DISEO Y CLCULO DE PLANTAS PRODUCTORAS DE BIOGS EXPOSITOR: ING. ALDO JESS TORRES LPEZ IntroduccinDentrodeldesarrollodelcursoseconsideraoportunoexaminarlas siguientesenergarenovables:Solar,Elica,Biomasa,Pequeos AprovechamientosHidroelctricos,GeotermiayEnergadelos Ocanos CEDEGASplantealanecesidaddedarunimpulsoalasenergas alternativasonoconvencionalesenelmbitodelUsoRacionaldela Energa.Lostrminos:noconvencionaloalternativo,pueden prestarseconfusin.Porlotanto,seproponeparaefectosdeeste curso,sedenominenaestasfuentes:ENERGIASRENOVABLEScon las siguientes posibles definiciones: Fuentedeenergarenovableesunafuenteenergticalacualse renuevaEnergaderivadaderecursosquesonregenerativosopara propsitos prcticos no se agota. Los residuos orgnicos, como pueden ser las basuras, las aguas fecaleso los excrementos que se generan, son vistos en general como un problema del que hay que desprenderse. Pero, si en lugar ser un problema se convierten en una forma ecolgica de obtener energa como puede ser el biogs procedentes de los biodigestores? ENERGIA DE LA BIOMASA-BIOMASICO Energa Alternativa - Biomasa La biomasa est repartida en forma relativamente uniforme en el mundo. Posibles biomasas son: Madera y restos de madera Limo de las plantas de tratamiento de agua Deshechos de la agricultura y la pesca La biomasa puede ser utilizada en forma descentralizada Biomasa Primer combustible empleado por el hombre Fue sustituida por combustibles de mayorpodercalorfico(carbn mineral,derivadosdel petrleo,etc). 75%: Combustibles fsiles12%: Combustin de madera6%: Energa hidrulica5%: Energa nuclear2%: Otros En los pases desarrollados la biomasa es una de las fuentes de energa renovable ms extendida y que ms se esta promocionando. En los pases en vas de desarrollo la biomasa es la principal fuente de energa primaria. Lo que provoca problemas ambientales. Enlaactualidadelpanoramaenergticoacambiadoprincipalmente por la escasez actual de los combustibles fsiles. Biodigestor semicontinuo para el aprovechamiento energtico de la biomasa. Planta Danesa de Lintrup para la produccin de biogs.Estaescasezhapermitidoel desarrolloymejoramientode sistemasdeconversiny aprovechamiento de la biomasa. Elaprovechamientodela biomasasepuederealizaren formadecombustibleslquidoso gaseosos. Qu es la energa de la biomasa? Esaquellaqueseobtieneatravsdelprocesamientodelamismaa travsdemtodosdirectosoindirectos.Laobtencindeenergade la biomasa puede tener como fines especficos la obtencin de calor o energa elctrica.La energa de la biomasa se obtiene del Sol a travs de la fotosntesis. La fotosntesis es un proceso de baja eficiencia (30%) 6CO2 +6H2O+Energa solarC6H12O6+6O2 Ciclo del carbono :

Alimentacin al biodigestorPreparacin del PRE camposObtencin del biogsTrmico Elctrico Consumo Final BIO-FertilizantesConsumo Final Producto final VideosFermentacin de los residuos orgnicos Fermentacin aerbica: Precisandeoxgenoatmosfricoodisueltoenelagua. Lamateriaorgnicaesfermentadaapartirdeun aporteenergtico,dandolugaraunareaccin exotrmica.SeobtienencomoproductosfinalesCO2y H2O. Fermentacin anaerbica: Esteciclosedesarrollaenausenciadeoxgeno molecularyprecisamenoraportacinenergtica,pero requieremayortiempodereaccin.Ladegradacinde lamateriaorgnicaesprogresivahastallegara obtener como productos finales CH4 y CO2. Por qu la digestin anaerobia? FACTORTRATAMIENTO AEROBIOTRATAMIENTO ANAEROBIO PROCESO DE FERMENTACINDegradacin de la materia orgnica a CO2, H2O, nitratos, sulfatos, fosfatos y biomasa. En presencia de oxgeno molecular. Degradacin paso a paso de la materia orgnica a CO2, CH4, otros. Sin la presencia de oxgeno molecular. CRECIMIENTO MICROORGANISMOS Crecimiento muy rpido, poco tiempo de generacin, gran produccin de biomasa. Crecimiento lento (metanognicas), elevado tiempo de generacin, poca produccin de biomasa (fango). CONDICIONES AMBIENTALES MICROORGANISMOS Mucha diversidad de especies, con un amplio espectro de degradacin, baja sensibilidad. Mayor nmero de grupos de organismos, con condiciones ambientales contrarias, ms sensibles a cambios ambientales. OPERATIVIDADMayor estabilidad biolgica que proceso anaerobio, lo que conlleva un menor control del proceso. Biologa ms conflictiva que proceso aerobio. Necesidad de control del proceso. DEMANDA ENERGTICAOxgeno necesario como receptor de hidrgeno, mayor demanda energtica para aireacin No precisa Oxgeno como aceptador de hidrgeno, menor demanda energtica (no aireacin). PRODUCTOS OBTENIDOSCompostBiogs como combustible y biofertilizantes (Biol.), (biosol). PROBLEMAS DE OLORESAl tratarse de un sistema abierto, los compuestos no generan problemas de malos olores. Problemas de malos olores debido a la produccin de H2S, generalmente el olor del biogs es como de un huevo podrido. Procesos bioqumicos de la fermentacin anaerbica Familiarizarseconlosprocesosbacteriolgicosdeladigestin anaerobia y la produccin de gas metano es bsico para el diseo, construccin y operacin de los biodigestores oplantas de biogs. Solubilizacin:Loscompuestosorgnicosinsolublesson transformados,pormediodelahidrlisisenzimticaen compuestosorgnicossolublesdecadenadecarbonomscorta debidoalaaccindemicroorganismos,esdecirlospolisacridos sedegradanenmonosacridos,lasprotenasenaminocidos,las grasas en glicerol, etc. Acidogenesis:Eslafasedeproduccindecido.Losmateriales solublesingeridosporlasclulasdelosmicrobiosson catabolizadosparaformardiversoscidosgrasosvoltiles, graciasalaaccindeunavariedaddeendoenzimas.Entreestosproductosfiguranprincipalmenteloscidosacticosytambin H2, CO2. Metanognesis:Enestafasesedalaformacindelmetano, principalmente componentes del biogs, con una proporcin de 40 a 70% de metano (CH4), 30 a 60% de dixido de carbono (CO2). Solubilizacin ProtenasAminocidos (azucares) Lpidos MonosacridosPolisacridos cidosgrasos (alcoholes) Productos Intermedios (actico, propanico, lctico) Acidogenesis Metanogenesis Sustratosmetanognicos(metanol, metaliminas, acetato) CH4 CO2 Caractersticas fsico-qumicas de la fermentacin anaerbica Temperatura: Lainfluenciadelatemperaturaesmuyimportante,pueslasvelocidadesdelas reaccionesbioqumicassondirectamenteafectadasporlatemperatura, modificndose la tasa de produccin de biogs. Crioflica:Losrangossonmuybajos(10a20C)funcionanatemperaturaambienteen pequeosprototiposrurales(biodigestores),envistadeestosrangostanbajos haylanecesidaddeponeraislamientocomotermassolaresuotrosaislamientos (ver tema IV). Mesoflica:Eslaactividadanaerbicamsnatural,estassonfcilesdeconseguirsinla ayuda de ninguna fuente de calor auxiliar y en un medio ambiente (20 a 40 C). Las bacterias son ms resistentes a los cambios de temperatura y la produccin de gas es ms, generalmente dentro del biodigestor la temperatura ideal es de 35C. Termoflica:Esdealtaeficiencia,peronomuyeconmica,desdeelpuntodevistadeenerga requerida para calentar y mantener el digestor dentro de un rango (de 40 a 60 C).Ademslamateriaprimaseradigeridamsrpido,porloquenecesita mayor cantidad de desechos. Cuando hay aumento de las temperaturas se acelera el crecimiento delasbacteriasmetanogenicasyconestolavelocidadde produccindelbiogs.Trabajandoenelrangotermoflicose aseguraademslahigienizacindeldigerido,puestoquese destruyenpatgenos,seesterilizanlassemillas,seeliminanlas larvasyhuevosdeinsectos,debidoalaaltatemperatura.Un aumentodelatemperaturadedigestintieneelmismoefectoque un aumento del tiempo de retencin del sustrato, por lo que mayor temperaturaimplicarunmenorvolumendeldigestor.Tienen puesgrandesventajasperorequierenunmayorcontroly seguimiento,puestoqueaaltastemperaturaselnitrgeno amoniacallibreseconvierteeninhibidorsisteestpresenteen grancantidadenelsustrato,comoseraelcasodelasexcretasde animales. Este factor puede eliminarse con la mezcla de residuos de diferentes orgenes. Si la temperatura del interior del digestor est por debajo de los 15 C,laproduccindebiogssertanbajaquelaplantanoser econmicamentefactiblesiesteeselobjetivoprincipalde construccin. Caractersticas fsico-qumicas dela fermentacin anaerbica pH:Esunodelosfactoresmsimportantesparamantenerunabuenaeficienciadel proceso, ya que nos indica las diversas reacciones que ocurre en el proceso. Se considera un rango ptimo de pH 6.5 a 7.5. La variacin del pH en un ciclo de digestin indica que este obedece a un control ptimo quenormalmentenonecesitaajustessinosolocuandolapreparacindelamateria prima es incorrecta o cuando el manejo del digestor es impropio. Lasbacteriassedesarrollanfavorablementeenentornosneutrosoligeramente alcalinos.Dependerdelequilibriodelsistemaamonio-amonacotambin,asque raramente se tomar este como indicador del potencial de produccin de biogs o como medidadeloscidospresentesenelsustrato.Undigestorconaltaconcentracinde cidosvoltilesprecisardealgunasustanciaqueincrementeelvalordelpH,queno deber caer por debajo de 6.2 ni superior a los 7.5 puesto que crea un medio txico para las bacterias metanognicas e inhibe el proceso. Proporcin Carbono / Nitrgeno:Lacomposicindelsustrato,especialmenteenlascantidadesrelativasalcarbonoy nitrgeno, es esencial para el proceso anaerbico, para mantener la digestin en buenas condicionesdeoperacin,esprecisoqueelsustratocontengacantidadessuficientesde nutrientes. Cuando la relacin es muy pequea (10/1) hay prdida de nitrgeno asimilable, lo cual reduce la calidad del material digerido. Si la relacin es muy amplia (40/1)se inhibe el crecimientodebidoalafaltadenitrgeno,esdecir,sihaydemasiadocarbonoel procesoesmuylento;siexisteexcesivonitrgenoesteseperdercomoamoniaco gaseoso,creandopeligrodetoxicidadyreduciendoelvalordelbiofertilizante.Una digestin ptima est entre 25/1 (mnima) y 30/1 (mxima). Proporcin Slido-Lquido:Es el contenido de slido total que se encuentra en la fermentacin anaerbica depende del sistema de digestin elegido. La cantidad de slidos de entrada representa la humedad del afluente. As un valordel10%deSTsignificaunahumedaddelacorrientedel90%.Se requiereunmenorvolumendeldigestor.Cmoafectaalprocesode digestin? Sihayaumentodeslidosensuspensindelefluente:Hayunlavadodelas bacteriasaumenta lentamente la presencia de cidos voltiles, la produccin de gas disminuye lentamente. Tiempo de Retencin:Serefierealtiempoenquelamateriaorgnicaseencuentradentrodel digestor. Dependedeldiseodeldigestorencuantoatemperaturadetrabajoy mezcladodelcontenido,ascomoeltipodebiodigestor.Enunsistema semicontinuosetieneuntiempoaproximadode(100das),ensistemas continuos el tiempo de retencin es aproximadamente de (10 das). Auntiempocortoderetencinseproducemayorcalidaddebiogsperoun residuo de baja calidad. Txicos: Sonsustanciasqueapartirdeunaciertaconcentracininhibenlas bacterias, reduciendo la velocidad de reaccin, y llegan a interrumpir la digestin en concentraciones mayores. An as, puede existir en un ciertoentornoaclimatacinporpartedelasbacteriasaunacierta concentracin de sustancias txicas. DQO/DBO: Lademandaqumicadeoxgeno(DQO)ylademandabiolgicade