Los biodigestores y el gas metano (CH4)
El biodigestor es un sistema
en el cual se realiza el proceso de fermentación de biomasa (desechos
orgánicos) los cuales ayudados gracias a la proliferación de un grupo de
bacterias anaerobias metalogénicas, los cuales descomponen la materia orgánica
obtienen como resultado final una mezcla de gases (metano y dióxido de carbono)
conocido genéricamente como biogás. El cual sirve para abastecer de combustible
o incluso energía a las personas que escasean de recursos. Así mismo en el
proceso final de la descomposición se obtienen dos tipos de abono, conocidos
como biol (líquido) y bioabono (sólido) los cuales son ricos en nutrientes y
materia orgánica estabilizada. Por ello, los biodigestores son una opción
viable para la producción de biogás debido a que ofrece autonomía y ahorro.
Las reacciones de biodegradación de materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias metalogénicas, etc.), y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible.
Fases
Ilustración 1: Fases de la Fermentación Anaerobia
Fuente:http://minagri.gob.pe/portal/download/pdf/especiales/bioenergia/cusco_cedepac/construccion_evaluacion-fredy_almanza.pdf
Donde
V (CH4): Volumen
del gas metano generado.
V reactor: Volumen de la biomasa
T: Tiempo considerado para la fermentación
Donde:
V
(CH4): Volumen del metano generado.
S
org: Cantidad de materia orgánica
Composición
Tabla 1: Biogás y sus Características
|
Componentes |
Fórmula Química |
(%) |
|
Metano |
CH4 |
60-70 |
|
Dióxido Carbónico |
CO2 |
30-40 |
|
Hidrógeno |
H2 |
1 |
|
Nitrógeno |
N |
0.5 |
|
Monóxido de Carbono |
CO |
0.1 |
|
Oxígeno |
O2 |
0.1 |
|
Ácido Sulfúrico |
H2S |
0.1 |
Fuente:http://minagri.gob.pe/portal/download/pdf/especiales/bioenergia/cusco_cedepac/construccion_evaluacion-fredy_almanza.pdf
Comparación entre el gas metano producido por el biodigestor y otros combustibles gaseosos
Tabla 2: Gas metano producido por el biodigestor y otros
combustibles gaseosos
|
Valores |
Gas Metano producido por biodigestor |
Gas natural |
Gas propano |
Hidrógeno |
|
Valor Calorífico (kWh/m3) |
7.00 |
10 |
26 |
3 |
|
Densidad (kg/m3N) |
1.08 |
0.7 |
2.01 |
0.09 |
|
Densidad respecto al aire |
0.81 |
0.54 |
1.51 |
0.07 |
|
Límite de explosión (% de
gas en el aire) |
6-12 |
5 - 15 |
2 - 10 |
4 - 80 |
|
Temperatura de encendido
(°C) |
687.00 |
650 |
470 |
585 |
|
Máxima velocidad de
encendido en el aire (m/s) |
0.31 |
0.39 |
0.42 |
0.43 |
Ilustración 2: Partes de un Biodigestor
Fuente:http://minagri.gob.pe/portal/download/pdf/especiales/bioenergia/cusco_cedepac/construccion_evaluacion-fredy_almanza.pdf
1.
Tubería de salida del gas: Es una válvula que no permite que el gas escape.
2.
Sello de agua: No permite que ningún líquido escape de la cámara
3.
Tapa móvil
4.
Entrada del material: Es la cámara de entrada se introducen los desechos.
5.
Caja de control de carga: Sirve para que el volumen no exceda el requerido.
6.
Pozo de carga: Es un contenedor
7.
Depósito del efluente: Salida
8.
Materia orgánica: Donde se realiza la fermentación de la biomasa
9.
Almacenamiento de gas: Parte superior hueca para que el gas se deposite.
10. Tubería de entrada:
11. Tubería de salida del efluente.
a) Sistemas Batch o Discontinuos:
El
digestor discontinuo tiene un sistema donde solamente tiene un acceso de carga
y de descarga. Solamente se llena una vez y se deja fermentar durante
aproximadamente 2 a 4 meses esto depende del ambiente, y se descarga cuando
termina la fermentación. Este modelo es recomendado para operaciones
municipales o industriales a gran escala.
Este
proceso de llenado es por única vez y luego de esto se tiene que remplazar toda
la biomasa. Aproximadamente un metro cúbico de biomasa produce medio metro
cúbico de biogás. Debido a que solo cuenta con un solo abastecimiento la
cantidad de biogás se ve limitada.
Ilustración 3: Sistemas Batch o Discontinuos
Fuente:https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhCO1_zZ-MhPccr4rLWcVf1A3K0h2UTgZpmXyJ0ysQEn0eQpT9639ZwH7nYtj-k6GF_1MPzFA3ZGm0N3E1ERsgixXoMvL1cZ-hpY5h0eb8WMM_tVDY54_01TNReopVKEpBoaCkwhiJI9tiD/s1600/completemixdiagram2.gif
Ventajas:
·
Procesa
grandes cantidades de materiales y es recomendable ponerlo en espacios
abiertos.
·
Se
puede tratar junto con materiales secos que sean más pesados que el agua a
diferencia de los digestores continuos.
·
No
requiere de atención diaria debido a que el llenado y cambio es cada 4 meses.
