27 de junio de... · Web viewEl grado de homogeneización y contenido de sólidos se puede lograr...

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONALFACULTAD REGIONAL ROSARIO

DPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA

5TO NIVEL

FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENERGÍA

Docente: Ing. Pablo Bertinat

Ayudante. Jorge Chemes

Biogas – Aplicación y desarrollo del producto

Alumnos: Arrieta, Federico Israel

Oficialdegui, Jonatan Walter

ROSARIO, NOVIEMBRE DE 2009

ÍNDICE

PRESENTACIÓN.............................................................................................................................................5

PLANTAS DE BIOGÁS – CARACTERÍSTICAS GENERALES...........................................................................6

1 BIOGAS – APLICACIÓN Y DESARROLLO DEL PRODUCTO......................................................................61.1 Planificacion De Una Planta De Biogas..........................................................................................61.2 Diseño...........................................................................................................................................71.3 Tipos De Plantas............................................................................................................................71.4 Partes De Una Planta De Biogas....................................................................................................81.5 Detalles De La Construcción..........................................................................................................91.6 Inicio De La Planta.........................................................................................................................91.7 Manejo Del Material De Entrada Y Salida.....................................................................................10

2 TIPOS DE DIGESTORES DE BIOGAS.......................................................................................................112.1 Plantas De Domo Fijo..................................................................................................................112.2 Plantas De Tambor Flotante........................................................................................................14

3 DISEÑO Y TIPOS DE PLANTAS DE BIOGAS...........................................................................................183.1 Tipos De Digestores En Países Industrializados...........................................................................183.2 Selección De Un Diseño Apropiado..............................................................................................203.3 Plantas De Balón.........................................................................................................................203.4 Plantas De Carga Horizontal........................................................................................................213.5 Plantas Bajo Tierra......................................................................................................................213.6 Plantas De Ferrocemento............................................................................................................21

4 PARTES DE LAS PLANTAS DE BIOGÁS..................................................................................................224.1 Tanque De Recoleccion De Afluentes..........................................................................................224.2 Entrada Y Salida..........................................................................................................................234.3 Digestor.......................................................................................................................................234.4 Gasómetros.................................................................................................................................264.5 Tubería De Gas, Válvulas Y Accesorios........................................................................................294.6 Instalaciones De Agitación..........................................................................................................29

5 PARTES ADICIONALES DE LAS PLANTAS DE BIOGAS..........................................................................315.1 Sistemas De Calentamiento........................................................................................................315.2 Bombas.......................................................................................................................................325.3 Anillo Débil..................................................................................................................................33

6 BALANCE DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS Y DEMANDA DE ENERGÍA.............................................356.1 Determinación De La Producción................................................................................................356.2 Determinación De La Energía Demandada..................................................................................35

7 GUÍA DE PLANEAMIENTO.......................................................................................................................38

8 LISTA DE VERIFICACIÓN PARA LA PLANIFICACIÓN PASO A PASO DE UNA PLANTA DE BIOGAS...43

9 DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE BIOGAS.............................................................................449.1 Tamaño Del Digestor...................................................................................................................449.2 Calculo De La Produccion Diaria De Gas G..................................................................................449.3 Determinación De Los Parámetros De La Planta.........................................................................459.4 Dimensionamiento Del Gasometro..............................................................................................45

10 EMPLAZAMIENTO DE UNA UNIDAD DE BIOGAS..................................................................................4710.1 Establo:......................................................................................................................................4710.2 Planta De Biogas:.......................................................................................................................48

11 TIPOS DE SUSTRATO Y GESTIÓN.........................................................................................................4911.1 De Ganado Vacuno.....................................................................................................................4911.2 De Cerdo....................................................................................................................................49

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ÍNDICE

11.3 De Cabra....................................................................................................................................5011.4 De Gallina...................................................................................................................................5011.5 Excrementos Humanos...............................................................................................................5011.6 El Problema De La Basura..........................................................................................................51

DETALLES CONSTRUCTIVOS DE UNA PLANTA DE BIOGAS.....................................................................52

12 LISTA DE COMPROBACIÓN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA DE BIOGÁS......................52

13SISTEMAS DE CAÑERÍAS........................................................................................................................5413.1 Tuberias De Pvc..........................................................................................................................5413.2 Tuberias De Acero Galvanizados................................................................................................5413.3 Diametros...................................................................................................................................5413.4 Lay Out Del Sistema De Tuberías...............................................................................................5513.5 Trampas De Agua.......................................................................................................................5613.6 Valvulas......................................................................................................................................57

14 BOMBAS..................................................................................................................................................5814.1 Tipos De Bombas........................................................................................................................58

15 CALEFACCIÓN........................................................................................................................................6015.1 Sistemas De Calefaccion Externos E Internos.............................................................................61

16 AGITACIÓN.............................................................................................................................................6216.1 Metodos De Mezcla.....................................................................................................................62

17 EQUIPAMIENTO PARA MANIPULACIÓN DE ESTIÉRCOL......................................................................6617.1Separación De Estiércol Y Secado De Lodos Humedos................................................................6717.2 Compostaje De Estiercol.............................................................................................................68

18 REVESTIMIENTOS Y YESOS PARA EL DIGESTOR Y EL GASÓMETRO................................................6918.1 Cemento Y Aditivos Especiales...................................................................................................6918.2 Betun (Varias Capas)..................................................................................................................7018.3 Capa De Betún Con Papel Aluminio............................................................................................7018.4 Dispersion De Pintura Impermeable...........................................................................................7018.5 Pinturas De Resinas Sinteticas, De Simple Y Doble Componente...............................................7018.6Parafina.......................................................................................................................................70

19 AGUAS SUBTERRÁNEAS.........................................................................................................................71

20OPERACIÓN Y USO..................................................................................................................................7320.1 Operacion Diaria.........................................................................................................................7320.2 Operacion Semanal/Mensual......................................................................................................7420.3 Operacion Anual.........................................................................................................................7420.4 Seguridad...................................................................................................................................75

21 BIOGAS – GESTIÓN DE LOS LODOS.....................................................................................................7621.1 Almacenamiento De Lodos.........................................................................................................7621.2Composicion Del Lodo.................................................................................................................7721.3Efecto Fertilizante De Los Lodos Efluentes..................................................................................78

22 RENDIMIENTO ANUAL DE ESTIÉRCOL Y CONTENIDO DE NUTRIENTES EN EXCREMENTOS

ANIMALES....................................................................................................................................................80

23 MONITOREO, MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN.................................................................................8123.1 Trabajo De Mantenimiento Diario...............................................................................................8123.2 Trabajos De Mantenimiento Semanal/Mensual (Profiláctico)......................................................8123.3 Trabajos De Mantenimiento Anual..............................................................................................8223.4 Monitoreo...................................................................................................................................8223.5 Reparaciones..............................................................................................................................83

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ÍNDICE

24 UTILIZACIÓN DE BIOGAS......................................................................................................................8524.1 Produccion De Gas.....................................................................................................................8524.2 Acondicionamiento De Biogas....................................................................................................8524.3 Quemadores De Biogas..............................................................................................................8624.4 Eficiencia....................................................................................................................................8724.5 Demanda De Gas.......................................................................................................................88

25 RENDIMIENTO DE GAS Y CONTENIDO DE METANO DE VARIOS SUSTRATOS..................................90

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONALFACULTAD REGIONAL ROSARIODTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA


PRESENTACIÓNAtendiendo a las necesidades latentes de la incorporación de nuevas fuentes de energía para su empleo, ya sea industrial, residencial o agrícola, y teniendo presente que su origen debe tener características de disponibilidad abundante y económica en cuanto a la obtención de la materia prima; los profesionales de la ingeniería deberían avocarse a los tipos de fuentes llamados renovables, por las ventajas que representan estas en relación a los aspectos sociales, ambientales y en algunos casos económicos (aunque sea a largo plazo) frente a los recursos no renovables.Consideramos que el biogás es una alternativa viable en esta dirección, destinada para pequeños y medianos productores y a mediano o largo plazo también aplicable a grandes centros de consumo. La producción de biogás 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) es un modo considerado útil ya que ademas de producir un combustible de valor, genera un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. El producto resultante está formado por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y otros gases en menor proporción. 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.El presente trabajo es una adaptación al castellano del tomo 2 de “Biogas Digest” de Information and Advisory Service on Appropiate Technology (ISAT) y puede ser tomado como introductorio en lo que respecta a este tipo de energía. El mismo consta de dos secciones bien definidas, las cuales aportan las bases necesarias para el desarrollo e implementación de esta fuente, comenzando por una descripción de características generales y tipificación de componentes y finalizando con los detalles constructivos a tener en cuenta a la hora de la implementación.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

http://es.wikipedia.org/wiki/Abono

http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible

http://es.wikipedia.org/wiki/Anaer%C3%B3bico

http://es.wikipedia.org/wiki/Bacteria

http://es.wikipedia.org/wiki/Microorganismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nica



PLANTAS DE BIOGÁS – CARACTERÍSTICAS GENERALESEsta sección proporciona una serie de perspectivas de los diferentes tipos de partes constitutivas de una instalación típica de producción de biogás, en vista a un balance energético que establezca las necesidades del producto, y una planificación preliminar para tales fines.

1 BIOGÁS – APLICACIÓN Y DESARROLLO DEL PRODUCTO

1.1 PLANIFICACION DE UNA PLANTA DE BIOGASAntes de construir una planta de biogás deben considerarse diferentes factores.Por ejemplo, la agricultura y las condiciones naturales de los países específicos son tan importantes como los aspectos sociales o económicos. Para la consideración de los factores más importantes proveemos una lista de verificación para el proceso de planificación, una guía de planificación y una lista de verificación para la construcción de una planta de biogás.Cualquier falla o mal desempeño de las unidades de biogás ocurren generalmente debido a errores en la planificación. Las consecuencias de dichos errores pueden ser evidentes de inmediato o pueden hacerse visibles luego de varios años Una planificación cuidadosa y completa es por lo tanto de mayor importancia para eliminar posibles errores antes de que lleguen a ser irreparables. Ya que una unidad de biogas es una gran inversión, no debe instalarse como algo provisorio. Por lo tanto, determinar el criterio de ubicación del establo y la planta de biogas son los pasos iniciales más importantes en la planificación.Un problema muy común para el ingeniero de planeamiento es la interferencia del cliente durante la planificación. Si bien los deseos y expectativas del cliente deben tomarse en cuenta, la tarea más importante del ingeniero de planeamiento es sentar las bases para un buen funcionamiento de la unidad de biogas. Como en la mayoría de los casos el cliente no tiene experiencia con tecnología de biogas, el ingeniero de planeamiento debe explicarle todas las razones para cada paso en la planificación. Los ingenieros deben ser capaces de abandonar el proceso de planificación, si los deseos del cliente harán de la unidad un objeto superfluo.Además, todo servicio de asistencia concerniente a plantas agrícolas de biogas debe comenzar con una estimación de los requerimientos energéticos cuantitativos y cualitativos de la parte interesada. Luego, debe calcularse el potencial de generación de biogas respecto a la producción de biomasa dada y comparado a la demanda de energía. Tanto la demanda de energía como el potencial de producción de gas, son sin embargo variables que no pueden determinarse de manera precisa en la etapa de planificación. El próximo paso en la etapa de planificación es la medición de la planta (digestor, tanque de gas, etc.).En el caso de que se requiera una planta de biogas de tamaño familiar como fuente de energía, sólo debe recomendarse su implementación si se espera que la planta pueda cubrir la demanda de energía calculada.Se puede encontrar información acerca del costo económico de una planta de biogas en la sección: Costos y Beneficios.

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1.2 DISEÑOEn el mundo se han desarrollado innumerables diseños de plantas de biogas bajo condiciones climáticas y socio-económicas específicas. La elección de un diseño es esencialmente parte del proceso de planificación. Sin embargo es importante familiarizarse con consideraciones básicas acerca del diseño antes de que comience el proceso de planificación. Esto se refiere tanto a la planificación de una unidad de biogas simple como a la planificación de programas de biogas con alcance regional.Condiciones físicasEl desempeño de una planta de biogas depende de las condiciones locales como ser el clima, el suelo, los sustratos para la digestión y la disponibilidad de material para la construcción. El diseño debe responder a dichas condiciones. En áreas con temperaturas generalmente bajas, los dispositivos de aislamiento y calefacción pueden ser importantes. Si existen problemas de cimientos, el diseño debe evitar que se necesite excavar muy profundamente. La cantidad y el tipo de sustrato a ser digerido influyen en el tamaño y diseño del digestor y en la construcción de los tubos de carga y descarga. La elección de diseño también se basará en los materiales de construcción disponibles que sean confiables y de un costo razonable.Habilidades y trabajoNiveles altos y sofisticados en tecnología de biogas requieren de altos niveles de habilidades, tanto del planificador como del constructor y usuario. Con un entrenamiento intensivo, algunas faltas de conocimiento pueden compensarse, pero el número de técnicos habilitados será más reducido cuanto más intenso sea el entrenamiento. Además, los costos de entrenamiento compiten con los precios de construcción para proyectos de recursos escasos. Una sofisticación técnica mayor también requiere una supervisión más costosa y, posiblemente, mayores costos de mantenimiento. El grado de adecuación de los diseños prefabricados depende en gran medida de los costos de transporte y mano de obra.EstandarizaciónPara programas de biogas más grandes, especialmente cuando el objetivo es un proceso de diseminación auto-sustentada, los estándares de las dimensiones, la calidad y el presupuesto son esenciales. Los procedimientos estándares las formas y dibujos estándar y contratos estandarizados entre el constructor, el planificador, el proveedor del material y el cliente, evitan errores y malentendidos y ahorran tiempo. Existe, sin embargo, una relación de compensación entre los beneficios de la estandarización y la necesidad de soluciones individuales y apropiadas.

1.3 TIPOS DE PLANTASExisten varios tipos de plantas. Con respecto al método de alimentación, pueden distinguirse tres formas diferentes.

Plantas de procesamiento por lote Plantas de proceso continuo Plantas de régimen semi continuo

Las plantas de procesamiento por lote son llenadas y luego vaciadas completamente luego de un tiempo de retención fijo. Cada diseño y cada material de fermentación es adecuado para el llenado por lote, pero las plantas de procesamiento por lote requieren un mayor trabajo de entrada. La mayor desventaja es que la salida de gas no es estable.

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Las plantas de proceso continuo son alimentadas y vaciadas continuamente. Se vacían automáticamente a través del excedente cuando se le agrega nuevo material. Por lo tanto, el sustrato debe ser líquido y homogéneo. Las plantas de proceso continuo son adecuadas para las casas rurales ya que el trabajo necesario se adecua a la rutina diaria. La producción de gas es constante y mayor que en las plantas de procesamiento por lote. Hoy, casi todas las plantas de biogas operan de modo continuo.Si va a digerirse paja y estiércol juntos, la planta de biogas puede operarse con un régimen semi-continuo. El tipo de material de paja de digestión lenta se introduce en la planta dos veces al año aproximadamente load. El estiércol es agregado y quitado regularmente. Con respecto a la construcción, se pueden distinguir dos tipos principales de plantas de biogas simples.

Plantas de domo fijo Plantas de tambor flotante

Pero también otros tipos de plantas tienen un papel importante, especialmente en construcciones más antiguas. En países en vías de desarrollo, la selección de un diseño apropiado esta determinada en gran parte por el diseño que prevalece en la región. Los criterios típicos de diseño son el espacio, las estructuras existentes, minimización de costos y la disponibilidad del sustrato. Los diseños de las plantas de biogas en países industrializados indican un conjunto de condiciones diferentes.

1.4 PARTES DE UNA PLANTA DE BIOGASEl material de alimentación se mezcla con agua en el tanque recolector de afluentes. La mezcla fermentada fluye por la conexión de entrada al digestor. Se espera que la bacteria de la fermentación produzca biogas en el digestor. Para esto necesitan tiempo. Tiempo para multiplicarse y esparcirse en la mezcla. El digestor debe ser diseñado de manera tal que sólola mezcla digerida pueda salir del mismo. La bacteria se distribuye en la mezcla revolviéndola (con un palo con mecanismos hidráulicos de mezcla). La mezcla completamente digerida sale del digestor a través del tubo de descarga hacia el tanque de almacenamiento.El biogas es recolectado y almacenado hasta el momento de su consumo en el depósito de gas. La tubería de gas transporta el biogas al lugar donde es consumido por artefactos o electrodomésticos. La condensación que queda en la tubería de gas se remueve con un filtro de agua.Dependiendo del material para la construcción disponible y el tipo de planta en construcción, diferentes variantes de los componentes individuales son posibles. Los siguientes componentes (opcionales) de una planta de biogas pueden también cumplir un rol importante y se los describe a continuación por separado: Sistemas de calefacción, bombas, anillo débil.

1.5 DETALLES DE LA CONSTRUCCIÓNLa sección de construcción de plantas de biogas brinda más información acerca de:

La Agitación La calefacción El sistema de tuberías

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Yesos y esmaltes Las Bombas Equipo de mezcla Agua subterránea

1.6 INICIO DE LA PLANTALlenado inicialEl llenado inicial de una planta de biogas nueva debe consistir, si es posible, de mezcla digerida de otra planta o estiércol de ganado. La edad y cantidad del inoculante (lodo inicial) tienen un efecto decisivo en el curso de la fermentación. Es aconsejable comenzar a recolectar el estiércol de ganado durante la etapa de construcción para tener la cantidad suficiente al momento de hallarse terminada la planta. Cuando se está llenando la planta por primera vez, el sustrato puede diluirse con más agua que lo usual para lograr que el digestor se llene por completo.Tipo de sustratoDependiendo del tipo de sustrato en uso, la planta puede necesitar varios días o semanas para lograr un proceso de digestión estable. Se espera que el estiércol de ganado produzca una buena producción de gas en uno o dos días. El período de estreno de una planta se caracteriza por:

una baja calidad de gas que contiene mas del 60% de CO2 un biogas muy oloroso un bajo valor de pH, y producción de gas errática

Estabilización del procesoEl proceso de digestión se estabilizará más rápido si la mezcla es agitada frecuentemente e intensamente. Sólo si el proceso muestra una fuerte resistencia a la estabilización, debe agregarse cal o más estiércol de ganado para balancear el valor del pH. No debe agregarse biomasa adicional en la planta de biogas durante el resto de la etapa de inicio. Una vez que el proceso se haya estabilizado, el gran volumen de biomasa sin fermentar generará un gran índice de producción de gas. La carga regular puede comenzar luego de que la producción de gas haya bajado al nivel esperado.Calidad del gasApenas el biogas se vuelva confiablemente combustible, puede utilizarse para los propósitos pretendidos. Debido a la baja calidad del gas, debe considerarse aceptable que al principio los artefactos o electrodomésticos tengan un rendimiento menor. Sin embargo, los primeros dos llenados del tanque de gas deben ventilarse sin uso por cuestiones de seguridad, ya que el oxígeno residual puede ocasionar una explosión.

1.7 MANEJO DEL MATERIAL DE ENTRADA Y SALIDAEntrada de sustratoPara un sistema de biogas simple y pequeño, sólo debe dedicarse un mínimo de tiempo y esfuerzo para obtener la materia prima y prepararla para la fermentación. El equipo técnico es relativamente barato. Teóricamente, cualquier material orgánico puede ser digerido. El pre-procesamiento del sustrato y su transporte depende del tipo de material que se vaya a

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usar. Uno de los problemas más importantes a considerar en el manejo del sustrato es la suciedad.Lodo afluenteEl lodo que queda del proceso de digestión es un material muy valioso para la fertilización. A continuación, se consideran los siguientes aspectos del tratamiento y uso del lodo:

Almacenamiento del lodo Composición del lodo Efecto fertilizante del lodo afluente Aplicación del lodo y equipos de uso de la mezcla

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2 TIPOS DE DIGESTORES DE BIOGASEn este capítulo se describen los tipos de plantas de biogas más importantes:

Plantas de domo fijo Plantas de tambor flotante Plantas de balón Plantas de carga horizontal Plantas bajo tierra Plantas de ferrocemento

De todas estas, los dos tipos más comunes en países desarrollados son la planta de domo fijo y las plantas de tambor flotante. También se han considerado diseños típicos en países industrializados y el criterio de selección.

2.1 PLANTAS DE DOMO FIJOLos costos de una planta de biogas de domo fijo son relativamente bajos. Es sencilla ya que no contiene partes móviles. Tampoco tienen partes de acero oxidable y por lo tanto se espera que su vida útil sea de 20 años o más. La planta se construye bajo tierra para protegerla del daño físico y para ahorrar espacio. Mientras que el digestor bajo tierra se es protegido de bajas temperaturas durante la noche y estaciones frías, en las estaciones más cálidas lleva más tiempo calentarlo. Las fluctuaciones de la temperatura durante el día y la noche en el digestor no influyen de manera positiva el proceso bacteriológico.La construcción de una planta de domo fijo requiere mucha mano de obra, lo cual genera puestos de trabajo. Éstas no son fáciles de construir. Sólo deben construirse si el proceso puede ser supervisado por técnicos en biogas con experiencia. De no ser así, la planta puede no resultar ser hermética (con porosidades o rajaduras).Los elementos básicos de una planta de domo fijo (aquí llamado diseño Nicarao) se muestran en la figura a continuación.Función

Figura 1. Planta de domo fijo diseño Nicarao. 1. Tanque de mezcla con tubo de carga y filtro de arena. 2. Digestor. 3. Tanque de compensación y descarga. 4. Depósito de Gas. 5. Tubería de gas. 6. Escotilla de entrada, con sello hermético. 7. Acumulación de lodo espeso. 8. Tubo de descarga. 9. Nivel de referencia. 10. Suciedad flotante, disuelta por el nivel variante. Fuente: TBW

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Una planta de domo fijo está compuesta por un digestor en forma de domo, cerrado, con un depósito de gas rígido y fijo, y un pozo de desplazamiento, también llamado “tanque de compensación”. El gas se almacena en la parte superior del digestor. Cuando comienza la producción de gas, la mezcla es desplazada al tanque de compensación. La presión del gas se incrementa con el volumen de gas almacenado, es decir, con la diferencia de altura entre los dos niveles de mezcla. Si hay poco gas en el tanque de gas, la presión del gas es baja.DigestorLos digestores de las plantas de domo fijo son generalmente estructuras de mampostería, pero también existen las estructuras de cemento y ferrocemento. Los parámetros principales para la elección de materiales son:

la adecuación técnica (estabilidad, hermeticidad de gas y líquido); la rentabilidad; la disponibilidad en la región y costos de transporte; la disponibilidad local de mano de obra calificada para el material de construcción en

particular.Si son herméticas, las plantas de domo fijo producen tanta cantidad de gas como las de tambor flotante. Sin embargo, la utilización del gas es menos efectiva porque la presión del gas fluctúa considerablemente. Los quemadores y otros artefactos simples no pueden utilizarse de manera óptima. Si se requiere que el gas tenga una presión constante (ej: para motores), se precisa un regulador de presión de gas o un depósito de gas (Gasómetro) flotante.GasómetroLa parte superior de una planta de domo fijo (el espacio del gas) debe ser hermético. El

hormigón, la mampostería y el cemento no son herméticos. El espacio de gas debe pintarse, por lo tanto, con una capa que no deje escapar el gas (ej: Impermeabilizante, Látex o pinturas sintéticas) Una posibilidad para reducir el riesgo de rajaduras del tanque de gas es construir un anillo débil en la mampostería del digestor. Este “anillo” es una unión flexible entre la parte baja (a prueba de agua) y la parte alta (a prueba de gas) de la estructura hemisférica. Esto evita las rajaduras que se producen por la presión

hidrostática que se produce en las partes inferiores para llegar a las partes superiores del tanque de gas.

Figura 3. Planta de domo fijo en Tunes. Se están poniendo las últimas capas de la estructura de mampostería. Foto: gtz/GATE

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Tipos de plantas de domo fijo La planta de domo fijo china es el arquetipo de

todas las plantas de domo fijo. Varios millones de las mismas han sido construidas en China. El digestor consiste de un cilindro con base y parte superior redondas.

El modelo Janata fue el primer diseño de domo fijo en la India, como respuesta a la planta de domo fijo china. Ya no se construye más. El modo en que era construida provocaba rajaduras en el tanque de gas - muy pocas de estas plantas resultaron ser herméticas.

Deenbandhu, la sucesora de la planta Janata en la India, con un diseño mejorado, era más a prueba de rajaduras y consumía menos material de construcción que la planta Janata con un digestor hemisférico.

el modelo CAMARTEC tiene una estructura simplificada que consiste en una carcasa hemisférica asentada en un anillo rígido solamente y una unión calculada, llamada anillo

fuerte/débil. Fue desarrollada en Tanzania a fines de los años 80.

Clima y tamañoLas plantas de domo fijo deben cubrirse con tierra hasta el tope del espacio de gas para contrarrestar la presión interna (más de 0,15 bar). La tierra funcionando como aislante y la opción de calefacción interna las hace apropiadas para climas fríos. Debido a parámetros económicos el tamaño mínimo recomendado para una planta de domo fijo es de 5 m3. Los digestores con volúmenes de más de 200 m3 son vistos comúnmente.

Ventajas: Costos iniciales bajos y gran vida útil, no tiene partes móviles u oxidables el diseño básico es compacto, ahorra espacio y tiene buena aislación, además su construcción genera puestos de trabajo.Desventajas: los depósitos de gas de mampostería requieren de selladores especiales y mano de obra altamente calificada para que sea hermética, las pérdidas de gas son bastante frecuentes, la fluctuación de la presión de gas complica la utilización de gas; la

Figura 4. Planta de domo fijo China.Fuente: TBW

Figura 5. Planta de domo fijo diseño CARMATEC. Fuente: TBW

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cantidad de gas producido no es visible inmediatamente, la operación de la planta no es fácil de entender, las plantas de domo fijo necesitan una planificación de niveles exacta; la excavación de los cimientos puede ser difícil y costosa.

Las plantas de domo fijo se recomiendan sólo cuando su construcción puede ser supervisada por técnicos en biogas con experiencia.

2.2 PLANTAS DE TAMBOR FLOTANTEEl tambor

En el pasado, las plantas de tambor flotante eran construidas principalmente en la India. Una planta de tambor flotante consiste de un digestor en forma de cilindro o domo y un depósito de gas (o tambor) móvil y flotante. El depósito de gas flota directamente sobre la mezcla en fermentación o en una camisa de agua. El tambor o campana en la cual se junta el biogas tiene un marco de guía interno y/o externo que le da estabilidad y mantiene al tambor vertical. Si se produce biogas, el tambor sube, y si se consume gas, el tambor baja.

TamañoLas plantas de tambor flotante se usan principalmente para la digestión de heces animales y humanas en un modo de operación de alimentación continua, es decir, alimentación diaria. Se utilizan frecuentemente en granjas pequeñas a medianas (tamaño del digestor: 5-15m3) o en instituciones y complejos agro-industriales más grandes (tamaño del digestor: 20-100m3).

Ventajas: Las plantas de tambor flotante son fáciles de entender y operar. Proveen gas a una presión constante y el volumen de gas almacenado se reconoce inmediatamente por la posición del tambor. La hermeticidad no constituye un problema siempre y cuando al depósito de gas se le quite el óxido y se pinte regularmente.Desventajas: El tambor de acero es relativamente costoso y requiere de un mantenimiento intensivo. Se le debe quitar el óxido y se debe pintar regularmente. El

Figura 6. Instalación de un sistema de domo fijo Shanghai cerca de Shanghai, PR China. Foto: L. Sasse

Figura 7. Planta de tambor flotante en MauritaniaFoto: gtz/GATE

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tambor tiene poca vida útil (hasta 15 años, en regiones tropicales costeras, hasta 5 años). Si se utilizan sustratos fibrosos, el depósito de gas tiende a estancarse, lo que da como resultado suciedad flotante.

Plantas de tambor flotante con camisa de agua

Las plantas con camisa de agua son aplicables universalmente y fáciles de mantener. El tambor no puede quedar estancado en una capa de suciedad, aún cuando el sustrato tiene un alto contenido de sólidos. Las plantas con camisa de agua se caracterizan por tener una gran vida útil y una apariencia más estética (el depósito de gas no es sucio). Debido a un sellado de sustratos superior (higiene), su uso se recomienda en la fermentación de heces humanas. El costo extra de la camisa de agua de mampostería es relativamente modesto.Material del digestor y del tamborEl digestor se hace generalmente de ladrillo, hormigón o mampostería de canteras de piedra con yeso. El tambor flotante normalmente consiste de chapas de acero de 25mm para los lados y chapas de 2mm para la parte superior.Tiene soportes soldados que disgregan la suciedad de la superficie cuando rota el techo. El tambor debe protegerse de la corrosión. Algunos de los esmaltes apropiados son lo óleos, las pinturas sintéticas y el betún. La preparación es importante. Deben aplicarse al menos dos capas preliminares y una capa final. Los esmaltes de óleo usado son baratos. Deben renovarse mensualmente. Las coberturas plásticas pegadas a selladores de betún no han dado buenos resultados. En regiones costeras, se necesita volver a pintar al menos una vez al año, y en lugares montañosos secos, al menos año de por medio. La producción de gas será mayor si el techo se pinta de negro o rojo antes que azul o blanco, ya que la temperatura del digestor incrementa con la radiación solar. A los tambores hechos de hormigón o fibrocemento reforzado con una malla metálica de 2 cm se les debe aplicar una capa interna de esmalte. El tambor debe tener un pequeño declive para que no quede atrapada el agua de lluvia, lo cual puede producir corrosión. Un techo con una inclinación muy pronunciada es innecesariamente costoso y además, el gas en la punta no puede utilizarse porque cuando el tambor descansa en el fondo, el gas ya no se encuentra bajo presión.Los tambores flotantes hechos de plástico reforzado con fibra de vidrio y polietileno de alta densidad, se han utilizado con mucho éxito, pero los costos de construcción son más elevados en comparación con los tambores de acero. Los tambores flotantes hechos de hormigón reforzado con una malla metálica tienden a rajarse finamente y son inherentemente porosos. Requieren de una capa interna elástica de esmalte. Los techos de PVC no son adecuados porque no son resistentes a los rayos UV.

Figura 8. Plantas con camisa de agua con marco de guía externa. 1. Pozo de mezcla, 11 Tubería de llenado, 2 Digestor, 3 Depósito de gas, 31 Marco guía, 4 Almacén de mezcla, 5 Tubería de gas. Fuente: Sasse, 1984

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Marco de guíaLa pared de costado del tambor debe ser de la misma altura que la pared sobre la arista de soporte. El tambor flotante no debe tocar las paredes externas. Tampoco debe inclinarse ya que podría dañarse el esmalte o podría trabarse. Por esta razón, el tambor flotante siempre requiere de una guía. Este marco de guía debe diseñarse de manera tal que permita que el tambor pueda sacarse en caso de que necesite reparaciones.El tambor sólo puede quitarse si puede fluir aire por dentro, ya sea abriendo la salida de gas o vaciando la camisa de agua.El tambor flotante puede ser reemplazado por un balón arriba del digestor. Esto reduce los costos de construcción, pero en la práctica siempre surgen problemas al adosar el balón al digestor, además de que es altamente susceptible al daño físico.Tipos de plantas de tambor flotante.Existen distintos tipos de plantas de tambor flotante (ver los dibujos bajo construcción): Modelo KVIC con un digestor cilíndrico, la planta de biogas de tambor flotante más

antigua y más difundida de la India. Modelo Pragati con digestor hemisférico Modelo Ganesh hecho de acero angular y lámina plástica planta de tambor flotante hecha de unidades compuestas de hormigón reforzado

prefabricado planta de tambor flotante hecha de poliéster reforzado con fibra de vidrio Modelo BORDA: La planta BORDA combina la ventaja estática de un digestor

hemisférico con la estabilidad de procesamiento del tambor flotante y la vida útil de la planta con camisa de agua.

Otras fuentes:Inglés: Amaratunga, M.: Structural Behaviour and Stress Conditions of Fixed Dome Type of

Biogas Units. Elhalwagi, M.M. (Ed.): Biogas Technology, Transfer and Diffusion, London & New York, pp. 295-301. 1986. 0001182; ISBN: 1-85166-000-3

van Buren, A.; Crook, M.: A Chinese Biogas Manual - Popularising Technology in the Countryside. Intermediate Technology Publications Ltd. London (UK), 1979, sixth impression 1985, 135 P. ISBN: 0903031655

Figura 9. Planta de tambor flotante en Burkina FasoFoto: gtz/GATE

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Fulford, D.: Fixed Concrete Dome Design. Biogas - Challenges and Experience from Nepal. Vol I. United Mission to Nepal, 1985, pp. 3.1-3.10.

Ringkamp, M. - FH Hildesheim/Holzminden/Faculty of Civil Engineering Holzminden (Alemania): Regional Biogas Extension Programme GCR - Final Report on Statical and Structural Examination of Caribbean Biogas Plants. 1989, 60 P.

