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ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ECOLOGÍA

OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE UN BIODIGESTOR

OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE UN BIODIGESTOR 1. INTRODUCCIÓN Al transcurrir el tiempo se ha observado como el planeta ha sufrido un deterioro a consecuencias del mal manejo de desechos provenientes de grandes empresas e incluso por parte de los mismos habitantes de sectores rurales, lo que ha aumentado un deterioro de gran impacto para el ambiente. Con el objetivo de disminuir las marcas ambientales que se van dejando con toda actividad que realizamos surge la necesidad de realizar trabajos de investigación y crear proyectos que contribuyan con minimizar el impacto ambiental de manera negativa y dar una transformación y utilización de los recursos naturales no renovables y de esta manera infundir ideas tecnológicas innovadoras que fomenten un conciencia ambiental adecuada. En este caso en particular la creación de un biodigestor tiene como propósito infundir conciencia sobre el efecto nocivo que pueden tener los desechos sobre el medio ambiente buscando la manera de fomentar el desarrollo aprovechando estos para construir herramientas alternativas en la producción de energía, tomando en cuenta que ayuda a restar los costos ya que con el producto final del biodigestor se reduce el consumo de energía. (Ambiente, 2016) Considerando el beneficio que se puede obtener a partir de la producción de energía por medio de biodigestores, es de importancia aprender el diseño de éstos, en aquellos lugares donde se dispone de la materia prima necesaria para su funcionamiento; razón por la cual en el presente documento, se muestran las pautas necesarias para realizar el diseño de un biodigestor. El diseño se ha orientado hacia el aprovechamiento de residuos orgánicos provenientes de un alojamiento desechos orgánicos. (Acevedo, 2006) 2. MARCO TEÓRICO 2.1.

FUNDAMENTOS SOBRE LA TECNOLOGÍA DEL BIOGÁS

El término biomasa se refiere a la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Por tanto, es toda planta o materia que hay sobre la superficie: residuos agrícolas, forestales, restos de las industrias de las maderas y cultivos energéticos como girasol, paulonia, caña de azúcar etc. También incluye todos los productos provenientes de biomasa, incluyendo los organismos vivos de origen biológico. (Castells, 2012, pág. 742) La biomasa se clasifica de acuerdo con las siguientes categorías: natural, que corresponde a la que se produce espontáneamente en la naturaleza, como bosques, matorrales, hierbazales, entre otros; residual, obtenida de las actividades agrícolas,

ganaderas y forestales, como los estiércoles que son usados como materia prima para la producción del biogás; y de plantaciones energéticas, que corresponde a cultivos energéticos, es decir plantaciones que están dedicadas a la producción de un combustible, como la caña de azúcar, el maíz, especies de palma, entre otros. (Toscano, 2009, pág. 24) Las bacterias fermentan el material orgánico en ausencia de aire (es decir, fermentación anaeróbica) y producen biogás; este material de fermentación está constituido por sustancias sólidas orgánicas, inorgánicas y agua , y su componente inorgánico no sufre modificación alguna durante el proceso de fermentación .El biogás que generalmente se produce, es un gas incoloro, inflamable, y contiene 60% de metano y 40% de dióxido de carbono, con aportes menores de Nitrógeno, Hidrógeno, y gas sulfhídrico; su poder calorífico es de 4400 Kcal/m3. Se ha podido establecer que usando materia altamente biodegradable se obtiene 0.5 m3 de gas por Kg de masa, con un 70% de Metano. (Yeison & Gonzales, 2009, pág. 6) 2.2.

BIODIGESTOR

Según Londres (2010), un digestor de desechos orgánicos o biodigestor es un contenedor cerrado, hermético e impermeable, dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar, este puede ser excrementos de animales y humanos, desechos vegetales, etcétera, en determinada dilución de agua para que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y además, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos. (Londres, 2010, pág. 3) En la siguiente figura se indica cómo se encuentra constituido un biodigestor. Biodigestor

Figura 2.Biodigestor de desechos orgánicos Fuente: Alvear Edison y (Londres, 2010)

Los materiales orgánicos se ponen a fermentar con cierta cantidad de agua produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en fósforo, potasio y nitrógeno. Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor. El proceso de biodigestión se da porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos en los excrementos que al actuar en el material orgánico produce una mezcla de gases (con alto contenido de metano) al cuál se le llama biogás. (Yeison & Gonzales, 2009) Biodigestión

Es la fermentación realizada por bacterias anaerobias sobre la materia orgánica y posee las ventajas siguientes: -Proporcionar combustible para suplir las principales necesidades energéticas rurales. -Reducir la contaminación ambiental al convertir las excretas, que hacen proliferar microorganismos patógenos, larvas e insectos, en residuos útiles. -Producir abono orgánico, con un contenido similar al de las excretas frescas e igualmente útil para los suelos, los cultivos y para el desarrollo del fitoplancton y del zooplancton utilizado por algunas especies acuáticas en su alimentación. (Londres, 2010) A continuación se presenta esquemáticamente el funcionamiento de un biodigestor. Funcionamiento del biodigestor

Figura 2. Reciclaje de desechos pecuarios y usos del biogás y bioabono Fuente: (Acevedo, 2006)

El biogás es un excelente combustible y el resultado de este proceso genera ciertos residuos con un alto grado de concentración de nutrientes el cuál puede ser utilizado como fertilizante y puede utilizarse fresco, ya que por el tratamiento anaeróbico los malos olores son eliminados. (Porcino, 2008) Por consiguiente, se ilustra detalladamente como ingresa el biogás a una vivienda.

Biogas en una vivienda

Figura 3. Ingreso del Biogas en una vivienda Fuente: (Londres, 2010) 2.2.1. Factores de los que depende la producción de biogás  Temperatura  Tiempo de retención  Porcentaje de sólidos  Factor pH 2.2.2. Composición del biogás “El biogás lo constituyen una mezcla de gases y su composición depende del tipo de residuo orgánico utilizado para su producción y de las condiciones en que se procesa por lo que existen variaciones en los volúmenes y no es preciso saber el correcto”. (Londres, 2010) Tabla 1.Composición del Biogas

Nota: Su

composición depende del tipo de residuo.

2.3.

VENTAJAS DEL USO DE BIODIGESTORES

a) Descontaminación ambiental Este efecto de descontaminación ambiental, quizá por lo intangible del hecho en sí, difícilmente pueda valorarse en términos contables pero su efecto ventajoso sobre el ambiente es en muchos de los casos la principal razón para la instalación de biodigestores. b) Producción de biogás Los principales componentes del biogás son el metano (CH4) y el dióxido de carbono (CO2). Aunque la composición del biogás varía de acuerdo a la biomasa utilizada (Werner et al 1989).Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para:  Generar 1.25 kw/h de electricidad.  Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt.  Poner a funcionar un refrigerador de 1 m de capacidad durante 1hora.  Hacer funcionar una incubadora de 1 m de capacidad durante 30 minutos.  Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas  También, se ha calculado que un 1m3 de biogás utilizado para cocinar evita la deforestación de 0.335 ha de bosques con un promedio de 10 años de vida de los árboles. c) Producción de abono orgánico En el proceso de fermentación se remueven sólo los gases generados (CH4, CO2, 12H2S) que representan del 5% a 10% del volumen total del material de carga. Se conservan en el efluente todos los nutrientes originales (N, P, K) contenidos en la materia prima, que son esenciales para las plantas. Lo anterior lo convierte en un valioso abono orgánico, prácticamente libre de olores, patógenos, y de fácil aplicación. (Guzman, 2010, pág. 33)

A continuación se presenta una comparación energética entre el biogás y aparatos que funcionan a electricidad: Comparación energética

Figura 4.Comparación energética entre el biogás y aparatos con electricidad. Fuente: http://www.planthogar.net/encyclopedia/jump.asp?doc=00000293.htm

2.4.