Desventajas:
· Debido a que se trabaja con grandes cantidades de biomasa, la carga de los biodigestores es muy trabajosos al igual que la descarga.
b) Sistemas Continuos
El sistema de digestores continuos es mayormente desarrollado a gran escala debido a que se requiere para el tratamiento de aguas residuales. Que por lo general son plantas grandes, en las cuales se emplean equipos comerciales, que requieren de un mantenimiento y maniobrabilidad especializada.
c) Sistemas Semi-Continuos:
Estos biodigestores poseen una
estructura fija y además son abastecidos de forma continua (una vez al día) y
se acoplan perfectamente a las necesidades de las personas que tienen granjas
las cuales necesitan de mantenimiento de forma regular. Es un diseño común y a
pequeña escala (tamaño del hogar) debido a que no necesita de mantenimiento
especializado ni maquinarias de gran medida.
El biodigestor continuo posee tres
orificios; El central, el cual es por donde se va a ingresar los desechos,
seguido de eso se tiene que cerrar. Luego se abre para limpiar el biodigestor
en su totalidad. El segundo orificio se usa para cargar diariamente las
cantidades de desechos de forma continua; y el tercer orificio permite sacar
los desechos en forma de “biol” el cual puede servir como bioabono (Almanza, 2010).
Ventajas:
·
La
digestión del biogás puede ser producida dependiendo de los requerimientos del
usuario por medio de la cantidad de biomasa que se deposita diariamente.
·
Es
de fácil maniobrabilidad por lo que no necesita atención especializada.
Desventajas:
·
El
espacio es reducido por lo que tiene baja concentración de la biomasa a
depositar.
·
La
mezcla debe ser homogénea y los residuos más livianos que el agua para evitar
en taponamientos.
· Tiene problemas de limpieza y espuma. Resulta ser oloroso cuando lo abres. Necesariamente consume mucha agua
Modelos de biodigestores más usados en el ámbito rural
Los modelos con mayor demanda son aquellos que tiene una maniobrabilidad sencilla y con mantenimientos no muy engorrosos. Además, que se adaptan a las necesidades de las poblaciones con recursos escasos, las que en su mayoría se dedican a la ganadería. Y son esas personas las que producen su propia materia prima que utilizarán como biomasa para la elaboración del biogás. Existen dos modelos, lo cuales son los más utilizados por estas personas.
a) Biodigestor Hindú
Desarrollado
en la India durante la segunda guerra mundial en los años 50, surgió debido a
la necesidad de los campesinos, los cuales necesitaban abastecerse de
combustible para su calefacción y herramientas de trabajo, como tractores
durante todas las épocas del año. Todo esto debido a que no se podía acceder a
los combustibles fósiles. Luego de la guerra se volvió a usar los hidrocarburos
dejando de lado a los biodigestores.
Dentro
de este país, y debido a su pobreza se organizó un proyecto llamado KVICK (“Kaddi
Village Industri Commision”) donde se patentó el modelo de digestor hindú.
El biodigestor trabaja con presiones constantes y tiene facilidad de operación debido a que fue ideado para el uso de los campesinos los cuales tienen muy poca preparación
Características:
·
Es
un sistema que se encuentra bajo tierra, para aprovechar el nivel del suelo.
·
Se
debe cargar una vez al día para conseguir una producción y presión constante.
·
El
volumen dependerá del tiempo de demora en la degradación de los residuos.
·
Contiene
una “campana flotante” llamada domo.
·
Presión
del gas baja: 0.28 psi (libra por pulgada cuadrada).
·
Produce
entre 0.5 y 1 (centímetro cúbico) de biogás
Ventajas:
·
Es
de uso doméstico debido a su fácil maniobrabilidad.
·
Trabaja
con presión constante debido al continuo cambio de residuos.
·
Se
aprovecha el “biol” para la fertilización el cual es un subproducto del biogás.
Desventajas:
·
Necesita
de una sola inversión la cual es alta, con recuperación a mediano plazo.
·
Varía
el PH del biol.
·
Es
de difícil construcción.
Ilustración 4: Biodigestor Hindú
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Proceso:
·
La
mezcla hecha de residuos sólidos de animales es ingresada por una entrada.
·
La
mezcla ingresa por la cámara de digestión, lugar donde ocurre la fermentación
con las bacterias anaerobias para la producción del gas.
·
Gracias
a la estructura ovalada y con nivel alto, se puede almacenar el biogás sin
fugas.
·
Dentro
de esa cámara de digestión hay una válvula de salida, por donde el biogás
saldrá a presión.
· La cámara de salida se asemeja mucho a la de entrada y es por donde los desechos ya fermentados irán saliendo en forma de “biol” el cual se puede usar como fertilizantes.
b) Biodigestor Chino
Ilustración 5: Biodigestor Chino
Fuente:http://2.bp.blogspot.com/34fMt8spTv8/UKnADTQOk5I/AAAAAAAAADc/o0WDiWHyIfc/s640/chino.jpg
Características:
·
Un modelo muy parecido al
hindú debido a que el diseño fue basado en él.
· Biodigestor
semiesférico enterrado.
· Cúpula
fija en donde se almacena el biogás.
· Hecho
de cemento y ladrillo refractario.
· Trabaja con grandes variaciones en la presión.
·
Debido al
cambio de presiones, hay una reducción de eficiencia de los equipos que necesitan gas
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