oxgeno(DBO)sonparmetrosquerepresentanindirectamenteel contenidodemateriaorgnicadeunresiduoatravsdeloxgeno necesarioparaoxidarqumicamente(DQO)obiolgicamente(DBO) la materia orgnica. Lacarga orgnica introducida en un digestor es la cantidad mxima asimilablequetieneeldigestor,medidoenKg,DBOoVS/m3de digestor. Los slidos voltiles (SV) representan la materia orgnica de lamuestra,medidacomoelcontenidoslidomenoselcontenidode cenizas resultantes de la combustin completa. Tecnologa de los biodigestores Eldigestoresundepsitocompletamentehermtico,esdecirsin presenciadeoxgenodentrodesureadefermentacinyesta compuestodeunaseriedecomponentescomogasmetro,tanquede Biol.,tuberas,accesoriosentreotros.Losdesechosurbanoso naturales(sustratosorgnicosbiodegradables)sondigeridos,en otraspalabrassonreducidosodegradadosaelementosmssimples degranutilidadcomosonelbiogsylosbiofertilizantes(Biol.y Biosol).Alconjuntodedigestor,gasmetro,tanquedeBiol.sele denominabiodigestor,quepuedeserconstruidocondiversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plstico. Caractersticas esenciales para la implementacin de un biodigestor Existenzonasdelmundodndelanicafuentedeenergadelapoblacinesla madera. Esto ha provocado en algunos pases problemas graves de deforestacin, comopodraserelcasodeBolivia,ColombiayPer.Comorespuestaaesta situacin,hansurgidoorganizacionesparapromoverenestospaseselusodel biogs. Paraqueunbiodigestordedesechosorgnicosopereenformacorrecta,deber reunir las siguientes caractersticas: Deberdesertotalmentehermticoconelfindeevitarelingresodeoxgenoya queinterfiere con la producciny fugas de biogs. Deberestartrmicamenteaisladoparaevitarcambiosbruscosdetemperatura en climas fros menores a temperaturas ambientales, una manera es construirlos enterrados (biodigestores chinos) o tambin podran ser aislados quizs con lanas de oveja. Debercontarconmediosnecesariosparaefectuarlacargaydescargadel sistema de digestin como lampas, recipientes de almacenamiento, etc. Lossistemasdedigestindebernteneraccesoparaelmantenimientoquese realizara segn el tiempo en que se termine el biogs, quizs una compuerta en el digestor.Sistemadedigestin:Unsistemadedigestin,esunaplantadetratamientode biomasa residual, que tiene por finalidad evitar la contaminacin ambiental. Una de las clasificaciones, es por la forma de llenado: a)CargaSemi-Continua:Estemodeloesdecargaintermitente;lafrecuenciade carga la determina el usuario. Son depsitos cerrados hermticamente que se abren para cada carga y descarga. Son fciles de construir y operar. Sonlosmasefectivosproduciendolodoscompletamenteestabilizadosparaunmejor uso como fertilizante. b)CargaContinua:Setratadeunsistemaabierto,lasolucinnutritivaseaadecontinuamenteenunacantidadequivalentedesolucin(nutrientes,conlos microorganismos). Tienenunsistemadealimentacinyunsistemadesalidadiferencial,elcualpermite operar sin abrir el tanque de fermentacin. Son generalmente para el tratamiento de aguas residuales, en consecuencia son plantas grandes,locualseempleaequiposcomercialesparaalimentarlos,proporcionarles agitacin y calefaccin. c)CargaporLote(Batch):Estostiposdedigestoressolosoncargadosunavezen forma total y la descarga se realiza terminada la produccin con biogs. Generalmente sontanquesconunasalidaconectadaaungasmetroflotante,dondefinalmentees almacenado el biogs. Por la facilidad de la construccin del sistema, la sencillez en el proceso de digestin, la alimentacindeldigestor, mayorproduccindebiogs,elsistemabatchmsusadoes el digestor OLADE-GUATEMALA. Tipos de biodigestoresDigestor de Cubierta Fija o Tipo Chino: Tambinesconocidocomoplantadecpulafija,estetipodebiodigestorfueroncreadosenlaRepblicaPopularChinaelcualtieneunagran experiencia en la produccin y utilizacin del biogs. La construccin de ms deochomillonesdebiodigestoreslahanubicadoalavanguardiadela tecnologa del biogs para el medi rural. Estetipodebiodigestorposeeunaestructuraaltamenteresistente,loque permiteahorrarmaterialesdeconstruccin,sepuedeconstruirendiferentes capacidades desde 6 a 20m3 de volumen segn la aplicacin y los costos para dicha construccin.Esta es la tipologa de planta ms sencilla de explotacin debido a que no tiene partesmviles,tieneundiseomuycompactoqueahorraespacio,estbien aisladatrmicamente.Laconstruccineslaboriosaynecesitamanodeobra conciertapreparacin,ascomotcnicosexperimentadoseneltemaque hagan la supervisin adecuada, debido al hecho que la parte superior deber ser estanca al gas. Este hecho favorece la creacin de empleo local durante la fase de construccin.La cpula debe ser estanca al gas para su correcto funcionamiento, puesto que debealmacenarlosinprdidas,porloquesehacecomplejasuconstruccin, aumentandoelcoste.Nielhormignnielcementonilaalbailerason estancos al gas.Digestor de Cubierta Fija o Tipo Chino: Tieneunavidatilmuylarga,quepuedeserde20aosoms,segnel cuidado que se le pueda dar, por lo que los costes de amortizacin de la planta sern relativamente bajos.Cuando la produccin de gas empieza, se desplaza el sustrato a la cmara de expansin,acumulndoseelgasenlacpula.Lapresinaumentaconla acumulacindelgas.Lapresindel gasvienedadaporla alturadesustrato acumulado en la cmara de expansin.La generacin de gas ser igual que en un digestor de cpula flotante, siempre que se asegure la estanqueidad al gas. Su uso no ser tan efectivo, puesto que lapresindelgasdentrodelrecintofluctaenfuncindelconsumoyla produccin,porloquelareddegaspresentaroscilacionesquepueden dificultarsuuso.Lamejorsolucinenestecasoeslainstalacindeun depsitoacumuladorintermedioydotadodereguladordepresin.Los digestoresdecubierta fijatienencomoprincipalesparmetrosdeeleccinde materiales de construccin: Adaptacin tcnica - estabilidad, estanqueidad a los lquidos o gases. Relacin coste efectividad. Disponibilidad de materiales a la regin y costes de transporte. Disponibilidad de trabajadores familiarizados con los materiales especficos de construccinElementos del biodigestor chino: Tiene un canal de entrada construida en forma inclinada para facilitar la entrada de los materiales de fermentacin. Unacmaradefermentacinydealmacenajedegas,dondeseformayalmacenael biogs y esta unido al canal de entrada y de salida.Un canal de salida, para sacar el lodo digerido . El tanque de presin de gas que est sobre la cubierta de cmara de fermentacin y esta unido con el canal de salida a travs de una abertura en el fondo. Cuando la presin del gas dentro del tanque de fermentacin es mayor que la presin atmosfrica, el nivel del lquidoenlacmaradefermentacindesciendeyexpulsaestehacialacmarade salida entrando a travs de la abertura al tanque de presin de agua. Cuando el gas es usado la presin es baja, y el liquido regresa a la cmara de salida. Cuando la presin delgasesigualalapresinatmosfricalosnivelesdellquidoenlacmarade fermentacinyenloscanalesdeentradaysalidaserniguales.Aslapresindel biogs dentro del tanque de almacenamiento, se mantendr constante por medio de un ajuste automtico. Untubodesalidadegasqueestubicadoencimadelacoberturadelacmarade almacenamientodegas.Estemodelotienenademsuntanquedelodosdigeridos adaptado, al lodo del canal de salida para regular la salida de los lodos libre del lquido fecal superior. La parte inferior del tanque adaptado es un poco ms alta que la puerta del tanque de fermentacin y tieneuna pared con un hoyo pequeo de desbordamiento en la parte inferior de este. MANMETROTUBERA DEDISTRIBUCINCUBIERTAREMOVIBLESALIDANIVEL DE TIERRASNIVEL MSALTONIVEL MS BAJOLQUIDO FERMENTADOALMACENAMIENTO DE GASENTRADAMXIMA DIFERENCIA ENTRENIVELES DE LQUIDOSAlimentacin Peridica del Biodigestor chino Lanuevaalimentacindeberrealizarse30dasdespusdel cargado inicial retirando al mismo tiempo una cantidad similar de Biol.Posteriormente,elreemplazoylaremocindebernhacerse diariamente. Terminadalaalimentacinperidica,sedebeagitarlamezcla interior del biodigestor introduciendo un palo largo por el canal de entradayasremoviendoenformacircularydearribahacia abajo. Ventajas y desventajas de los biodigestores chinos VENTAJASDESVENTAJAS Bajo costo de construccin.Formacin de natas en la superficie de la cmara de fermentacin la que no permite el libre paso del gas.Apropiado para pequeos fincas agrcolas.Hay variaciones en la presin interna.Procesa residuos vegetales combinados con estircol (preformados). No es muy conveniente para zonas ssmicas.Apropiado para climas fros. No posee sistema de agitacin. No posee partes mviles en comparacin con otros biodigestores. La produccin de biogs no es lo mismo cada da. No posee partes metlicas que se puedan oxidar. En muchos casos se ha visto que estas plantas no estn bien selladas y puede suceder que se presenten porosidad y grietas. Larga vida de duracin (20 aos).La produccin de biogs es mnima. Digestor de cpula flotante o tipo hind Como su propio nombre lo indica, el biodigestor hind fue un modelo creado y desarrolladoenlaindiaysecaracterizaporenglobarenunsoloconjuntola cmara de fermentacin yel gasmetro. Consiste en un digestor subterrneo y una parte mvil superior que sirve de almacn de gas. La cpula de gas flota directamentesobreelsustratoendigestinoenunapelculaacuosa, disponiendodealgntipodeguaexternaparaevitarlasdesviacionesenla trayectoria de la cpula y que a la vez permita retirar el tambor flotante para hacer el mantenimiento.El gas se almacena en la cpula, desplazndose esta haciaarribacuandoseacumulayhaciaabajocuandoelbiogsseconsume, as que el nivel de la cpula depender del biogs almacenado. Lacpulapuededesplazarsedirectamentesobreellodoqueestsiendo digerido o bien en una pelcula acuosa. Si se hace la pelcula acuosa, la cpula noquedarencallada,antratndoseunsustratoconaltocontenidoen slidos, y el aumento del coste de la construccin es muy modesto. Tenemos a lavezunaaparienciamsestticadelaplanta,mejorandolascondiciones higinicas.Serecomiendaelusodeestapelculasisetratanexcretas humanas.Digestor de cpula flotante o tipo hind Lapresindeacumulacindelgasesconstanteenestecasoporel propiopesodelacpula,yeliminalosproblemasdescritosenel apartado anterior, haciendo ms fcil el uso posterior del biogs. Esta tipologadedigestorpermiteconocerfcilmenteentodomomentola cantidad disponible de gas en funcin de la posicin de la cpula. Eltamaousualdeestetipodeplantasdependedesiesdeuso familiar,detamaopequeoomedio(5y15m3)odesisondeuso comunitario o gran escala (20-100 m3).Ventajas y desventajas del biodigestor hindVENTAJASDESVENTAJAS Volumen de biogs almacenado muy visible medicin de la cantidad de biogs producido. Costo elevado de la cpula. Presin de biogs constante.Susceptibilidad a la corrosin.Construccin relativamente sencilla.Mantenimiento de las partes mviles.Tiene como componente adicional un removedor de natas. Mayor calificacin de mano de obra. Eltiempodevidadeestosesde15aoscomomximoysolo5aosen zonas tropicales costeras muy agresivas, por ello mas costo y menos vida, la amortizacin ser superior de cpula fija. Eldigestorseconstruyeusualmenteconladrillos,hormignodemortero de caliza y yeso. La cpula consiste normalmente en planchas de acero de 2,5mmdeespesorparaloslateralesyde2mmenlapartesuperior. Deberdeprotegerseel tambor flotantecontralacorrosin.Laspinturas quepuedenusarsepuedenseroleosasocondisolvente,sintticaso plsticas,bituminosas,aplicndolasenunmnimodedoscapas preliminares y una capa final. Si el color de la cpula es oscuro o rojizo se incrementarlaproduccindegasporelaumentodelatemperaturadel digestorconlaradiacinsolar.Siseusaotrotipodematerialparala cpula deber asegurarse la estanqueidad al gas con una capa de pintura especial. Sepuedesustituireltamborflotanteporunalonaquealmaceneelgas, pero esta tendr una vida til ms corta, resultando muy susceptible a las agresionesexternas.Unavezfinalizadasufuncinseconvertirenun residuo inorgnico de difcil tratamiento y disposicin.CMARA DE CARGACONDUCTO DE DESCARGACONDUCTO DE CARGAFILTRO DE SULF HDRICOCMARA DE DESCARGACMARA DE DIGESTINGASMETRODigestor OLADE- GUATEMALA ElsistemadeoperacindeldigestortipoOLADE-GUATEMALAconsisteenun grupo de digestores o uno solo y un gasmetroo mas segn sea el caso. El sistema seconstruyealniveldelsueloosemienterradoporloqueseutilizan preferentemente en climas clidos (vase figura 3.3). Elfuncionamientodeestosdigestoresesdecargaporlotes;asmientrasse descarga un digestor los otros siguen funcionando. Estetipodedigestorestorientadoamedianasygrandesproducciones agropecuarias;porlotantosulocalizacindebesercercanaalestabloofuentede materia prima y, en lugar de topografa preferentemente inclinada para facilitar la operacin de carga y descarga de los digestores componentes del sistema. Losdigestoressondeformacilndricadeejevertical;ubicadosobreunabasede concreto que sirve como aislante trmico y protector de la humedad. La parte superior es cerrada por una tapa metlica que permite la carga y descarga delmaterialalcabodeunciclodedigestinanaerbica.Lahermeticidaddel digestor se consigue con un sello hidrulico. El gasmetro consta de un tanque cilndrico, con un dimetro igual a su altura, y de unacapacidadequivalenteallamitaddeproduccinpromediodiariadebiogs. Consta de una campana metlica invertida sobre el tanque lleno de agua.Digestor OLADE- GUATEMALA Laoperacindelosdigestoresdeberealizarsedetalmaneraqueunsolo digestoralavezestdestapado,mientraslosotrosseencuentranen produccin. Sehacomprobadounadigestineficientecondesechosdecereales(maz, arroz,trigo,etc.),bagazodecaa,residuosdebanano,tabacoyfrijoles, estircol animal en general y basura orgnica. Unavezllenadoeldigestor,sesaturadeagua(preferiblementeconuna parte de lquido residual de cargas anteriores) hasta sobrepasar el nivel de slidos unos 10 cm., se tapa el digestor hermticamente agregando agua al sello respectivoyelprocesodedigestin seinicia.Peroenla actualidady segnlaexperienciasehamejoradoenelmanejodeladescarga,esto adicionndoleuna compuerta aldigestor para lafcildescargadelbiosol y para sacar el biol se le adiciona una salida (vase figura 3.4). Bajocondicionesambientalesfavorables,laproduccindebiogsse observa entre cuatro y diez das despus del tapado. Alobservardeclinacinenlaproduccindebiogsseproduceala descarga.Secierralallavedesalidadelbiogsenesedigestoryse destapa.Seabrelallavededecantacindelquidospordondesaleel bioabono, dejando drenar por 48 horas aproximadamente. Finalmenteseextraeelbioabonoslidoylquido,selimpiaeldigestor quedando listo para la siguiente carga. Digestor OLADE- GUATEMALA Elbiogscirculadesdelosdigestoresalgasmetroydestealaslneasde consumoportuberapreferentementeanticorrosivosyprovistadevlvulasde cierrecolocadasestratgicamente.Antesdelingresoalgasmetrolatubera debe estar provista de una trampa de agua de condensacin de 30cm de altura, conlocualseaseguraposiblescambiosdepresin(actacomovlvulade seguridad). Paralaconstruccindeestedigestorsepuedenutilizarmaterialesmuy variados,dependiendodeladisponibilidadenellugardeconstruccinylas caractersticas del suelo (tipo, riesgo ssmico, etc.) Se pueden construir de ladrillo, concreto, lozas prefabricadas y de ferrocemento. Cuando se hace con ladrillo se corre el riesgo que la estructura se afloje debido a lapresininternaqueesgenerada,tantoporelvolumendecargacomoporla presenciadegas,porlotantoesmuyimportanteeltomarmedidasderefuerzo tantoenlaposicindelladrillocomotambin(ocasionalmente)conanillosde hierro. Siseconstruyeutilizandolatcnicadelferrocemento,sepuedehacerparedes delgadas(4cm.deespesor)quereportanmuchaseguridad,presentndose ocasionalmenteproblemasderajaduras,perosiendosupreparacinmuy simple,tenindosecostos aceptables.Sinembargo comose tratadeunatcnica constructivanueva,cuandonohayexperienciaenlagentequeconstruye,se puede tener problemas de filtraciones. La campana puede ser construida en lmina de hierro, de 1/16 (costo elevado), defibradevidrio,deplsticoodeferrocemento,tomandoencuentaquese puede aadir peso a la campana para aumentar la presin de consumo. Digestores plsticos de flujo continuo Este tipo de digestor es el ms sencillo. Consiste en una bolsa de plstico o cauchotermosoldadoquerealizalafuncindedigestoryalmacndel biogssimultneamenteopodratenerungasmetroadicionaltambin depolietileno.Lapartesuperiordelabolsaalmacenaelbiogs.Los conductosdeentradaysalidaseunendirectamentealasuperficiedela bolsa. La presin del gas ser la que permita la elasticidad del material, o la que se obtenga de disponer pesos en la parte superior de la bolsa. Tienen una vida til muy corta, de entre 2 a 5 aos debido a la naturaleza de los materiales constituyentes. Se les puede dividir en dos tipos: cilndricos y piramidales. El material msutilizadoenlaconstruccinsonlasmembranaselastomricas reforzadas.NIVEL DEL SUELOCONDUCTO DEENTRADARELLENO DEMATERIALCOMPACTADOTUBERA DEDISTRIBUCIN DE GASCONDUCTO DESALIDABIOGASBIOMASADISEO /CRITERIO DIGESTOR CPULA FLOTANTE TIPO HINDDIGESTOR OLADE GUATEMALA DIGESTOR DE CPULA FIJA (TIPO CHINO) DIGESTOR DE POLIETILENO (Tipo ) Principio de diseoAlimentacin continua, digestor mixto Alimentacin continuadigestor semi- enterradoAlimentacin continua, digestor mixto. Alimentacin continua, canal de fermentacin Componentes principales: digestor/almacn de gas Digestor construido con almacenaje de gas en tambor flotante metlico Digestor construido, almacenaje de gas y biol por separado,Digestor construido, con fosa excavada Digestor y almacenaje de gas integrados, de material plstico Sustratos ms adecuadosEstircolRastrojo vegetal /estircolRastrojo vegetal /estircolRastrojo vegetal/estircol Vida til prevista8-12 aos10-2512-20 aos2-5 aos Volumen del digestor5-100 m310-mas6-20 m34-300 m3 VentajasFcil construccin y operacin, presin uniforme de gas, tecnologa madura Muy fiable, fcil construccin y operacin, presin uniforme de gas, vida til larga, tecnologa madura Coste de construccin bajo, vida til larga, buen aislamiento Construccin prefabricada, fcil operacin InconvenientesLa cpula de metal puede oxidarse Inconvenientes en climas fros Aislamiento de la parte superior de almacenaje de gas, fluctuacin de la presin de gas No se construye in-situ, vida til corta (2-5 aos) de material plstico, produccin de gas baja Operacin y mantenimientoSimple y sencillo, necesidad de pintar regularmente la cpula de gas Simple y sencillo, necesidad de pintar regularmente la cpula de gas Fcil despus de una cuidadosa familiarizacin con la planta Fcil, control regular de los pesos de presin del gas Produccin diaria de gas (m3) 0.5-1.00.6-1.50,2-0,50,3-0,8 Elementos costososLa cpula metlica de gas, el digestor La cpula metlica de gas, el digestor La combinacin de digestor y acumulador de gas; la excavacin Ninguno ConstruccinLadrillos concretoFerrocementoConcreto, ladrillos piedras Plstico, concreto Usos recomendadosMuy desarrollado, fiable en tamaos familiares Factible en tamaos industriales Equipo no muy caro, bueno para residuos agrcolas, construccin cara, con experiencia necesaria Para granjas pequeas ,y de escaso dinero Sistema de almacenamiento de biogsGasmetros Llamamosgasmetroalrecintoquenossirveparaalmacenarelgas generadoenelfermentador(digestor).Puedenserdediversostiposy diseos.Algunossonincorporadosyotrosseparadosdelfermentadoro mviles. Ladispersindelconsumoysuintensidaddeterminarelvolumende almacenamientorequerido.Porlotantocuantomsconcentradoestel consumoenunperododetiempocorto,mayorserlanecesidadde almacenaje. Debido a que el gas en si mismo constituye la forma ms directa de energa se debe intentar almacenarlo. nppBiogsFlujo de biogsGasmetro Cerrado Los digestores totalmente cerrados almacenan el gas a presin constante y presin variable su capacidad es reducida y son muy poco usados. Gasmetro de Campana Fija: Eltercertipoposeeunacpulafija yunacmaradehidropresinque permiteeldesplazamientodel sustratoenfermentacinamedida queseacumulaelgas,estesistema esmuyempleadoenlosdigestores de tipo Chino; en este caso el gas se almacenaavolumenyapresin variablesnppnppEntrada de biogs biogsAguaGasmetro Flotante: Losdigestoresconcampana gasomtricaquepuedeflotar sobreellquidoenfermentacino estarseparadodeldigestor flotandosobreaguaformandoun sellohidrulico,muyusadoenlos digestoresdeltipoHind,Batch (Guatemala-OLADE)queeneste casoelgassealmacenaapresin constante(laquesepuedevariar colocandocontrapesossobrela campana) y a volumen variablenpp nppSello de aguaBiogsGasmetro de Polietileno: Porltimosehandifundidoenaos recientesalmacenadoresdegasdeltipo polietileno. Elgasseacumulaentodalabolsaen formacilndrica;labolsasevainflando lentamente con una presin de operacin baja, pues no se puede exceder la presin de trabajo de la misma.Este tipo de gasmetro es muy econmico y fcil de transportar por su bajo peso, en especialenaquellossitiosdedifcil acceso.Alserhermticosereducenlas prdidas,peroporsufragilidadrequiere disciplinasocialdelaspersonasquelo manejan o que estn a su alrededor, para evitarquelodaenconalgnobjeto cortopunzante;tambinesun inconveniente su corta vida, pues al estar alaintemperie,losrigoresdelclimalo deterioran en pocos aos.Clasificacin de los elementos de una instalacin de biogs En una instalacin de biogs intervienen muchos y variados elementos, desde tuberas y accesorioshastalosdiversosaparatosqueconsumenbiogs:calentadores,estufas, lmparas, MCI, etc., veamos a continuacin una somera clasificacin de estos elementos. a) Tuberas y sus accesorios: Estegrupocomprendelastuberasylosaccesoriosdirectamenterelacionadosconlamisma: Tuberas. Codos. Tes. Reducciones. Tapones. Abrazaderas. Uniones. Otros. b) Vlvulas, reguladores: Vlvulas. Reguladores de presin. Vlvulas de retencin. Otros c) Aparatos de consumo: Cocinas. Calentador. Estufa. Lmparas. Motores de combustin interna estacionario (MCI). Otros. d) Aparatos de medicin: Manmetro. Termmetros. Termocuplas. contadores de caudal. Otros. e) Equipos de eliminacin de compuestos indeseables del biogs Trampas de vapor de agua Filtro