PROYECTOS EN MARCHA QUE GENERE ELECTRICIDAD CON EL BIOGÁS EN EL ECUADOR



En Quito existe la planta que genera energía eléctrica con el Biogás de la basura

Quito genera energía con Biogas

Figura 5.Quito genera energía eléctrica con biogás de basura Fuente: (Ambiente, 2016) Un promedio de 2.000 toneladas de basura llegan diariamente al Relleno Sanitario, por lo cual el Municipio capitalino ejecutó varios proyectos para potenciar a los residuos sólidos como materia prima aprovechable. Una de estas iniciativas es la Planta de Generación de Energía Eléctrica a partir del Biogás que se captura en el Relleno Sanitario.En la actualidad, se encuentran instalados dos generadores que producen 40 megavatios de energía eléctrica al día. Durante la segunda fase se implementarán 3 generadores adicionales con el objetivo de beneficiar a 20.000 familias con el suministro de electricidad, la producción de la planta tiene conexión con la red nacional de energía. (Ambiente, 2016) El biogás es el producto de la biodegradación de la materia orgánica proveniente de los residuos sólidos urbanos. Para ser utilizado en la planta es captado desde el interior de los cubetos del Relleno Sanitario de Quito, a través de tuberías de HDPE (polietileno de alta densidad). Este flujo es dirigido hacia dos motogeneradores, acoplados cada uno a un alternador, que funcionan bajo el ciclo de Otto (combustión interna).El proyecto se lo ejecuta mediante un convenio entre la Empresa Pública Metropolitana de Gestión Integral de Residuos Sólidos (EMGIRS EP) y la empresa GasGreen S.A, como una alianza estratégica en beneficio del medioambiente, un mecanismo de Desarrollo Limpio. (Ambiente, 2016)



La Empresa Municipal de Aseo de Cuenca (EMAC) empezó la primera etapa de un proyecto que busca generar energía eléctrica a partir de la basura que se encuentra almacenada en el relleno sanitario Pichacay. Según los estudios de prefactibilidad desarrollados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, el proyecto prevé la generación de bioelectricidad capaz de producir dos megavatios/hora que servirá a los hogares cuencanos a través de un sistema interconectado.

Extracción del biogás La captación del biogás se realizará mediante pozos perforados en las terrazas que almacenan la basura en el relleno de Pichacay. Al lugar llegan cada día 480 toneladas de desechos sólidos. El gas que se extrae será destruido en un equipo de combustión interna y de esta forma se generará la energía eléctrica. Se venderán bonos de carbono Uno de los objetivos del proyecto es obtener recursos económicos que se pueden conseguir a través de la venta de bonos de carbono. Los bonos de carbono son un sistema internacional que permite reducir las emisiones contaminantes en el medio ambiente. Este sistema ofrece incentivos económicos a las empresas que contribuyan a la disminución de gases contaminantes. El biogás es un gas que se produce en el relleno sanitario por la descomposición de la materia orgánica que se encuentra almacenada. Su componente más importante es el gas metano, un gas de efecto invernadero que puede ser utilizado como hidrocarburo limpio. Bibliografía 

Acevedo, P. (2006). Biodigestor de doble propósito – producción e investigación –. Revista ION , 1-6.

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Ambiente, Q. (7 de Julio de 2016). Quito genera energía eléctrica con el Biogás de su basura. Quito Ambiente . Quito, Pichincha, Ecuador: Quito Ambiente.

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Asunción, J. (2004). El papel técnicas y métodos tradicionales de elaboración. Barcelona: Parramón.

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Castells, X. E. (2012). Biomasa y Bioenergía. Diaz de Santos.

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César, A. (15 de 04 de 2010). Tecnologias para la produccion de papel a partir de residuos agricolas. Recuperado el 04 de 01 de 2013, de ITENE: http://www.easyfairs.com/fileadmin/groups/10/cesar%20aliaga.pdf

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Doldán, G. (2001). Contaminación de la industria de pasta-papel. Madrid.

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Greenpeace. (2004). El papel Cómo reducir el consumo y optimizar el uso y reciclaje de papel. Madrid.

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Guzman, A. (2010). Diseño y contruccion de un biodigestor. San Pablo: Tepeaca.

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Londres, D. T. (2010). Biodigestor:Alternativa Energética. Londres.

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Porcino, U. (9 de Abril de 2008). Universo Porcino. Recuperado el 4 de Agosto de 2016, de Universo Porcino: http://www.aacporcinos.com.ar/articulos/que_es_un_biodigestor.html

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Toscano, L. (2009). Analisis de los parametros y seleccion de hornos para la combustion de biomasa. Guayaquil: Escuela Politecnica del Litoral.

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Yeison, A., & Gonzales, L. (2009). Fundamentos para el diseño de Biodigestores. Palmira: Facultad de Ingenieria y Administracion.