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• Edú Aquise Ticona

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PRACTICA N° 04 DISEÑO Y OPERACIÓN DE UN SISTEMA AGROENERGETICO (BIOGAS EN EL CIP ILLPA) I.

INTRODUCCION: BIOGAS: El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.) y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita. La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 40% y un 70%, y dióxido de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno ( H2S).1 El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 megajulios por m³. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores,calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. BIODIGESTOR: Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) de las bacterias que ya habitan en el estiércol, para transformar éste en biogás y fertilizante. El biogás puede ser empleado como combustible en las cocinas e iluminación, y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un generador que produzca electricidad. El fertilizante, llamado biol, inicialmente se ha considerado un producto secundario, pero actualmente se está considerando de la misma importancia, o mayor, que el biogás, ya que provee a las familias campesinas de un fertilizante natural que mejora mucho el rendimiento de las cosechas. Los biodigestores familiares de bajo costo han sido desarrollados y están ampliamente implantados en países del sureste asiático, pero en Sudamérica, solo

países como Argentina, Cuba, Colombia y Brasil tienen desarrollada esta tecnología. Estos modelos de biodigestores familiares, construidos a partir de mangas de polietileno tubular, se caracterizan por su bajo costo, fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir sólo de materiales locales para su construcción. Por ello se consideran una ‘tecnología apropiada’. La falta de leña para cocinar en diferentes regiones de Bolivia hacen a estos sistemas interesantes para su difusión, divulgación y diseminación a gran escala. Las familias dedicadas a la agricultura suelen ser propietarias de pequeñas cantidades de ganado (dos o tres vacas, por ejemplo) y pueden, por tanto, aprovechar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. Se debe considerar que el estiércol acumulado cerca de las viviendas supone un foco de infección, olores y moscas que desaparecerán al ser introducido el estiércol diariamente en el biodigestor familiar. También es importante recordar la cantidad de enfermedades respiratorias que sufren, principalmente las mujeres, por la inhalación de humo al cocinar en espacios cerrados con leña o bosta seca. La combustión del biogás no produce humos visibles y su carga en ceniza es infinitamente menor que el humo proveniente de la quema de madera. En el caso de Bolivia, donde existen tres regiones diferenciadas como altiplano, valle y trópico, esta tecnología fue introducida en el año 2002 en Mizque, (2.200 msnm Cochabamba) como parte de la transferencia tecnológica a una ONG cochabambina. Desde entonces, en constante colaboración por Internet con instituciones de Camboya, Vietnam y Australia, y la ONG de Cochabamba, estos sistemas han sido adaptados al altiplano. La primera experiencia fue en el año 2003 instalando un biodigestor experimental a 4.100 msnm que aprovechaba el efecto invernadero. Este diseño preliminar sufrió un desarrollo para abaratar costes y adaptarlo a las condiciones rurales manteniendo el espíritu de tecnología apropiada. Son tres los límites básicos de los biodigestores: la disponibilidad de agua para hacer la mezcla con el estiércol que será introducida en el biodigestor, la cantidad de ganado que posea la familia (tres vacas son suficientes) y la apropiación de la tecnología por parte de la familia.

Los biodigestores familiares de bajo costo Este modelo de biodigestor consiste en aprovechar el polietileno tubular (de color negro en este caso) empleado en su color natural transparente en capas solares, para disponer de una cámara de varios metros cúbicos cerrada herméticamente. Este hermetismo es esencial para que se produzcan las reacciones biológicas anaerobias. El film de polietileno tubular se amarra por sus extremos a tuberías de conducción, de unas seis pulgadas de diámetro, con tiras de liga recicladas de las cámaras de