de cido sulfhdrico Otros. f) Sistemas de almacenamiento de biogs Gasmetros Red de distribucin de biogs Apesardeserunaredconvencional,enel casodebiogshayque tomar ciertas medidas. El biogs dentro de sus componentes contiene vapor de agua que se condensaenlastuberasydebesereliminadoparaevitar taponamientosyprdidasdepresin.Parasolucionareste problemaserecomiendaquelaredtengaunapendientede1:100 haciaunpuntodemnimoniveldondeseacumularaelaguade condensacin,lugardondeseinstalaraunatrampadeaguao sistema de drenaje del agua. Tipos de tubera Plsticas. Estetipodetuberadebenserconvenientementeprotegidasparaevitar roturas por implementos mecnicos o animales. Cuando se utilizan tramos flexibles se debe de tener especial cuidado para que al instalarse no queden ondulaciones donde pueda acumularse agua. Los tramos expuestos al sol se deben revisar peridicamente para detectar posibles rajaduras y roturas por envejecimiento del material. Galvanizado. Hansido losmsutilizadosa pesardesucosto. Sedebendeprotegercon pintura u otro medio para evitar la corrosin externa. Cobre. Elcobre,comomaterial para lasinstalacionesdebiogs,ofreceunaserie de ventajas, tales como: Tiene alta calidad superficial, lo que permite que las perdidas de fluido por el transporte sean mnimas. Esinalterablealpasodeltiempo,puesconservasuspropiedadesfsico qumicas. Presentaunaaltaresistenciaalacorrosinyunaimpermeabilidadque impide el paso de oxigeno y de los rayos ultravioleta. Instalacin de tuberas: Tuberas vistas: una tubera es vista cuando es visible en todo su recorrido. Tuberasenconductos:sedenominanaslastuberasqueestn protegidas del medio ambiente exterior por conductos. Tuberasempotradas:nuncasetratadetuberasempotradasentodosu recorrido,sinodetramosquenopuedenexcederlos40cmencasos excepcionales. Las tuberas no pueden pasar por los siguientes sitios: No pueden estar alojadas en forjados que constituyan el suelo de la vivienda. Nopuedencruzarconductosdesustanciasresidualesnievacuacinde basuras. No pueden pasar por locales que contengan depsitos de combustible.Lastuberasqueseinstalenenlamodalidadvistasquegeneralmentese haceneninstalaciones,debernestarconvenientesujetasalasparedeso techos mediante elementos de sujecin del tipo abrazaderas o soportes-gua. Estoselementosdesujecinpodrnser,enfuncindelatipologadela instalacin,simplesomltiples,esdecir,quesujetenaunasolatuberaoa varias. El diseo de los elementos de sujecin mencionados, es decir, las abrazaderas y los soportes gua, ha de ser tal que cumplan las siguientes condiciones: Elanclajedelaabrazaderahadepoderrealizarsedirectamentealapared, bien por empotramiento o bien atornillada con tacos de expansin. El anclaje del soporte-gua se realizar por empotramiento en la pared o techo. Elsistemadefijacindelaabrazaderaalatuberanohadepoder realizarsemanualmenteniporpresin,sinoqueparasumontajey desmontajedeberutilizarseuntiladecuado(destornillador,llavefija, etc.). Eldiseodelaabrazaderahadesertalqueenningncasopueda producirse contacto de la tubera con la pared, techo o soporte. En el caso deabrazaderasmltiples,sudiseodeberasegurar,adems,queno existe contacto entre tuberas. Han de estar construidos con materiales metlicos de probada resistencia (acero,acerogalvanizado,cobre,latnetc.)debidamenteprotegidas contra la corrosin y no debern estar en contacto directo con la tubera, sinoquedebernaislarsedelamismaatravsdeunrevestimiento, bandadeelastmeroomaterialplsticopreferentemente,obien encintando convenientemente la tubera en la zona de contacto.Tubera de biogsEquipos para laeliminacin de compuestos indeseables del biogsTrampas para la eliminacin del vapor de agua Elbiogsarrastradesdelosbiodigestorescomponentesindeseablescomo son: el cido sulfhdrico (H2S), dixido de carbono (CO2) y vapor de agua. En la parte ms baja de la red se ubican estos implementos para permitir la eliminacindelvapordeagua,existenvariosdiseos,deloscuales seleccionamos los ms comunes: Drenaje T. Sontilessiestnubicadossobrelasuperficiedelterrenoporquesitienen queserubicadosenpozosresultamuyincmodorealizarlapurgadiariaal rellenarseestedetierraeinsectos.Requierenserrevisadoscadadosotres das para abrirlos y dejar salir el agua acumulada. PENDIENTE DE CAERA: 1:100VLVULAMANUALAGUA CONDENSADADrenaje tipo botella:Tienenlaventajadeser automticosypuedenser colocadospordebajodelniveldel terreno.Solopresentan inconvenientessielniveldeagua enelpozodebidoalluviasoriego sobrepasalacolumnadeaguade presindelgas,enestecasoel agua ingresar a la red de gas. NIVEL DEL TERRENOBOTELLA LLENA DE AGUATAPA MVIL PARAPROTECCINABIERTO PARA DEJARESCAPAR EL EXCESO DEAGUAABIERTO PARA DEJARPERCOLAR EL EXCESO DEAGUAGUA PARA SOPORTAR LA TA LA PROFUNDIDADCORRECTATUBO GALVANIZADOLIMADURAS DE HIERROSUPLE REDUCTOR OREDUCCINTUBO GALVANIZADOFiltro de cido sulfhdrico Aparatos de medicin Los aparatos de medicin estn conformados principalmente por el contadordebiogsyelmanmetroacontinuacinsedescribir con mas detalle el manmetro. Manmetro Resultadegranutilidadconocerlapresinquesetieneenlared paraoptimizarelfuncionamientodelosdistintosaparatosy detectarposiblesprdidasdegas.Sepuedeconstruirunsencillo manmetro de columna de agua en base a tubos de vidrio y goma. En la figura ha sido completado con una vlvula de seguridad que permite escapar el gas si se sobrepasa determinada presin. BOTELLAEL EXCESO DE GASESCAPA POR LA TUBERABIOGS DESDE LA PLANTABIOGS PARA EL USOTUBO DE VIDRIOAGUA COLOREADATUBO DE GOMAESCALAContadoresde biogs El contador es el aparato que mide el consumodegasdeforma totalizadora,noindicaelcaudalde biogs si no los metros cbicos que el usuariohaconsumidoalolargodel tiempo.La misin de los contadores es medir elconsumodebiogsquesetieneen lainstalacin,enlafoto 4.1sepuede apreciaruncontadorenpleno funcionamientoqueserealizaron pruebasconbiogsenunmotorde combustininternaestacionarioen el biohuerto Casa Blanca (Per). Partes opcionales de una planta de biogs : a) Sistemas de calefaccin: Normalmentelasplantasdepequeaescalanodisponendesistemasde calefaccin,yaquesuponeuncostesuperior.Peroesunamejoraparael procesodebiometanizacinelhechodeponerelsustratoentranteala temperatura de proceso antes de introducirlo. Existen dos sistemas principales de calefaccin: Calentamiento directo: En forma de vapor o agua caliente. Es muy costoso yaqueprecisadeuncomplejosistemadegeneracindevaporysoloes justificable en grandes plantas. Calentamientoindirecto:Vaunintercambiadordecalorpormediode agua caliente. Los diferentes mtodos son: Calentamientodelfondo:noesmuyadecuadoyaquelaacumulacinde sedimentos inhibe la transferencia de calor. Sobre el digestor con los conductores de calor localizados dentro o sobre las paredesdelmismo.Tieneunaeficienciamenorqueelprocedimiento anteriorporquesepierdecalorenlosalrededoresperonoafectaalflujo del sustrato. b) Bombas: Son necesarias cuando las cantidades de sustrato requieren un movimiento rpidoycuandoelefectodelagravedadnosepuedeusarporrazonesde topografaoporpropiedadesdelsustrato.Normalmenteseencuentranen plantas de gran escala. Ubicacin de la unidad de biogs Establo: Debeestarconstruidoenunaposicinelevada.Estofacilitaeluso delagravedadpararecolectarlaorinayelestircolpara alimentar la planta de biogs. Debeestartechadoperoqueelsolpuedaentraryconunabuena ventilacin asegurada. Debe permitir futuras ampliaciones. Silaposicinactualdelestablonoesbuenaparaponerel biodigestor es mejor moverlo a una situacin ms correcta. Unestablodesuelopavimentado,conpendientededrenajey canaletaderecoleccinfacilitarengranparteelprocesode alimentacin de la planta. Este tipo de establos no debern lavarse con agua, que colmara el biodigestor, sino que se usarn mtodos secos,comoarrastresdemadera,paraahorraralmximoagua. Eltechoevitarlaentradadeelementosimpropioseneldigestor (hojasderboles),yunatanquecolectordelefluenteserideal para retirar las arenas o gravas que sean arrastradas. El tanque de mezcla o del efluente debe estar conectado a una de las paredes del establo. Es ms econmico unos metros de tuberas que un transporte diario del estircol. Eltechodelestablonodebedrenarencimadeltanquede mezclaosobreelsuelodondeseencuentraendigestor. Podra causar inestabilidad y enfriar el sustrato contenido en la planta, ralentizando el proceso. Elpuntodedesbordamientodeberaestarguiadoauna tierra de cultivo perteneciente al mismo propietario, para no crear problemas sociales. Unaplantadecpulafijanodebeestarsituadacercade tractores o maquinaria pesada. Nodeberanexistirrbolescercadelaplantadebiogs,ya que sus races podran destruir el digestor, o se podran caer ramasydaarpartedelmaterial.Siseponelaplantaen una situacin que est permanentemente a la sombra podra bajarlatemperaturadelsueloysernegativoparael proceso. Enlascercanasdeunaplantadeestetiponodeberan existir zonas de juegos de nios. Puesta en marcha una planta de biogs Paralapuestaenmarchadelaplantaesnecesariaunaaportacininicial deestircolmuyelevada,puestoqueseprecisadeunaprimerallenada completa del digestor. Si es posible esta se har con lodo de otra planta de digestin.Laedaddellodoodigeridotieneunfactorclaveparala fermentacin.Lamejormaneradedisponerdeestevolumenesir almacenandoelestircoldesdeeliniciodelaconstruccindeldigestor, para disponer as de la cantidad suficiente para la puesta en marcha. Para garantizar el llenado de la planta se puede diluir ms de lo que se har en condiciones estacionarias. Elmaterialdebedesermezcladoyhomogeneizadoantesdepermitirlela entradaaldigestor,parafacilitarelmezcladoseaconsejaprepararlas cargas con un da de anticipacin y dejarlas en la cmara de carga. Sedebeevitarelingresodeaceites,jabonesodetergentespuesperjudican ladigestin.Unafermentacinaerbicaesaconsejable,parateneruna oxidacincompleta,reducirlaacidez,calentarlabiomasayreducir grmenes patgenos, en otras palabras realizar un pre-compost. Enfuncindelaalimentacinquetratemoseneldigestor,lapuestaen marchapuedetardardealgunosdasabastantessemanas.Elestircol puede empezar a producir una cantidad razonable de gas en uno o dos das. Las caractersticas de este perodo de arrancada sern:- Una calidad baja del gas, con un contenido de CO2 superior al 60%. - Un gas de olor muy fuerte. - pH bajos. - Produccin de gas fluctuante. Para que se estabilice antes el proceso se puede remover peridicamente y de forma intensiva el contenido, introduciendo dos mbolos a travs de las entradaylasalidayefectuandounmovimientoalternoparaprovocarla circulacinycompletamezcladelsustratoendigestin.Sielproceso presentaunaciertaresistenciaalaestabilizacinsepodraadircalo estircolfresco,sinaadirmssustratofrescohastaqueseiniciela produccin de gas. Sisedeseaquelaproduccindegasseacelere,puedeintroducirsejunto con el sustrato rumen de vacuno que esto se puede adquirir en los camales, quecontienebacteriasmetanognicasqueseencargandelaproduccin del biogs. Existen otras sustancias e inoculantes que pueden introducirse paraacelerarelprocesodearranque,peroelfuncionamientoenmodo estacionario no se ver afectado por este hecho. Cuandoelvolumendelgasalmacenadoyaessuficiente(elnormalde diseo),estedesplaza,porvasoscomunicantes,elestircollquidola cmara de expansin. Una vez esto sucede, se puede empezar a alimentar eldigestorconlaregularidadprogramadaodediseo.Lasprimeras produccionesdebiogsdeberndeeliminarsesinusarse,puestoquelas cantidadesresidualesdeoxgenoremanentepuedenprovocarproblemas de explosin del gas. Elpropietariodelaplantadeberfamiliarizarseconlosdetalles operativos de la planta y el mantenimiento en cuanto antes. Es importante quesefamiliariceconelfuncionamientoterico,ytambinconelusoy funcionamientodetodaslaspartes.Elprocesodefamiliarizacindel usuariosedebercomprobarconunchequeodefuncionamientoy mantenimiento. Alimentacin de un biodigestor Laalimentacinvaadependermuchodeltipodebiodigestorenlos biodigestores OLADE- Guatemala la alimentacin es una sola y la descarga serealizacuandoyanohaypresenciadegasestogeneralmentetieneun tiempo de retencin de 90 a 120 das luego deeso se vuelve a cargar, pero enlosbiodigestoreschinosexistendostiposdealimentacinquea continuacin trataremos. En elbiodigestor chino hay dos tipos de alimentacin, uno que al inicio, es decirterminadalaconstruccindeldigestorocadaaodespusde construido se alimenta y la otra es la de alimentacin peridica. Finalizado elprocesodefermentacin,seprocedeacargareldigestor,hayquetener cuatrocilindros(de50galonesc/u)delodoactivadoqueseagregaral biodigestor para asegurar una rpida produccin de biogs. Agrgueseporlabocadelacpulaaproximadamentedelmaterial fermentado y un cilindro de lodo activado y revulvase aadiendo agua en cantidadsuficienteparahomogenizarlamezcla.Serepiteeste procedimientoaadiendouncilindrodelodoactivadoporcadacuarta parte del material fermentado. Paraconcluirelprocesodealimentacin,seaadeaguacorrientehasta alcanzarunnivelde60cm.pordebajodelabocadelacpula,luegohay que aadir 200 litros de agua de cal tratando de homogenizar la mezcla. Alimentacin Peridica del Biodigestor: Lanuevaalimentacindeberrealizarse30dasdespusdelcargado inicial retirando al mismo tiempo una cantidad similar de bioabono.Operacin y mantenimiento de las plantas de biogs Unavezqueladigestinseencuentraestabilizadaelprocesopuede continuarsininterrumpidamenteconuncontroladecuado.Sedebetener siempreencuentaqueseesttrabajandoconorganismosvivos,eneste caso bacterias; cualquier cambio brusco en el medio las afecta y por eso la importanciademantenerlomsestableposiblelosparmetrospara poder lograr una produccin alta y estable. Mantenimiento Elmantenimientodelaplantasonlostrabajoseinspeccionesnecesarias para asegurarunbuen estadoyque ayudanatenerunavidatilmayor. Paramayorseguridadyautonoma,lostrabajosdemantenimientolos deber hacer el propio usuario. Pueden existir diferentes disfunciones operacionales. La ms usual, que es una insuficiente produccin de gas, tiene varias causas. A menudo, con un anlisis de posibles causas se podr detectar esta y solucionarla. En la tabla adjunta se detallan las tareas diarias de mantenimiento de las plantas, los defectos detectados y la remediacin de estos para una planta de biogs que los usuarios deberan tomar en cuenta.PARMETRO DE CONTROLDISFUNCIONESCAUSA/ REMEDIO Presin del gasDemasiado alta la presin aumenta si el consumo de gas es menor que la produccin, si el almacenaje est lleno La presin provoca disfunciones de la vlvula de seguridad /limpiarla o cambiarla Presin del gasPresin de gas demasiado baja la presin baja si el consumo (o los escapes) son mayores que la produccin y si el almacn de gas est vaco Escape en la tubera de gas / detectar la fuga y sellarla Produccin de gas ha bajado / verificar la calidad del biofertilizante Temperatura del sustrato (para plantas calentadas, las bacterias son muy sensibles a los cambios de temperatura,Temperatura demasiado altaDefecto en el sistema de control de la calefaccin / verificar el sistema de control y reparar o recambiar las partes averiadas Temperatura del sustrato (para plantas calentadas, las bacterias son muy sensibles a los cambios de temperatura Temperatura demasiado bajaDefecto en el sistema de control de la calefaccin / verificar el sistema de control y otras partes implicadas, reparar o cambiar Capa de sedimentos en la superficie de calefaccin / quitar o limpiar la capa Produccin de gasProduccin de gas notablemente por debajo de las producciones normales Razones biolgicas / temperatura, sustrato, antibiticos, cambio de valor de pH Atasco en el digestor o sistema de caeras / las caeras pueden estar obturadas por agua o cuerpos extraos, identificar el problema y actuar acorde con este. Olor del fertilizante muy fuerteLa planta est saturada o las condiciones de fermentacin estn por debajo del ptimo Reducirla cantidad alimentada de sustrato / corregir el valor del pH con medios adecuados Operacin: Deben tomarse medidas de reparacin, mediante el monitoreo y control de laplanta.Siestapresentadisfuncionesamenudo,puedesignificarque faltaeducacindelusuario.Unareparacinqueexcedaalpuro mantenimiento significar ayuda externa para el propietario. Sepuedehacerqueeltrabajodemantenimientoanualloejecuten trabajadoresexternos,formadosyfamiliarizadosconlatecnologa,que puedenocuparsedelmantenimientodediferentesplantasdeunamisma zona. Enelcuadrosiguientesedetallanlosposiblescausasdemalos funcionamientos de la planta y las medidas de remediacin posibles. PROBLEMACAUSASPOSIBLESMEDIDAS CORRECTORAS Tubera de entrada/ atascadaSustrato fibroso dentro de la tubera o capa fibrosa bloqueando la parte ms baja de la tubera Usar una vara para desatascar la tubera. Cambiar la tubera Cpula de gas atascada o inclinadaEspuma en la superficieGirar el cpula de gas, y sino es posible, quitarla y retirar la espuma Sistema de gua-soporte rotoSoldar, reparar y engrasar la gua Disminucin del nivel de biofertilizantePerdidas en la plantaSi las fisuras no se auto-bloquean en unas semanas, vaciar el digestor y reparar Almacenaje de gas inadecuado en plantas de cpula fija o tipo chino Perdidas en la zona de acumulacin del gas, no es impermeable al gas por fisuras o corrosin Sellar las fisuras, reponer las partes corrodas Vlvulas de gas atascadasCorrosinAbrir y cerrar repetidas veces, engrasar o recambiar Tubera de gas no hermticaCorrosin, falta de mantenimiento e insuficiente impermeabilidad de las conexiones Localizar la avera, reponer partes corrodas o porosas, re-sellar las conexiones Prdida de gas repentinaLnea de gas rotaReparar o ccambiar Trampa de agua volada, vacaRellenar de agua, detectar razn de la sobre-presin, comprobar el dimensionado Quemador de gas abiertoCerrar Presin de gas fluctuanteAgua en la caeraSacar o vaciar la caera, recolocar esta seccin del tubo Caera de gas atascadaPoner una vara en la tubera Seleccin de desechos agropecuarios y tcnicas de caracterizacin Origen de los residuosLosdesechosquepuedenemplearesenelprocesodedigestin anaerobia para la produccin de biogs o biofertilizantes son: Desechosrurales:Sepuedeencontrarunagranvariedadcomo estircolyorndeganado(vacuno,porcino,cuy,etc.),residuos delprocesamientodevegetales(chalademaz,pajadearroz, etc.). Desechosurbanos:Enestosdesechosseconsideranlosresiduos slidos urbanos (rellenos sanitarios) y las plantas de tratamiento de aguas residuales. Desechosindustrialesorgnicos:Sondeindustriasdebebidas (cerveceras),deindustriaspisccolas,deindustriasdepapely textil,deindustrialctea(suerolcteo),(elaboracindequesoy yogurt), fabricas de azcar, destileras de vino. Plantacionesenergticas:Cultivosefectuadosconelobjetivode su aprovechamiento energtico Plantaciones energticas Loscultivospreferidosenesterubroson:caadeazcar,maz,sorgoytrigo. Igualmente,sepuedenusarplantasoleaginosas comopalmade aceite,girasolo soya y algunas plantas acuticas como jacinto de agua o las algas, para producir combustibles lquidos como el etanol y el biodiesel.Residuos Forestales Importante fuente de biomasa Solo se aprovecha aprox. El 20%, un 40% es abandonado. Deshechos agrcolas Ejemploscomunesdeestetipoderesiduossonelarroz,elcafylacaade azcar.Laagriculturageneracantidadesconsiderablesdedesechos(rastrojos):se estima que, en cuanto a desechos de campo, el porcentaje es ms del 60%, y en desechosdeproceso,entre20%y40%,aligualqueenlaindustriaforestal, muchos residuos de la agroindustria son dejados en el campo.Deshechos Industriales La industria alimenticia genera una gran cantidad de residuos y subproductos, que pueden ser usados como fuentes de energa, los provenientes de todo tipo de carnes (avcola, vacuna, porcina) y vegetales (cscaras, pulpa). Desechos urbanos Lasgrandescantidades deresiduosslidosurbanossonunproblemarealpara lamayoradelasurbes;sinembargo,unadecuadomanejo,solucionarael problemadesuexistencia,ademsderetribuirgananciasenformadeenerga elctrica o calorfica. Aspectostcnicosquesedeberantomarencuentaenlaseleccin de los residuos Unacorrectaseleccindedesechosagropecuarioscontribuirlabuena marcha del proceso de digestin anaerobia. Esimportantesaberquelassustanciastxicaspresentesenlasmaterias primasdebensermnimasyqueciertosmaterialesnodebensercargadosal digestor ya que daan el proceso, estos incluyen: - Materiales txicos que inhiben la digestin (ejemplos: residuos de pesticidas, metales pesados, aceites y grasas). -Losresiduosdebenestarlibresdeslidosyotrosmaterialescomoarena, rocas y piedras. Algunos materiales slidos como el aserrn o la paja muchas vecessemezclanconlosresiduos.Laaglutinacindeslidosbloquealas tuberasdeldigestoryobstaculizalaoperacin.Solamenteunapequea cantidaddeslidosestoleradaporlamayoradedigestores,mediantela construccin de un sedimentor antes del ingreso de la materia prima. Almacenamiento de los residuos Lamateriaprimapuedeseralmacenadacercaaldigestor,oenotrositio, aunquelanecesidaddeminimizareltransporteafectaraladecisinde ubicarelpuntodealmacenamientooeldigestor.Losresiduosorgnicos necesitaninstalacionesdealmacenamientoapropiadas,lascualesdeben planearsedeacuerdoalascondicionesyregulacionesambientales,de higiene y seguridad. Generalmente,muchasinstalacionesagrcolasopecuariasrecolectanlos residuosenunsolopuntodealmacenamiento.Estasinstalacionesque recolectanyentreganlosresiduosenunpuntoencomncadadasonlas mejorescantidadesparaimplementarlatecnologadeproduccinde biogs.Elpuntoencomnpuedeserunalaguna,piscina,pila,tanque (parareducirelescapedeolores)uotraestructurasimilar.Paraesto,se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones. Recolectarresiduosenunsolopuntohacemsfcilcargareldigestor.En estepunto,losresiduos puedensermezcladosconaguayhomogeneizados antes que entren al digestor. Si la instalacin no tiene un punto en comn de recoleccin, se debe evaluar la posibilidad de unir los puntos de produccin o de recoleccin. Si hay dos otrespuntosdeproduccinoderecoleccindeimportancia,puedeser posible utilizar ms de un biodigestor. Cantidad de residuos Cualquiera que sea el producto que se necesite, biogs y biofertilizantes, los otrossern afectados.Sedeberealizarunbalanceyaqueelsistemapodr ser viable solamente si se aprovechan todos los productos del biodigestor. Aunqueexistenmuchosfactoresqueinfluyenenlaproduccindebiogsa partirderesiduosorgnicos,lacalidadycantidaddelosresiduos recolectadosdeterminaralacalidaddelbiogsyelbiofertilizante.La cantidadderesiduosproducidosenlasinstalacionesestadirectamente relacionadaalnmerodeanimalesqueenellasseencuentran,sin embargo,setieneunamayorproduccindebiogs,silosresiduosson frescosysealimentanalbiodigestorconregularidad,conunacalidad mnimadecontaminantes.Deacuerdoaesto,lacantidaddeanimales (ganadovacuno,porcino,cuyes,etc.)queexistanenunainstalacin constituye el indicador de la potencial de biogs. La cantidad de animales y laproduccinderesiduosrecolectadosseutilizaparaindicarqueotros detalles tcnicos deben tenerse en cuenta. Ademsdelnmeromnimodeanimalesproductoresderesiduos,las instalacionesdebenmantenerestapoblacinrelativamenteconstanteenel ao, lo cual asegura que una cantidad consistente de materia orgnica este disponible, de lo contrario, las bacterias morirn de inanicin. La cantidad de residuos producidos diariamente es mayor que la capacidad de diseo se reducireltiempoderetencindisminuyendolaproduccindebiogsysi es menor la poblacin bacteriana disminuir por la falta de alimento. Cantidad de residuos Paramaximizarlaproduccindebiogs,losfactoresclavesernel contenido de material orgnico y el contenido total de slidos de la mezcla decarga.Elcontenidototaldeslidosdependedeltipodeanimalque produce el residuo y de la estrategia de manejo de residuos. La fisiologa delanimalyelrgimenalimentariodeterminaelporcentajedeslidos orgnicos. Lasinstalacionesquerecolectanresiduoslquidososemi-slidossonlas mejores candidatas para proyectos de produccin de biogs. Para las instalaciones que manejen residuos slidos con bajos contenidos de agua o humedad y de difcil disolucin en agua,no es posible adaptar esta tecnologa. Estas necesitaran incorporar otros sistemas de manejo de residuos; deben considerarse otras opciones de manejo de residuos como el compostaje. Calidad de residuos Lacalidaddelamateriaprimaentrminosdel rendimientodelbiogsdependerenpartedesu frescura:entremasfrescasea,elrendimientodel biogssermayorytendrmenorpeligrode acidificarse. Lasmateriasprimascidaspuedeninhibiroincluso daar las bacterias en el digestor. Si bien la digestin anaerobia es un proceso complejoy largo,elcualpuedeajustarseapquenoscambios,los cambios drsticos de materia prima deben evitarse y se debetenercuidadoenrealizarlamezclaconlas cantidades de agua recomendadas. Principales residuos para la produccin de biogs Excretas de animales a) Estircol de los rumiantes: Particularmente el estircol del vacuno, es muy til para iniciar el proceso defermentacin,puestoqueestetieneuncontenidoelevadodebacterias metanognicas.Porelcontrario,laproduccindebiogssermenorque la obtenida por otro tipo de sustratos por dos factores: en primer lugar, los vacunosextraenmayorpartedenutrientesdelforrajeydejancomplejos lignosos del forraje ms fibroso, que son muy resistentes a la degradacin anaerobia,yensegundolugar,porquerealizanunadigestinanaerobia parcialyreducenaselpotencialdeproduccindelabiomasa.Laorina, que contiene menos nutrientes, contribuye poco a la produccin especfica degas,peroincrementannotablementelaspropiedadesbiofertilizantes (biol, biosol), a la vez que diluye el sustrato, ahorrando agua. La carga del digestor ser ms fcil si disponemos de un establo con suelo pavimentado que recoja ambas cosas, estircol y orina. Lamayorpartedebiodigestoressimplessealimentanconexcretas (estircolyorina),puestoqueestosresiduosfermentanbienyproducen unabuenacantidaddebiogs.Lacantidadylacomposicindelas excretas dependen de: Lacantidaddeforrajeingeridoysudigestibilidad;demediaun40-80% delcontenidoorgnicodesteserecogeenlasexcretas(losganadospor ejemplo excretan aproximadamente un tercio de las fibras del forraje). La calidad del forraje usado y del peso medio de los animales. Excretasporcinas:stassonunamezclacomplejaquepuedeser consideradacomounfangolquidoconunaconcentracinmediaen materia seca en el entorno del 6%. Sisedeseaaprovecharelpotencialenergticodelasexcretasporcinas medianteundigestoranaerobio,estopodrhacerse,considerandolas siguientes observaciones. En establos sin pavimentar: se recoger nicamente la parte slida de laexcreta,ydeberinstalarsedeunacmaradepre-mezcladondese mezclen la excreta y agua. La funcin ser doble, de homogeneizador y de desarenador.Estamezcladebersermecnicaocerrada,puestoque manual es repulsiva y no se aconseja. Enestablosdesuelospavimentados:serecolectardeforma conjuntalaorinaylaexcreta.Siemprequelatopografalopermita,la circulacindelamezclaeintroduccinaldigestorseharporgravedad. Elaguadelimpiezaseminimizar,paranoaumentarelvolumendel digestor.Normalmentesecolectarelestircolenbaldes.Enestoscasos deberdeinstalarseunatrampadearena,parevitarqueesta entre en el digestor.c) Excretas de caprinos: Setendrunasituacinsimilaraloscerdosenelcasodenotenersuelo pavimentado,silascabrasestnenelestablo,laformaderecogerel estircolsermezcladoconellechodepaja.Lostiposdedigestorusados sonnormalmentelosbatchosemicontinuos.Estesustrato,almacenado mientrasnosealimentalaplantaenbaldesoneumticos,seintroducir en el digestor mezclado con agua. El rendimiento aproximado de biogs es de 0.09m3/kg. Excretas de pollo o aves: Tambin pueden usarse, pero slo si las aves estnenunazonalimitada,dndeseafcilrecolectarelestircolque generan. An as, la proporcin de arenas ser muy elevada. Las excretas deavespodrnintroducirseenundigestoralimentadoconestircolde vacasinningnproblema.Elpeligrolatentepuedeestarenlaalta concentracindeamoniacoconlasexcretasdepollopuras,anquese conocencasosdeplantasquefuncionancorrectamentemezclndoloscon residuosdefbricasdeproduccindehuevosocarne.Losexcrementos recolectadosserndurosysecos,porloquesemezclarnconaguaantes de introducirlos. Se puede disponer de una mezcla mecnica. Excretas de cuy: El cuy (Cavia porcellus), es una especie originaria de la zonaAndinadelPer,Ecuador,ColombiayBolivia,esunproducto alimenticionativo,dealtovalornutritivoybajocostodeproduccin,que contribuyealaseguridadalimentariadelapoblacinruraldeescasos recursos, se cra fundamentalmente con el objeto de aprovechar su carne y ltimamenteparalaproduccindebiogsenelPersehaaplicadoel estircoldedichoanimalconelobjetivodeproducirbiogsy biofertilizante, un caso real es el del biohuerto "Casa Blanca-Pachacamac" de la propiedad de los Drs. Eulises Moreno y Carmen Felipe Morales. La lignina, que es un componente estructural de los vegetales, y constituye cercadel30%delamadera.Labiodegradabilidaddelalignocelulosaes muy baja, pero se puede incrementar mediante procesos fsicos y qumicos, aunque estos aumentan tambin el coste de operacin de las plantas.Residuos vegetales Arroz: Enalgunaszonas,laintensificacindelaactividadagrcolagenerauna grancantidadderesiduosleosos,paja,etc.;comoconsecuenciadela actividadestacionalocclicadeestoscultivos.Losresiduosdelacosecha (paja,tallos,hojas,etc.)seusancomoforrajeosonprocesadosenotros productos.Estosresiduospuedentratarsemediantelabiometanizacin, perosoloaquellosquenoseusenparaotrosfinesocompostar,sern susceptibles a ser tratados. Se trata de residuos poco biodegradables debido a su gran contenido en lignina. La mayora de vegetales son adecuados para la fermentacin anaerobia. La produccindebiogseselevadasegnsealaespecieatratar.Laspartes leosas y la celulosa resisten la degradacin anaerobia, por lo que deben ser evitadas.Asmismo,lapocacapacidaddetirajehidrulicodeestos elementosysutendenciaaformarunacapadeespumahacequeslose puedanusarenplantastipobatch.Alaprctica,estasplantassonpoco usadas por la necesidad de carga y descarga intermitente. Losresiduosdecosechasedebenusarconjuntamenteconlosexcrementos delosanimales,aunquedebernsometerseaunpre-tratamiento(pre-compost).Cualquiermaterialfibroso,comolapajasedebertrocearaun tamao de 2 a 6 cm., y an as esto no evitar completamente la formacin de espuma, o tambin llamada nata. Para el caso concreto del arroz, se sabe que este tiene un contenido muy alto desilicio(13,1%)queporserinorgniconosedegradaporeltratamiento orgnico y se acumula en el digestor, pudiendo llegar a crear problemas de colapso.Parmetrosdecaracterizacinfsico-qumicadedesechos orgnicos a)Humedad:Eslacantidadenporcentajedeaguaperdidaalsecarla materia orgnica. Esta constituido por slidos digeribles y no digeribles.b)Slidostotales(TS):Eselcontenidodeslidostotalespresentesenun estircol,ornomaterialorgnicoquesealimentaaunbiodigestor,se expresa en porcentaje o peso de slidos secos. c)Slidosvoltiles(SV):Eslafraccindeslidostotalesquesepierde cuandossometeauncalentamientodeairealrededorde500grados centgrados. Esta constituido por slidos biolgicamente digeribles. d) Carbohidratos: Son la materia orgnica que actan como substratos de lapoblacinmicrobiana,proporcionandoelcarbnnecesarioparala produccin de biogs. e)Lignina:Sonlapartevoltilesnodigeriblesycasisiempreestnenlos desechosdeorigenvegetal.Lacelulosa,apartedequeeslaprincipal constituyentedelanataoqueseformaeneldigestorloqueimpideelbuen trayecto del biogs. Prefermentacin de los materiales La prefermentacin es conocida tambin como el Pre-compostesto se realiza unos 15 a 21 das antes de cargar al digestor y consta de una seleccin de materiales apropiados como ya se mencionan en puntos anteriores para la carga inicial de cualquier tipo de digestores (chinos, hind, OLADE-GUATEMALA) y que deben hacerse considerando, adems su disponibilidad, su contenido de humedad, slidos totales, slidos voltiles, carbono y nitrgeno. La carga inicial de un biodigestor juega un papel importante para la produccin de biogs y claro un excelente funcionamiento del biodigestor. Dicha carga debe reunir las condiciones del substrato necesario para los biodigestores. Para una mejor fermentacin es recomendable la combinacin estircol ms resto vegetal. En una relacin terica de 1:1(1 Kg. de estircol ms 1 Kg. de resto vegetal). Dicha prefermentacin presenta las siguientes ventajas: Una produccin de biogs superior al 50%. Eliminacin cerca del 90% de los huevos de parsitos. Reduccin de volumen de la paja, facilitando su transporte e introduccin en el biodigestor. Los valores de carbono y nitrgeno nos permiten establecer formulaciones de proporciones de mezclas de materiales sobre la base de formulas establecidas e estudiadas siendo as que estos son referencias y depender mucho de la zona en proyecto y esrecomendable hacer sus propios estudios relacionado al carbono y nitrgeno de cada materia prima y as poder trabajar con ellos. En las tablas 5.1 y 5.2 se muestran algunos datos de cada uno. Protocolo para el preparado del pre-compost Terminadoelseleccionadodelosmaterialesestircolmspajaserecurre hacer el pre-compost con las siguientes tcnicas a seguir: Tenerencuentaqueestadigestinesaerbicaesdecirsetrabajaalaire libre. Seseleccionaelcampodetrabajo,depreferenciacercadelsistema digestin. Secortanlosresiduosvegetales(tallosyhojas)entamaosmspequeos de los que se tiene, es recomendable que el usuario tenga una picadora. Sehacerumasdeestircol,paja;porseparadoypesadodeacuerdoalos clculos realizados. Seformaunapiladecapasalternadasdepajayestircol,conadicinde agua,ydejandoagujerosparalaaireacin,(Ejem:poniendotubosde bamb hasta al final de la pila). Despusdeunos5a7dasversilatemperaturaeslaadecuadaestoesta alrededor de los 70 grados centgrados, luego se revuelve la pila mezclando bienelestircolylapajaparavolveradejarlotodoapiladonuevamente hasta los 14 o 21 das. Terminadolos14o21dasyobservandolascondicionesmencionadasse procede al cargado. En la foto 5.1 se puede apreciar una pila de pre-compost para el cargado de un biodigestor de 25m3 del tipo OLADE GUATEMALA. Aprovechamiento del biogs como fuente de energaElusodelbiogscomocombustiblealternativopodrprecisardetratamientos, comolaeliminacindelsulfurodehidrgeno.Elsulfuropuedeeliminarse mediantelaintroduccindelimadurasdefierroenlatubera.Cuandoelfierro entra en contacto con el biogs, oxida el cido sulfhdrico o sulfuro de hidrgeno y se forma sulfato ferroso como precipitado. Esta sencilla forma de eliminar el cido sulfhdricoayudaapoderhacerunmejoraprovechamientodelbiogs.Sinose eliminase,lamayorpartedeloscomponentesdelsistemadeaprovechamientose corroerancongranfacilidad.Loselementosmsdaadossernaquellosque estnencontactodirectoconlallamadebiogs,puestoquecuandosequemao oxidaelbiogstambinseoxidaelcidosulfhdricoacidosulfrico,quees altamente corrosivo.Elbiogsespuesungascombustiblequepuedeusarseaniveldomsticoo industrial,especialmentepara:fogonesdecocinaoestufas,lmparasdebiogs, estufasradiantes,incubadoras,refrigeradores,etc.(energatrmica), generadores elctricos, o en motores para aplicabilidad de vehculos.Elritmodevidadelasociedadactualgeneraunagrancantidaddedesechosde diversostipos.Estacantidaddesubproductoscontienemateriaorgnica,yesta materia orgnica posee un poder energtico potencial que puede ser aprovechado para su reutilizacin y as frenar el crecimiento de los residuos y sus emanaciones contaminantes a la vez. Elbiogsestformadoprincipalmentepormetanoydixidodecarbono.El metano es el gas que le confiere las caractersticas de un combustible y por lo tanto el que provoca la eleccin del biogs como combustible alternativo.Composicin: Delacomposicindelgasdependerlacalidaddelcombustibleresultantey esta composicin a su vez depende de las propiedades de la materia de la que procede, por ejemplo el porcentaje de metano de los rellenos sanitarios esta en un rangode 45 a 60% y el metano de los residuos ganaderos y agrcolas esta enunrangode50a70%,enrealidadestovadependermuchodelresiduoa tratar. COMPONENTEFORMULA QUMICAPORCENTAJE (%) MetanoCH454-70 Dixido de CarbonoCO227-45 HidrogenoH21-10 NitrgenoN20.5-3 Monxido de carbonoCO0.10 OxigenoO20.10 cido sulfhdricoH2S0.15-0.50 Noexisteunacomposicinomezclaquesepuedatomarparageneralizarla composicin del biogs. Cada biogs tiene su propia composicin, de hecho dos biodigestoresdelmismotipo,lamismacapacidadyenlamismazonapueden tenerunacomposicindiferenteentres,portodoestoesrecomendablehacer unanlisisperidicoalbiogsparaadecuarlosequiposautilizarasievitar problemas. AlH2SyalCO2se lesdenominagases cidosdelbiogs.Entodaslasplantas dondeseproducebiogslapresenciadeestoscompuestoseselevada.El cido sulfhdrico(sulfurodehidrgeno)tienelacaractersticadetenerunolormuy desagradable y ser muy txico. Porsuparteeldixidodecarbonoesungasincoloroeinodoro,quea concentraciones bajas no es txico, pero en condiciones elevadas incrementa la frecuenciarespiratoriaypuedellegaraproducirsofocacin;sepuedelicuar fcilmente por compresin, sin embargo cuando se enfra a presin atmosfrica secondensacomoslidoenlugardehacerlocomolquido.Eldixidode carbonoessolubleenaguaylasolucinresultantepuedesercidacomo resultadodelaformacindecidocarbnico,heaqulapropiedadcorrosiva que el CO2 reen presencia del agua. Origen y generacin Las principales fuentes de generacin del biogs son: - Rellenos sanitarios. - Estaciones depuradoras de aguas residuales con tratamiento biolgico. - Plantas de digestin anaerbica con residuos de animales y restos vegetales. -Entrelasposiblesformasdeobtenerbiogs,seexplicardetalladamentela ms comn: la de procedencia de residuos agrcolas y ganaderos. Biogs Rellenos SanitariosTratamiento de aguas residuales Residuos animales y vegetales Filtrado mecnico Eliminacin de partculas Concentracin Eliminacin de CO2 Sntesis Combustibles varios Calderas, turbinas, cocinas, lmparas, etc. a gas. Motores de combustin interna Red de gas Uso vehicular Limpieza Eliminacin de SH2 Equivalenciasydiferenciasdelbiogsconotros combustibles Acontinuacinsedetallarlas equivalenciasde1m3debiogs conotroscombustibles.Por ejemplo1m3debiogsequivale a0.24litrosdegaslicuadode petrleo(GLP)o1.1deG.Ny tambinequivalea0.8Kgde carbn mineral o 0.5 Kg de lea. EQUIVALENCIA(m3)COMBUSTIBLES 0.0006Gasolina 0.00055Diesel 0,2Propano 0,25Butano 1.1G.N 0.00024GLP EQUIVALENCIA(kg) 0.5-0.15Lea 0.8Carbn vegetal 0.74Carbn mineral 1.3Restos vegetales El uso del biogs en el sector transporte es ms eficiente si se convierte en un gassimilaralgasnatural,porlotantosetratadeeliminartodoslos compuestosdiferentesalgasnaturalcomosonelCO2yH20,entreotros. Consecuentemente,aligualqueelgasnatural,elusodelbiogsenla automocin se lleva a cabo mediante motores de ciclo Otto. Unaveztransformado,suaplicabilidadenlaautomocineslamismaqueel gas natural, puede ser almacenado o transportado, comprimido o licuado. Actualmente,elbiogsqueseutilizacomocombustibleenvehculos,espara flotasdevehculoscercanasalasfuentesdebiogs(comoplantasde tratamientosdeaguasresidualesyrellenossanitarios),yaquelosvehculos no pueden recorrer largas distancias debido a la inexistencia de estaciones de servicio. Aplicabilidad del biogs en motores alternativos de combustin interna Esimportanteanotarquelamayoradegasodomsticosy equiposqueutilizangas,vienendiseadosdefbricapara trabajar con GLP, por lo que es necesario modificar el niple que regulaelflujodegas.CuandosepasadeGLPagasnaturalel orificiodelnipleesampliadoparaelcasodelgasproveniente de biodigestores el orificio del niple debe ser ampliado an ms, puestoqueestegastienemenospresinybajopodercalorfico y portanto paramantenerunmismoflujoserequiereunniple con orificio de mayor dimetro.La aplicacin de biogs como fuente de energa trmica consiste enusarelbiogsparalacoccindealimentos,calefaccin, alimentos,termotanques,estufasradiantes,incubacin,entre otros. Elsistemamsextendidoparaestetipodeaprovechamiento estbasadoenlacombustindelbiogsenquemadores,que pueden ser fabricados de diferentes materiales. Biogs como fuente de energa trmica Quemadores de biogs Estosquemadoressonnormalmenteunostubos metlicosquevanconectadosdirectamenteal reservoriodegas,elcualterminaenunaboquillade dimetroreducido.Unacmaramezcladoraconectaa la boquilla y a la entrada o entradas de aire y una tapa agujereada sobre la cmara de mezcla donde se realiza la combustin. El biogs entra por la boquilla a una presin entre 50 y 200 mm de columna de agua, luego se va a mezclar con el aire (ver figura 6.1). Elquemaderodeberajustarsedeformaprecisapara obtenerunallamacompactaycontinua;lallama, compuestaporunconointernoyotroexterno,deber tocar el bote con el cono externo pero no con el interno; lallamadebeestarestabilizada,esdecirquelaszonas sinllamadebenvolveraprendersedeforma automtica en un perodo de 2 o 3 segundos. BIOGAS Cocinas a biogs Generalmente estos tipos de cocinas a biogspueden lograr una eficiencia de 40 a 60% (previa purificacin). En la India y la China las estufas son hechas de hierro fundido e inyectores de bronce, tambin son hechos de arcilla refractarios y con boquillas de caas de bamb. Segn datos prcticos, para hervir un litro de agua se consume 0.04m3 de biogs en un tiempo diez minutos. Lmparas El quemador es similar al de la cocina slo que en vez de unatapaagujereadausaunmecheroocaperuzade gasa incandescente que es el bulbo que emite la luz. Laslmparasdebiogsestnhechasdegasadelino remojadoenunasolucindenitratodetorio,elcualse convierteencenizaynosproporcionaunaluzblancay brillante. Porlogeneralesrecomendablequelaslmparas funcionenapresinconstante.Laslmparasabiogs poseenunbajorendimientoporesosecalientan extremadamente.Sisecuelganmuycercadeltechose correelpeligrodeincendio,yaquelosmecheroso camisas incandescentes no duran mucho.Refrigeracin y calefaccin:Estetipoderefrigeracinesdeabsorcin(generalmenteconsolucinde amonioyagua)quevaafuncionarconbiogs,usandounquemadorcomo fuente de calor el cual sustituye a un combustible como el kerosene.Enestasrefrigeradorashayproblemas,lacomposicindelbiogsoscila muchodeundaaotro.Anenplantasconcampanaflotantelapresindel gas vara mucho segn la cantidad de gas almacenado. Por eso se requiere de boquillasespecialesyresistentesalaincandescencia,sobretodosiel refrigeradorposeeunreguladorcontermostatoylallamaenciendesolo cuandoesnecesario.Encadaarranqueexisteelpeligrodequelallamasea interrumpida. Entonces fluye el gas sin ser quemado. Por eso la alimentacin de gas debe ser interrumpida automticamente si la llama se escapa. Elbiogstambinpuedeserusadoparacalentaraguay/oambiente,elcual puedeusarseenedificios,estufasespecialmentediseadasparacadaunode estosusos.Elbiogspuedeserquemadoencalderosdirectamenteconuna eficiencia del 85%.Estufas radiantes:Enlaagriculturaseusanparamejorarlascondicionesdelascrasde animales.Asdeberdeasegurarseunabuenaventilacinparaelestablo, paraevitarlaacumulacindemonxidoydixidodecarbono.Lacapacidad decalefaccinseobtienedelamultiplicacindelcaudaldegasporsupoder calorfico y un rendimiento del 95%.Incubadoras:Son para mantener las condiciones ideales para el desarrollo de los embriones en los huevos de las aves criadasBiogs como fuente de energa elctrica Losaprovechamientosenergticosparalaproduccindeelectricidada partirdeestaformadeenergaasumenya,unaposicinrelevanteenlos sistemas energticos mundiales. Estaenergatransformadaserealizaenmotoresdecombustininterna estacionariosyaseangasolineras,petrolerosagas.lautilizacindel biogsenestosgeneradoresdecorrienteelctricaposelassuficientes cualidades para la sustituir a los combustibles fsiles. Deberdisponersedeplantasquegenerendeunmnimode10m3de biogsal da, siendo una aplicacin no apta para biodigestores pequeos. Lostiposdemotoresquepodemosadaptarparausarelbiogsson motoresdieselygasolinerassiendolasgasolineraslosmas recomendables. Enunmotordecombustininternaestacionario,variandolosvolmenes deadmisindecombustibleyaire,puedequemarseelbiogs,ysieleje motriz del motor se acopla a un alternador, se genera energa elctrica que se puede vender a la red. La mejor aplicacin es sin duda la cogeneracin deelectricidadycalor,conlaquesepuedenalcanzarrendimientosde hasta un 88%. Esta afirmacin se cumple nicamente si se aprovecha todo el calor residual generado, y se aplica sobretodo en instalaciones grandes. Paraqueestosmotoresfuncionenconbiogsexisteunaadaptacinque tiene que realizarse en el motor que es el carburador Unidades Generadoras Utilizadas en la Generacin de Elctrica por medio de Biogs Motores a gas:Los motores a gas mecnicamente son idnticos a los motores de combustin a gasolina, la diferencia radica en la admisin del combustible. En los motores a gas,esta admisinserealiza pormediodeuna vlvulaqueregula lapresin con la que se inyecta el gas licuadoo GN directamente en el carburador.Lasmodificacionesquesedebenrealizaraestemotorparautilizarloenla generacindeelectricidadapartirdelconsumodebiogs,esmodificar levemente la presin de inyeccin del gas, para que se ajuste a las condiciones del biogs. El porcentaje de sustitucin de biogs por gas GLP es del 100%.Poreltipodesistemadealimentacin,estasadaptacionesnopermitenuna regulacin automtica de la mezcla y la carga, por lo que el ajuste delmotor sedebederealizardeformamanualdesdelavlvuladecontroldelbiogs, colocada en la lnea de admisin. Serecomiendaquelascargasaplicadasseanconstantes,paraevitarlos problemasderegulacindelmotoryportantounaineficientecalidaddela energa suministrado por el generador. Para el caso de cargas variables el flujo de gas hacia el motor se debe regular pormediodeunsistemadecontrolespecialmentediseado,quegaranticeel flujodelgasalmotorpararespondealasdiferentesdemandasdepotencia generados por las cargas aplicadas. Motores a diesel: Los motores a diesel, se pueden operar con una sustitucin del diesel por biogs hasta un 70%, y un consumo de diesel del30%restanteporloqueelmotornosufreninguna alteracinalconsumirlosdostiposdecombustibleal mismotiempo.Pararealizarestasadaptacionessedebe decolocarunaTentreelfiltroyelsistemadeadmisin del aire, donde se conecta la tubera del biogs. Se debe de instalarunavlvulaenestatuberapararegularel suministrodelbiogsyajustarloalporcentajerequerido de operacin. Semuestralaadaptacinqueselerealizoalmotordediesel, dondeselecolocunaTentrelaadmisindelairedelmotor queeslaparteinferiordelatuberaplsticayelfiltrodel depuradorenlapartesuperior,ademsseaprecialavlvula reguladora la cual es de bronce y la vlvula de cierre del biogs, que se encuentra en la parte superior derecha de color rojo. Enestosmotoreslamezcladedieselybiogsserealiza directamente en la cmara de combustin del motor. Cuando el motorrecibeelbiogsporlaentradadeaire,esteseacelera, porloqueelgobernadordelabombadeinyeccinreducela cantidaddedieselsuministradoalacmaradecombustin, lograndounaestabilidadenlaaceleracinypotenciadel motor.Estosmotoressoportanlasvariacionesdecargasin tenerqueoperarlavlvuladeregulacindelbiogs, permitiendo operar en un rango ms amplio de carga. Para los arranques del motor se debe alimentar nicamente con diesel, una vez arrancado el moto se realiza la transferencia de biogsgradualmente,hastaalcanzarel70%.Noes recomendablelasustitucinmayoraun70%debiogspor diesel porque puede daar el motor. Motores a Gasolina:Elmotoragasolinapuedeseroperadoconbiogsrealizndoleunasimple adaptacin,queconsisteencolocaruncarburadorparaqfuncionescon biogs. Sedebedetenerciertasconsideracionesparaqueunmotorgasolina, alimentado con biogs opere satisfactoriamente: Evitarelpasodegasolinacuandoelmotorvaaoperaroestoperandocon biogs,estoconelfindeevitarungastoinnecesariodecombustible.Para lograrlo se debe de colocar una vlvula para controlar el paso de la gasolina al carburador. Garantizar un suministro de biogs a presin constante. Elfiltrodelairedebedemantenerselimpioparamantenerunaconstate relacinentrelamezcladebiogsyairequenosgaranticeunaoperacin estable del motor. Colocar una vlvula para controlar la admisin del gas al motor. Serecomiendaquelascargasaplicadasseanconstantes,paraevitarlos problemasderegulacindelmotoryportantounaineficientecalidaddela energa suministrada por el generador. Para el caso de cargas variables, el flujo de gas hacia el motor se debe regular conunsistemadecontrolespecialmentediseado,quegaranticequeelflujo del gas que se inyecte en el motor pueda responder a las diferentes demandas depotenciadebidoalasvariacionesdecargaelctrica,provocadaporel constante entrar y salir de cargas. ToberaCarcasaBiogsAire Al motorMariposaDiseo de biodigestores El diseo de los biodigestores debe responder a las condiciones del lugar y a la aplicacinqueselevaadarbienseacomoenergatrmicaoelctrica. Terminadodelreconocimientodelaregin,localidadyellugardondeseva construirlaplantadebiogssepodridentificarelclima,lamateriaprima disponibleylasnecesidadesdeproduccindebiogs,definiendoasielnivel deaplicacin:industrial,comunal,familiaroporultimoconfinesde investigacin. Los biodigestores se construyen en una alternativa para el tratamiento de los desechosorgnicos,puesdisminuyelacargacontaminantedelosdesechos agropecuarios,mejoranlacapacidadfertilizantedelmaterialyeliminan malos olores. Hay dos formas que se tiene que tener en cuenta para disear un biodigestor: Delademandadelusuarioesdecircuantodeenergarequiereyaseacomo energatrmicaoelctrica,sepuedesaberelconsumodebiogsdiario (m3/h). De la materia prima disponible. Lacantidad,calidadydistribucindemateriaprimapermiteconocerel potencial de biogs disponible definiendo el nivel de aplicacin.Clculo de diseo Cantidad total de biogs requerido Lacantidaddebiogsrequeridovaestarenfuncindelosequiposa utilizar,eltiempodeusodelosequiposylacantidaddecadaunode estos. Consumo de biogs El consumo de biogsva a depender de cada equipo a utilizar y esto nos indica el consumo en m3/h, esto quiere decir cuanto de biogs esta consumiendo dicho equipo, se puede sacarcon un contador de biogs o existen datos referidos a estos. El cuadro 7.1 muestra la cantidad de biogsrequeridoparadiversosequiposdecombustin;apartirde estosdatossepuedeestimarlacantidaddebiogsquenecesitamos producir diariamente (m3/d). Consumo de biogs por equipoEQUIPOSCONSUMO m3/h-m3/kwh Cocina quemador grande 0.47 Cocina -quemador chico0.30 m3/h Lmpara a gas 0,07 Refrigerador 0.031 Incubadora0.015 Lmpara a gas equivalente a una bombilla 60w0.10 Calentadores radiantes 0.31 m3/h Motor a gas0.5 m3/kwh Motorgasolinero 1-1.38 m3/kwh Determinacinde la cantidad de desechos Esllamadotambincargaorgnica,dependedeltipode desechos a utilizar pudiendo incluir desechos de animales, agrcolas, humanos y otros desechos. Losdesechosconquesevayaacargarundigestordeben tener una relacin carbono/nitrgeno entre 25 y 30 que es la mas apropiada para el proceso de digestin anaerobia. Datos para el diseoDesechoRb (m3/kg) Estircol de vacunos0.310-0.0372 Estircol de equinos0.302-0.0573 Estircol de porcinos0.65-0.0573 Estircol de ovinos0.610-0.152 Estircol de aves0.310-0.91 Paja de cereales0.370-0.190 Excreta humana0.38-0.418 Residuos de matadero de la transformacin de pescado0.34-0.71 Residuos verdes de jardn y agrcola0.35-0.46 Residuos alimenticios0.32-0.80 Residuos orgnicos domsticos0.40-0.58 Residuos de separadores de grasa0.70-1.30 Purinas agrcolas0.22-0.55 Lodos de procesos de purificacin0.45-0.55 Rendimiento en biogs de desechos orgnicos EJEMPLO 1: Calcular la cantidad de materia prima si el consumo de biogsde una familia es de 2.60 m3/da, se va utilizar estircol vacuno, siendo el rendimiento de biogs de 0.0372 m3/kg (Rb = 0.0372 m3/kg se obtiene de la tabla 1). EJEMPLO 2: Del problema anterior calcular el nmero de vacunos que son necesarios para satisfacer la necesidad de los 2.60m3/da de biogs, si el vacuno tiene un rendimiento de desecho de 10 kg / animal x da (ver tabla 2). EJEMPLO 3: Del primer problema, el biodigestor recibe 69.9 kg/da y tendr que retener una carga de 90 das a fin de generar la cantidad requerida de biogs. EJEMPLO 4: Una familia deun determinado poblado del Per tiene necesidades energticas , no hay conexin a la red y esta demasiado lejos de su distrito donde si disponen de energa elctrica (aprox. 20km) el tiempo del poblado al distrito es dos das a pie ( no hay carretera) lo cual dificulta el transporte de combustibles fsiles (gasolina y diesel ). En las tablas adjuntas se muestran las necesidades energticas de dicha familia. Se pide calcular : Estimar el consumo de biogs con fines de energa trmica e elctrica Determinar la carga necesaria Calcular el numero de animales de vacunos y cerdos( por separado) Calcular el tamao del digestor Calcular el tamao del gasmetro Calcular el tamao del tanque de Biol. Aplicacin Especificacin Unidades Tiempo de uso (horas/dias) Hervir aguaQuemador grande12 Pasteurizar lecheQuemador chico12 Consumo de biogs con fines trmicos de la familia Consumo de biogs con fines elctricosde la familia Equipo Cantidad Especificaciones W-HP Tiempo de uso horas/daDVD1503 TV11003 Radio1802 Computadora12003 Impresora11501 Bomba de agua11.51 Trituradora132 Lmpara4112 Ventilador1502 AnimalRe (kg/animal) Vaca10 Cerdo34.61 Gallina0.18 Oveja2.2 Hombre0.60 Nota: Los valores de Re van a variar considerablemente dependiendo del tipo de alimentacin, del tamao del animal, del peso del mismo, es decir del estado fisiolgico del animal. Como ejemplo tenemos que un cedo hembra tiene un promedio de heces (kg) de 4.61 kg., una hembra gestante 3 kg. y un macho productor 2.81 kg. Rendimiento en desecho hmedo de animales y humanosFuentes de energa en competencia con el biogs en el sector urbano BIOGSResidencial y Comercial Industria Generacin Elctrica GN /GLP ElectricidadCarbnDerivados del Petrleo ElectricidadDerivados del Petrleo Hidroelectricidad Carbn Derivados del Petrleo Cul es el problema principal para el desarrollo de la biomasa como fuente de energa en el mercado elctrico peruano? Los altos costos de inversin, hacen que sus costos medios no sean competitivos en mercados maduros, bajo ningn esquema regulatorio que no contemple algn tipo de subsidio. En el Sistema Interconectado Nacional no son competitivas En los Sistemas Aislados No son atractivas para lasInversiones privadas: Economas de escala, altos costos del desarrollo tecnolgicos, menores garantas de pago... entre las razones ms importantes. Conclusiones finales Es factible utilizar biogs como combustible alternativo en motores de combustin interna de baja y media potencia recurriendo a una adaptacin en el sistema de alimentacin. Hay un ahorro sustancial de los combustibles con biogs. Enmotoresporencendidoporchispaelahorrodegasolinaescasi total, ya que emplea una mnima cantidad para el arranque. Tarea central Transformar la estructura energtica hacia el uso del biogs como recurso que sustituya al petrleo y sus derivados, la lea, etc. Finalmente HAREMOS LA LUZ ELECTRICA TAN BARATA QUE SOLO LOS RICOS PODRAN DARSE EL LUJO DE QUEMAR VELAS Gracias energiaslimpias@hotmail.com Cel:96243764