Sasse, L. - GATE, Bremer Arbeitsgemeinschaft für Überseeforschung und Entwicklung (BORDA): Biogas Plants - Design and Details of Simple Biogas Plants. 2nd edition, 1988, 85 P., ISBN: 3-528-02004-0

Werner, U., Stöhr, U., Hees, N. - GATE: Biogas Plants in Animal Husbandry – A Practical Guide. Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden (Germany), 1989;153 P., ISBN 3-528-02048-2

Español: Sasse, L. - Centro de Investigación, Estudios y Documentación (CIED) Lima (Peru): La

Planta de Biogas - Bosquejo y Detaille de Plantas Simples. Reciclaje de la Materia Organica 3. 1986. 103 p.

Alemán: Sasse, L. - GATE, Bremer Arbeitsgemeinschaft für Überseeforschung und Entwicklung

(BORDA): Die Biogas-Anlage - Entwurf und Detail einfacher Anlagen. 2. Aufl. 1987, 85 P., ISBN: 3-528-01003-2

Sasse, L.: Biogas in der GTZ - Zur Statik von Festdomanlagen. Biogas Information Nr. 27. 1988, pp. 19-24

Werner, U.; Stöhr, U.; Hees, N.: Praktischer Leitfaden für Biogasanlagen in der Tierproduktion. Sonderpublikation der GTZ Nr. 180. 1986. ISBN: 3-88085-311-8

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3 DISEÑO Y TIPOS DE PLANTAS DE BIOGAS

3.1 TIPOS DE DIGESTORES EN PAÍSES INDUSTRIALIZADOSPara presentar un panorama general, hemos elegido tres diseños ficticios, tal como podría encontrárselos, por ejemplo, en Europa. Los diseños se eligen de manera tal que todos los elementos típicos de la tecnología moderna de biogas aparecen al menos una vez. Todos los diseños se construyen al descubierto, lo cual es común en Europa. Las estructuras bajo tierra, no obstante, también existen. El pozo de mezcla varía en tamaño y forma en relación a la naturaleza del sustrato. Está equipado de propulsores para mezclar y/o picar el sustrato y frecuentemente de una bomba para transportar el sustrato al digestor. A veces, el sustrato también se calienta anteriormente en el pozo de mezcla para evitar un shock de temperatura dentro del digestor.El fermentador o digestor es aislado y se hace de hormigón o acero. Para optimizar el flujo del sustrato, los digestores grandes tienen forma de canal alargado. Los digestores grandes son casi siempre agitados con remos que rotan lentamente o con rotores o con biogas inyectado. Los co-fermentadores tienen dos o más fermentadores separados. El gas puede acumularse dentro del digestor, luego con una tapa flexible. El digestor también puede llenarse completamente y el gas se puede almacenar en un depósito de gas separado.El gasómetro generalmente es de un material flexible, para protegerlo del clima. Puede ubicarse ya sea directamente sobre el sustrato, actuando de esta manera como una planta de balón, o en una ’bolsa de gas’ aparte. El almacén de mezcla para el depósito de la mezcla durante el invierno. El depósito puede abrirse (como un depósito abierto de estiércol líquido convencional) o cerrarse y conectarse al depósito de gas para capturar la producción de gas sobrante. Normalmente, el depósito no se calefacciona y sólo se agita antes de que la mezcla se desparrame en el área.El elemento de uso de gas en Europa es, en el 95% de los casos, una unidad de energía térmica que produce electricidad para la granja, una red y calefacción para la casa, invernaderos y otros usos. La unidad de energía térmica tiene la ventaja de que la energía requerida puede producirse en cualquier mezcla de gas y energía fósil. Por lo tanto, puede reaccionar a períodos de baja producción de gas y altos requerimientos de energía o viceversa.

Figura 10. Cristal de control para un digestor industrial para desechos orgánicos sólidos, TBW, Alemania.

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Figura 11. Digestores de hormigón con dos cámaras (una calefaccionada y la otra sin calefacción, para almacenamiento)Fuente: TBW

Figura 12. Digestor de hormigón con depósito de gas plástico integradoFoto: TBW

Figura 13. Recipiente de acero fermentador con depósito de gas de balón separadoFoto: TBW

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3.2 SELECCIÓN DE UN DISEÑO APROPIADOEn países desarrollados, la selección del diseño está determinada en mayor medida por el diseño que prevalece en la región, que a la vez tiene en cuenta las condiciones específicas climáticas, económicas y del sustrato. Las plantas grandes se diseñan teniendo en cuenta cada caso en particular.Los criterios típicos de diseño son:El espacio determina mayormente la decisión de si el fermentador se ubica bajo tierra o afuera, si se construye como cilindro vertical o como planta horizontal.Las estructuras existentes pueden utilizarse como un tanque de estiércol líquido, un corredor vacío o un contenedor de acero. Para reducir los costos, el planificador puede tener que adaptar el diseño a estas estructuras existentes.La minimización de los costos puede ser un parámetro de diseño importante, especialmente cuando se espera que los beneficios monetarios sean bajos. En este caso la solución más barata generalmente es utilizar una tapa flexible para el digestor. La minimización de los costos a veces se opone a la maximización del rendimiento del gas.El sustrato disponible determina no solamente el tamaño y la forma del pozo de mezcla sino también el volumen del digestor (tiempo de retención), y los dispositivos de calefacción y agitación. La agitación por medio de la inyección de gas es sólo posible con sustrato homogéneo y materia seca menor al 5%. La agitación mecánica se vuelve problemática sobre el 10% de materia seca.

3.3 PLANTAS DE BALÓNUna planta de balón consiste de una bolsa (balón) sellada de plástico o goma, con un digestor y depósito de gas iguales. El gas se almacena en la parte superior del balón. Los tubos de carga y descarga están adosados directamente al balón. Se puede incrementar la presión de gas poniendo pesos en el balón. Si la presión de gas excede el límite que el balón puede soportar, puede dañar la piel del mismo. Por lo tanto se requieren válvulas de seguridad. Si se necesita una presión de gas mayor, se necesitará un bomba de gas. Ya que el material tiene que ser resistente al clima y a los rayos UV, se prefieren los plásticos reforzados especialmente estabilizados o el caucho sintético. Otros materiales que han sido exitosos son el barro rojo PVC, polietilentereftalato (Trevira) y butilo. El tiempo de vida útil generalmente no excede de 2-5 años.

Ventajas: Se pueden utilizar la prefabricación estandarizada a bajo costo, instalaciones poco profundas apropiadas para el use en áreas con una tabla de agua subterránea alta, temperaturas de digestor altas en climas cálidos, mantenimiento, vaciamiento y limpieza sencillas, sustratos difíciles como el jacinto de agua.Desventajas: Una presión de gas baja puede requerir bombas de gas; la suciedad flotante no puede limpiarse durante el funcionamiento, el balón plástico tiene un período de vida útil relativamente corto y es susceptible al daño mecánico y generalmente no está disponible localmente. Además, la mano de obra local, generalmente no está capacitada para reparar un balón dañado.

Las plantas de biogás de balón son recomendadas si se las puede reparar localmente y la ventaja del costo es sustancial.

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3.4 PLANTAS DE CARGA HORIZONTALLas plantas de biogás de carga horizontal generalmente se eligen cuando se requiere de una instalación poco profunda (agua subterránea, piedra). Están hechas de mampostería u hormigón.

Ventajas: Construcción poco profunda a pesar de tener un gran espacio de mezcla.Desventajas: Problemas de filtrado de gas, difícil eliminación de la suciedad.

3.5 PLANTAS BAJO TIERRALos digestores de mampostería no son necesarios en suelos estables (ej: laterita). Es suficiente alinear el pozo con una capa fina de cemento (malla metálica adosada a la pared del pozo y enyesada) para prevenir la filtración. El borde del pozo es reforzado con un aro de mampostería que también sirve de soporte para el depósito de gas. El depósito de gas puede hacerse de láminas de metal o plástico. Si se utilizan láminas de plástico, deben adosarse a un marco de madera cuadrático que se extiende hasta la mezcla y se sujeta en su lugar para contrarrestar su flotabilidad. La presión de gas requerida se alcanza poniendo pesos en el depósito de gas. Un punto de desborde en la pared periférica sirve de salida de la mezcla.

Ventajas: Bajo costo de instalación (tan bajo como el 20% de una planta de tambor flotante); alto potencial para ayuda autónoma.Desventajas: Vida útil corta; resistente sólo en tipos de suelo adecuado e impermeable.

La instalación de las plantas bajo tierra sólo puede recomendarse en suelos impermeables ubicados sobre la tabla de agua subterránea. Su construcción es particularmente barata en conexión con los depósitos de gas de láminas plásticas.

3.6 PLANTAS DE FERROCEMENTOEl tipo de construcción de ferrocemento puede aplicarse ya sea como un armazón autosustentado o como un forro de pozo. El recipiente es generalmente cilíndrico. La plantas muy pequeñas (volumen por debajo de 6m3) pueden ser prefabricadas. Al igual que una planta de domo fijo, el depósito de gas de ferrocemento requiere un sellado especial (fiabilidad comprobada con láminas reforzadas en aluminio).

Ventajas: Bajos costos de construcción, especialmente en comparación con el costo potencialmente alto de la mampostería para plantas alternativas; producción en serie posible; entrada de material baja.Desventajas: Consumo sustancial de cemento de buena calidad; se necesita mano de obra altamente calificada; requiere una cantidad sustancial de malla metálica costosa; la eficacia de la técnica de construcción no ha sido aún adecuadamente comprobada; se requiere de un sellado especial para el depósito de gas.

Las plantas de biogás de ferrocemento sólo son recomendadas en casos en los cuales se sabe utilizar el ferrocemento.

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4 PARTES DE LAS PLANTAS DE BIOGÁS Tanque de recolección de afluentes Entrada y salida Digestor Gasómetros Tubería de gas, válvulas y accesorios Instalaciones de Agitación Sistemas de calefacción Bombas Anillo débil

4.1 TANQUE DE RECOLECCION DE AFLUENTESTamaño y homogeneizaciónEl sustrato crudo es generalmente reunido en un tanque de recolección antes de ser introducido en el digestor. Dependiendo del tipo de sistema, el tanque debería almacenar el sustrato de uno a dos días. Un tanque de recolección de afluentes también puede utilizarse para homogeneizar los diferentes sustratos y establecer la consistencia necesaria, por ejemplo, mediante la adición de agua para diluir la mezcla de vegetales sólidos (paja, pasto, etc.), o añadiendo más sólidos con el fin de aumentar la bio-masa. El material fibroso es rastrillado de la superficie, si es necesario, y cualquier solución de piedras o arena en el fondo son limpiados después de la admisión de estiércol en el grado deseado de digestor. El grado de homogeneización y contenido de sólidos se puede lograr con la ayuda de un agitador, bomba o cuchilla. Un tapón de madera o la piedra se puede utilizar para cerrar el tubo de admisión durante el proceso de mezcla.EmplazamientoUna ubicación soleada puede ayudar a calentar el contenido antes de que se introduzca en el digestor, a fin de evitar stress térmico debido a la mezcla con agua fría. En el caso de la planta que está conectada directamente al establo, se recomienda instalar el pozo de mezcla lo suficientemente profundo como para permitir la instalación de un canal que lleve directamente al pozo. Debe tenerse cuidado en asegurar que la baja posición del pozo de mezcla no resulte en una digestión prematura. Por razones de higiene, los baños deben tener una conexión directa a la cañería de entrada.

4.2 ENTRADA Y SALIDATamaño y materialLas tuberías de entrada (alimentación) y salida (descarga) conducen directamente al digestor en un ángulo empinado. Para líquidos, el diámetro de la tubería debe ser de 10 a 15 cm,

Figura 14. Instalación de una planta de domo fijo en Tailandia. El tanque recolector de afluentes esta en el frente de la foto, el digestor y la descarga se encuentran detrás. Foto: Kossmann (GTZ / GATE )

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mientras que el sustrato fibroso requiere un diámetro de 20-30 cm. Las tuberías de entrada y salida se componen principalmente de plástico u hormigón.Posición de los conductos de entrada y salidaAmbas tuberías deben ser de acceso libre y directo, de modo que una barra pueda ser introducida para eliminar los obstáculos y agitar el contenido del digestor. Las tuberías deben penetrar la pared del digestor en un punto por debajo del nivel más bajo estiércol (es decir, no a través del gas). Los puntos de penetración se deben sellar y reforzar. La tubería de alimentación debe estar en un punto más alto dentro del digestor que la descarga con el fin de promover un flujo mas uniforme de sustrato. En una planta de domo fijo, el tubo de admisión define la línea inferior del gasómetro, actuando como una válvula de seguridad para liberar el exceso de presión. En una planta de tambor flotante, el final de la tubería de salida determina el nivel de estiércol en el digestor (constante).Las tuberías de entrada y salida deben colocarse en relación con el tendido de ladrillos. No es aconsejable realizar agujeros en el casco esférico, pues esto debilitaría la mampostería.

4.3 DIGESTORRequerimientosSin importar el tipo de diseño elegido, el digestor (tanque de fermentación) debe cumplir con las siguientes especificaciones: Hermeticidad e impermeabilidad: impermeabilidad con el fin de prevenir la filtración y el

resultante riesgo para el suelo y calidad de las aguas subterráneas; y hermeticidad con el fin de garantizar la contención apropiada de toda la producción de biogás y para evitar que entre aire en el digestor (que podría resultar en la formación de una mezcla explosiva).

Aislamiento: siempre y en la medida de que el proceso dependa de la temperatura, las condiciones climáticas locales y los medios financieros, la pérdida de calor debe ser minimizada si las temperaturas externas son bajas, o el calentamiento del digestor debe facilitarse cuando estas temperaturas son elevadas.

Mínima superficie: el costo de la construcción se reduce a un mínimo así como la pérdida de calor a través las paredes del recipiente. Una estructura esférica tiene la mejor relación superficie-volumen. En la práctica, una construcción semiesférica con piso cónico está cerca del óptimo.

Estabilidad estructural: la estructura debe soportar todas las cargas estáticas y dinámicas, además de ser duradera y resistente a corrosión.

Esfuerzos internos y externosDos fuerzas relevantes actúan sobre las paredes del digestor. La presión externa de la tierra causa esfuerzos de compresión sobre la mampostería. La presión hidrostática del gas en el interior origina solicitaciones indeseables de tracción en la mampostería. Por lo tanto, la presión externa aplicada por la tierra circundante debe ser mayor en todos los puntos que las fuerzas internas. Formas redondeadas y esféricas pueden tolerar mayor fuerza distribuyéndola de manera uniforme. Los bordes angulosos y esquinas en punta pueden causar grietas por los esfuerzos mencionados.Formas de digestoresDesde el punto de vista de la dinámica de los fluidos y la resistencia estructural, un recipiente ovoide es cercano a la mejor solución posible. Este tipo de construcción, sin

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embargo, es relativamente cara, de modo que su uso está generalmente restringido a las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales. Los diseños de domo fijo chinos son de forma similar, pero menos caros. El CAMARTEC semiesférico optimiza la resistencia estructural, pero no hace un uso óptimo de la excavación que requiere. Los diseños simplificados incluyen cilindros cónicos con cubre fondos. Son mucho más fáciles de construir y están disponibles en el mercado como unidades prefabricadas. Su desventaja reside en la relación superficie-volumen menos favorable. El cilindro debe tener una altura igual a su diámetro. Estos cilindros se han convertido en la aplicación mas popular en las explotaciones agrícolas, ya que son con frecuencia la solución más favorable para la producción a pequeña escala de biogas. Los digestores cuboides a menudo son empleados en sistemas utilizados principalmente para la fermentación de material sólido, de modo que la dinámica de fluidos es de poco interés.Materiales de construcciónLos digestores pueden construirse de cualquiera de los siguientes materiales: AceroLos recipientes de aceros son inherentemente herméticos al gas, tienen buena resistencia a la tracción, y son relativamente fáciles de construir (por soldadura). En muchos casos, los tanques de acero desechados de tamaño y forma adecuados pueden ser reciclados para su uso como digestores. La susceptibilidad a la corrosión tanto externa (humedad ambiente) e interna (agentes agresivos) puede ser un grave problema. Como regla general, algún tipo de recubrimiento anticorrosivo puede ser aplicado y ensayado en intervalos regulares. Los recipientes de aceros de acero son rentables solo si son de segunda manos (por ejemplo, vagones de tren o tanque cisternas). HormigónLos mismos han ganado amplia aceptación en los últimos años. El requisito de hermeticidad requiere una cuidadosa construcción y el uso de recubrimientos, revestimientos y / o selladores con el fin de evitar fugas de gas. Son comunes las grietas en las junturas entre la parte superior y los lados. La principal ventaja de los recipientes de concreto es su ilimitada vida útil y su relativo bajo costo de construcción. Esto es especialmente cierto para los grandes digestores de los países industrializados. Mampostería

Figure 15. Construcción de un digestor reforzado de cuello de acero. Foto: Krämer (ACT)

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Es frecuente en la construcción de digestores a pequeña escala. De esta manera ladrillos, de alta calidad, pre-bloques de hormigón o bloques de piedra se utilizarán en la construcción de digestores. La mampostería de cemento enyesado de albañilería es un enfoque económico para la construcción de un digestor de biogás subterráneo, por el cual se recomienda una forma de cúpula. Para digestores de cúpulas de volumen mayor a 20 m3, el acero de refuerzo es recomendable. Los albañiles que van a construir los digestores de mampostería tienen que someterse a una formación específica y, en principio, requieren una estrecha supervisión.

PlásticosLos plásticos han sido de uso generalizado en el ámbito de la ingeniería de biogás durante mucho tiempo. La diferenciación básica se hace entre materiales flexibles (láminas) y materiales rígidos (PE, PRFV, etc.). Diversos tipos de láminas de plástico pueden ser utilizados para la construcción de toda la cámara de digestión (gasómetro de globo) o como cubierta de un recipiente en forma de "capó". Láminas de caucho (goma India), PVC, PE de diversos espesores y características se han probado en numerosos sistemas. La durabilidad del material plástico expuesto a purinas agresivas (Base nitrogenada formada por dos anillos heterocíclicos), tensión mecánica y la radiación UV, así como su permeabilidad al gas, varían de un material a otro y con los procesos de producción empleados en su fabricación. Los digestores de plásticos reforzados por fibra de vidrio (PRFV) resultan muy adecuados, siempre y cuando las solicitaciones estáticas en el servicio se tienen en cuenta en el proceso de fabricación. Los PRFV muestran buena Hermeticidad y resistencia a la corrosión. Son fáciles de reparar y tienen una larga vida útil. El uso de material en sándwich (PRFV - Aislamiento de espuma- PRFV) reducen al mínimo los aislantes en el lugar de trabajo así como el costo de transporte y montaje.

Madera

Figura 16. Construcción de la cúpula de un digestor de 30 m3 en Cuba.Foto: Krämer (ACT)

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Es el material mas adecuado para el uso en la construcción de sistemas de biogás. Es frecuentemente usado para la construcción de tolvas y separadores para estiércol líquido. Los digestores de madera requieren una membrana a prueba de vapor para proteger el aislamiento. Los recipientes cerrados de tamaño apreciable son muy difíciles de hermetizar sin la ayuda de láminas de plástico. En consecuencia, tales digestores son muy poco común.

4.4 GASÓMETROSBásicamente, hay diferentes diseños para la construcción de gasómetros utilizados en plantas de biogas simples: Tambor flotante Domo fijo Cúpulas de plástico Gasómetro separado Gasómetros de tambor flotanteSon construidos de chapa de acero de 2-4mm de espesor, con los lados de material más grueso que la parte superior con el fin de compensar el mayor ataque corrosivo. La estabilidad estructural es proporcionada por tirantes de perfil normalizado tipo L que también sirve para separar la superficie de escoria cuando se gira el tambor. Una guía de encuadre, estabiliza el tambor de gas e impide la inclinación y el roce contra la mampostería. Los dos tipos más utilizados e igualmente eficaces son:

una tubería guía con vara interior y asta en cruz de hormigón incrustado (configuración ventajosa con respecto a la toma de gas interna)

guía de encuadre externa apoyada en tres patas de madera o de acero. En cualquier diseño, puede ser necesaria una enorme fuerza para girar el tambor, sobre todo si esta atascado en una pesada capa de escoria flotante. Cualquier gasómetro con un volumen superior a 5 m3 debe ser equipado con doble guía (interna y externa). