas residuales de ILC es la más completa e

innovadora en materia de tecnología para el manejo, monitoreo y transporte del biogás, ya que

toda esta se maneja automáticamente mediante el uso de dispositivos lógicos programables (PLC),

los cuales llevan un monitoreo continuo del estado de funcionamiento de la planta por medio del

control y regulación de variables tales como el pH, temperatura y presión. También estos

dispositivos lógicos programables tienen entre sus tareas la activación o desactivación de

dispositivos de manejo y seguridad en la planta.

http://www.revistasumma.com/rse/3362-la-constancia-ha-reducido-en-300-sus-emisiones-de-carbono.html

http://www.revistasumma.com/rse/3362-la-constancia-ha-reducido-en-300-sus-emisiones-de-carbono.html

41

Dispositivos de manejo

Tuberías: De acero inoxidable para el transporte del influente. En el transporte del biogás se

utilizan tuberías de polietileno de alta densidad.

Bombas: Para la recirculación del flujo en los tres tanques del digestor. (Fig. 3.4)

Figura 3. 4 Banco de bombas. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Medidor de flujo de biogás: Para medir la cantidad de biogás producido en el digestor y que se

está enviando a la planta para su uso en la caldera. (Fig. 3.5)

42

Figura 3. 5 Medidor de flujo del biogás generado. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Blowers (sopladores): La función de los sopladores es enviar el biogás producido en el digestor

hacia la caldera. (Fig. 2.4)

Dispositivos de seguridad

Válvulas de Alivio: Se utilizan para evitar la sobrepresión en las dos últimas etapas del proceso

anaeróbico, es decir en el acidificador natural y el reactor. (Fig. 3.6)

43

Figura 3. 6 Válvula de alivio. [Fuente: Imagen propia, Planta de tratamiento de aguas residuales Industrias La Constancia, El Salvador]

Antorcha: Se utiliza para quemar el biogás en exceso producido cuando la presión generada por

el biogás dentro del digestor se eleva. (Fig. 2.13)

Arresta Llama: La antorcha cuenta con un dispositivo de seguridad llamado “arresta llama”, el cual

evita que la llama se propague hacia adentro del digestor en caso de ocurrir un accidente, y esta se

encuentra ubicada delante de la tubería de la antorcha. (Fig. 2.14)

3.2 Beneficio Atapasco

El Beneficio Atapasco, perteneciente al grupo CAFECO S.A. de C.V., se dedica al procesamiento

de café de exportación. Dicho Beneficio está ubicado en las afueras del municipio de

Quezaltepeque, departamento de La Libertad. Desde el año 2000 han implementado medidas

orientadas al aprovechamiento de los productos excedentes así como de los productos de

desperdicio del procesamiento del café (transformación del grano uva en grano oro de café), todo

esto enfocado en la minimización de los impactos ambientales ocasionados por la liberación de

estos desechos que son nocivos para el medio ambiente. Con el propósito de tratar las aguas

residuales (aguas mieles) que se generan, dicho beneficio construyó un reactor tipo UASB (Upflow

Anaerobic Sludge Blanket), el cual entró en funcionamiento en la temporada 2000-2001 (Fig. 3.5).

Originalmente el reactor fue construido con el único fin de tratar las aguas de procesos y no

concibió la utilización del biogás, producto del proceso anaeróbico del mismo. Hoy en día, en busca

44

de mejorar la eficiencia energética del beneficio, se ha proyectado la utilización del biogás en los

procesos de producción, para lo cual se han considerado dos opciones: Generación de energía

eléctrica y utilización del biogás como combustible para la generación de vapor en las calderas.

Figura 3. 7 Vista general del reactor Beneficio Atapasco [Fuente: European Union meets Latin America – http://www.eep-ca.org/forums/documents/foroIII/Sistema.pdf - Julio 2010]

Luego del proceso de tratamiento, el agua una vez que ha sido retenida por aproximadamente

ocho horas, se libera en un estanque adyacente al reactor, el cual se utiliza para riego. Los

valores de acidez (pH) que se manejan en el influente oscilan entre 4 y 11 unidades, y los cuales

son modificados (en caso de ser necesario) mediante la añadidura de Hidróxido de Sodio (NaOH).

En el efluente los valores de acidez que se encuentran oscilan entre 6.5 y 7.20 unidades. El agua

obtenida luego del proceso de tratamiento se almacena en un estanque aledaño y sirve como

medio de riego en época seca.


El reactor UASB (Fig. 3.6) construido en el Beneficio Atapasco, es un tipo de reactor anaeróbico

tubular que opera en régimen continuo y en flujo ascendente, es decir el influente entra por la

parte inferior del reactor, atraviesa todo el perfil longitudinal, y sale por la parte superior. Dichos

reactores son típicamente adecuados para tratar aguas residuales con contenido de partículas

mayores a 0.75 mm. La eficiencia de remoción del Biorreactor es del orden del 89 al 95.74%, el

cual es generado como biogás.

http://www.eep-ca.org/forums/documents/foroIII/Sistema.pdf

45

[European Union meets Latin America on Renewable Energy, http://www.eep-

ca.org/forums/documents/foroxi/graciela_cortez.pdf, Julio 2010]

Figura 3. 8 Esquema de reactor tipo UASB. [Fuente: Imagen propia]

El agua resultante de los procesos de producción, es agua que ha sido utilizada en el lavado de

grano y despulpado, debido a esto, el agua de desecho tiene alta concentración de residuos

orgánicos y mieles. Para mantener la temperatura adecuada en el reactor, se aprovecha la

energía liberada en las calderas mediante un flujo de agua proveniente de un intercambiador de

calor de placas, que transfiere calor del vapor utilizado en las calderas al agua residual, con el fin

de crear un ambiente adecuado para las bacterias anaeróbicas, obteniendo así un mejor

rendimiento en la producción de biogás. Dicha agua pasa directamente de la zona de producción a

una serie de piletas que brindan un tratamiento previo al agua, antes de que esta pase al reactor.

El agua pasa, luego de este previo tratamiento, al reactor, donde es retenida por un lapso de 8

horas, en el cual se produce la degradación de la materia contenida en el agua, por medio de las

bacterias anaeróbicas. Esto da lugar a la aparición de gas metano dentro de la misma. La tubería

de carga del reactor se encuentra ubicada en la parte inferior de la estructura, lo que asegura un

flujo ascendente de materia, el cual se da de manera lenta y turbulenta, y el cual al llegar a la parte

superior forma una capa de lodo que sirve como tapadera hermética. El manto de lodos se

compone de gránulos o partículas. Dichos gránulos asimismo, son agregados de microorganismos

anaerobios, que son los responsables, en parte, del proceso de tratamiento. El gas producido bajo

estas condiciones, también provoca turbulencia lo que ayuda a la recirculación interna y en la

formación y mantenimiento de las partículas biológicas.

Manto de lodos

CampanasGas metano

Agua de tratamiento

influente

Quemador

http://www.eep-ca.org/forums/documents/foroxi/graciela_cortez.pdf


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Existen unos dispositivos en forma de campana, dentro del reactor, lugar en el cual se acumula el

gas metano que se produce por la reacción anaerobia. El gas producido, pasa por tuberías desde

la campana hacia las tuberías de extracción del biogás, las cuales también pasan por un sistema

de trampeo hasta que finalmente se le lleva hacia la antorcha donde es quemada. El proceso de la

quema de gas, es un proceso automatizado. La antorcha es controlada mediante un PLC (LOGO®)

y este permite que el gas se extraiga del reactor cada diez minutos, quemándolo durante dos

minutos.

Durante la temporada 2006-2007, fueron tratados 11,621.12 m³ de agua, produciendo un total de

29,075.20 m³ de biogás [European Union meets Latin America on Renewable Energy,

http://www.eep-ca.org/forums/documents/foroxi/graciela_cortez.pdf, Julio 2010]. En total, en el

biodigestor del Beneficio Atapasco se producen en promedio entre 31,000 y 32,000 m³ de biogás

por año mediante el tratamiento de 11,000 a 13,000 m³ de agua residual. Actualmente el biogás

producido se quema como medida de seguridad contra sobrepresiones en el reactor,

desperdiciando esta fuente de energía que bien podría utilizarse para otros fines.

3.2.3 Caracterización de dispositivos de la planta

Los dispositivos de seguridad con los que cuenta el beneficio Atapasco, son los siguientes:

Antorcha: Quema el gas producido dentro del reactor, y evita sobrepresiones en el

mismo.

Arrestador de llama: Utilizado para cortar el flujo de gas cuando existe el peligro de una

combustión no controlada

Cilindro de trampeo: Para evitar que la llama se expanda a través de la tubería en dado

caso haya una combustión descontrolada.

3.3 Biodigestor Granja San José

La granja San José está ubicada en el km 63 de la carretera que conduce a San Isidro y

Sensuntepeque. Ha sido financiado por la Alianza en Energía y Ambiente para Centroamérica

[SICA, http://appext.sica.int/eepbiWEB/viewProject.jsf?projectId=23, Julio 2010], y consistió en la


http://appext.sica.int/eepbiWEB/viewProject.jsf?projectId=23

47

construcción de tres biodigestores de iguales dimensiones que se utilizarían para el tratamiento de

las excretas de los cerdos provenientes de la granja ya mencionada, por lo que previamente fueron

dimensionados para ajustarse a la disponibilidad y producción de las excretas porcinas, así como

a la topografía del lugar de construcción. El diseño pertenece al Arq. Guatemalteco Manuel Tai.

(Fig. 3.7)

Figura 3. 9 Granja San José. [Fuente: SICA http://appext.sica.int/eepbiWEB/viewProject.jsf?projectId=23 – Julio 2010]

Los tres biodigestores se construyeron en base a los siguientes criterios: facilidad de construcción,

su principio de funcionamiento se debería de basar en el desplazamiento de la materia (cerdaza y

otros residuos orgánicos) por medio de la gravedad, la instalación al fondo de los digestores, de

lagunas de oxidación para los efluentes, funciones de operación y mantenimiento sencillas, costos

bajos y largo tiempo de vida útil. Habiéndose evaluado todos estos aspectos y realizados todos los

estudios y mediciones se construyeron los tres digestores cada uno de manera individual pero

conectados por el sistema de alimentación y por la tubería de recolección de biogás.


48

Figura 3. 10 Conjunto de biodigestores de Granja San José. [Fuente: SICA http://appext.sica.int/eepbiWEB/viewProject.jsf?projectId=23 – Julio 2010]

Cabe mencionar que el suelo donde se construyeron los digestores es rocoso y duro, lo que a su

vez permitió seguridad en el soporte del suelo respecto al peso de los tres biodigestores. Las

condiciones ambientales de la localidad son óptimas para la generación de las bacterias que inician

el proceso de descomposición de la materia orgánica. Los tres biodigestores se construyeron de

concreto reforzado.


Por cuestiones de diseño se asume que el tipo de flujo al interior del digestor es de tipo pistón, es

decir que la materia nueva, fresca y diluida que entra al digestor diariamente por medio de las pilas

de carga desplaza a la materia que ya se encuentra dentro, y que dicha materia se mantiene

dentro un tiempo de retención previamente calculado.

Cumplido este tiempo de retención, el material ya tratado sale diluido y en principio arrastra todo

tipo de material solido en suspensión, por lo que se puede observar en la pileta de descarga la

formación de natas no deseadas. Luego el efluente en forma líquida, sale por unas tuberías

instaladas a un constado de la pileta de descarga. El material solido sedimentado que se almacena

en el fondo del digestor es removido periódicamente de forma manual.

Cada uno de los biodigestores están diseñados con 7 piletas de carga simétricamente distribuidas,

un tanque de fermentación donde se da la metalogénesis y una pileta de descarga por donde sale

el efluente, cada uno con capacidad para almacenar 239.20 m3 de materia orgánica y con una


49

capacidad de carga total de la planta (los tres biodigestores) de 717.60 m3. El volumen útil para la

producción de biogás es de 160 m3.


La geometría del digestor permite el almacenamiento interno de biogás en su cúpula superior por

medio del principio de funcionamiento, llamado sistema de niveles basculantes. Esto significa que

la misma cantidad en volumen de biogás que se produce es igual a la cantidad de materia que se

desplaza en las piletas de carga y descarga. Esta diferencia de niveles es la que produce la

presión que ayuda a evacuar al biogás generado en el digestor. Al interior del digestor se puede

almacenar una cantidad de 24 m3 de biogás, a una presión máxima de 0.85 m de columna de agua

es decir 1.18 psi.

Esta presión es la suficiente para transportar el biogás a través de distancias que oscilan entre los

200 y 250 m, evitando caídas de presión causadas por tuberías y accesorios.

La cantidad total de biogás generado oscila entre 0.65 – 1.1 m3 de biogás / m

3 de digestor diario.

En toda la planta se genera un estimado de 240 m3 de biogás.

El biogás producido en los tres biodigestores se utiliza directamente en quemadores para

aprovechar su calor de combustión, o en otras aplicaciones con fines calóricos, tales como estufas

de cocinas, quemadores industriales y calentadores, así como en lámparas para iluminación.

En las granjas porcinas, como la Granja San José, se han planteado opciones viables para el uso

del biogás. Una de las principales es el aprovechamiento en el calentamiento de lechones en el

área de maternidad, lo cual consiste en mantener por medio del biogás, quemadores para calentar

el área en donde se encuentran los cerdos recién nacidos.

3.4 Biodigestor Hacienda Miravalle

El biodigestor Miravalle se encuentra ubicado en la Hacienda del mismo nombre, cantón El

Rosario, Municipio de El Porvenir, Santa Ana (Fig. 3.9). Fue construido en el año 2008, financiado

por el Gobierno de Finlandia en asociación con la Alianza en Energía y Ambiente para Centro

América, con una capacidad proyectada de15 kW, utilizando como materia prima estiércol de

ganado bovino. El biodigestor fue diseñado y construido en base a criterios de norma antisísmica.

Cuenta con una sección de 9.8 x 7.2 m, con 6 cámaras de carga a efecto que el material sea

distribuido uniformemente en el reactor. Posee una zona efectiva de reacción de 170 m3

aunque la

50

estructura original contaba con una zona de descarga aproximada de 61.6 m3 para la acumulación

del material previamente tratado en el digestor. El fondo del reactor posee una pendiente del 25%,

diseñado así para poder dar circulación al fluido.

Figura 3. 11 Vista general del digestor Hacienda Miravalle. [Fuente: Imagen propia, Planta Bioeléctrica Miravalle]

De los 170 m3 del reactor aproximadamente 130 m

3 son destinados a la mezcla de agua-estiércol,

mientras que los 40 m3 restantes es espacio destinado para la acumulación de biogás. Parte de la

estructura del biodigestor se encuentra enterrada, posee una sección de 2.40 m bajo el nivel del

terreno natural y 2.90 m sobre el nivel del suelo. Las paredes del digestor fueron construidas por

bloques de cemento de 20x20x40 cm, utilizando hierro normado para su construcción. La cúpula

del digestor es de losa armada, del cual en la parte superior está colocada la tubería de extracción

del biogás, la cual es de PVC de 3 pulgadas de diámetro. La hacienda Miravalle cuenta en

promedio con 120 cabezas de ganado lechero, las cuales producen aproximadamente 5.0 m3/día

de estiércol, el cual sirve de materia prima para la mezcla que se ingresa a diario al digestor.

Las dimensiones del digestor se muestran en la Fig. 3.10


Adicional al diseño previamente detallado, se construyeron cámaras de mezclado o piletas de

mezcla, las cuales sirven para fluidificar estiércol antes de ingresarlo a la cámara de carga. Se le

han instalado también tuberías para la agitación del fluido. A un costado del digestor se encuentra

51

ubicada la caseta de máquinas que consta de la bomba para la mezcla y llenado del digestor, el

generador, filtros de biogás, manómetros y tubería del biogás.

El estiércol es recogido y conducido hacia la cámara de mezclado o piletas de mezcla situadas a

un costado del digestor. Allí el estiércol es mezclado con agua, la cual es bombeada desde un

pozo a la pileta; la mezcla es pasada por 3 rejillas con el fin de evitar que basura, piedras o que el

estiércol pastoso pase de la cámara de bombeo hacia el digestor.

El diseño del digestor pretende crear dentro de él un ambiente anaeróbico (ausencia de oxígeno),

para la creación del biogás. En un principio el estiércol utilizado para la carga fue semi-sólido, de

consistencia pastosa, pero debido a problemas generados en el biodigestor, posteriormente se hizo

más líquida dicha mezcla.

La carga del digestor se realiza por medio de una motobomba con tubería de salida de diámetro

de 3 pulgadas con lo cual se bombea la mezcla hasta las cámaras de carga de forma que se

alternen las 6 existentes. Al interior del tanque la movilización de la materia orgánica se hace por

gravedad el cual, el material que va ingresando a diario va empujando al material que se encuentra

dentro del reactor, logrando así, su salida a la pileta de descarga ya cuando la materia orgánica ha

sido tratada y ha producido biogás. Dicho producto de salida se ocupa para riego en la zona. La

Fig. 3.11 muestra un esquema del funcionamiento del Biodigestor Miravalle.

52

Figura 3. 12 Dimensiones del Biodigestor Hacienda Miravalle [Fuente: imagen propia]

53

El biogás producido es extraído por las tuberías de PVC situadas sobre la losa superior del

digestor, el cual posteriormente es dirigido hacia los filtros instalados en el cuarto de máquina y

posteriormente el uso que se le pretende dar al biogás es para la generación eléctrica, para lo cual

ya se cuenta con el generador.

Figura 3. 13 Detalle del funcionamiento del digestor tipo Tai. [Fuente: Imagen propia]

3.4.2 Producción de biogás y utilización

En 2008 se realizó la primera carga de prueba, a efectos de verificar la producción del biogás,

constatando así filtraciones, fugas, problemas con la mezcla (ya que se introdujo demasiado

pastosa y formó una capa gruesa que impedía la liberación de biogás) así como producción de

biogás. Para el mes de Febrero del año 2009 se realizó una segunda carga de prueba para la cual

las paredes ya habían sido impermeabilizadas. Se introdujo la mezcla más fluida, sin embargo,

siempre se obtuvo el problema de formación de nata la cual impedía que el gas emanara hasta la

cúpula del digestor. La tercera carga de prueba fue realizada en Septiembre del año 2009, la cual

fue realizada únicamente con agua (sin estiércol) con el fin de verificar las presiones y fugas en el

tanque, comprobando así la pérdida rápida de las presiones alcanzadas dentro del digestor;

observando además que el nivel del agua bajaba y no se mantenía estable.

Con dichas observaciones se realizó el vaciado del biodigestor, constatando diversos problemas:

- En el lugar donde está construido el biodigestor, el nivel del manto freático se encuentra

cercana a la superficie, por lo que el digestor presentaba ingreso de agua proveniente del

manto debido a grietas localizadas en la losa del piso.

- Se determinaron puntos de goteos tanto en las paredes como en el piso.

54

A partir de esto se realizó una intervención total a la estructura del biodigestor, resanando los

diversos puntos donde se tenían problemas. Para sellar el ingreso de agua al interior del tanque, se

utilizó cemento especial de fraguado instantáneo. Además a todas las esquinas del tanque se les

hizo biseles. Todos estos cambios fueron tratados con impermeabilizante químico, lo cual después

de 3 semanas se le aplicó el mismo tratamiento químico garantizando así el sellado total del

tanque.

Se realizaron otras modificaciones aparte del resanando y la impermeabilización, las cuales fueron:

- Se redujo el tamaño de la cámara de descarga, a 1/3 del tamaño original. Dicha

modificación se realizó ya que se consideró que el tanque tenía un exceso en el tamaño, lo

cual tenía un efecto negativo en el tiempo de retención de la mezcla, ya que no se retenía

dentro del digestor.

- Otra modificación realizada fue la eliminación de dos de las tres ventanas de comunicación

entre el reactor y la cámara de descarga, debido a que se redujo la cámara de descarga

proporcionando un mayor tiempo de retención en el reactor.

En Enero de 2010 se realizó la cuarta carga de prueba del biodigestor, para la cual se utilizó agua

limpia para cargarlo, con esta prueba se constató que se eliminó la filtración del agua, así como el

goteo por las paredes. Sin embargo siempre se dio la pérdida rápida de presión en el interior del

tanque. Además en dicha prueba se constató la pérdida en el nivel de agua del reactor y fugas en

las tuberías de salida del gas del biodigestor, ubicadas en el techo del mismo.

3.4.3 Análisis químicos efectuados en Biodigestor Hacienda Miravalle

A continuación presentamos los resultados de los análisis de pH, DQO y sólidos grasos realizados

a las muestras de influente y efluente, los cuales se realizaron en las instalaciones de DIMMA S.A

de C.V.

Análisis del influente y efluente

Tabla 3. 1 Valores obtenidos en los análisis del día 14 de Mayo de 2010 en el Biodigestor Hacienda Miravalle. Influente [Fuente: DIMMA S.A. de C.V.]

PARÁMETRO VALOR UNIDAD RANGO DE

MEDICIÓN METODO UTILIZADO INCERTEZA

pH 7.22 - 1 - 14 Electrodo Selectivo ± 0.05

DQO 792.00 mg/l 500 – 10,000 MERCK SQ 112 ± 2 mg/l

Ácidos Grasos 73.01 mg/l - Método Kapp -

55

Tabla 3. 2 Valores obtenidos en los análisis del día 14 de Mayo de 2010 en el Biodigestor Hacienda Miravalle, Efluente [Fuente: DIMMA. S.A. de C.V.]


MEDICIÓN METODO UTILIZADO INCERTEZA

pH 7.98 - 1 - 14 Electrodo Selectivo ± 0.05

DQO 4,234.00 mg/l 500 – 10,000 MERCK SQ 112 ± 2 mg/l


De acuerdo a los resultados obtenidos en los análisis realizados en el Biodigestor Miravalle se

pueden inferir varias cuestiones. Los valores de pH obtenidos en Miravalle, muestran un

incremento en el valor del pH de un punto a otro del digestor (del influente al efluente), lo cual nos

da la idea de un leve incremento de la actividad biológica. Sin embargo, dicho incremento en la

actividad es aún insuficiente para poder decir que existe una significativa degradación de la

materia, que puede ser digerida por las bacterias metanogénicas y que por consiguiente se

convierte en biogás.

Los resultados de los valores de DQO muestran un descenso significativo, y lo cual indica la

presencia de biomasa activa que está removiendo carga orgánica estática, pero de una manera

esporádica cuando debería ser en flujo continuo.

Los resultados de ácidos grasos no muestran variaciones significativas, y confirman que el proceso

de hidrólisis-acidificación-metanogénesis no se logra completar, quedándose tan solo en la

acidificación, que es el paso intermedio entre la hidrólisis y la generación de biogás.

3.4.4 Mejoras realizadas en Biodigestor Hacienda Miravalle

Cuando se comenzó con el proceso de caracterización del digestor Miravalle, aun no se poseía

producción de biogás, pero se están haciendo los esfuerzos para lograr la generación de biogás,

ya que se considera que la granja tiene un gran potencial para la producción dado que posee

materia prima en abundancia. Además, la obra civil del digestor reúne las condiciones de

operación necesarias, debido a que se realizaron una serie de mejoras que se detallan a

continuación.

56

Monitoreo y análisis de parámetros Biodigestor Hacienda Miravalle

La primera medida que se implementó fue el monitoreo de parámetros de la materia orgánica a

descomponer, en este caso estiércol de vaca. Entre las pruebas realizadas fueron DQO, pH y

ácidos grasos, todo con la ayuda de la empresa DIMMA S.A de C.V, en donde se realizaron los

análisis de las muestras. Estos análisis ayudaron a determinar que se estaba ingresando

demasiada carga orgánica al digestor, debido a que la mezcla se encontraba demasiado sólida,

motivo por el cual probablemente el digestor no se encuentre produciendo biogás. Además del

resultado de la prueba del DQO, se observa que la materia orgánica que sale digestor no se

degrada. Motivo por el cual no se produce exitosamente biogás. Esta última puede estar

estrechamente ligada con el tiempo de retención hidráulico que se le dio al digestor.

Instalación de gasómetro Biodigestor Hacienda Miravalle

En el biodigestor de la Hacienda Miravalle se deseaba la estimación de la cantidad de biogás que

el digestor podría generar. Para tal motivo, la toma de biogás se realizó en la línea principal del

biogás, entre el digestor y el filtro de acido sulfhídrico. La tubería de donde se instaló la derivación

es tubería de PVC de ½” de diámetro. Para derivar el flujo de biogás se instaló una derivación en T

de ½”, de la cual sale la tubería que transporta el biogás al gasómetro. Luego en la línea principal

de donde se hizo el arreglo, se colocó una válvula de bola de ½” para obligar el paso del biogás al

gasómetro. Una vez almacenado el biogás, se utiliza cuando se desee y este se evacua del

gasómetro por el peso muerto el barril (Fig. 6.5)

57

Figura 3. 14 Gasómetro instalado en Hacienda Miravalle. [Fuente: Imagen propia, Planta Bioeléctrica Miravalle]

Manuales de operación y mantenimiento de Biodigestor Hacienda Miravalle

Los manuales se elaboraron con la finalidad de hacer sistemático y ordenado el proceso de

operación de la planta, en particular el proceso de precarga del digestor y así poder comenzar la

generación del biogás. Este proceso comienza desde la buena selección del estiércol, la mezcla o

proporción adecuada del influente, el tiempo de retención hidráulico hasta la utilización del biogás,

así como el proceso de mantenimiento de la planta para mantener su operatividad y alargar el

tiempo de vida útil. El manual de operación se encuentra detallado en la sección 4.3.

Metodología para el proceso de precarga de Biodigestor Hacienda Miravalle

Para lograr la generación de biogás, es necesario crear las condiciones óptimas de generación al

interior del digestor, lo cual lleva un procedimiento gradual orientado a lograr el equilibrio entre la

cantidad de materia que se ingresa al digestor, y lo necesario que la degradación de dicha materia

se realice de forma exitosa. Para esto se instauró un proceso de precarga del digestor de forma

sistemática y gradual. Este se comenzará a cargar con una proporción de 5 partes de agua por 1

de estiércol, por un período de 7 días. Luego, con una proporción de 4 partes de agua por 1 de

estiércol por los siguientes 7 días, hasta llegar a la proporción óptima de 3 partes de agua por 1 de

estiércol, la cual será la proporción de operación del digestor. También se recomendó utilizar el

agua del efluente para realizar la mezcla, ya que esta tiene propiedades que ayudan a la

58

degradación de la materia para generar el biogás, debido a que se encuentran inoculadas de

materias metanogénicas. La metodología que se implementó para este proceso es la siguiente:

Las piletas de carga del digestor se dividen en una de carga y otra de mezcla. Fue necesario medir

el volumen útil de la pileta de mezcla, de lo cual se obtuvo que el volumen es 3.83 m3. La altura

hasta donde se debe llenar de agua para lograr una mezcla bien proporcionada, es de 66 cm. De

ambos datos se partió para hacer la proporción en los tres casos.

o 5 partes de agua por 1 de estiércol

El volumen de estiércol a utilizar es de 0.766 m3. Luego es necesario determinar la altura necesaria

hasta donde se debe de llenar de estiércol la pileta de carga. Conocido ya el volumen, se

determina por medio de las dimensiones de la pileta de carga con la siguiente ecuación:

(Ec. 3.1)

Es decir para lograr una proporción de 5 partes de agua por una de estiércol, la pileta de carga

debe de estar llena de excretas hasta una altura de 0.3 m, mientras que la pileta de mezcla debe

de estar llena de agua a una altura de 0.66 m.


El cálculo del volumen se realizó de la misma manera que en la sección anterior. Se sabe que el

volumen de estiércol equivale a 0.957 m3. Realizando el cálculo análogo




59


El cálculo del volumen se realizó de la misma manera que en la sección anterior. Se sabe que el

volumen de estiércol equivale a 1.27 m3. Realizando el cálculo análogo




La Tabla 3.3 muestra los resultados para cada uno de los cálculos anteriores de forma resumida.

.

Tabla 3. 3 Alturas pileta de carga y mezcla correspondientes a cada proporción [Fuente: Elaboración propia]

Proporción

(Agua/Estiércol)

Altura pileta de carga (m)

“Estiércol”

Altura pileta de mezcla (m)

“Agua”

5/1 0.3m 0.66m

4/1 0.37m 0.66m

3/1 0.49m 0.66m

Capacitación del personal de operación y mantenimiento Biodigestor Hacienda

Miravalle

Luego de haber elaborado tanto los manuales de operación y de mantenimiento, y haber

establecido una metodología para el proceso de precarga y carga, se indicó a la persona que

estará a cargo de la operación del digestor el procedimiento para realizar cada una de las

operaciones según el manual de la planta. También se le indico que paralelo con el proceso de

precarga se debe llevar un control de variables tales como temperatura del digestor y pH, para lo

cual se elaboró una bitácora de monitoreo (Fig. 3.13), en la cual se indicará la fecha y la hora en

que se tomen los datos ya mencionados Esto lleva la finalidad de tener un historial del proceso de

estabilización del digestor en donde se busca la generación constante de biogás.

60

Figura 3. 15 Detalle de la bitácora de monitoreo de Biodigestor Hacienda Miravalle. [Fuente: Imagen propia]

3.5 Biodigestor ACASA – San Marcos Lempa

El proyecto nació como iniciativa de los habitantes del caserío Valle Nuevo, Cantón San Marcos

Lempa, Usulután, con el nombre de ACASA (Asociación Comunal Administradora del Sistema de

Agua de San Marcos Lempa), con la finalidad de mejorar las condiciones ambientales de los

lugareños por medio de la construcción de letrinas aboneras, sistemas de tratamientos de aguas

residuales e introducción de digestores plásticos. El proyecto fue financiado en mayor parte por

FIAES (Fondo de Iniciativa de Las Américas) y también por medio de aportaciones realizadas por

ACASA. (Fig. 3.12)

61

Figura 3. 16 Digestor artesanal ACASA - San Marcos Lempa. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa]

El objetivo principal de la construcción de los digestores artesanales es evitar la contaminación

ambiental que generan las excretas de los cerdos así como también para evitar la tala de árboles

de donde se obtenía leña para utilizarla en la cocción de alimentos, esto debido a que la principal

aplicación del biogás generado es la cocción de alimentos.


La materia prima es el estiércol porcino. Los cerdos se encuentran en corrales individuales cada

uno y con piso de cemento para facilitar la recolección de las excretas y también para evitar que

estas se contaminen con tierra u otros agentes que puedan afectar el proceso de digestión

anaeróbica.

Una vez los cerdos defecan las excretas son removidas de los corrales hacia la pila de carga del

digestor con el uso de agua a través de una tubería subterránea y por medio de gravedad.

El proceso de digestión anaeróbico se da dentro de un digestor cilíndrico, elaborado de forma

artesanal por medio de una geomembrana plástica de color negro el cual mantiene la materia

orgánica a descomponer (Fig. 3.13). La materia orgánica que ingresa al digestor oscila entre las 4

a 5 lbs. de estiércol por día, más no se lleva un control del agua utilizada para el proceso. Tampoco

existe un tiempo de retención estipulado y no se lleva un control de la cantidad de biogás que se

genera ya que el proceso se da de manera artesanal.

62

Luego la materia orgánica que ya ha sufrido el proceso de descomposición anaeróbica es

desplazada dentro del digestor por la materia nueva que entra con la ayuda de una pendiente en el

piso del digestor la cual agudiza dicho efecto. Una vez desplazada pasa a la pila de descarga en

donde se acumula y se separan los lodos del agua. Por medio de una tubería subterránea, con

cierta inclinación, se evacua el agua de la pila de descarga hacia una laguna que se encuentra a

un lado del digestor, luego este efluente se utiliza como fertilizante.

Figura 3. 17 Digestor anaeróbico elaborado de geomembrana plástica. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San

Marcos Lempa]


Una vez el biogás es generado este se transporta por tuberías tipo poliducto hacia el lugar en

donde se le da uso. El biogás generado no poseía ningún tipo de tratamiento para la eliminación

del dióxido de carbono (CO2) y el ácido sulfhídrico (H2S) por medio de filtros. El digestor cuenta con

un único dispositivo de seguridad, el cual consiste en una botella plástica llena con agua, la cual se

encuentra ubicada en la tubería de poliducto que transporta el biogás entre el digestor y el lugar de

uso del biogás. Esta funciona como válvula de alivio. En el momento que el digestor experimenta

una sobrepresión en el sistema ya que la generación del biogás es continua, el biogás en exceso

es liberado por medio de este arreglo.

Una vez el biogás es producido y transportado por tuberías de poliducto, este es utilizado para la

cocción de alimentos, la cual se realiza por medio de una hornilla elaborada de forma artesanal

(Fig. 3.14) y especial para la aplicación de biogás. Según los dueños del digestor, con el biogás

63

que se genera, se mantiene una llama encendida durante aproximadamente 20 minutos. Luego

que la reserva contenido en el biodigestor se ha agotado, deben esperar un promedio de una hora

para volver a hacer uso del biogás.

Figura 3. 18 Conjunto hornilla y válvula para el uso del biogás. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa]

3.5.3 Análisis químicos efectuados en Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa

Análisis del influente y efluente.

Tabla 3. 4 Valores obtenidos en los análisis realizados el día 12 de Junio de 2010 en San Marcos Lempa. [Fuente: DIMMA S.A. de C.V.]


MEDICIÓN MÉTODO UTILIZADO INCERTEZA

pH 6.93 - 1 – 14 Electrodo Selectivo ± 0.05



Tabla 3. 5 Valores obtenidos en los análisis realizados el día 12 de Junio de 2010 en San Marcos Lempa. [Fuente: DIMMA. S.A. de C.V.]


MEDICIÓN MÉTODO UTILIZADO INCERTEZA

pH 6.84 - 1 – 14 Electrodo Selectivo ± 0.05

DQO 431.00 mg/l 500 – 10,000 MERCK SQ 112 ± 2 mg/l


64

Los valores de pH obtenidos en San Marcos Lempa muestran que el comportamiento del digestor

es constante y equilibrado, ya que el rango del mismo se encuentra en el valor neutro de la escala

de 0 a 14 que comúnmente se utiliza para medir la acidez o basicidad de una muestra. En este

caso en especial, se demuestra que la mezcla de salida de agua no es ácida, lo que se puede

inferir que el paso de la hidrólisis a la acidificación, así como a la posterior metanogénesis, se da

sin perturbación alguna.

Los valores de DQO son considerables en el influente, lo que demuestra que la mezcla que

alimenta el biodigestor es de muy buena calidad, pero hay que poner especial énfasis en el valor

de DQO en el efluente, ya que este demuestra una reducción porcentual de alrededor del 90% de

dicha materia degradable, lo que significa que las bacterias metanogénicas convierten en biogás la

mayoría de esta materia (4,179 unidades en el influente contra 431 unidades en la salida).

Los valores de ácidos grasos mostrados en el efluente, vienen a confirmar lo ya estipulado en los

resultados de pH obtenidos en San Marcos Lempa. No existe gran cantidad de ácidos grasos dado

que el valor del efluente es mucho menor que el del influente, lo que significa que la

metanogénesis se da en el biodigestor sin ningún tipo de perturbación.

Análisis del contenido de CH4 y CO2 del biogás en biodigestor ACASA – San

Marcos Lempa

Para analizar las cantidades respectivas de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) contenidas

en el biogás generado de la granja porcina de San Marcos Lempa (ACASA), se tomo una muestra

de biogás, la cual se obtuvo de la línea principal del biogás. Luego de haber tomado la muestra se

transportó al Laboratorio de Procesos del Departamento de Ing. Química de la UCA, en donde con

la colaboración de alumnos de dicha carrera se determinaron los porcentajes respectivos por

medio de la prueba BPM.

Primera Prueba:

Se tomó una muestra con la jeringa y se obtuvo un Volumen Inicial de 35 ml de biogás Se inyectó

el biogás en el recipiente sellado, el cual contiene una solución de Hidróxido de sodio (NaOH) la

cual actúa como filtro para la eliminación del CO2. Para lograr el proceso de filtrado, se agita el

recipiente por cuatro minutos y luego se extrae por medio de la misma jeringa un nuevo volumen

de biogás, el cual se encuentra filtrado y del cual se obtiene un volumen final de 27 mL de biogás.

Obtenidos estos resultados se calcularon los porcentajes de CH4 y de CO2 con la ecuación 3.3:

65

Luego por simple sustracción se obtiene el % de CO2 y otros contenidos:

Segunda prueba:

Se realizo el mismo procedimiento encontrando un Volumen Inicial de 44 ml de biogás y un

Volumen final de 34 ml de biogás. Luego se realizaron los cálculos respectivos y los resultados

obtenidos fueron los siguientes:

A continuación se presenta una tabla con dichos resultados:

Tabla 3. 6 Resultados del análisis de biogás Biodigestor ACASA – San Marcos Lempa. [Fuente: Elaboración propia]

Volumen Inicial(ml) Volumen final (ml) % de CH4 % de CO2 y otros

Prueba 1 35 27 77.15 22.85

Prueba 2 44 34 77.27 22.73

Con los resultados de dichas pruebas se puede decir que el biogás producido en la granja porcina

de San Marcos Lempa tiene un 77% de metano, de lo que se puede deducir que se trata de un

biogás de alta calidad.

Temperatura de llama

Para medir la temperatura de llama utilizamos un termómetro digital (Fig. 3.15), con un rango de

temperaturas de un rango de 0 a 2000°C y con el uso de una termocupla del mismo rango. Para

tomar la lectura de temperatura, simplemente se acerca la termocupla a la llama y en la pantalla

del termómetro digital se toma directamente el valor. Dicho valor fue de 581.0 °C y debido a las

condiciones de la localidad este valor difiere al ideal. (Condiciones ambientales al momento de la

toma de temperatura: 31°C, viento 2.1 m/s, humedad relativa 77.8%, Presión atmosférica 29.85 in

Hg). [SNET - http://www.snet.gob.sv/ver/meteorologia/monitoreo/tiempo+actual/ - Julio 2010]

http://www.snet.gob.sv/ver/meteorologia/monitoreo/tiempo+actual/

66

Esto puede deberse en gran medida a la enorme humedad relativa que impera en la zona donde

se tomó la medición, además de que el biogás también contiene una cantidad considerable de

vapor de agua. Todo esto afecta el valor ideal de la temperatura de la llama obtenida en la

medición realizada, y que se puede esperar para un biogás con las cualidades que se han

encontrado en el biodigestor de San Marcos Lempa.

Figura 3. 19 Medición de temperatura de llama. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa, El Salvador]

3.5.4 Mejoras realizadas en el Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa

Cuando se comenzó el proceso de caracterización del digestor en el biodigestor San Marcos

Lempa, el digestor ya tenía alrededor de un año de estar operando y produciendo biogás de

manera constante y exitosa, pero identificamos ciertas mejoras que se podrían implementar ya que

no se contaba con ningún tipo de tratamiento para el biogás. Además, la generación de biogás era

abundante y el biogás que no se utilizaba por lo general se dejaba escapar al ambiente por medio

de la válvula de alivio. Así también se identifico que el proceso de carga no se realizaba bajo

ninguna metodología. Por lo cual se realizaron las siguientes mejoras:

67

Instalación de gasómetro en biodigestor ACASA - San Marcos Lempa

El gasómetro para San Marcos Lempa se instaló con la finalidad de estimar la cantidad de biogás

que este tipo de digestor (Digestor de geomembrana) puede producir y así llevar un control del

biogás producido. Dicho biogás se utiliza para la cocción de alimentos.

La instalación se realizó desde la línea principal del biogás, la cual es una tubería de poliducto de

¾”. Se colocó una bifurcación en T de PVC con un reductor a ½” para desviar el biogás hacia el

gasómetro. Para lograr esto, se colocó una válvula de bola de ¾” en la línea principal, la cual se

cerró para obligar el sentido del flujo. Una vez el biogás es almacenado en el gasómetro, se

conecta nuevamente a la línea principal de biogás para su utilización (Fig. 6.1)

Figura 3. 20 Gasómetro instalado en ACASA - San Marcos Lempa. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa, El Salvador]

Con la instalación del gasómetro se obtuvo el almacenamiento extra de aproximadamente 0.71 m3

de biogás, con lo que se estimó un tiempo de cocción de alimentos de aproximadamente una hora.

Dicho tiempo se duplicó con la implementación del gasómetro.

68

Instalación del filtro para la eliminación del H2S

Una de las inquietudes que nos expresó la dueña del digestor en nuestras primeras visitas, fue la

incomodidad que causaba el olor a azufre que emanaba la llama al momento de cocinar los

alimentos, el cual al mezclarse con el olor de la comida les causaba malestar. Esto se debía al

contenido de H2S en el biogás el cual se busco disminuir con la implementación de un filtro de

virutas de hierro. El ANEXO B muestra los planos del referido filtro.

Para la instalación del filtro se hizo la toma desde la línea principal del biogás (Fig. 3.19), en donde

por medio de unos reductores de PVC se logró acoplar la tubería de PVC de 2 ¼” de diámetro, en

la que en su interior se rellenó con viruta de hierro (Fig. 3.20), la cual reaccionaria con el H2S. El

contenido de H2S podría haber estado generando corrosión en la válvula de accionamiento del

quemador y en el quemador mismo.

Figura 3. 21 Filtro para la eliminación del H2S instalado en ACASA - San Marcos Lempa. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa, El Salvador]

69

Figura 3. 22 Proceso de ensamble de filtro de H2S. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa, El Salvador]

Luego de haber instalado el filtro se observó rápidamente el cambio del color en la llama, la cual

sin filtro era de color amarillo, cambiando a una llama de color azul (Fig. 3.21). También se pudo

notar la diferencia debido a que se redujo considerablemente el olor característico del azufre en la

llama del quemador.

a) b)

Figura 3. 23 a) Color de llama antes de la instalación del filtro y b) Color de llama después de la instalación del filtro. [Fuente: Imagen propia, ACASA, San Marcos Lempa, El Salvador]

70

Manuales de operación y mantenimiento de la planta generadora de biogás ACASA –

San Marcos Lempa

Los manuales se elaboraron con la finalidad de hacer sistemático y ordenado el proceso de

generación de biogás, desde el proceso de selección del estiércol, pasando por la adecuada

mezcla en el influente, al tiempo de retención hidráulico y la utilización del biogás. También se

sistematizó el proceso de mantenimiento de la planta para mantener su operatividad y alargar el

tiempo de vida útil. Los manuales están detallados en la sección 4.3

En la tabla 3.7, se muestran las comparaciones entre los diferentes biodigestores estudiados que

operan en territorio nacional. En dicha tabla se detallan las características más importantes así

como las diferencias entre cada uno de ellos.

71

Tab

la 3

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ab

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73

CAPÍTULO 4: ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICO - ECONÓMICO Y PROCESO DE

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE UNA PLANTA GENERADORA DE BIOGÁS

4.1 Estudio de factibilidad técnico - económico de una planta generadora de biogás

El alcance del presente estudio de factibilidad económica es la de brindar una visión de los costos

relacionados a cada una de las etapas asignadas a la construcción y puesta en marcha de la

planta de biogás. También se desea determinar con este apartado, la viabilidad financiera del

proyecto, utilizando como fuentes de información, muestreos, mediciones realizadas, cotizaciones

de proveedores de servicios así como estimaciones de costos de mantenimiento, personal y

equipos a nivel local. A dicho estudio serán sometidos los biodigestores de Hacienda Miravalle y

San Marcos Lempa únicamente.

4.1.1 Prefactibilidad

Con el estudio de prefactibilidad se persigue determinar si un negocio proyectado generará

ganancias o no, y en qué condiciones se debe dar para que este sea exitoso.

Previo a la construcción de una planta de generación de biogás, deben tomarse en cuenta

aspectos tales como la ubicación, estudios del suelo, análisis de la materia prima, condiciones

meteorológicas y ambientales del lugar donde se piensa construir el biodigestor, etc. Además debe

realizarse un sondeo de mercado, orientado a ver si los ingresos que se obtengan de la

construcción del biodigestor proyectado cubran los gastos que se pueden dar en materia de

operación y mantenimiento. El estudio de prefactibilidad escapa del alcance del presente trabajo

por el motivo de que ambos biodigestores en estudio, ya se encontraban construidos y operando

bajo ciertas condiciones.

4.1.2 Factibilidad técnica

Un estudio de factibilidad técnica se refiere a los recursos necesarios tales como herramientas,

instalaciones, adecuaciones, conocimientos, habilidades y experiencia necesarios para efectuar las

actividades o procesos que requiere el proyecto.

En ambos digestores, ya existen las instalaciones adecuadas, debido a que son proyectos que ya

se encontraban construidos. Así también se poseen los equipos y herramientas necesarios por la

misma razón.

74

La factibilidad técnica entonces, estará orientada al mejoramiento de los diferentes aspectos que

dentro del funcionamiento del Biodigestor Miravalle, así como el de San Marcos Lempa, han

llamado nuestra atención y se nos presentan como verdaderas oportunidades de mejora:

Biodigestor Hacienda Miravalle

Recarga gradual de la materia prima: La cual está orientada a generar de manera ordenada,

mediante la estabilización microbiana y la alimentación a determinadas horas del día, la producción

de biogás dentro del reactor, de tal forma que dentro del lapso de retención, se obtenga una

producción eficiente de gas metano. La implementación de la recarga gradual permitirá lograr que

se produzca biogás al final del período de retención, algo que no se había podido conseguir en el

biodigestor Miravalle.

Realización de análisis de monitoreos: Los cuales están orientados a controlar cada uno de los

parámetros requeridos para garantizar un funcionamiento óptimo del digestor. Estos se piensan

realizar mediante recolección de muestras de gas así como muestras de agua de influente y

efluente, y luego analizar dichas muestras en un laboratorio especializado.

Agua de recirculación: El agua de recirculación se piensa utilizar para generar la mezcla de

alimentación del reactor. Además de generar ahorros de agua, el líquido efluente servirá para

inocular nuevamente la mezcla de alimentación del reactor, lo cual garantiza el equilibrio de las

bacterias metanogénicas dentro del reactor.

Optimización del proceso: La optimización del proceso se alcanza mediante mejoras propuestas en

este trabajo de graduación. Entre estas se mencionan el uso de gasómetros, colocación de filtros

para la limpieza del gas, sistemas de trampeo, entre otros.

Entrenamiento de personal: El personal debe ser entrenado para poder llevar una óptima

operación del biodigestor, lo cual se logra mediante capacitaciones acerca de la forma correcta de

llenado, operación, entre otros.

Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa

Realización de análisis de monitoreos: Los cuales están orientados a controlar cada uno de los

parámetros requeridos para garantizar un funcionamiento óptimo del digestor. Estos se piensan

realizar mediante recolección de muestras de gas así como muestras de agua de influente y

efluente, y luego analizar dichas muestras en un laboratorio especializado.

Optimización del proceso: La optimización del proceso se alcanza mediante mejoras propuestas en

este trabajo de graduación. Entre estas se mencionan el uso de gasómetros, colocación de filtros

para la limpieza del gas, sistemas de trampeo, entre otros.

75

Entrenamiento de personal: El personal debe ser entrenado para poder llevar una óptima

operación del biodigestor, lo cual se logra mediante capacitaciones acerca de la forma correcta de

llenado, operación, entre otros.

4.1.3 Evaluación económica

La finalidad de la evaluación económica es la de inferir si el proyecto en cuestión es una alternativa

viable o no. Para esto, se identificarán los costos e ingresos que se obtienen y se analizarán los

costos/beneficios para ver si el proyecto generará ganancias o no.

A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los costos e ingresos que se han

tomado en cuenta al realizar el análisis económico del Biodigestor Miravalle así como del

Biodigestor de San Marcos Lempa:

Costos de análisis, diseño y asesoría técnica

En caso de no contar con el capital para realizar un análisis de prefactibilidad extenso y bien

elaborado, la realización de ciertos análisis previos, pueden suplantar un estudio de factiblidad y

dar una idea de qué tan viable puede ser la elaboración de un proyecto. Teniendo estos análisis,

se puede al menos poseer una idea global de bajo qué condiciones el biodigestor operará, y así

saber de antemano qué se puede esperar de él. Por citar ejemplos, ubicar un biodigestor en una

zona montañosa crearía gastos adicionales a los que normalmente se tienen, ya que dependiendo

de la temperatura con la que se quiera trabajar, tal vez éste requiera calentamiento en la parte

interna (termofílico) o de la materia prima entrante, lo cual podría convertir el proyecto en uno

“poco viable”, si los costos y gastos que se tienen exceden los ingresos. Así también, haciendo la

analogía inversa, un biodigestor (termofílico) ubicado al nivel del mar, en un ambiente cálido, no

requiere dicho calentamiento ya que el ambiente mismo se lo brinda, las temperaturas son muy

constantes, y la productividad se puede acrecentar por este hecho en concreto, lo cual puede

traducirse en mayores ingresos y menores costos.

Costos de construcción, adecuación, accesorios y equipamiento

Dentro de los costos de construcción se incluyen la obra civil, estructuras físicas adicionales y

mejoras que se puedan requerir. Con la actual introducción de la Ley de Medio Ambiente en la

legislación salvadoreña, se convierte en una obligación por parte de los dueños de granjas o

establecimientos donde se vierten excretas de animales a los ríos o quebradas, brindarle a estos

efluentes un tratamiento que disminuya el impacto negativo que esta actividad puede ocasionar. Es

por esta razón que la construcción de la obra física no se tomará en cuenta como inversión inicial,

ya que por igual los dueños de establos vacunos o porquerizas están en la obligación de construir

plantas de tratamiento de aguas, aún si de estos no se obtiene algún tipo de ingreso una vez estos

76

se encuentre construidos. Los biodigestores, dado que sirven para ambos propósitos (tratamiento

de aguas servidas y extracción de biogás mediante el uso de dichas aguas), son una alternativa

viable para generar ingresos, al mismo tiempo que sirven para tratar los desechos y aguas

servidas, y así minimizar el impacto sobre el medio ambiente. Dicho de manera simple, la inversión

que se haga en la construcción de un sistema de tratamiento para aguas servidas, es un gasto que

el dueño no podrá evitar debido a la legislación de medio ambiente salvadoreña, pero del cual, con

una inversión extra (en accesorios y equipamiento), podrá sacar ganancias en forma de ahorros

energéticos gracias a la generación y extracción de biogás.

Los accesorios se refieren a todos aquellos objetos necesarios para la seguridad, conducción y

almacenamiento del biogás. El equipamiento representa la maquinaria envuelta en el proceso de

producción de la planta, o en la conversión de energía dentro de la misma, si estos están

presentes.

Puesta en marcha

La puesta en marcha comprende una serie de pruebas, análisis, instalaciones adicionales y

monitoreos para asegurar el buen funcionamiento futuro del biodigestor.

Costos de operación y mantenimiento

Tal como su nombre lo dice, son costos asociados a la operación diaria del biodigestor, así como

del mantenimiento periódico que este reciba.

Ingresos

Los ingresos serán aquellas ganancias que se obtengan, y las cuales se darán en forma de

ahorros energéticos debido a la utilización del biogás. En el del biodigestor Miravalle, serán ahorros

de energía eléctrica, según tarifa vigente para Julio 2010, suministrada por CLESA en la zona

occidental, y obtenidos del listado de precios de la SIGET, para un consumo entre a 100 kWh y

199 kWh, siendo la tarifa de 0.132109 US$ por energía eléctrica y 0.058928 US$ por distribución.

[http://www.siget.gob.sv/attachments/1359_TERMINOS%20_Y_CONDICIONES_GENERALES0-

01-2010.pdf]

En el caso del biodigestor de San Marcos Lempa, los ahorros serán por el equivalente en uso de

gas propano y leña.

77

4.2 Evaluación económica

4.2.1 Supuestos empleados en la evaluación económica de digestores en estudio

Para realizar la evaluación económica de la planta Miravalle, se tomaron en cuenta los siguientes

supuestos:

La inversión inicial fue realizada a principios de 2010 (Enero 2010)

Ciclo de vida del proyecto igual a 20 años. No hay reemplazo de equipos.

Tasa de descuento de 7.3%

Préstamo que se realizó para la inversión inicial no posee interés.

Proyecciones de ingresos y gastos ejecutados a precios constantes.

Depreciación en línea recta.

Para la realización de la evaluación económica de la planta de San Marcos Lempa, se tomaron en

cuenta los siguientes supuestos:

La inversión inicial fue realizada a principios de 2010 (Enero 2010)

Ciclo de vida del proyecto igual a 10 años. Reemplazo de equipo cada 3 años.

Tasa de descuento de 7.3%

Préstamo que se realizó para la inversión inicial fue una donación.

Proyecciones de ingresos y gastos ejecutados a precios constantes.

4.2.2 Biodigestor Hacienda Miravalle. Resultados de evaluación

Costos por asesoría técnica

La tabla 4.1 muestra un estimado de los costos que se obtendrían por Asesoría técnica, previa

construcción del biodigestor Miravalle.

Cabe mencionarse que dentro de los costos de asesoría se agregan dos apartados que son

“Investigación sobre las condiciones ambientales en la zona de futura construcción” y “Estudio de

78

suelos”. Al principio de la investigación, se habían estipulado estos dos tipos de pruebas debido a

las condiciones en las cuales el biodigestor Miravalle había sido construido. Sin embargo se ha

consultado a expertos en el tema, y los estudios de suelos solo son necesarios cuando son obras

civiles que pongan en riesgo la seguridad de personas (tales como casas, edificios). El problema

con el manto freático se puede evitar mediante un buen encofrado en la base de construcción del

biodigestor, sin necesidad de un análisis de suelos que supondría un gasto mayor en la inversión

inicial de lo que crearía el encofrado. Por otra parte, la investigación de las condiciones

ambientales también se menciona, pues este debe tenerse en cuenta cuando se proyecta construir

un biodigestor, debido mayormente a la temperatura con la que se piensa trabajar, pero dicha

investigación no acarrea costo alguno debido a que datos sobre las condiciones climáticas de la

zona se encuentran disponibles en la página del SNET de manera gratuita.

Tabla 4. 1 Costos por asesoría técnica Biodigestor Hacienda Miravalle [Fuente: Elaboración propia]

ASESORÍA TÉCNICA

Biodigestor Miravalle

Investigación sobre las condiciones ambientales en la zona de la futura

construcción*

Sin costo

Estudio de suelos**

Se aconseja no realizarse debido a su

alto costo

Realización de análisis químicos de los sustratos***

Personal Operativo $200.00

pH $20.00

Análisis ácidos grasos $20.00

Análisis DQO $25.00

SUBTOTAL $245.00

Gastos administrativos menores

$5.00

SUBTOTAL $5.00

TOTAL $250.00

79

Costos de construcción y equipamiento

Los costos de construcción y equipamiento se muestran en la tabla 4.2, y se detallan aspectos

concernientes a la construcción y equipamiento del biodigestor Miravalle.

Estos precios han sido proporcionados por el constructor del biodigestor, Ing. Oscar Valle y que

fueron documentados por su persona durante la ejecución de la obra.

Tabla 4. 2 Costos de construcción y equipamiento [Fuente: elaboración propia]

CONSTRUCCIÓN/EQUIPAMIENTO


OBRA CIVIL: CONSTRUCCIÓN Y ADECUACIÓN

Diseño --

Cerca perimetral --

Pileta de mezclado --

Canales --

Casa de máquinas --

Mejoras (repellos, sellos herméticos) --

Mano de obra --

Varios --

SUB-TOTAL $26,668.33

CASA DE MÁQUINAS EQUIPAMIENTO

Compra de generador $10,000.00

Gastos de importación $1,500.00

Varios $1,490.33

SUB-TOTAL $12,990.33

ACCESORIOS

Gasómetros $57.00

Red de tuberías $20.00

Bombas y Filtros (2 unidades) $1,200.00

Equipos de medición $30.00

Instalación de accesorios varios $10.00

SUB-TOTAL $1,317.00

80

Costos de puesta en marcha

La tabla 4.3 muestra los costos obtenidos en los procesos de puesta en marcha de la Planta

Miravalle. Dichos precios también han sido proporcionados en su mayoría por el Ing. Oscar Valle,

durante la ejecución de la puesta en marcha de la Planta.

Tabla 4. 3 Costos de puesta en marcha [Fuente: elaboración propia]

HERRAMIENTAS PARA OPERACIÓN/MANTENIMIENTO

Herramientas para operación $10.00

Herramientas para mantenimiento $10.00

SUB TOTAL $20.00

Gastos administrativos menores $5.00

SUB-TOTAL $5.00

TOTAL $41,000.66

PUESTA EN MARCHA


Cargas de biodigestor y pruebas de producción $250.00

Instalación de motor generador y pruebas $350.00

Adecuación de instalaciones eléctricas $350.00

Análisis y medición de gases $200.00

Combustible y supervisión $140.00

Gastos adicionales $350.00

Inoculación $50.00

Monitoreo $25.00

Personal operativo* $0.00

Precio consumo de agua** $0.00

Costos de entrenamiento de personal operativo $5.00


TOTAL $1,725.00

81

Costos de operación

Los costos de operación son un estimado de los gastos que se tendrán durante la operación del

biodigestor Miravalle y se presentan en la tabla 4.4. No se agregan los sueldos de personal

operativo debido a que las personas encargadas de la operación son empleados de la Granja

Miravalle, y sus sueldos no salen del préstamo obtenido para la fabricación de la planta, ni

tampoco es desembolso del dueño, sino que se les paga por el trabajo que realizan en la granja,

más las labores adicionales en el biodigestor. Tampoco se toma en cuenta el consumo de agua

debido a que se piensa reutilizar el agua del efluente para generar la mezcla de alimentación del

reactor.

Tabla 4. 4 Costos de operación (mensuales) [Fuente: elaboración propia]

Costos de mantenimiento

Los estimados de los costos de mantenimiento se presentan en las tablas 4.5 y 4.6. Los datos

fueron proporcionados por el Ing. Oscar Valle y se dividen en mantenimientos mensuales, y

mantenimientos anuales.

COSTOS DE OPERACIÓN (mensual)


Personal Operativo* --

Precio consumo de agua/mes** --

Compra de insumos varios (guantes, mascarillas) $15.00

Análisis mensuales $25.00


TOTAL $45.00

82

Tabla 4. 5 Costos de mantenimiento (mensual) [Fuente: elaboración propia]

Tabla 4. 6 Costos de mantenimiento (anual) [Fuente: elaboración propia]

COSTOS DE MANTENIMIENTO (mensual)


Personal Operativo* *

Compra de repuestos (para la planta) $5.00

Mtto. de equipo de medición (Mtto. Preventivo) $5.00

Mantenimiento del generador (Mtto. Preventivo) $10.00

Mantenimiento de la bomba (Mtto. Preventivo) $10.00

Mantenimiento de la planta en general (Mtto. Preventivo/Corectivo) $5.00

Mantenimiento de otros equipos/instalaciones variados $5.00

Fondo para Mantenimientos Correctivos de Emergencia $10.00


TOTAL $55.00

COSTOS DE MANTENIMIENTO (anual)


Personal Operativo (Persona contratada para supervisión y mantenimiento)* $150.00

Insumos -aceites, aditivos, filtros etc.- (Stock para un año) $50.00

Mantenimiento del generador $50.00

Compra de repuestos y partes (Stock para un año) $50.00

Gastos de envío e introducción al país $20.00

Mantenimiento de la bomba $50.00

Compra de repuestos y partes (Stock para un año) $40.00

Gastos de envío e introducción al país $18.00

Mantenimiento de gasómetros $5.00

Mantenimiento de filtros $5.00


TOTAL $443.00

83

Gastos mensuales anualizados e Inversión inicial

La tabla 4.7 muestra el monto de la inversión inicial para la construcción, equipamiento y puesta

en marcha del biodigestor Miravalle. La tabla 4.8 muestra los gastos de operaciones y

mantenimiento por mes, y el sub-total de ambos que se obtiene por año. Así también se agregan

los costos de mantenimiento anual para obtener los costos totales anuales, que nos servirán

posteriormente en la evaluación económica.

Flujos de Efectivo. Costo/Beneficio. Resultados

La tabla 4.9 presenta los flujos de efectivo que se obtendrán cada año en el biodigestor Hacienda

Miravalle, así como los respectivos valores anuales. De este flujo se puede ver que los gastos de

operación en el primer año ascienden a $540.00 dólares, mientras los gastos de mantenimiento

ascienden a $1,103.00 dólares. El costo asociado al pago del préstamo asciende a $815.37

dólares (no se paga interés por dicho préstamo) los cuales, como se mencionó antes, se refieren a

la inversión realizada en la compra de equipos y accesorios para la planta, dado que el valor por

obra civil es un gasto que el dueño de la granja no puede evitar dada la legislación salvadoreña

que obliga a que el agua servida de granjas y/o porquerizas se tratada para disminuir el impacto

ambiental. Asimismo se presentan los valores de la depreciación en equipos, asumiendo una

depreciación en línea recta.

Los ingresos derivados del ahorro de energía eléctrica para las labores agrícolas en la granja

Miravalle ascienden $8,367.42 dólares en el primer año. La tabla 4.7 muestra los cálculos

realizados para obtener dicho valor.

Tabla 4. 7 Cálculo del precio de los ahorros energéticos e inversión inicial en Biodigestor Miravalle (fuente: elaboración propia)

Unidades

Potencia Generador 15 kWh

Horas de trabajo 8 H

Producción de energía 120 kWh/día

Precio de la energía (CLESA) 0.191037 US$

Ahorros de energía (diarios) $22.92 US$/día

Ahorros de energía (anuales) $8,367.42 US$/año

Costos por asesoría -$250.00

Costos de Construcción -$41,000,66

Costos por Puesta en Marcha -$1,725.00

INVERSIÓN INICIAL -$42,975.66

84

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86

El valor de las 8 horas de trabajo se obtiene de la gráfica presentada en la figura 4.1, la cual

muestra la relación entre consumo del generador por horas con la generación de biogás por parte

del reactor. Esto significa que por cada hora de funcionamiento del generador, las horas restantes

servirán para que el reactor forme una cantidad determinada de biogás. Así por ejemplo, si el

generador eléctrico funciona una hora al día, consume 3.7 m³ por esa hora, y en el reactor se

generarán aproximadamente 41.4 m³ de biogás durante las 23 horas restantes en las cuales el

generador eléctrico no funcione. Para dos horas de funcionamiento del generador eléctrico, este

consumirá 7.4 m³ de biogás, y en las restantes 22 horas que no se utilice, el reactor generará 39.6

m³ de biogás aproximadamente., y así sucesivamente. En la intersección de las dos gráficas, la

cual se da aproximadamente a las 8 horas de funcionamiento del generador eléctrico, se ve que se

garantiza la producción de una cantidad aproximadamente igual de biogás para las labores del

siguiente día. Dicho valor asciende aproximadamente a 28 ó 29 m³ de biogás

La tabla 4.9 muestra además los valores anuales de costos e ingresos, así como el valor presente

neto de cada una de las anualidades. En valor presente, los costos anuales de operación durante

el ciclo de 20 años, ascienden a $5,457.82 dólares, así como los costos asociados al

mantenimiento ascienden a $11,148.10 dólares durante todo el ciclo de vida.

El total de ingresos es de $5,909.05 dólares por año, lo cual equivale a $84,570.16 dólares en valor

presente neto.

Partiendo de estos valores, y utilizando una razón Beneficio/Costo modificada, podemos obtener el

valor para el análisis B/C:

inversión

Operacion&ntoMantenimieBeneficiosCosto/Beneficio ificadamod

(Ec. 4.1)

33.307,16$

)10.148,11$82.457,5($16.570,84$Costo/Beneficio ificadamod

17.4Costo/Beneficio ificadamod

El valor de 4.17 viene a comprobar que el proyecto es económicamente ventajoso. El Valor Actual

Neto y la tasa interna de retorno se muestran calculados en la tabla 5.10, y los cuales

corresponden, respectivamente a $44,859.78 dólares y a un 36%. El período de recuperación de

capital es de 2.76 años.

87

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88

4.2.3 Biodigestor ACASA - San Marcos Lempa. Resultados de evaluación

Costos de construcción y equipamiento

La tabla 4.10 muestra los gastos realizados en la construcción del Biodigestor de San Marcos

Lempa. Datos proporcionados por ACASA.

Tabla 4. 10 Costos de construcción y equipamiento [Fuente: elaboración propia]

CONSTRUCCIÓN/EQUIPAMIENTO

Biodigestor San Marcos Lempa

OBRA CIVIL: CONSTRUCCIÓN Y ADECUACIÓN

Diseño --

Cerca perimetral --

Canales --

Mejoras (repellos, sellos herméticos) --

Bolsa Polietileno

Mano de obra --

Varios --

SUB-TOTAL $300.00

ACCESORIOS

Gasómetros $57.00

Red de tuberías $20.00

Filtros $5.00

Instalación de accesorios varios $5.00

SUB-TOTAL $87.00

HERRAMIENTAS PARA OPERACIÓN/MANTENIMIENTO

Herramientas para operación $5.00

Herramientas para mantenimiento $5.00

SUB TOTAL $10.00


SUB-TOTAL $1.00

TOTAL $398.00

89

Costos de mantenimiento

La tabla 4.11 muestra los estimados del mantenimiento anual requerido en la planta de San

Marcos Lempa.

Tabla 4. 11 Costos de mantenimientos anuales requeridos en ACASA - San Marcos Lempa [Fuente: elaboración propia]

Flujos de Efectivo. Costo/Beneficio. Resultados

Las tablas 4.12 y 4.13 presentan, los flujos de efectivo anualizados en el biodigestor de San

Marcos Lempa. De este flujo se puede ver que los gastos de operación en el primer año ascienden

a 15.00 dólares, y los cuales comprenden el uso de agua potable para lavar las porquerizas y crear

la mezcla para el biodigestor. Los gastos de mantenimiento ascienden a 9 dólares por año, y en su

mayoría comprende contingencias, ya que los accesorios instalados en San Marcos Lempa

requieren muy poco mantenimiento. La recuperación de capital en el dado caso que no haya que

pagarse anualidad (que la inversión provenga de una donación, tal cual es el caso del biodigestor

de San Marcos Lempa) se da en poco más de dos años si proviene de donación, y

aproximadamente en 5 años si proviene de un préstamo de la banca local (al 11% de interés) Los

ingresos derivados del ahorro de energía para labores de cocina en San Marcos Lempa promedian

$174.33 anuales.

Asimismo se presentan los valores presentes equivalentes de cada uno de los flujos. En valor

presente, los costos anuales de operación durante el ciclo de 9 años, ascienden a $96.35 dólares

así como los costos asociados al mantenimiento ascienden a $57.81 dólares. El total de ingresos

COSTOS DE MANTENIMIENTO (anual)

Biodigestor ACASA

Mantenimiento de gasómetros $3.50

Mantenimiento de filtros $3.50

Gastos menores $2.00

TOTAL $9.00

90

es de $1,316.78 dólares para los nueve años de funcionamiento. Partiendo de esto, y utilizando

una razón Beneficio/Costo modificada, podemos obtener el valor para el análisis B/C:

inversión

Operacion&ntoMantenimieBeneficiosCosto/Beneficio ificadamod

(Ec. 4.2)

398

)81.5735.96(78.316,1Costos/Beneficio ificadamod

92.2Costos/Beneficios ificadamod

El valor de 2,92 viene a comprobar que el proyecto es económicamente ventajoso, lo cual también

se puede corroborar al observar los valores de ganancias que se van obteniendo año con año. El

capital invertido se recupera al tercer año de funcionamiento mediante un préstamo otorgado por la

banca local, y en 2.19 años mediante donación.

El valor actual neto y la tasa interna de retorno se muestran calculados en la tabla 4.12 y 4.13 para

cada caso, y los cuales ascienden a $204.06 y 22% mediante préstamo de la banca local, y

$726.45 y 43% mediante donación.

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93

4.3 Manuales de operación y mantenimiento

4.3.1 Manual de operación de una planta generadora de biogás

Para el buen funcionamiento de una planta de producción, almacenamiento y aprovechamiento del

biogás es importante desarrollar un manual de operación, lo cual nos garantizaría que sea cual sea

la persona o personas que estén operando la planta de biogás, lo hagan de una manera metódica,

adecuada y ordenada, lo que aseguraría el desenvolvimiento normal en la producción del biogás.

Cabe destacar que para cada biodigestor en específico es importante desarrollar un plan de

operación específico de acuerdo a los parámetros en los que se desarrolla, sin embargo en dicho

manual se destacan las labores generales que se deben de realizar.

A continuación se encuentra desarrollada una metodología a seguir de una manera clara, sencilla y

legible para que cualquier persona que se desenvuelva en el campo operando una planta de

biogás, no tenga contratiempos a la hora de interpretar la información del manual.

Proceso de limpieza y verificación

Para iniciar la carga del biodigestor es importante revisarlo en su interior que no tenga ningún

residuo o sedimento, o cualquier otro objeto que se encuentre dentro de él y que pueda obstruir el

paso de la materia prima utilizada en el digestor. Cuando el biodigestor se encuentre en

funcionamiento normal será siempre importante mantenerlo limpio y despejado, lo que va a ser

tarea de la persona encargada de la operación realizar dichas tareas.

Proceso de inoculación

El proceso de inoculación se realiza cuando el biodigestor está recibiendo las primeras cargas de

mezcla agua-estiércol. Dicho proceso consiste en introducir inicialmente un cultivo de bacterias

procedente de otro biodigestor en funcionamiento, las cuales su función es activar el proceso

anaeróbico del digestor recién cargado. Las bacterias inoculadas inician el proceso de generación

del biogás al igual que fomentan la reproducción de nuevas bacterias dentro de él. No en todos los

digestores es necesario realizar dicho proceso.

Selección de la materia prima

El estiércol que se utilizará debe ser seleccionado de una manera rigurosa, cerciorándose que el

mismo proceda de los corrales que se encuentran cementados. Se debe tener cuidado de no

incluir el estiércol de algún animal que esté bajo tratamiento con antibióticos.

94

Ya teniendo el estiércol seleccionado el siguiente paso es la preparación de la mezcla que se

introducirá al digestor, la cual se realizará en la pileta de mezcla y de la siguiente manera:

Mezcla 5 a 1: La mezcla 5 a 1 quiere decir que por cada porción de estiércol se agregarán 5

porciones de agua. La mezcla de 5 a 1 es la primera mezcla utilizada en la carga inicial del

biogestor. Una vez el digestor se encuentre listo se procederá a cargarlo con la misma.

Mezcla 4 a 1: La mezcla 4 a 1 significa que por cada porción de estiércol se agregarán 4 porciones

de agua. Después de 1 semana cargando el digestor con una mezcla de 5 a 1 se cambiará la

mezcla y se cargará con una de proporción 4 a 1.

Mezcla 3 a 1: Dicha proporción significa que por cada porción de estiércol se le agregarán 3

porciones de agua. La mezcla 3 a 1 es la mezcla con mayor cantidad de estiércol que se le

suministrará al reactor. Después de 1 semana cargando el digestor con la mezcla de 4 a 1 se

procederá a cambiar la mezcla por la de 3 a 1 hasta lograr estabilizar el digestor y así aplicar una

cantidad constante de dicha mezcla obteniendo por consiguiente una producción óptima y estable

de biogás.

Vale aclarar que la mezcla de 5 a 1 y de 4 a 1 únicamente se utilizará en el proceso de carga inicial

del digestor, hasta llegar a su estabilización. En el proceso de carga regular se utilizará una mezcla

de 3 a 1 que es la máxima carga que se ingresará al reactor, todo esto para evitar en la medida de

lo posible la formación de lodos en la cámara de descarga.

Proceso de carga

Una vez realizada la mezcla el siguiente paso es el proceso de carga. Es muy importante que el

proceso de carga se realice en la medida de lo posible a la misma hora del día y así acostumbrar a

las bacterias presentes en el reactor para no alterar el proceso de degradación que llevan a cabo.

Dicho proceso se puede realizar de forma directa o por medio de dispositivos mecánicos como una

bomba.

Proceso de recirculación

El proceso de recirculación del material dentro del digestor es muy importante, ya que la agitación

de la materia hace que se homogenice la mezcla dentro del reactor. No en todos los reactores se

podrá realizar el proceso de recirculación, ya que dependerá del diseño y aplicación del mismo.

Revisión de parámetros (temperatura, pH, DQO.)

En el proceso de carga inicial es importante hacer revisiones periódicas de los parámetros:

temperatura, pH, DQO, los cuales se deben de realizar constantemente llevando una bitácora de

los datos obtenidos. Los datos de temperatura y pH deberán ser tomados por el operador en el

95

momento de realizar la carga diaria. Para el análisis de DQO el operador únicamente deberá tomar

muestras de la entrada y salida del reactor las cuales serán enviadas a un laboratorio

especializado para su interpretación.

Cuando el reactor se encuentre funcionando regularmente siempre será necesario llevar un control

de los dichos parámetros de funcionamiento, pero con una menor frecuencia, que en la carga

inicial, únicamente para verificar que se encuentre en su correcto funcionamiento.

Utilización del efluente y lodos

A medida se va cargando el biodigestor se va a ir obteniendo agua de efluente, la cual esta agua

ya tratada se deberá reutilizar en el proceso de preparación de la mezcla en la medida sea lo

posible. Muy importante no botar dicho efluente sino reutilizarlo. Los lodos resultantes son ricos en

nutrientes y se puede utilizar como abono.

4.3.2 Manual de mantenimiento de una planta generadora de biogás

Cuando la planta de producción y aprovechamiento del biogás se encuentre funcionando

establemente con una producción constante, es muy importante tener los cuidados necesarios

para que se mantenga en dicha dirección. Es por ello que se debe de desarrollar y aplicar un plan

de mantenimiento que mantenga las condiciones estables de operación de la planta. Dichos planes

de mantenimiento garantizará una producción constante de biogás, verificando diversos puntos

como lo son: chequeos de tuberías, chequeos de válvulas, chequeo de fugas, verificación y

cambios de filtros, verificación del funcionamiento de la bomba y el generador, limpieza de maleza

en los alrededores, remoción de lodos, entre otros puntos que se desarrollarán detenidamente en

los manuales de mantenimiento.

A continuación se detalla un plan de mantenimiento general para cualquier tipo de biodigestor, sin

embargo es necesario desarrollar un plan específico tomando en cuenta los parámetros de

funcionamiento propio de cada lugar.

El manual de mantenimiento está comprendido de dos partes esenciales:

- Plan de Mantenimiento

- Programa de Mantenimiento

En el Plan de Mantenimiento se desarrollará y se explicará las diferentes actividades de

mantenimiento que se realizarán, lo cual se hará de forma tal que se expondrá detalladamente el

mantenimiento a ejecutar parte por parte de las plantas de biogás. Otro punto detallado y explicado

96

en el Plan de Mantenimiento es la finalidad que se pretende con las actividades de mantenimiento

propuestas, así como su importancia.

En el Programa de Mantenimiento se elaborará un calendario de las actividades de mantenimiento

a realizar, en las cuales se especificará:

- Frecuencia de mantenimiento.

- Labor o actividad de mantenimiento.

- Parte específica de la planta de biogás en que se realizará la labor o actividad de

mantenimiento.

En el Programa de Mantenimiento será responsabilidad del operador consultar diariamente el

programa de mantenimiento, verificando así, la actividad a realizar en la planta y a su vez llevarla a

cabo de acuerdo a las fechas establecidas.

Plan de Mantenimiento

Las diferentes actividades de mantenimiento aplicables para un biodigestor en general se detallan

a continuación:

o Monitoreo de la planta en general

Obra física del biodigestor.

Verificación de formación de lodos.

o Limpieza del biodigestor y sus alrededores

o Revisión del biodigestor

o Revisión de tuberías

Chequeo de fugas y estado de tuberías.

Revisión de uniones.

o Revisión y cambios de filtros

Filtro de dióxido de carbono.

Filtro de ácido sulfhídrico.

97

Purgas de agua.

Válvula de alivio.

o Revisión de gasómetros

Revisión del nivel del agua

Cambio del agua

Revisión de mangueras

Chapeo de los contornos

o Aplicación final

Chequeo de los diferentes dispositivos donde se utilizará el biogás como

generadores, calderas, estufas, etc.

Programa de mantenimiento

Se desarrolló un programa de mantenimiento en el que se detalla la frecuencia y tipo de

mantenimiento que se le desarrollará a la plata.

La programación del plan de mantenimiento se detalla a continuación:

o Mantenimiento diario

Revisión del nivel del agua del gasómetro

Revisión de mangueras del gasómetro

Verificación de formación de lodos

o Mantenimiento cada 3 días

Chequeo de fugas y estado de tuberías

Revisión de uniones de tuberías

Revisión válvulas de alivio

o Mantenimiento semanal

Obra física del biodigestor

98

Revisión y evacuación de la purga de agua

Revisión filtro de dióxido de carbono

o Mantenimiento quincenal

Revisión filtro de ácido sulfhídrico

Revisión general del biodigestor

Limpieza de contornos y accesos

o Mantenimiento Mensual

Cambio del agua del gasómetro

Chapeo de los contornos

99

CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

5.1.1 Digestor Hacienda Miravalle

La producción de biogás ha sido poca o nula debido a:

1) El diseño del digestor no es el más adecuado para el tipo de materia prima es decir estiércol de

ganado y también debido al tipo de terreno de la localidad en donde el manto freático se encuentra

a dos metros de profundidad de la superficie del suelo.

2) La falta de sistematización y continuidad en el proceso de carga inicial y en sus cargas

posteriores.

3) Desde la operación inicial no se llevo a cabo un monitoreo adecuado de pH, temperatura en

conjunto con los análisis de DQO, ácidos grasos, los cuales son de suma importancia para lograr

un equilibrio dentro del digestor con su monitoreo y mediciones continuas.

4) El proceso de carga inicial se debió realizar de manera gradual, es decir comenzando con una

mezcla diluida con una relación de 5 a 1 aumentando paulatinamente hasta llegar a la proporción

que teóricamente se maneja como la adecuada 3 a 1, claro respetando los tiempos de retención

hidráulica de cada etapa los cuales varían según el digestor.

5) La falta del personal capacitado para la operación del digestor antes de la persona actualmente

capacitada.

6) Uno de los problemas para la puesta en marcha y operación del digestor Miravalle fue la falta de

un manual de operación el cual debió ser brindado por el diseñador del digestor.

5.1.2 Digestor ACASA – San Marcos Lempa

1) Sin realizarse ningún tipo de proceso de carga inicial de manera sistemática, el digestor

comenzó a generar biogás después de 15 días de su puesta en marcha, esto debido al tipo de

digestor el cual permite con facilidad el desplazamiento de la materia orgánica y también por el tipo

de materia orgánica que se considera bondadosa para la generación de biogás.

100

2) Se ha logrado una reducción considerable en la utilización de leña para la cocción de alimentos

por parte de los dueños del digestor, lo cual también ayuda a disminuir de forma directa la tala de

árboles en la zona.

3) Con la implementación de este tipo de digestores se puede corroborar que con bajo presupuesto

se puede construir un digestor que funcionando con excretas de cerdo genera biogás de calidad

con alto contenido en metano CH4 de alrededor del 74%, con un bajo costo de operación y

mantenimiento y que ayuda al medio ambiente mediante la reducción de contaminación de suelo y

ríos por las excretas de cerdo, proliferación de moscas, etc.

4) La presencia del H2S se reduce de manera considerable por medio de la aplicación de filtros con

virutas de hierro en su interior de fácil elaboración, con lo que se reduce el riesgo de la corrosión

en dispositivos como válvulas de acero y motores de combustión accionados con biogás.

5.1.3 Generales

1) En digestores en los cuales se produce biogás por medio de las excretas de ganado se requiere

un monitoreo más riguroso en comparación con los digestores que operan con excretas de cerdo,

esto debido a que las excretas de vacas es un tipo de materia orgánica muy sensible a cambios

externos como temperatura y humedad, así como un preparamiento de la materia orgánica a

ingresar al digestor, es decir que se debe hacer una correcta selección de la misma.

2) Las excretas de cerdo y de vaca poseen diferencias intrínsecas, es decir que el excremento de

la vaca sufre un proceso más complejo de digestión ya que la mayor parte de la materia está

compuesta de fibra difícil de descomponer ya que se ha sometido a una larga digestión dentro del

animal. En cambio las excretas de los cerdos son producto de un proceso de digestión rápido con

lo que se obtiene materia orgánica más homogénea y menos degradada. Tomando en cuenta

además que la excreta de cerdo contiene más carga de DQO por volumen que la de vacas.

3) Aunque no se maneje bajo un régimen de operación un digestor operado con excretas de cerdo

puede generar biogás con más facilidad que uno operando con excretas de vaca.

4) Las condiciones ambientales pueden hacer variar el funcionamiento de un digestor, ya que

pueden favorecer o impedir la generación de bacterias dentro del reactor.

5) Para cualquier digestor es importante realizar una bitácora de monitoreo de las diferentes

variables que están involucradas en la generación del biogás así como procesos de muestreo del

influente para sus análisis químicos respectivos ya que por medio de estos se puede determinar y

monitorear el funcionamiento del digestor.

101

6) En el proceso de carga inicial y estabilización de un digestor es importante llevar en paralelo el

monitoreo de variables como pH, temperatura, DQO y ácidos grasos para generar un registro de

operación del digestor el cual puede ser de mucha ayuda en procesos de reactivación en el futuro.

7) Los resultados de los análisis de DQO realizados en un digestor son el indicativo de que tan

bien la materia orgánica que entra al digestor se está degradando adentro del mismo, lo cual nos

da una idea de que tan bien las bacterias están consumiendo toda la carga orgánica que está

entrando al digestor lo cual se ve reflejado en la cantidad de biogás producido.

8) No todos los diseños de digestores funcionan de la mima manera en cualquier localidad ya que

pueden verse afectados por las condiciones ambientales de cada ubicación.

9) Por la experiencia que recogimos concluimos que este tipo de tecnologías renovables y que son

amigables con el ambiente, no han podido ser difundidas como se debería por un simple obstáculo

la ignorancia y la falta de información adecuada hacia la población sobre dichas tecnologías que

son rentables y de las cuales se obtiene un gran beneficio en la obtención y utilización del biogás.

5.2 Recomendaciones

5.2.1 Digestor Hacienda Miravalle

1) Realizar monitoreo continuo de las variables: pH, temperatura, DQO y ácidos grasos.

2) En el proceso de carga inicial se recomienda seguir la metodología de carga gradual expuesta

en el apartado 3.4.4.

3) Hacer un proceso de selección más riguroso en la elección de las excretas de vaca a ingresar al

digestor para lo cual recomendamos utilizar únicamente materia fresca la cual no debe exceder de

dos días, la cual debe poseer la humedad necesaria para crear las condiciones optimas para la

generación de las bacterias. También se recomiendo no utilizar estiércol de ganado que este en

tratamiento médico o con antibióticos.

4) Se recomiendo utilizar el agua del efluente del digestor para realizar el proceso de mezcla con

la materia orgánica nueva a ingresar al digesto la cual se realiza en la pileta de mezcla.

5) Para acelerar el proceso de obtención de biogás se recomiendo inocular el digestor mediante

lodos ya activados de otro digestor que ya este generando biogás.

102

6) Se recomienda seguir las instrucciones tanto del manual de operación y de mantenimiento que

se encuentran en el apartado 4.3.1 y 4.3.2 de este documento.

5.2.2 Digestor ACASA - San Marcos Lempa

1) Se recomienda la instalación de otro gasómetro adicional al ya existente ya que la capacidad de

generación del digestor excede la capacidad de almacenamiento del ya instalado.

2) El proceso de carga del digestor debe realizarse de forma sistemática, para lo cual se

recomienda que se realice en una proporción de 3 partes de agua por una de estiércol la cual se

considera ideal para la óptima generación de biogás.

3) Se recomienda un reemplazo de la válvula de alivio existente en el sistema de tuberías por el

diseño planteado en este documento el cual se encuentra en el apartado 2.2.3 y los planos en el

ANEXO B

4) La viruta de hierro contenida en el filtro para la eliminación del H2S debe reemplazarse al

momento en que el color de la llama del quemador cambie de color azul a amarillo.

5) Se recomienda seguir las instrucciones tanto del manual de operación y de mantenimiento que

se encuentran en el apartado 4.3.1 y 4.3.2 de este documento.

103

GLOSARIO

Ácidos grasos: Es un conjunto de ácidos que son generados mediante la fermentación anaerobia

de biomasa, y los cuales son liberados por las bacterias para producir biogás.

Aerobio: Se aplica al proceso que se desarrolla con presencia de oxígeno.

Anaerobia: Se aplica al proceso que se desarrolla en ausencia de oxígeno libre.

Bacterias acetogénicas: Son las bacterias productoras del ácido acético.

Bacterias anaeróbicas: Son los organismos que no utilizan oxígeno en su metabolismo, y que

probablemente pueda reaccionar negativamente o incluso morir en la presencia de oxígeno.

Biodigestor: Es un contenedor cerrado, hermético e impermeable, dentro del cual se deposita

material orgánico a fermentar en determinada dilución de agua para que a través de la

fermentación anaerobia se produzca biogás.

Bio-filtro: Es un conjunto de arreglos elaborados de materias inorgánicas y plantas con la

finalidad de proveer el filtrado de aguas residuales al hacerlos pasar por dicho arreglo.

Biogás: Típicamente se refiere a un gas producido por la descomposición biológica de la materia

orgánica en la ausencia de oxígeno. Es un tipo de gas que es producido por la digestión

anaeróbica debido a la fermentación de materiales biodegradables tales como biomasa, estiércol,

aguas negras y materiales vegetales.

Biomasa: Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable

como fuente de energía.

Caída de presión: Es la pérdida de presión entre dos puntos de una tubería.

Calorímetro: es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o

recibidas por los cuerpos.

Captación: Se refiere a la obtención de muestras de una sustancia cualquiera para su posterior

análisis.

Carboxílico (Ácido): Constituye un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen un

grupo funcional llamado grupo carboxilo. Se produce cuando coincide sobre el mismo carbono un

grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (C=O).

Caudal: Es la cantidad de fluido que pasa en un punto determinado por unidad de tiempo.

104

Cerdaza: Es el estiércol de cerdo preparado para ser utilizado para la producción de biogás.

Cogeneración: Es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica

y energía térmica útil.

Combustión: Es una reacción química exotérmica de una sustancia llamada combustible, en el

cual se desprende una gran cantidad de energía en forma de calor y luz.

Condensado: Es el producto resultado de la condensación de un vapor dentro de una tubería.

Corrosión: Es el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su

entorno.

Criba: Dispositivo utilizado para separar partículas de diferentes tamaños.

Demanda química de oxígeno (DQO): Es una medida, en unidades de oxígeno, de la porción de

materia orgánica que es biodegradable dentro de una muestra que es susceptible a la oxidación.

Despulpado: Es el proceso en el que se logra la separación de la pulpa de los demás residuos

como semillas y cáscaras de cualquier fruto.

Digestión anaeróbica: Es el proceso en el cual microorganismos descomponen material

biodegradable en ausencia de oxígeno.

Disociación: Es un proceso en el cual complejos, moléculas o sales se separan en moléculas más

pequeñas, iones o radicales, usualmente de manera reversible.

Efecto invernadero: Es el fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de

una atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado

por radiación solar.

Efluente: Caudal de salida de un biodigestor. En general, se utiliza este término para definir un

caudal de líquido que sale de un tanque o algún lugar de almacenamiento.

Estequiometría: Es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el

transcurso de una reacción química.

Estrangulación: Es la obstrucción causada por la reducción del área de paso del flujo de un fluido.

Excreta: Son el conjunto de los desechos de la nutrición expulsados fuera del organismo por

medio de heces, orina, sudor, esputos, etc.

Fraguado: Es el proceso de endurecimiento de diferentes mezclas utilizadas en la construcción.

105

Gallinaza: Es el estiércol de gallina preparado para ser utilizado en la industria ganadera o en la

industria agropecuaria.

Gasómetro: Contenedor donde se almacenan gases en general.

Geomembrana: Es el nombre que recibe la lámina impermeable hecha a partir de diferentes

resinas plásticas y muy utilizada en la construcción de biodigestores.

Hidrólisis: Descomposición de sustancias orgánicas e inorgánicas complejas en otras más

sencillas por acción del agua.

High Heating Value (HHV): También conocido como el poder calorífico o la energía bruta de un

combustible, se define como la cantidad de calor liberado por una cantidad determinada

(inicialmente a 25 ° C) una vez que se quema y los productos han vuelto a una temperatura de 25 °

C.

Homogenizar: Volver homogénea una mezcla o un compuesto.

Humedad relativa: Es la humedad que contiene una masa de aire, en relación con la máxima

humedad absoluta que podría admitir sin producirse condensación, conservando las mismas

condiciones de temperatura y presión atmosférica.

Inflamabilidad: Es la facilidad con la cual una sustancia encenderá, causando fuego o

combustión.

Influente: Caudal de entrada o alimentación de un biodigestor. En general, se utiliza este término

para definir un caudal de líquido que entra a un tanque o algún lugar de almacenamiento.

Inoculación: Proceso mediante el cual se realiza una introducción de microorganismos no

presentes en una mezcla o recinto.

Lower Heating Value (LHV): También llamado poder calorífico inferior, definido como el valor

calorífico neto de un combustible liberado por la combustión de una cantidad especificada.

Manto freático: Es el nivel en el cual se encuentra o discurre el nivel de agua en el subsuelo.

Metanogénesis: Es la formación de metano por microbios. Es una forma de metabolismo

microbiano cuyo paso final es la descomposición de la biomasa. Los organismos capaces de

producir metano viven usualmente en asociación directa con bacterias anaeróbicas.

Mezcla ácida: Se refiere a la concentración, dentro de una solución determinada, de un gran

número de iones hidrógeno presentes en dicha solución.

106

Mezcla básica: Se refiere a la concentración, dentro de una solución determinada, de un bajo

número de iones hidrógeno presentes en dicha solución.

pH: Se refiere a la medida de la acidificación o de una solución. Se aproxima pero nunca es igual

a p[H], el logaritmo negativo de la concentración molar de iones hidrógeno disueltos. Un bajo pH

indica una alta concentración de iones hidrógeno, mientras que un pH alto indica una baja

concentración.

pH-ímetro: Aparato que consta de un electrodo que mide el diferencial de potencial dentro de una

muestra y que se utiliza para medir la cantidad de iones hidrógeno en el agua.

Poder calorífico: es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender

al producirse una reacción química de oxidación.

Polietileno: Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Químicamente es el polímero más

simple.

Pulpado: Es el proceso de convertir la madera en pulpa separada para la industria papelera.

Purgar: Es la evacuación de sustancias indeseables dentro de un fluido.

Reactor: Es un confinamiento donde se lleva a cabo la descomposición de forma anaeróbica de la

biomasa, produciendo así el biogás.

Recurso renovable: Son aquellos recursos cuya existencia no se agota con su utilización, debido

a que vuelven a su estado original o se regeneran.

Soda cáustica (Hidróxido de sodio): es un hidróxido cáustico usado en la industria como base

química en la fabricación de papel, tejidos y detergentes.

Sopladores (Blowers): Elementos mecánicos utilizados transportar el biogás de un lugar a otro.

Tamizado: Es un método físico para separar mezclas, el cual consiste en hacer pasar una mezcla

de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz o colador separándolas.

Tanque clarificador: En las plantas de tratamiento de agua se refiere a los tanques en los que se

da la sedimentación de los lodos del agua tratada de manera aerobia, con el fin de que el agua

superficial sea utilizada para un posterior proceso.

Temperatura de flama adiabática: Es la temperatura que alcanzan los productos en una reacción

de combustión.

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_masa

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n

107

Termocupla: Consiste de un par de conductores de diferentes metales o aleaciones, que nos

proporcionan la temperatura de diversas sustancias.

Termofílico: Se dice que un biodigestor es tipo termofílico, cuando dentro de su reactor se

alcanzan temperaturas entre el rango de los 35ºC y 60ºC.

Tiempo de retención: Es el tiempo calculado de permanencia de materia útil adentro de un

reactor para que este pueda ser degradado mediante la acción de las bacterias anaerobias.

Válvula de alivio: Son válvulas diseñadas para liberar fluido cuando la presión interna supera el

umbral establecido.

109

REFERENCIAS

ACASA. Asociación Comunal Administradora del Sistema de Agua de San Marcos Lempa, Caserío

Valle Nuevo, Cantón San Marcos Lempa, Dpto. de Usulután, El Salvador.

Tel. 2632 – 2823.

CAFECO.

Edificio Adebien II, Boulevard Merliot No. 5 Antiguo Cuscatlán, La Libertad, El Salvador .

Tel. 2289 - 6665; 2289 – 2692; 2289 - 2703

DIMMA S.A. de C.V. Laboratorio de análisis de aguas. El Salvador.

Ing. Graciela Cortez.

Ing. Tadeo Ramírez.

e-mail: [email protected]

Tel. 2284 – 8430.

ILC. Industrias La Constancia. Wastewater Treatment Plant, Beer Division, El Salvador.

Ing. Ricardo Colorado.

Ing. Rony Cárcamo.

Tel. 2231 – 5172.

111

BIBLIOGRAFÍA

ASTM [1986] Plastic Pipe and Building Products. 1986 Annual book of ASTM

Standards.ASTM Publishing.

Blank y Tarkin [1999] Determinación de una tasa mínima atractiva de retorno. Ingeniería

económica, 9, 536-552. Editorial McGraw-Hill, México D.F, México.

Cordero S., R. Montenegro, M. Mafla, I. Burgués y J. Reid [2006] Análisis de costo-

beneficio de cuatro proyectos hidroeléctricos en la cuenca Changuinola-Teribe. Alianza

para la conservación y el Desarrollo ACD, Asociación ANAI, CSF Conservation Strategy

Fund.

Deublein, D. y A. Steinhauser [2008] “Biogas from Waste and Renewable Resources”.

Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

Flores, N. R. [1993] Producción de biogás y bioabono de la biomasa vegetal y animal,

Aplicaciones de las fuentes renovables de energía. Depto. de investigación de energía

biomásica. Comisión Ejecutiva del Ro Lempa - Universidad Centroamericana “José Simeón

Cañas” UCA. San Salvador, El Salvador.

Herrera L., J. Hernández [1998] Estudio de Prefactibilidad Técnica y Económica para el

Tratamiento y Reuso en Regadío de las Aguas Servidas del Sector Oriente de Santiago.

Universidad de Chile, Departamento de Ingeniería Química. Secretariado de Manejo del

Medio Ambiente para A.L y el Caribe. Lo Bernechea, Región Metropolitana, Chile.

ICAITI-ROCAP [1983] Manual de Construcción y Operación Planta de Biogás. Proyecto de

Leña y Fuentes Alternas de Energía. El Salvador.

Kossman W., U. Pönitz, S. Habermehl, T. Hoerz, P. Krämer, B. Klingler, C. Kellner, T.

Wittur, F. v. Klopotek, A. Krieg y H. Euler [2001] Biogas, Cost and Benefits – Biogas,

Programme Implementation. Biogas Digest. Information and Advisory Service on

Appropiate Technology (ISAT), Deutsche Gesellschaft für Technische Zussamenarbeit

(GTZ), GmbH. Alemania.

López, A. C. [2006] Valorización del estiércol de Cerdo a través de la Producción de

Biogás. Asociación Colombiana de Porcicultores, Fondo Nacional de la Porcicultura.

112

University of Central America – Marquette University [1990] Biochemical Methane Potential

(BMP) and Anaerobic Toxicity Assay (ATA). Anaerobic Laboratory Exercise. Marquette

University.

Valle, O. S. [Agosto 2009] Informe Técnico, Minicentral Bioeléctrica Miravalle. El Salvador.

Valle, O. S. [Enero 2010] Informe Técnico Final, Minicentral Bioeléctrica Miravalle. El

Salvador.

Widodo, T. W y A. Hendriadi [2004] Development of Biogas Processing for Small Scale

Cattle Farm in Indonesia. Indonesian Center for Agricultural Engineering Research and

Development (ICAERD).

113

PÁGINAS WEB

BioAgrícola del Llano S.A E.S.P,

http://www.bioagricoladelllano.com.co/website/documentos/ANEXO%207%20Prefactibilida

d%20Don%20Juanito%20(DOC%20NO%20ACTUALIZADO%20SEGUN%20NUEVA%20C

APACIDAD%20TECNICA%20DEL%20R.S..pdf, Julio 2010.

Elektrotechnik Michael Grüttner, http://www.elektrotechnik-gruettner.de/40608/40828.html,

Julio 2010.

Gerry Baron Site, http://www.habmigern2003.info/language/German/Baron-

biogasanlage.html, Julio 2010.

IBC Perú, http://www.ibcperu.org/doc/isis/7450.pdf, Julio 2010.

Methane to Markets, http://www.methanetomarkets.org/Data/PichacayPFstudySpanish.pdf,

Julio 2010.

Methane to Markets,

http://www.methanetomarkets.org/documents/events_land_20090428_landfills-28apr09-

prefactibilidad_rd_villa_karina_y_el_tejar_moises_lino.pdf, Julio 2010.

Pontificia Universidad Javeriana,

http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ingenieria/tesis15.pdf, Julio 2010

SIGET,

http://www.siget.gob.sv/attachments/1359_TERMINOS%20_Y_CONDICIONES_GENERAL

ES0-01-2010.pdf, Julio 2010.

Tierra Tropical, http://usi.earth.ac.cr/tierratropical/archivos-de-usuario/Edicion/51_v3.2-

02_QuesadaSalas.pdf, Julio 2010.

SICA, http://appext.sica.int/eepbiWEB/viewProject.jsf?projectId=23, Julio 2010.

http://www.bioagricoladelllano.com.co/website/documentos/ANEXO%207%20Prefactibilidad%20Don%20Juanito%20(DOC%20NO%20ACTUALIZADO%20SEGUN%20NUEVA%20CAPACIDAD%20TECNICA%20DEL%20R.S..pdf



http://www.elektrotechnik-gruettner.de/40608/40828.html

http://www.habmigern2003.info/language/German/Baron-biogasanlage.html

http://www.habmigern2003.info/language/German/Baron-biogasanlage.html

http://www.ibcperu.org/doc/isis/7450.pdf

http://www.methanetomarkets.org/Data/PichacayPFstudySpanish.pdf

http://www.methanetomarkets.org/documents/events_land_20090428_landfills-28apr09-prefactibilidad_rd_villa_karina_y_el_tejar_moises_lino.pdf

http://www.methanetomarkets.org/documents/events_land_20090428_landfills-28apr09-prefactibilidad_rd_villa_karina_y_el_tejar_moises_lino.pdf

http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ingenieria/tesis15.pdf

http://www.siget.gob.sv/attachments/1359_TERMINOS%20_Y_CONDICIONES_GENERALES0-01-2010.pdf

http://www.siget.gob.sv/attachments/1359_TERMINOS%20_Y_CONDICIONES_GENERALES0-01-2010.pdf

http://usi.earth.ac.cr/tierratropical/archivos-de-usuario/Edicion/51_v3.2-02_QuesadaSalas.pdf

http://usi.earth.ac.cr/tierratropical/archivos-de-usuario/Edicion/51_v3.2-02_QuesadaSalas.pdf


ANEXO A RESULTADOS DE ANÁLISIS

A-1

ANEXO A. RESULTADOS DE ANÁLISIS

San Salvador 21 de Mayo del 2010.

Atención

Ing. Ismael Sánchez

Presente

Estimado Ingeniero:

Por este medio me permito remitirle el informe del estado y de la visita realizada el día 20 de Mayo

del presente año a las instalaciones del biodigestor ubicado en la ganadería ubicada en San

Sebastián Salitrillo, jurisdicción de Chalchuapa, Departamento de Santa Ana:

1. Se efectuaron los análisis químicos de la entrada y salida del biodigestor, determinando

que no está trabajando, ya que no existe actividad microbiológica en el sistema, por lo

tanto no se genera biogás, véase datos de DQO (se adjuntan análisis a este documento)

2. También se determinó que el lodo de la alimentación no se digiere y la salida es lodo no

digerido y ya seco por la exposición al sol.

3. En la visita se nos informó que el sistema tenía más de una semana de no estar operando,

debido a que el encargado de operarlo había renunciado.

4. Se nos informó que la alimentación del sistema se hace de forma irregular.

5. Se observó el sistema de tamices instalado en la pila de carga del biodigestor, y se notó

actividad anaeróbica generada probablemente por el lodo que se está descomponiendo en

el fondo de la misma, además se observó en algunas secciones de la pila un burbujeo

intenso, debido posiblemente a la presencia de bióxido de carbono como resultado de la

primera etapa de la metanogénesis.

6. El mismo comportamiento observado en la pila, se da en las cajas de alimentación del

biodigestor, esto se debe a que en esta sección si existe descomposición de lodo ya que

es la parte más profunda del biodigestor y el lodo esta estable, debido a que no ha habido

alimentación.

7. La capa seca de lodo presente en la descarga del biodigestor, debido a que no se ha

alimentado se está desprendiendo y regresando al fondo del biodigestor y hay que esperar

que se digiera antes de alimentarlo nuevamente.

DIMMA S.A. DE C.V. LABORATORIO DE ANÁLISIS DE AGUAS [email protected] Teléfono: 2284-8430

mailto:[email protected]

A-2

Sobre la base de estas observaciones se establecen el siguiente análisis:

1. El hecho de que en la pila y en la entrada del biodigestor ya comience a generarse

actividad anaerobia, (burbujeo debido a la generación de bióxido de carbono), después de

una semana de no alimentarlo implica que el sistema necesita tiempo para reaccionar, lo

que nos hace concluir que el caudal de alimentación que se le ha estado alimentando no

es el adecuado.

2. El hecho de que el lodo no digerido se halla separado del mismo indica, que el sistema ha

comenzado su proceso anaerobio, de forma lenta en relación a la alimentación que se le

ha estado suministrando.

3. La carga de diseño del biodigestor es el máximo flujo de alimentación para la cual ha sido

diseñado no implica que a este sistema se le debe de alimentar desde su arranque con

toda la carga orgánica para la que fue diseñado, esta carga debe ser definida en base a

concentración y tiempo de alimentación, de manera programada de acuerdo a los efectos

generados por esta alimentación, para esto se deberá tomar muestra representativa del

lodo del reactor y analizar sólidos suspendidos volátiles.

4. El volumen de biomasa necesario para degradar la carga que se encuentra concentrada en

el flujo de alimentación no se ha desarrollado, por lo que es necesario desarrollarla poco a

poco, para esto no se deberá alimentar el biodigestor en una semana y luego comenzar

con los análisis de sólidos suspendidos volátiles. Esto es debido a que no se inoculó el bio-

reactor con una cepa específica para esta materia orgánica y esta carga servirá para eso.

De acuerdo a nuestro análisis hacemos la siguiente recomendación:

De forma inmediata se recomienda, remover manualmente la capa de lodo seco presente en la

descarga, y esperar una semana para tomar una muestra del líquido remanente de la descarga, sin

alimentar el biodigestor, lo anterior es para verificar el grado de descomposición del interior del

biodigestor.

Nota: Revisar la fundación del tanque para determinar posible hundimiento de la estructura.



A-3

San Salvador, 21 de Mayo de 2010

Señores

BBIIOODDIIGGEESSTTOORR CCHHAALLCCHHUUAAPPAA

Presente

At´n: Ismael Sánchez

Estimados Señores:

Por este medio les presentamos los resultados obtenidos en los análisis realizados a su muestra.

PROCEDENCIA: Entrada al Reactor

RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS


MEDICIÓN

METODO

UTILIZADO INCERTEZA

pH 7.22 - 1 - 14 Electrodo

Selectivo ± 0.05

DQO 792.00 mg/l 500 – 10,000 MERCK SQ

112 ± 2 mg/l

Ácidos

Grasos 73.01 mg/l - Método Kapp -

Esta muestra fue tomada por nuestro equipo técnico, e ingreso al Laboratorio el día 14 de Mayo

de 2010.

Atentamente

Rodolfo Tadeo Ramírez

Jefe de Laboratorio



A-4

San Salvador, 21 de Mayo de 2010

Señores

BBIIOODDIIGGEESSTTOORR CCHHAALLCCHHUUAAPPAA

Presente

At´n: Ismael Sánchez

Estimados Señores:

Por este medio les presentamos los resultados obtenidos en los análisis realizados a su muestra.

PROCEDENCIA: Salida del Reactor

RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS


MEDICIÓN

METODO

UTILIZADO INCERTEZA

pH 7.98 - 1 - 14 Electrodo

Selectivo ± 0.05


Ácidos

Grasos 70.55 mg/l - Método Kapp -

Esta muestra fue tomada por nuestro equipo técnico, e ingreso al Laboratorio el día 14 de Mayo

de 2010.

Atentamente

Rodolfo Tadeo Ramírez

Jefe de Laboratorio



A-5

San Salvador 1 de Junio del 2010.

Atención

Ing. Ismael Sánchez

Presente

Estimado Ingeniero:

Por este medio me permito remitirle el informe de evaluación de los últimos resultados de análisis

de laboratorio del agua del efluente del biodigestor que está operando actualmente en la granja

bovina de de Chalchuapa.

Resultado del análisis:

Se compara el último análisis con el anterior

Parámetro Unidad Resultado de la muestra

del 21 de Mayo

Resultado de la muestra del 31

de Mayo

pH mg/l 7.98 6.62

DQO mg/l 4,234.00 719.00

Ácidos Grasos mg/l 70.55 88.18

De acuerdo a estos resultados se puede concluir:

8. El descenso drástico del pH de un punto y el leve incremento observado en la

concentración de ácidos grasos, indican el inicio de la actividad biológica dentro del

sistema.

9. La DQO ha descendido en dos semanas, en un 83 %, lo cual indica la presencia de

biomasa activa que esta removiendo carga orgánica estática y no en flujo continuo.

Sobre la base de estas observaciones se establece el siguiente análisis:



A-6

1. El hecho de que exista material biológico capas de remover carga orgánica, en flujo

estático o batch y no lo haga en flujo continuo, implica que no existe suficiente nivel de

biomasa en el manto que remueve la carga orgánica dentro del biodigestor.

2. Este comportamiento indica dos posibles causas:

2.1. La influencia de material ajeno que inhibe el desarrollo de la biomasa, como otra sepa

de bacterias creciendo en el mismo medio que compite con las metanogénicas.

2.2. La influencia de un agente fisicoquímico que contamine el medio como trazas de algún

medicamento para el control de enfermedades del ganado o un agente desinfectante.

2.3. Que el tamaño del biodigestor no sea capaz de procesar la carga que se le está

dosificando, por ejemplo se debería de comenzar a alimentar este reactor en una

relación de inicial durante la primera semana de 5 a 1, es decir que 1 kg de excreta

diluido en 5 de agua, en la siguiente semana pasar a 4 a 1 y en la próxima 3 a 1 y

hasta ahí realizar un análisis de entrada y salida.

De acuerdo a nuestro análisis hacemos la siguiente recomendación:

Comenzar a alimentar el biodigestor con una carga donde la relación agua/excreta sea de 5/1,

durante 5 días, luego reposar 2 días y comenzar otros 5 días con una relación 4/1, se descansa 2

días, hasta llegar a la tercera semana con una relación 3 a 1, donde se recomienda observar el

comportamiento del sistema; es recomendable que la dilución de las excretas se realice con el

efluente de descarga del biodigestor (el agua de salida del tanque).

ANEXO B PLANOS

B-1

ANEXO B. PLANOS

ANEXO C BITÁCORA DE MONITOREO BIODIGESTOR HACIENDA

MIRAVALLE

C-1

ANEXO C. BITÁCORA DE MONITOREO BIODIGESTOR MIRAVALLE

Bitácora de monitoreo

Día (Fecha) Hora pH Temperatura

aprovechamiento energetico del biogas en el salvador[1]

Documents