las ruedas de los autos. Con este sistema, calculando convenientemente la inclinación de dichas tuberías, se obtiene un tanque hermético. Al ser flexible el polietileno tubular, es necesario construir una ‘cuna’ que lo albergue, ya sea cavando una zanja o levantando dos paredes paralelas. Una de las tuberías servirá como entrada de materia prima (mezcla de estiércol con agua de 1:4). En el biodigestor se alcanza finalmente un equilibrio de nivel hidráulico, por el cual, según la cantidad de estiércol mezclado con agua que se introduzca, saldrá una determinada cantidad de fertilizante por la tubería del otro extremo. Debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la cámara hermética, las bacterias anaerobias contenidas en el propio estiércol comienzan a digerirlo. Primeramente se produce una fase de hidrólisis y fermentación, posteriormente una acetogénesis y finalmente la metanogénesispor la cual se produce metano. El producto gaseoso llamado biogás realmente tiene otros gases en su composición, como son dióxido de carbono (20-40%), nitrógeno molecular (2-3%) y sulfhídrico (0,5-2%), siendo el metano el más abundante con un 60-80%. La conducción de biogás hasta la cocina se hace directa, manteniendo todo el sistema a la misma presión: entre 8 y 13 cm de columna de agua dependiendo de la altura y el tipo de fogón. Esta presión se alcanza incorporando en la conducción una válvula de seguridad construida a partir de una botella de refresco. Se incluye un ‘tee’ en la conducción, y mientras sigue la línea de gas, el tercer extremo de la tubería se introduce en el agua contenida en la botella de 8 a 13 cm. También se añade un reservorio, o almacén de biogás, en la conducción, permitiendo almacenar unos 2 o 3 metros cúbicos de biogás. Estos sistemas adaptados para altiplano han de ser ubicados en ‘cunas’ enterradas para aprovechar la inercia térmica del suelo, o bien dos paredes gruesas de adobe en caso de que no se pueda cavar. Además se encierran los biodigestores en un invernadero de una sola agua, apoyado sobre las paredes laterales de adobe. En el caso de biodigestores de trópico o valle, el invernadero es innecesario pero se ha de proteger el plástico con una semisombra. Los costes en materiales de un biodigestor pueden variar de 110 dólares para trópico a 170 dólares para altiplano, ya que en la altura tienen mayores dimensiones y requieren de carpa solar. PARAMETROS DE DISEÑO: Para dimensionar una planta de biogás, se consideran diferentes valores. Para una planta de biogás sencilla son los siguientes: 

La cantidad diaria de materia orgánica que se va a fermentar (Cf).

 

El tiempo de retención técnico (TR) La producción específica de gas al día (Gd), que esta ligado al tiempo de retención y del tipo de materia orgánica a fermentarse.

Otros factores que se consideran a la hora de diseñan una planta de biogás: La masa seca (MS, SS, DM). Como el porcentaje de agua contenido en la materia orgánica varía dependiendo su procedencia, en investigaciones mas exactas se trabaja con la parte sólida o materia seca del material de fermentación.  La masa orgánica seca (MOS, SOS, ODM). Para el proceso de fermentación son importantes sólo los componentes orgánicos o volátiles del material de fermentación. Por eso es que solamente se trabaja con la parte orgánica de la masa seca.  La carga del digestor (R, ol). La carga del digestor se calcula en kilogramos de masa orgánica por metro cúbico del digestor por día (kg MOS/m/d). largos tiempos de retención producen una menor carga del digestor. Para las plantas de biogás sencillas, cargas de 1,5 kg/m/d ya son bastante altas. Plantas grandes con control de temperatura y agitación mecánica se pueden cargar con unos 5 kg/m/d. Si la carga del digestor es demasiado alta, baja el valor del pH. La planta se queda atorada en la fase ácida, porque hay más material de fermentación que bacterias de metano. El tiempo técnico de retención o fermentación (TR o t) es el lapso durante el cual el material de fermentación permanece en el digestor. Este valor es determinado según criterios económicos. El tiempo técnico de retención es mucho más corto que el tiempo total necesario para la completa fermentación del material.  La producción específica de gas es indicada en relación con la cantidad de cieno de fermentación, con la masa seca o con la masa orgánica seca. En la práctica ella indica la producción de gas que se obtiene de un determinado material de fermentación durante un determinado tiempo de retención con determinada temperatura en el digestor. El grado de fermentación se mide en porcentaje. Este indica cuánto gas se obtiene en comparación con la producción total específica de gas. En plantas de biogás sencillas el grado de fermentación alcanza alrededor del 50%. Esto quiere decir que la mitad del material de fermentación queda sin aprovechar. 

II.

III. IV. V. VI.

OBJETIVOS:

MATERIALES: PROCEDIMIENTO: CONCLUSION: BIBLIOGRAFIA: