Fin de Biogas 2012

8/3/2019 Fin de Biogas 2012

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ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL

INGENERIA MECNICA

TTULO DEL PROBLEMA:

La produccin del biogs a partir de las excretas

del cuy y su influencia como fuente alternativa deenerga en la localidad La Tablada Abancay

2011

AUTORES:

EDISON J. CHIPAYO OROSCO

FERNANDO VILLENA PATIO

JOSE LUIS LEVITA QUISPE

ABANCAY 2011


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INTRODUCCIN

La fermentacin anaerbica es un proceso natural que ocurre de manera espontnea

en la naturaleza y forma parte del ciclo biolgico

Una de las formas naturales de un biodigestor la apreciamos en el tracto digestivo

de los rumiantes. en dicho proceso intervienen las llamadas bacterias metanogenicas

las cuales son el ultimo eslabn de la cadena de microorganismos las iniciadoras de laproduccin del gas natural que en este caso es el metano.

Las primeras menciones sobre biogs se remontan a los aos 1600 identificado por

varios cientficos como el gas proveniente de la descomposicin de la materia

orgnica.

El primer biodigestor a escala real se construy en la india en el ao 1890.

Nuestra investigacin est basada en la obtencin del biogs en un biodigestor del

tipo discontinuo el cual es un equipo que nos permite aprovechar los desechos

orgnicos producidos en las tareas cotidianas realizadas en los hogares de las familias

de nuestra localidad.

El objeto de nuestro estudio es poder mostrar a la poblacin que estamos en la

posibilidad de generar nuestro propio combustible de una manera sencilla y que es

menos contaminante que los que estamos acostumbrados a usar como son, la lea, labosta y de esta manera poder contribuir con un grano de arena en el cuidado de

nuestro medio ambiente

El principal problema que afronta gran parte del mundo es la contaminacin del medio

ambiente, esta no es ajena a nuestra ciudad de Abancay pues hoy en da se puede

ver una gran cantidad de desechos que se genera.

Por la falta de conocimiento en gran parte de nuestra poblacin an se sigue usando la

lea como energa alternativa para la coccin de alimentos provocando as un dao

l t l i i t id d l bi t d d ti i ibl


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En el organismo:

Enfermedades respiratorias.- asma ,tuberculosis, cncer, embolia cerebral,etc

En el ambiente:

flora.- tala indiscriminada de los bosques. Fauna.- alteracin en el habitad de las especies.

Deterioro de la capa de ozono.

Contaminacin del aire.-proliferacin de insectos (moscas, zancudos, etc.) por la

emanacin de malos olores.

Gran parte de estos desechos pueden ser aprovechados para la generacin de

energa, optando una alternativa de solucin en la disminucin de la contaminacin

ambiental.|

A causa del crecimiento exponencial de la poblacin y por la falta de conocimiento

sobre la existencia de otros tipos de energa, se est usando combustibles

perjudiciales tales como: la bosta, yareta, lea, kerosene, etc.

1.2 ANTECEDENTES TEORICOS

MANUAL PARA LA PRODUCCION DE BIOGASinstituto de energa rural I.N.T.A

Castelar _Ing. A.m. Jorge A Gilbert

1.3 FORMULACION DEL PROBLEMA

La contaminacin es un problema que se viene arrastrando desde generaciones

posteriores, ya que antes no se tomaba conciencia sobre estos temas.

El problema que actualmente se viene suscitando en nuestra poblacin y en gran parte

del planeta es la contaminacin atraves de la quema de combustibles para el simple

propsito de la coccin de alimentos.

La realizacin de esta actividad conlleva a grandes consecuencias tanto para el


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En todas las actividades que se realizan en los hogares producen desechos Qu

hacemos con estos desechos?

1.3.1 PROBLEMA PRINCIPAL

OPTIMIZACION EN LA PRODUCCION DEL BIOGAS A PARTIR DE LAS

EXCRETAS DEL CUY Y SU RELACION COMO UNA FUENTE DE ENERGIA

ALTERNATIVA

.

1.3.1.1-VARIABLES:

-. Variable independiente

Optimizacin (causa).

-. .Variable dependiente

Fuente de energa alternativa (efecto).

1.3.1.2-VARIABLES ESPECIFICAS:

temperatura (t)

microorganismos (bacterias)

valor de acidez (ph).

tipo de material (para el bioreactor)

3.-Problema de investigacin general

En qu medida la produccin del biogs a partir de las excretas del cuy influye como

una fuente alternativa de energia en la localidad La Tablada Abancay 2011?

3.1problemas especficos

3.1.1 En qu medida influye la temperatura en la produccin del biogs a partir de las


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. 3.1.2 Cules son los tipos de bacterias que participan, en la produccin del biogs a

partir de las excretas del cuy, como fuente alternativa de energia en la localidad La

Tablada Abancay 2011?

3.1.3 Cul es el pH ptimo en la produccin del biogs a partir de las excretas del

cuy, tomada como fuente alternativa de energia en la localidad La Tablada Abancay

2011?

3.1.4 Cul es el tipo de material adecuado para la produccin del biogs a partir de

las excretas del cuy, como fuente alternativa de energia en la localidad La Tablada

Abancay 2011?

4.-OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION ..

Determinar la influencia de la produccin del biogs como fuente de energa

alternativa a partir de las excretas del cuy, en la localidad de la Tablada Abancay

2011 .

OBJETIVOS ESPECIFICOS

4.1.1 Determinar la temperatura ptima para la produccin del biogs a partir de las

excretas del cuy en el uso como fuente alternativa de energa, en la localidad de la

Tablada Abancay 2011 .

3.1.2 Identificar los tipos de bacterias especificas para cada etapa de fermentacin para

una optima produccin del biogs a partir de las excretas del cuy,como fuente

alternativa de energia en la localidad La Tablada Abancay 2011 .

.

3.1.3 Determinar el valor optimo del ph para lograr el equilibrio entre las bacterias de lafase acida y la fase metano gnica en la produccin del biogs a partir de las excretas


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.

3.1.4 Definir el material adecuado para lograr un ptimo rendimiento en la produccin

del biogs a partir de las excretas del cuy como fuente alternativa de energia en la

localidad La Tablada Abancay 2011?

.

.


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MARCO TERICO

ASPECTOS TECNOLGICOS

5.1 PRINCIPIOS DE LA FERMENTACIN ANAERBICA

La generacin de biogs, mezcla constituida fundamentalmente por metano (CH4) dixidode carbono (CO2), y pequeas cantidades de hidrogeno (H2), sulfuro de hidrogeno (SH2) y

nitrgeno(N) constituyen un proceso vital dentro del ciclo de la materia orgnica en la naturaleza.

5.1.1 METANOGENESIS

Una idea general sobre el proceso microbiolgico involucrado en la formacin de metano es

necesaria para poder comprender mejor el diseo y funcionamiento de los denominados

reactores o digestores productores de gas.

5.1.2 PRE REQUISITOS NECESARIOS PARA INICIAR EL PROCESO

La fermentacin anaerbica involucra a un completo nmero de microorganismos de distinto

tipo los cuales pueden ser divididos en tres grandes grupos principales. La real produccin de

metano es la ltima parte del proceso y no ocurre si no han actuado los primeros dos grupos

de microorganismos.

Las bacterias productoras del biogs son estrictamente anaerbicas y por lo tanto solo

podrn sobrevivir en ausencia total de oxigeno atmosfrico.

Otra caracterstica que las identifica es la sensibilidad a los cambios ambientales debido a lo

cual ser necesario un mantenimiento casi constante de los parmetros bsicos como la

temperatura.

Las dificultades en el manejo de estas delicadas bacterias explican que la investigacin

sistemtica tanto de su morfologa como de la bioqumica fisiolgica solo se halla iniciado

hace 50 aos.

Hoy en da gracias a estudios muy recientes posemos conocer mejor el mecanismo y


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5.1.3 ETAPAS INTERVINIENTES.

Vemos ahora las diferentes etapas intervinientes y sus principales caractersticas.

5.1.3.1 FASE DE HIDROLISIS

Las bacterias de esta primera etapa toman la materia orgnica virgen con sus largas cadenas

de estructuras carbonadas y las van rompiendo y transformando en cadenas ms cortas y

simples (cidos orgnicos) liberando hidrogeno y dixido de carbono.

Este trabajo es llevado acabo por un complejo de microorganismos de distinto tipo que son

en su gran mayora anaerobios facultativos.

5.1.3.2 FASE DE ACIDIFICACIN

Esta etapa la llevan a cabo las bacterias acetilnicas y realizan la degradacin de los cidos

orgnicos llevndolos al grupo actico CH3_COOH y liberando como productos hidrogeno y

dixido de carbono.

Esta reaccin es endoenergtica pues demanda energa para ser realizada ye posible

gracias a la estrecha relacin simbitica con las bacterias metanogenicas que substraen los

productos finales del medio minimizando la concentracin de los mismos en la cercana de

las bacterias acetogenicas.

Esta baja concentracin de productos finales es la que activa la reaccin y actividad de estas

bacterias, haciendo posible la degradacin manteniendo el equilibrio energtico.

5.1.3.3 FASE METANOGNICA.

Las bacterias intervinientes en esta etapa pertenecen al grupo de las achibacterias y poseen

caractersticas nicas que las diferencian de todo el resto de las bacterias por lo cual, se cree

que pertenecen a uno de los gneros ms primitivos de vida colonizadoras de la superficie

terrestre.

La transformacin final cumplida en esta etapa tiene como principal substrato el actico junto

a otros cidos orgnicos de cadena corta y los productos finales liberados estn constituidos

por el metano y el dixido de carbono.

FASE ACIDOGENICA FASE METANOGENICA

-bacterias facultativas(pueden vivir enpresencia de bajos contenidos de oxigeno)

-bacterias anaerbicas estrictas(no puedenvivir en presencia de oxigeno)


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Poco sensibles a los cambios de acidez y

temperatura.

-principales metablicos, cidos orgnicos.

temperatura.

-principales productos finales metano y

dixido de carbono

Como vemos el proceso ha sido simplificado an ms reduciendo el mismo a dos fases

principales la acida generadora de productos intermedios y la metano gnica.

Se desprende que una alteracin en los parmetros de funcionamiento incidir

negativamente sobre la fase metanogenica preponderantemente, la cual significara una

merma importante en la produccin de gas y una acidificacin del contenido pudiendo llegar

al bloqueo total de la fermentacin.

Debido a la lenta velocidad de recuperacin de las bacterias metanogenicas, la estabilizacin

de un biodigestor* agriado* ser muy lenta dce all la importancia del cuidado de losparmetros que gobiernan el proceso.

5.1.4PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCCION DE BIOGAS

La actividad metablica involucrada en el proceso metano gnico se ve afectada por

diversos factores. Debido a que cada grupo de bacterias intervinientes en las

distintas etapas del proceso responde en forma diferencial a esos cambios no es

posible dar valores cualitativos sobre el grado que afecta cada uno de ellos a la

produccin de gas en forma precisa. Por lo tanto nos limitaremos a dar una

valoracin cualitativa y en algunos casos se darn cifras y cuadros que deben

tomarse como orientativos ya que los valores pueden sufrir importantes variaciones.

Entre los factores ms importantes a tenerse en cuenta se desarrollarn los

siguientes: el tipo de sustrato (nutrientes disponibles); la temperatura del sustrato;

la carga volumtrica; el tiempo de retencin hidrulico; el nivel de acidez (pH); la

relacin Carbono/Nitrgeno; la concentracin del sustrato; el agregado de

inoculantes; el grado de mezclado; y la presencia de compuestos

Inhibidores del proceso.

5.1.4.1.Tipo de de materia prima:

Las materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio

espectro a los excrementos animales y humanos, aguas residualesorgnicas de las industrias (produccin de alcohol, procesado de


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cosechas y basuras de diferentes tipos, como los efluentes de

determinadas industrias qumicas.

El proceso microbiolgico no solo requiere de fuentes de carbono y

nitrgeno sino que tambin deben estar presentes en un cierto

equilibrio sales minerales (azufre, fsforo, potasio, calcio, magnesio,

hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno,

nquel y otros menores).

Normalmente las sustancias orgnicas como los estircoles y lodos

cloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Sin

embargo en la digestin de ciertos desechos industriales puede

presentarse el caso de ser necesaria la adicin de los compuestos

enumerados o bien un post tratamiento aerbico

En lo atinente a estircoles animales la degradacin de cada uno de

ellos depender fundamentalmente del tipo de animal y la

alimentacin que hayan recibido los mismos.

Los valores tanto de produccin como de rendimiento en gas de los

estircoles presentan grandes diferencias entre distintos autores.

Esto es debido al sinnmero de factores intervinientes que hacen

muy difcil la comparacin de resultados.

Como norma se deber tomar en cuenta que a raz de estar

trabajando en un medio biolgico slo los promedios estadsticosde una serie prolongada de mediciones sern confiables siempre

y cuando figuren las condiciones en las cuales fueron realizadas las

pruebas.

En cuanto al volumen de estircol producido por las distintas

especies animales son variables de acuerdo fundamentalmente al

peso y al tipo de alimentacin y manejo de los mismos. Cuando seencare un proyecto especfico se recomienda realizar una serie de


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A modo ilustrativo se expone a continuacin un cuadro indicativo

sobre cantidades de estircol producido por distintos tipos de

animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando como

referencia el kilogramo de slidos voltiles.

ESPECIE PESO VIVO kg ESTIERCOL/da l/kg.S.V. %CH4

Cerdos

Vacunos

Equinos

50

400

450

4,5 - 6

25 -40

12 - 16

340 - 550

90 - 310

200 - 300

65 - 70

65

65

CUADRO IV

5.1.4.2. Temperatura del sustrato:

Para que se inicie el proceso se necesita una temperatura mnima de

4 a 5 C y no se debe sobrepasar una mxima de alrededor de

70C. Se realiza generalmente una diferenciacin en tres rangos de

temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan encada una de ellas (ver CUADRO V).

BACTERIAS RANGO DE SENSIBILIDADPsiccroflicas

Hemoflicas

menos de 20C

entre 20C y 40C

+- 2C/hora

+- 1C/hora

CUADRO V


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generar calor el proceso la temperatura deber ser lograda y

mantenida mediante energa exterior. El cuidado en el mantenimiento

tambin debe extremarse a medida que aumentamos la temperatura,

dada la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termoflicas a

las pequeas variaciones trmicas.

Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger

un determinado rango de temperaturas para el funcionamiento de un

digestor ya que a pesar de incrementarse la eficiencia y produccin

de gas paralelamente aumentar los costos de instalacin y la

complejidad de la misma.

Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termoflicas

poseen generalmente sistemas de calefaccin, aislacin y control los

cuales son obviados en digestores rurales econmicos que trabajan a

bajas temperaturas.

5.1.4.3. Velocidad de carga volumtrica:

Con este trmino se designa al volumen de sustrato orgnico cargado

diariamente al digestor. Este valor tiene una relacin de tipo inversa

con el tiempo de retencin, dado que a medida que se incrementa la

carga volumtrica disminuye el tiempo de retencin.

Existen diferentes formas de expresar este parmetro siendo los msusuales los siguientes: kg de material/da; kg de materia seca/da; kg

de slidos voltiles/da todos expresados por metro cbico de

digestor.

Las cantidades de slidos y slidos voltiles se extraen afectando a

las cantidades en kg de material cargado con los porcentajes de

slidos o slidos voltiles que se obtiene por anlisis. (porcentaje deslidos sometiendo al sustrato a desecacin, 105C hasta peso


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sometiendo la muestra seca a la mufla, 560C durante tres horas y

extrayendo el siguiente coeficiente: 1-((peso seco - peso ceniza)/peso

seco)).

Un factor importante a tener en cuenta en este parmetro es la

dilucin utilizada, debido a que una misma cantidad de material

degradable podr ser cargado con diferentes volmenes de agua.

5.1.4.4. Tiempos de retencin:

Este parmetro slo puede ser claramente definido en los sistemas

discontinuos o batch donde el

T:R: coincide con el tiempo de permanencia del

sustrato dentro del digestor.

En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retencin

se define como el valor en das del cociente entre el volumen del

digestor y el volumen de carga diaria.

De acuerdo al diseo del reactor, el mezclado y la forma de

extraccin de los efluentes pueden existir variables diferencias entre

los tiempos de retencin de lquidos y slidos debido a lo cual suelen

determinarse ambos valores.

El T.R. est ntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato

y la temperatura del mismo.

La seleccin de una mayor temperatura implicar una disminucin en

los tiempos de retencin requeridos y consecuentemente sern

menores los volmenes de reactor necesarios para digerir un

determinado volumen de material.

Con relacin al tipo de sustrato, generalmente los materiales conmayor proporcin de carbono retenido en molculas resistentes


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distribuye en funcin al tiempo de retencin la produccin diaria de

gas para materiales con distintas proporciones de celulosa.

FIGURA 4 a) Pasto verde; b) Estircol vacuno; c) Paja

A modo de ejemplo se dan valores indicativos de tiempos deretencin usualmente ms utilizados en la digestin de estircoles a

temperatura mesoflica (CUADRO VI).

El lmite mnimo de los T.R. est dado por la tasa de reproduccin de

las bacterias metanognicas debido a que la continua salida de

efluente del digestor extrae una determinada cantidad de bacterias

que se encuentran en el lquido. Esta extraccin debe sercompensada por la multiplicacin de las bacterias que pertenecen

dentro del reactor.

MATERIA PRIMA T.R.H.Estircol vacuno lquido

Estircol porcino lquido

20 - 30 das

15 - 25 das


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5.1.4.5. Valor de acidez (pH):

Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en

valores que oscilan entre 7 y 8,5. Debido a los efectos buffer que

producen los compuestos bicarbonato-dixido de carbono (CO2-

HCO3) y Amonio -Amonaco (NH4-NH3) el proceso en s mismo tiene

capacidad de regular diferencias en el pH del material de entrada.

FIGURA 5

Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte

deterioro del equilibrio entre las bacterias de la faz cida y la

metanognica provocado por severas fluctuaciones en alguno de los

parmetros que gobiernan el proceso.

La FIGURA 5 muestra la evolucin de los niveles de acidez (pH) de

un digestor continuo desde su arranque hasta la estabilizacin. Puedeobservarse la diferencia entre los valores de entrada y salida; en un


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preponderancia de la faz cida. Una vez estabilizado a pesar de que

baja y sube el pH del material introducido al digestor ste es capaz

de amortiguar los cambios.

La figura 6 muestra la lnea lmite de inhibicin entre digestores en

operacin y los

agriados (30 mg/l de ac. voltiles no ionizados). Debe recordarse

que cuando un digestor se descompensa tarda de 30 a 60 das en

volver a la normalidad.

FIGURA 6:

= Digestor parado = Digestor funcionando

5.1.4.6. Contenido de slidos:

La movilidad de las bacterias metanognicas dentro del sustrato se

ve crecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de

slidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y produccin

de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de

producciones de gas importantes logradas en rellenos sanitarios con

un alto contenido de slidos.


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que para digestores continuos el porcentaje de slidos ptimo oscila

entre el 8% y el 12%.

5.1.4.7. Inclusin de inoculantes:

El crecimiento bacteriano dentro de los digestores sigue desde su

arranque la curva tpica graficada en la FIGURA 7 en la cual puede

distinguirse claramente tres etapas: La de arranque (I), la de

estabilizacin (II) y la de declinacin (III).

La primera etapa puede ser acortada mediante la inclusin de un

determinado porcentaje de material de otro digestor rico en bacterias

que se encuentran en plena actividad. Esto es particularmente

importante en los digestores discontinuos que deben ser arrancados

frecuentemente.

FIGURA 7

Al llegarse en forma ms rpida a la estabilizacin puede

incrementarse la produccin de gas por kg. de estircol.

Los dos factores a tener en cuenta en la inoculacin de un digestor es

la proporcin en que se agrega y la edad del mismo Cuanto mayor


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FIGURA 8: Porcentaje de arrancador o inoculo

1=33%; 2=25%; 3=20%; 40=15%; 5=10%; 6=5%; 7=0%.

5.1.4.8. Agitacin - mezclado:

Los objetivos buscados con la agitacin son: remocin de los

metabolitos producidos por las bacterias metangenas, mezclado

del sustrato fresco con la poblacin bacteriana, evitar la

formacin de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la

densidad bacteriana y evitar la formacin de espacios muertos sin

actividad biolgica.

En la seleccin del sistema, frecuencia e intensidad de la agitacin se

debern realizar las siguientes consideraciones: El proceso

fermentativo involucra un equilibrio simbitico entre varios tipos de

bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cul el metabolito de un

grupo especfico servir de alimento para el siguiente implicar una

mema en la actividad biolgica y por ende una reduccin en la

produccin de gas.

Como conclusin en la eleccin de un determinado sistema se

tendr siempre presente tanto los objetivos buscados como el

prejuicio que puede causar una agitacin excesiva debindose buscar

un punto medio ptimo.

Existen varios mecanismos de agitacin utilizados desde los mssimples que consisten en un batido manual o el provocado por la

entrada y salida de los lquidos hasta sofisticados equipos que

involucran agitadores a hlice, recirculadores de sustrato e inyectores

de gas.

5.1.4.9. Inhibidores:


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La presencia de metales pesados, antibiticos y detergentes en

determinadas concentraciones pueden inhibir e incluso interrumpir el

proceso fermentativo.

Cuando es demasiado alta la concentracin de cidos voltiles (ms

de 2.000 ppm para la fermentacin mesoflica y de 3.600 ppm para la

termoflica se inhibir la digestin. Tambin una elevada

concentracin de Nitrgeno y Amonaco destruyen las bacterias

metanognicas.

INHIBIDORES CONCENTRACIONINHIBIDORA

SO4NaClNitrato (segn contenido deNitrgeno) CuCrNiCN (Despus que se handomesticado lasbacteriasmetanognicas a 2-10

mg/ml).ABS (Detergentesinttico) NaK

5.000 ppm40.000 ppm0,05 mg/ml100 mg/l200 mg/l200-500 mg/l25 mg/l

20-40 mg/l3.500-5.500 mg/l2.500-4.500 mg/l2.500-4.500 mg/l

CUADRO VII

En el cuadro VII se dan valores de concentraciones de ciertos

inhibidores comunes. Valores que se deben tomar como orientativos,

puesto que las bacterias intervinientes pueden con el tiempo

adaptarse a condiciones que en un principio las afectaba

marcadamente.

5.2. TECNOLOGIA EMPLEADA EN LA DIGESTION ANAEROBICA:

El hombre de acuerdo a la aplicacin de gas, las caractersticas del material a ser


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relacin costo-inversin- beneficio a diseado y probado a lo largo del desarrollo de

esta tecnologa diversos tipos de digestores.

A fin de simplificar el anlisis y compresin de los distintos tipos de digestores en

utilizacin se agruparan los mismos en el siguiente CUADRO desde los ms

sencillos hasta la ltima generacin de reactores de alta eficiencia, complejidad y

costo; clasificando los mismos de acuerdo a diferentes criterios. Luego se comentar

cada proceso con un esquema ilustrativo.

1.- CARGA a) Sistema Batchb) Sistema continuo o

2.- INTENSIDAD DE MEZCLA a) Mezcla completa

b) Mezcla parcial o nula

3.- MANEJO DEL SUBSTRATO

a) Contacto anaerbicob) U.A.S.B.: (Upflow AnaerobicSludgeBlanket)c) Lecho

4.- MANEJO BIOQUIMICO a) Una etapab) dos etapas


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a) Sistema Batch: Figura 9

Se caracterizan por una carga y vaciado total de la cmara de digestin. De uso en

laboratorios y en el tratamiento de materias vegetales. Con o sin agitacin.

Requieren para acelerar su arranque de una proporcin de inoculo 20%. Su curva

de produccin de gas sigue la caracterstica (arranque- estabilizacin-agotamiento).

Esto obliga a fin de mantener una produccin de gas estable a lo largo del tiempo a

poseer por lo menos tres o cuatro digestores de este tipo cada uno de los

cuales se hallar operando en las distintas etapas. Lo que permite mantener la

produccin de biogas en un cierto nivel uniforme. La FIGURA 10 nos muestra la

historia de la produccin de gas en funcin del tiempo de un sistema Batch de 4

reactores.

FIGURA 10

Este tipo de digestores son eficaces para la digestin de materiales celulsicos que

no pueden ser tratados en los digestores de tipo continuo debido al posible

taponamiento de los conductos de alimentacin y salida. Su utilizacin no est muy

difundida.


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1-b) Sistema continuo o semicontinuo:

(FIGURA 11)

En este tipo de digestores el volumen que ingresa desplaza una cantidad equivalente

de efluente que se evacua por la salida. De este modo el volumen del substrato

en la cmara de digestin se mantiene constante. Los continuos se cargan

generalmente en forma diaria, a diferencia de los semicontinuos se descargan

totalmente una o dos veces por ao que generalmente coincide con el perodo de

siembra para aprovechar el poder fertilizante de los residuos de la digestin y de

los lodos fermentados, parte de estos ltimos es utilizada en el nuevo arranque.

(Sistema muy difundido en China).

El tiempo de permanencia de la biomasa dentro del digestor estar dado por el

cociente entre el volumen de la cmara de digestin y el de la carga diaria. Dicho

valor no es exacto debido a que la parte del material introducido puede salir en un

perodo ms corto, lo que se trata de minimizar mediante un adecuado diseo de la

cmara.

La mayor parte de los digestores difundidos a lo largo de todo el mundo pertenecen

a esta categora y existen dentro de ella enormes variaciones sobre el mismo

principio.


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2-a) Mezclado completo:

(FIGURA 12)

En estos digestores se busca que el substrato en fermentacin dentro de la

cmara se mezcle en forma total, en general diariamente. En el caso de los

reactores calefaccionados, esta accin asegura una distribucin uniforme de la

temperatura en todo el volumen. Existen diversos medios para lograr este fin,

entre los que podemos mencionar: la agitacin de lquidos mediante bombas internas

o externas al digestor y la reinyeccin de biogas dentro de la cmara produciendo

un intenso burbujeo.

Se debe tener mucho cuidado en la intensidad y periodicidad de la agitacin,

para no afectar el delicado equilibrio bacteriano.

2-b) Mezclado parcial:

(FIGURAS 13, 14 Y 15)

En este grupo se encuentran los pequeos digestores rurales en los cuales los

mtodos de agitacin son muy rudimentarios (agitadores del tipo manual o rotacin

de la campana gasomtrica). Los que se realizan con el fin de evitar la formacin de

la perjudicial costra


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En otros casos como los digestores del tipo horizontal la agitacin se logra mediante

la circulacin del substrato dentro de la cmara de digestin provista de una serie de

tabiques (FIGURA 13).

El flujo puede ser tambin ascendente (FIGURA 14) o bien descendente

(FIGURA 15), lo que depender de la ubicacin de las caeras de entrada y salida

del substrato.

3-a) Contacto anaerbico:

(FIGURA 16)

Tanto en este como en los siguientes sistemas se ha buscado algn medio para

retener la mayor cantidad de bacterias activas dentro de la cmara de digestin a fin

de lograr menores tiempos de retencin y consecuentemente menores volmenes

de digestor para tratar la misma cantidad de biomasa.

FIGURA 16

En estos digestores la pileta de sedimentacin a la salida de los mismos le da laposibilidad a las bacterias que han salido con el efluente a asentarse y decantar

para luego ser reintroducidas en forma de lodo, mezclado con material de carga

como inoculo.

Existen tambin otros dos mtodos para retener la masa bacteriana a la salida

del reactor, como puede ser un sedimentador externo (FIGURA 17) en el cual las

partculas ms pesadas son recirculadas.


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El tercero es una variacin del primero, ya que el sedimentador es con placas

(FIGURA 19).

FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19

3-b) U.A.S.B.:

(FIGURA 20)

En su interior posee separadores y mamparas estratgicamente ubicadas las que

generan zonas de tranquilidad en las cuales las bacterias han conformado

glomrulos (floculacin) que sedimentan y as se evita que salgan con el efluente que

es sacado por la parte superior de la cmara de carga.

FIGURA 20

Este tipo de digestor es especialmente apto para el tratamiento de deshechos

agroindustriales como la vinaza, no admite partculas insolubles.


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3-c) Lecho fluidizado:

(FIGURA 21)

En este tipo de reactor unas pequeas partculas se mantienen en suspensin

dentro de la cmara de digestin. Las bacterias se adhieren a estas partculas, que

no son atacadas y salen con ellas. Mediante el filtrado del efluente se puedenrecuperar estas partculas juntamente a las bacterias y se reintroducen en el

digestor. Este tipo de reactor est poco difundido y las mayores referencias son de

plantas a nivel laboratorio o piloto. Los hay de flujo ascendente y descendente.

3-d) Filtro anaerbico:

(FIGURA 22)

Estos reactores tienen la particularidad de ser alargados (relacin alto/dimetro

mayor a 1), ltimamente se est experimentando con filtros horizontales, pero los

verticales siguen siendo ms eficientes, en su interior poseen un medio fijo que

puede estar constituido por caeras reticuladas , piedra caliza, formas plsticas de

gran relacin superficie/volumen, etc. Sobre estos materiales no atacables se

adhieren las bacterias y as se evita su prdida, que disminuye notablementelos tiempos de retencin. Existen dos variantes: de flujo ascendente y de flujo

descendente.

FIGURA 22


27/56

Debido a estos elementos filtrantes ubicados dentro de la cmara de digestin, no

admiten lquidos con material insoluble en suspensin ya que dichos slidos

bloquearan el pasaje del substrato. Este tipo de digestores est difundindose

ltimamente para determinados usos.

Tanto este digestor, como los dos anteriores admiten tiempos de retencin muy

bajos (0,5 a 3 das) con muy altos niveles de eficiencia (se han llegado a valores de

produccin de biogas de 7 veces el volumen del reactor por da). Existen de flujo

ascendente y descendente.

4-a) Una etapa:

(FIGURA 23)

Todos los tipos de digestores vistos hasta este momento se agrupan en esta

categora debido a que todas las etapas de la digestin anaerbica se cumplen en

una nica cmara, en la cual todas las bacterias estn sometidas a las mismas

condiciones.

FIGURA 23

4-b) Dos etapas:

(FIGURA 24)

En estos reactores se ha dividido en dos cmaras de digestin separadas, donde en

la primera se desarrolla la etapa acido gnica y en la segunda la actica y la metano

gnica. Esto permite optimizar las condiciones de desarrollo de cada tipo de

bacterias y extraer los slidos indigeribles antes que pasen a la etapa metano

i


28/56

FIGURA 24

Estos digestores no han sobrepasado la etapa experimental y de plantas piloto y an

resta solucionar una serie de problemas de funcionamiento a gran escala para llegar

a una amplia difusin.

Se ha dejado intencionalmente para comentar en esta ltima parte los Rellenos

Sanitarios (Landfills), puesto que son un tratamiento anaerbico diferente

o cmara de digestin especialmente construida para tal fin, sino que slo

se hacen excavaciones las cuales sern rellenadas generalmente con residuos

urbanos, en su mayora slidos, y de los cuales no se obtendr ningn efluente

tratado, slo quedar la porcin de slidos que no se pudo degradar y el lixiviado.

El biogas puede o no recolectarse, para hacerlo ser menester instalar caeras

agujereadas en lechos de piedras. Generalmente tramos horizontales dispuestos en

diferentes niveles que convergen a uno vertical, que llega a la superficie exterior.

Este tratamiento es muy utilizado en Europa por los sectores municipales en el

saneamiento de ciudades, con recuperacin de grandes volmenes de gas. En

Amrica Latina, Chile, Brasil y Argentina son unos de los pases pioneros en aplicar

con xito este mtodo.

5.2.1. Modelos de digestores ms difundidos:

Ms del 80 % de las plantas de biogas difundidas en el mundo pertenecen a dos

tipos de diseo, cuyos nombres derivan de los pases en los cuales se realizaron los

primeros modelos y posteriormente se les dio una difusin masiva. Estos modelos

son el tipo Chino e hind.


29/56

Este tipo de digestor fue concebido respetando las condiciones imperantes en

su pas de origen. Su diseo responde a una maximizacin del ahorro de

material sin entrar en el clculo de la demanda de la mano de obra.

Su forma se asemeja a una esfera (ver FIGURA 37) y el gas se almacena

dentro de la campana fija a presin variable, la cual se obtiene desplazando el

lquido en digestin hacia una cmara llamada de hidropresin.

FIGURA 37: 1. Planta rectangular de los aos 60; 2. Digestor de piedra; 3.

Digestor de Sichuan (pequeo, redondo y achatado); 4. Digestor esfrico de

Shanghi.Todos corresponden a diferentes modelos de digestor Chino.

Estos digestores se cargan en forma semicontinua realizndose una primera

carga con material celulsico y estircol, adems del inoculo correspondiente,

hasta un 70% de la capacidad luego se sigue cargando como un digestor

continuo; a los 120 a 180 das se descarga en forma total y se reinicia el

ciclo. Fuera de China generalmente se maneja estos digestores en formacontinua.

5.2.1.2. Modelo Hind:

Este tipo de digestor del cual han derivado infinidad de variaciones, posee

una cmara de digestin de forma cilndrica sobre la cual flota la campana

gasomtrica generalmente construida en hierro (FIGURA 38). La salida del

efluente se efecta por rebalse.


30/56

Este digestor funciona en forma continua realizndose por lo general una

carga diaria o cada dos o tres das. El vaciado completo slo se realiza en el

caso de requerir alguna reparacin o limpieza.

El gas gracias al gasmetro flotante se almacena a presin constante y

volumen variable. Esta presin de salida puede ser incrementada con la

adicin de contrapesos.

Este digestor demanda un mayor gasto de materiales y la campana

gasomtrica es generalmente lo ms caro del equipo. Su funcionamiento es

muy sencillo y no presenta serios inconvenientes en el rea rural.

FIGURA 38: Digestor Hind tpico. 1. Cmara de carga; 2. Cmara de

digestin; 3.

Campana gasomtrica; 4 Salida del efluente.

5.3. COMPONENTES DEL SISTEMA:

La seleccin de los materiales de construccin tiene una gran importancia y por

lo tanto deben satisfacer los siguientes requerimientos:

- Resistencia a los esfuerzos de origen

mecnico y trmico.

- Resistencia al ataque

qumico.- Posibilidad de ser moldeado y/o construido


31/56

-

Disponibilidad

local.

- Compatibilidad

ambiental.

Las caractersticas fsicas de los materiales son fcilmente calculables no as los

aspectos de disponibilidad y de posibilidad de operar con ellos pus vara segn el

pas o regin. Por este motivo se deber realizar un anlisis particular para cada

caso antes de tomar una determinacin definitiva.

Este ltimo punto es de decisiva importancia debido a que la construccin y

reparacin debern ser realizadas por gente idnea de la zona.

5.3.1. Sistema de acarreo o alimentacin:

Deben ser tales que aseguren una provisin de materia prima en forma rpida

evitando su descomposicin aerbica y la prdida de su temperatura

(efluentes industriales). De este modo se tendr un material con su pleno

potencial.

5.3.2. Cmaras de carga:

El sustrato generalmente se almacena en una cmara de carga antes de su

ingreso. Dependiendo del digestor esta cmara deber ser capaz de

almacenar un volumen equivalente a dos das de carga.

Estar provisto de un sistema de alimentacin de agua para realizar las

diluciones del material y algn mecanismo o instrumento de agitacin para

homogeneizar la carga.

5.3.3. Manejo del sustrato:

Podemos diferenciar claramente la existencia de dos fluidos muy distintos enel proceso anaerbico, a saber el biogas (gaseoso) y el sustrato (semi lquido);


32/56

Este involucra la recoleccin y transporte de la materia orgnica a digerir, la

alimentacin del sistema de fermentacin y el vaciado del digestor.

5.3.4. Cmara de

digestin:

No importa cul sea el sistema a utilizar, la cmara de digestin deber

cumplir los siguientes requisitos:

* Impermeable al agua y al gas para evitar las prdidas del lquido en

digestin, con el consecuente peligro de contaminacin; y la prdida de gas

que disminuir la eficiencia y provocara el riesgo de explosiones en las

cercanas del digestor.

* Aislante, las prdidas de calor deben ser evitadas al mximo, puesto que el

mantenimiento de la temperatura de digestin es logrado con el aporte de

calor externo y por lo tanto todo ahorro en este sentido redundar en una

mayor cantidad de energa neta disponible. Este aspecto es particularmente

importante para los digestores que trabajan a temperaturas meso y

termoflicas.

* Mnima relacin superficie/volumen, a fin de ahorrar material y mano de

obra, como as tambin reducir la superficie de intercambio de calor.

* Estabilidad estructural, capaz de soportar cargas estticas y dinmicas;

incluyendo un cuidadoso estudio del suelo, especialmente en los que sern

construidos bajo tierra, donde se pueda afectar alguna napa fretica.Los formatos son muy variables pero existen cinco formas bsicas de las

cuales derivan todo el resto (FIGURA 46). Cada una de las cuales tiene

ventajas y desventajas, como por ejemplo los digestores del tipo horizontal

se adaptan mejor a las zonas con algn tipo de impedimento en el

subsuelo. Con respecto a la produccin de gas no existen hasta el momento

evidencias de peso que hayan demostrado que la forma de la cmara de

carga tenga importancia en la produccin de gas, sin embargo los digestoresde ltima generacin, de mayores rendimientos, son propensos a las


33/56

1 2 3 4

FIGURA 46: Formas de digestores. 1 Ovoide; 2 Cilindro o Paraleleppedo vertical; 3

Domo; 4

Cilindro o Paraleleppedo Horizontal.

Los materiales de construccin ms usualmente empleados son el hierro,

cemento armado, mampostera (ladrillos y cemento), plsticos (OVC, PU,

PRFV) y la madera en contadas ocasiones. La eleccin dependerfundamentalmente de los factores costo y disponibilidad.

La cmara de agitacin debe estar provista de un mecanismo de agitacin;

ste puede ser muy variado.

Bsicamente existen tres tipos: Los mecnicos (palas, hlices, tornillos sinfn),

bombas de recirculacin, inyectores de gas y circulacin natural pordesplazamiento de lquido interno, como se vio anteriormente.

Se han desarrollado mtodos de clculo para determinar las prdidas

trmicas, la energa requerida para la calefaccin y el dimensionamiento de

dichos sistemas.

Los sistemas de calentamiento disponibles pueden ser divididos en dosgrandes grupos: los de calentamiento directo por vapor o agua caliente (este


34/56

los de calentamiento indirecto a travs de intercambiadores de calor. En estos

ltimos se suele utilizar el agua caliente como medio de transporte de energa.

Los intercambiadores de calor adoptan distintas caractersticas: fondo

calefaccionado, verticales sumergidos, embutidos en las paredes o externos al

mismo.

Como regla general es conveniente el precalentamiento de la carga y la

optimizacin de la aislacin a fin de reducir al mnimo el requerimiento de calor

para mantener la temperatura estable.

5.3.5. Almacenamiento del efluente:

El dimensionamiento y diseo de la cmara de descarga depender

fundamentalmente del uso que se le dar al efluente. Como mnimo deber

tener un volumen 2 a 3 veces superior al de descarga diario.

En el prximo captulo se brindarn recomendaciones para los distintos usos

del efluente.

2.3.6. Almacenamiento del biogas:

La produccin de gas de un digestor anaerbico es continua a lo largo de las

24 horas del da; no ocurre lo mismo con el consumo que por lo general

est concentrado en una fraccin corta de tiempo. Por este motivo ser

necesario almacenar el gas producido durante las horas en que no se

consuma.

La dispersin del consumo y su intensidad determinar el volumen de

almacenamiento requerido. Por lo tanto cuanto ms concentrado est el

consumo en un perodo de tiempo corto, mayor ser la necesidad de

almacenaje. Por lo general el volumen de almacenamiento no baja del

50% de la produccin diaria.

El contenido de energa de 1 m3 de biogas (60% CH4 y 40% CO2) es


35/56

diferentes formas (gas a baja presin, media o alta), agua caliente o energa

elctrica.

Debido a que el gas en s mismo constituye la forma ms directa de energa

se debe intentar almacenarlo: para ello existen varias formas posibles.

La forma ms simple es almacenar el gas tal cual se obtiene, a baja

presin, para ello se utiliza generalmente gasmetros. Las posibilidades

estn representadas en la FIGURA 47 y son bsicamente cuatro. Los

digestores totalmente cerrados almacenan el gas a presin constante y

presin variable. su capacidad es reducida y son muy poco usados. Los

digestores con campana gasomtrica que puede flotar sobre el lquido en

fermentacin o estar separado del digestor flotando sobre agua formando un

sello hidrulico, muy usado en los reactores del tipo Hind: en este caso el

gas se almacena a presin constante (la que se puede variar colocando

contrapesos sobre la campana) y a volumen variable. El tercer tipo posee

una cpula fija y una cmara de hidropresin que permite el desplazamiento

del sustrato en fermentacin a medida que se acumula el gas, este sistema

es muy empleado en los digestores de tipo Chino; en este caso el gas

se almacena a volumen y a presin variables. Por ltimo se han difundido enaos recientes almacenadores de gas del tipo gasmetro plstico inflable.

Este contenedor plstico puede cubrir el digestor en su parte superior como

una campana o estar separado, almacenando a presin constante y volumen

variable. En este tipo tambin se puede variar la presin de la misma

forma que en el de campana gasomtrica.

1 2 3 4

FIGURA 47: 1 Digestor cerrado; 2 Gasmetro flotante; 3 Campana fija; 4 Baln


36/56

6. CAMPOS DE APLICACION DE LOS PRODUCTOS DEL

SISTEMA

6.1. EL BIOGAS

6.1.1. Composicin y caractersticas:

Se llama biogs a la mezcla constituida por metano CH4 en una proporcin que

oscila entre un 50% a un 70% y dixido de carbono conteniendo pequeas

proporciones de otros gases como hidrgeno, nitrgeno y sulfuro de hidrgeno. Sus

caractersticas han sido resumidas en el CUADRO VIII.

CARACTERISTICAS CH4

CO2

H2-H2S

OTROS

BG

Proporciones% Volumen 55-

27-44 1 3 10

Valor CalricoMJ/m3kca

35,8

----

10,8

22

21,5

Ignicin% en aire 5-

-- -- -- 6-

Temp. ignicin en C 650

-- -- -- 65Presin crtica en Mpa 4

7,

1,

8,

7,Densidad nominal eng/l 0

1,

0,

-- 1,Densidad relativa 0,5

2,

0,

1,

0,

Inflamabilidad Vol. en% aire 5-

-- -- -- 6-

6.1.2. Usos:

En principio el biogas puede ser utilizado en cualquier tipo de equipo comercial

para uso de gas natural, el CUADRO IX resume las posibles aplicaciones.


37/56

BIOGAS

Cogeneracin

Quemadoresestufas-infrarrojo

Lmpara Motores

CUADRO IX

Se volver sobre este tema cuando se traten las distintas aplicaciones en detalle en

la seccin 3.1.4.

6.1.3. Diferentes aplicaciones:

En el CUADRO XI se han listado los principales artefactos que utilizan biogas

juntamente a su consumo medio y su eficiencia.

ARTEFACTO CONSUMO RENDIMIENTOQuemador de cocinaLmpara amantilla (60W)Heladera de 100 LMotor a gas

quemadorde 10 kWInfrarrojo de200 W

300 - 600 l/h120 - 170 l/h-30 - 75 l/h

0,5 m3/kWh oHp

2 m3/h30 l/h1 kW elect.

50 - 6030 - 5020 - 3025 - 3080 - 90

95 - 99hasta 90

CUADRO XI

Las cocinas y calentadores son fcilmente modificables, agrandando el paso del gas

de los quemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace

promisoria e interesante su utilizacin a gran escala.


38/56

Las heladeras domsticas constituyen un interesante campo de aplicacin directo del

biogas debido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24

horas del da lo cual minimiza la necesidad de almacenaje del gas. Estos equipos

funcionan bajo el principio de la absorcin (generalmente de ciclo amonaco

refrigerante - agua absorbente). Recientemente se han desarrollado equipos

para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrcolas lo que abre un

importante campo de aplicacin directa y rentable del mismo.

Los quemadores infrarrojos comnmente utilizados en la calefaccin de ambientes

(especialmente.

en criadores y parideras) presentan como ventaja su alta eficiencia lo cual minimiza

el consumo de gas para un determinado requerimiento trmico.

El biogas puede ser utilizado en motores de combustin interna tanto nafteros como

diesel. El gas obtenido por fermentacin tiene un octanaje que oscila entre 100 y

110 lo cual lo hace muy adecuado para su uso en motores de alta relacin

volumtrica de compresin, por otro lado una desventaja es su baja velocidad de

encendido.


39/56

FIGURA 48

6.1.4. Acondicionamiento del biogs:

El gas tal cual sale del digestor debe ser acondicionado a fin de asegurar un

permanente y buen funcionamiento de los equipos que se alimentan de l. A pesar

de que alguno de estos acondicionamientos no son necesarios en todos los casos,

otros como el drenaje del agua de condensacin deber realizarse siempre.

6.1.4.1. Secado, drenaje:

1 2 3

FIGURA 50:Tipos de drenaje: 1) Simple tipo T; 2) Automtico subterrneo;

3) Automtico tipo sifn

El biogas que sale del digestor est saturado de vapor de agua, a medida que se

enfra el vapor se condesa en las caeras y si no se lo evacua adecuadamente

pueden bloquearse los conductos con agua.


40/56

Por esta razn las caeras de distribucin deben ser instaladas con una pendiente

mnima del 1% hacia un recipiente denominado trampa de agua donde sta se

almacena y se extrae. Existen diversos tipos de trampas de agua tanto manuales

como automticas (FIGURA 50), que son las recomendadas porque requieren de

un mnimo mantenimiento.

6.1.4.2. Eliminacin del CO2

El dixido de carbono no tiene ningn poder calorfico y debe ser calentado en la

combustin. Su eliminacin no es aconsejable salvo en los casos de almacenaje del

biogas a altas presiones debido a que sera intil gastar energa de compresin y

volumen de almacenaje de alto costo en un gas que no dara ningn beneficio

adicional.

Se utilizan varios sistemas entre los cuales los ms difundidos son los que emplean

su disolucin en agua a presin y otros que usan mezclas qumicas de gran

complejidad.

6.1.4.3. Eliminacin del H2S:

Determinados equipos requieren que el gas a utilizar se encuentre libre de SO2,

debido a que el mismo combinado con el agua da como resultado cido sulfhdrico

que corroe las partes vitales de algunas instalaciones.

El mtodo ms utilizado es hacer pasar el gas por un filtro que contiene hidrxido de

hierro. El H2S del gas se combina con el hierro formando sulfuro de hierro segn la

frmula descripta ms abajo. Esta reaccin es reversible y el hidrxido de hierro

puede ser regenerado exponiendo el sulfuro al aire con cuidado debido a que la

reaccin es exotrmica, liberando 603 kJ.

2 Fe (OH)3 + 3 H2S Fe2S3 + 6 H2O + 63 kJ

Fe2S3 + 1,5 O2 + 3 H2o 2 Fe(OH)3 + 1,5 S2 + 630 Ki


41/56

6.2. EL EFLUENTE:

6.2.1. Caractersticas:

El proceso fermentativo y de produccin de biogas no extrae ms que carbono,

trazas de azufre, hidrgeno y algo de nitrgeno por reduccin de NH3. Para una

alimentacin media de 50 kg/da y una produccin diaria de 1 m3 de gas la masa se

reducir solamente en un 2%.

La viscosidad del efluente se ve reducida drsticamente debido a la transformacin

de los slidos voltiles (un 50% de los mismos son reducidos en un digestor en

rgimen). Esto hace al efluente mucho ms manejable para su utilizacin.

El efluente carece prcticamente de olor debido a que las sustancias provocadoras

del mal olor son reducidas casi en su totalidad en funcin al tiempo de retencin tal

como puede apreciarse en la FIGURA 51.

La relacin Carbono/Nitrgeno se ve reducida mejorando en forma general el efecto

fertilizante del efluente.


42/56

1 Fenol; 2 P-cresol; 3 Etil-fenol; 4 Indol; 5 Skatol; 6 cido actico.

El CUADRO XII da los valores aproximados de la composicin en los principales

macronutrientes pero se debe tener en cuenta que estos valores son slo indicativos

pues segn el tipo de alimentacin, raza, manejo, etc.; que tengan los animales y el

tratamiento que sufran los estircoles antes y despus de su digestin estos valores

pueden variar en forma significativa.

MATERIAL DECARGA

COMPOSICION(%)

RELACIONNUTRITIVA

N

P

K

N

P

K

VacunoPorcinoAviar (seco)

0,46

0,2

0,5

2,3

111

2,5

CUADRO XII

Todos los nutrientes utilizados por los vegetales en forma importante (nitrgeno,

fsforo, potasio y magnesio) al igual que los elementos menores son preservados

durante la fermentacin. En el caso del fsforo su porcin directamente asimilable

no se ve afectada conteniendo los efluentes un 50% en esta forma.

En contraste con los otros nutrientes el nitrgeno contenido en un 75% enmacromolculas orgnicas y un 25% en forma mineral en los estircoles sufre una

transformacin reduciendo a un

50% el nitrgeno orgnico y aumentndose a un 50% el nitrgeno en forma mineral

directamente asimilables por las plantas.

Con respecto a este ltimo nutriente es muy importante el tratamiento que se le d

al efluente despus de que sale del digestor debido a que a medida que transcurrenlos das se incrementa la prdida de nitrgeno mineral (5% en 11 das, 15% en 20

das). En el caso de secar el efluente la prdida puede llegar al 90%.

6.2.2. Efecto del efluente sobre el suelo:

Debido a su rpida descomposicin el efluente brinda rpidamente nutrientes

disponibles. Los cidos hmicos presentes en este material contribuyen a mejorar laestructura del suelo y su porosidad aumentando al mismo tiempo la capacidad de


43/56

consigue mediante la utilizacin de estircoles incrementando al mismo tiempo en

forma significativa la actividad biolgica del suelo.

El elevado contenido de nitrgeno en forma de amonio (NH4) presente en los

efluentes ayuda a evitar la prdida por lavado y lixiviacin del nitrgeno del suelo al

igual que las prdidas por volatilizacin producidas por los procesos de nitrificacin

biolgica.

6.2.3. Efecto sobre los cultivos:

Existen amplias evidencias del incremento en la produccin de distintas especies

provocada por la aplicacin de efluentes al suelo. Tanto en este aspecto como en

los anteriores, las aseveraciones y cifras son relativas debido a que se est

trabajando con sistemas biolgicos muy complejos como son: el material orgnico de

carga, el digestor, el suelo y finalmente el cultivo.

Esta interaccin y variacin provoca grandes diferencias en los resultados y hace

difcil cuantificar los beneficios obtenibles de la aplicacin as como tambin definir

dosis y modos de aplicacin.

6.2.4. Aspecto sanitario:

A pesar que este aspecto no puede ser ubicado estrictamente como un uso, aporta

indudables beneficios al reemplazar otros costosos sistemas para obtener el mismo

grado de descontaminacin.

El tratamiento de los deshechos por va anaerbica elimina la acumulacin de estos

a la intemperie evitando la proliferacin de moscas, mosquitos, otros insectos y

roedores portadores de peligrosas enfermedades.

El proceso en s mismo produce una reduccin del 90% al 99% de los principales

patgenos animales (estafilococos, salmonella, pseudo-monas). Esta reduccin muy

importante desde el punto de vista del saneamiento est regulado por la temperatura

de fermentacin y la cantidad de das que permanece la biomasa dentro del digestor(tiempo de retencin)


44/56

El proceso fermentativo tambin tiene un efecto beneficioso si se lo emplea como

biofertilizante ya que un gran porcentaje de semillas de las malezas se tornan

inviables.

6.2.5. Otros usos:

El efluente de los digestores tiene otras aplicaciones entre las cuales merecen

mencionarse: la preparacin de compost, la alimentacin de algas y peces y de

animales en raciones balanceadas.

Se han realizado numerosos ensayos y extendido sobre todo en Oriente, el uso del

efluente como sustrato para el crecimiento de algas y peces en estanque

cerrados. En otro tipo de estanques tambin se cran patos y peces, los que

son aprovechados para confeccionar la racin de los animales conformando lo

que se ha dado en denominar Granjas integradas FIGURA 52. Siendo estas la

base para un pleno desarrollo sostenible.

HOMBRE

ANIMALES DOMESTICOS ANIMALES DOMESTICOS

COMBUSTIBLES

ESTIERCOLES VEGETALES ALGAS - PECES

FERTILIZANTE ALIMENTO

EFLUENTE

DIGESTOR

FIGURA 52


45/56

7. ESTUDIO DE LOS INSUMOS Y PRODUCTOS INVOLUCRADOS

7.1. Materia prima

La primera valoracin que se le puede imputar al estircol orgnico a digerir,

sera su valor de mercado. Sin lugar a dudas la cantidad de esta materia prima que

tiene un precio, no representa a la totalidad del residuo disponible y en muchos

casos estos valores se encuentran deprimidos al no contar los vendedores con

terreno u otras formas de uso rentables. Determinadas circunstancias sin embargo

como es el caso del estircol equino en las zonas de produccin de champin los

valores pagados por este insumo crtico y escaso se elevan, constituyendo la

comercializacin una alternativa posible.

Otro criterio estara dado por el uso potencial de la materia prima empleada como

abono orgnico al suelo.

Debido a que el efluente puede tener un uso equivalente con iguales o mejores

caractersticas, este criterio ser desarrollado en profundidad al analizar el efluente

como producto.

En algunos pases otro uso alternativo sera el uso directo como combustible, en

estos casos se valora de acuerdo al poder calorfico del material empleado,

utilizando el costo que tendra reemplazarlo por un combustible convencional.

En los casos que el residuo represente un problema a eliminar de la explotacin,ingresar al clculo como un costo negativo, representado su uso en el digestor un

beneficio medible a travs del costo insumido en darle otro tipo de tratamiento para

su eliminacin.

7.2. Biogs

El gas como producto ser evaluado comparndolo con los costos de otras fuentesde energa (incluyendo el costo de suministro). Esta comparacin tendr distintas


46/56

En el caso de la electricidad, se deber tener en cuenta la energa disponible en las

usinas del lugar, ya que si su potencia est subutilizada, el costo de la energa ser

distinto a la que correspondera si se debe ampliar el equipo existente para

satisfacer la nueva demanda. En la prctica estas diferencias se ven

minimizadas por las tarifas unitarias, subsidios, promocin y el componente de los

impuestos contenido en ellas, dependiendo en ltima instancia de la poltica seguida

por la empresa suministradora o el gobierno local.

Un costo adicional de importancia estar dado por la distancia al lugar de suministro

debido a la alta inversin demandada por el tendido de nuevas lneas y las prdidas

de energa en la transmisin.

En el caso de la madera se debe considerar la mano de obra empleada en la

recoleccin, que en horas/hombre tiende a aumentar por el alejamiento de las

fuentes de suministro y por la depredacin del recurso. El otro costo asociado al uso

de la lea est representado por la desforestacin, erosin e inundaciones fruto de la

primera. Tericamente se podra llegar a estimar el dao y disminucin

en el rendimiento de los cultivos provocados por estos fenmenos. Otra metodologa

consistira en imputarle a la lea el costo que representara reemplazar la madera

extrada con nuevas plantaciones de manera de mantener constante el recurso a lolargo del tiempo.

Los combustibles lquidos se valorarn de acuerdo al precio de los mismos

puestos en el predio rural, si existiera este servicio, en caso contrario se deber

adicionar al precio pagado en la ciudad el costo en tiempo y transporte insumidos. En

el caso de este tipo de combustible existen subsidios encubiertos bajo las tarifas

vigentes que en la mayora de los casos son uniformes a lo largo de todo el territorio;estas diferencias entraran a jugar en un anlisis global energtico.

El costo de produccin del biogas se conformar fundamentalmente por los costos

generados por el digestor (amortizacin + inters sobre capital invertido + gastos de

operacin y mantenimiento + precio del sustrato). Para un anlisis estricto sobre la

faz energtica de esta tecnologa se debern restar a estos costos los beneficios

obtenibles del efluente y de la utilizacin que se llevar a cabo del dixido decarbono en invernculos (medible a travs de incrementos en la produccin vegetal


47/56


48/56

c). No es correcto atribuir la misma influencia sobre el terreno y el cultivo a

cantidades equivalentes de elementos qumicos aplicados a travs de un fertilizante

de este origen y uno orgnico, debido a que este ltimo tiene una marcada influencia

sobre otros factores, como ser la estructura, la capacidad de retencin de agua y de

intercambio del suelo.

Una medida real estara dada por el efecto final de la aplicacin del efluente

sobre los cultivos comparndola con la utilizacin del estircol en su forma natural o

con algn tipo de tratamiento, como el compostado. Esta sera la forma ms

correcta, pero al mismo tiempo la ms difcil de evaluar debido a la multiplicidad

de factores intervinientes, la falta de informacin confiable y la relatividad de los

precios involucrados.

La integracin del digestor con otras actividades de la explotacin ocasionar

ingresos suplementarios, como por ejemplo: el uso del efluente en la alimentacin

animal, la cra de algas y peces. El aporte real de estos subsistemas estar dado

por el valor de los productos producidos menos los costos de construccin,

operacin y mantenimiento de los mismos. La medicin de estos beneficios en

trminos fsicos an no ha sido evaluada en forma precisa, interviniendo en ella

muchos factores de difcil control.

Para los dos ltimos productos analizados (biogas y efluente) se deber tener en

cuenta que la justificacin del proyecto no deber limitarse al ahorro en combustibles

o fertilizantes que se logren sino que adems influir el incremento de esos bienes

que se hacen accesibles al productor.

Esta demanda que antes del proyecto no puede ser satisfecha a los precios vigentesde esos bienes, podr serlo al costo que demandar a travs del uso de la nueva

tecnologa; por lo tanto una forma de evaluar este fenmeno consistir en aplicar a

la nueva cantidad de energa o fertilizante demandado, el precio del mercado.


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8. DETERMINANTES SOCIO-ECONOMICOS DE LA DEMANDA DE

BIOGAS:

El anlisis a nivel microeconmico que se ha descripto no dar respuesta a

preguntas de orden macroeconmico surgentes de una aplicacin a mayor escala,

dado que intervienen en la misma prioridad que en la asignacin de recursos

provenientes de fondos pblicos, efectos sobre la balanza de pagos, etc. Adems

mucho de los factores que determinarn el grado de aceptacin de la nueva

tecnologa como facilidad de crdito y el servicio de asistencia tcnica, formarn

parte de una planificada poltica general.

La localizacin y enfoque de la investigacin requerir tambin de una macro visin

de esta tecnologa.

A pesar que son previsibles cambios tecnolgicos de importancia en biogas en los

prximos aos (particularmente reduccin de los costos de inversin inicial y

aumento de la confiabilidad) es posible y necesario definir y describir las zonas,

regiones o sectores desde el punto de vista social, econmico y fsico donde esta

tecnologa pueda tener xito (o donde sea mnima lo posibilidad de fracaso).

El resultado de estos estudios y la prevalencia de las zonas donde sea

factible la tecnologa propuesta dar una seal ms clara para determinar la

importancia del biogas en el desarrollo agropecuario y energtico del pas y su

ubicacin dentro de las polticas energticas y de fertilizacin.

En base al marco de referencia dado por el anlisis de costo-beneficio social sepuede asumir que el biogas ser viable en aquellas situaciones donde: sus

insumos tengan un bajo costo de oportunidad, la eficiencia del sistema sea la

adecuaday los productos generados tengan un alto costo de oportunidad. A

continuacin se describirn cada una de estas caractersticas en detalle.


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8.1. Insumos con bajo costo de oportunidad:

Se darn en los lugares que presenten las siguientes caractersticas:

* Zonas de produccin tipo intensiva donde se concentre el sustrato o materia

prima a emplear, debido a la factibilidad de manipulacin y transporte de la misma.

* No haya restricciones de tipo social al manejo de los deshechos y al

aprovechamiento del estircol.

* Exista una tradicin, costumbre o metodologa de recoleccin de los residuos.

* Se disponga de agua en forma, cantidad y calidad suficiente para alimentar los

digestores.

* Se disponga de capital suficiente, con un bajo costo de oportunidad, por haberse

cubierto las principales inversiones alternativas de alta rentabilidad o se disponga de

crditos preferenciales.

* Exista disponibilidad de mano de obra con capacidad y voluntad para la operacin

de los digestores.

8.2. La eficiencia del sistema sea adecuada:

Existe alta probabilidad de obtener rendimientos

adecuados donde:

* Haya una seguridad de suministro constante en tipo y calidad de sustrato

fermentable.

Variaciones en el material a digerir complican el funcionamiento de los

reactores.

* Se disponga de asistencia tcnica para las etapas de diseo, puesta en marcha y

mantenimiento del digestor.

* La temperatura ambiente no sea baja. Zonas de menor temperatura obligan a

recurrir a sistemas de calefaccin y aislacin de un mayor costo, y dejan disponible

una menor cantidad de energa.

* Se logre un adecuado diseo del digestor, lo cual permitir un mejor manejo, un

ahorro de tiempo de operacin y un aumento en la confiabilidad.* Se disponga de un adecuado servicio de mantenimiento.


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8.3. Los productos generados tengan un alto costo de oportunidad:

Esta condicin se dar en los

lugares donde:

* Existe una limitante al libre acceso a los combustibles tradicionales.

* Existe una escasez en el medio convencional de obtencin de energa, ej.: lea.

* No hay disponibilidad de dinero para satisfacer la demanda de energa y fertilizantes.

* Los tipos de tratamiento de los deshechos debe ser realizado a altos costos.

* El costo de manipuleo de las materias primas y el efluente es bajo y competitivo.

* Las caractersticas del suelo son tales que se logran altas respuestas en el

rendimiento de los cultivos ante aplicaciones de abonos.

A pesar que algunas de las caractersticas dadas pueden ser modificadas mediante

polticas gubernamentales ser relativamente fcil definir las reas donde predominen

estas situaciones en un relevamiento que debe ser realizado en las distintas zonas

del pas.

La poltica gubernamental ser el factor determinante en la distribucin y alcance de

esta tecnologa en las zonas preseleccionadas. El aporte del capital ser uno de los

factores de mayor incidencia en una primera etapa, junto a la disponibilidad deasistencia tcnica. Las caractersticas de dicha asistencia sern difciles de

determinar en forma precisa, pero se ha acumulado suficiente informacin de base

en los pases que encararon planes masivos de difusin como ser: China, India y

Brasil entre otros.

9.- PRIORIDADES EN LA INVESTIGACION:

Dos ideas centrales se deben resaltar:

1) La investigacin de esta tecnologa debe enmarcarse dentro de un

contexto de una poltica sobre desarrollo y energa, tanto en el medio rural como

en el industrial.

2) El desarrollo de la tecnologa no debe realizarse en forma aislada del


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Antes de continuar o iniciar nuevas investigaciones se deber resolver la

pregunta: Qu importancia tiene el biogas para satisfacer las necesidades del

medio? Si esta tecnologa brinda una respuesta afirmativa, la investigacin deber

estar orientada a solucionar problemas especficos.

Para llegar a esto se requiere un estudio previo del medio en los distintos

ecosistemas argentinos, para fijar las reas con caractersticas favorables

enunciadas en la seccin anterior. Una vez definidas estas reas o sectores se

debern implementar unidades demostrativas para poder extraer los datos concretos

que permitan una precisa evaluacin del biogas en interaccin con los distintos

factores del medio. Slo con esta informacin podr encararse una proyeccin a

mayor escala.

En particular el objetivo de maximizar el rendimiento en gas deber compatibilizarse

con los requerimientos del sector a quien va dirigida esta tcnica. Lo apropiado de la

misma variar segn la zona, tipo de explotacin, etc. y estar determinado por el

objetivo final buscado y la disponibilidad del recurso.

Deber implementarse un sistema interactivo que mantenga en contacto a losdestinatarios de la tecnologa con los investigadores. Esto implicar que el

desarrollo se ubique cerca del lugar de uso en lugar de hacerse en laboratorios

aislados.

La tendencia a una reduccin general de los costos del sistema constituyen una

prioridad general debindose evaluar en zonas templadas y fras la alternativa de

trabajar con mayores tiempos de retencin y grandes volmenes de digestores o elaumentar la temperatura de funcionamiento con la inclusin de sistemas de aislacin

y calefaccin lo cual reducir los tiempos de retencin requeridos y por lo tanto los

volmenes de los reactores.

La informacin actualmente disponible sobre la viabilidad, operatividad y eficiencia de

las plantas a nivel rural no es altamente confiable, de all la imperiosa necesidad de

contar con unidades demostrativas convenientemente monitoreadas para definir losparmetros fundamentales que permitan realizar los estudios econmicos.


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La viabilidad de las plantas se ver tambin influenciada por la relacin costo-

beneficio presente en las distintas zonas o actividades, por lo tanto se necesitar

realizar para cada caso el estudio integral. Dichos estudios podrn ser realizados

siguiendo alguno de los patrones enunciados en el presente trabajo prestando

particular atencin a la predisposicin del hombre de cada lugar para adoptar esta

tcnica, tanto para su operacin como para la utilizacin de los productos generados.

Por ltimo la investigacin y desarrollo futuro de esta tcnica presentar

caractersticas diferenciales en dada lugar, por lo cual dichas tareas tendrn

fundamentalmente carcter descentralizado y en ntimo contacto con el medio.

Este punto es particularmente importante en pases como Argentina, caracterizados

por una gran diversidad de zonas diferenciadas tanto social, econmica y

ecolgicamente.


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Documents

Fin de Biogas 2012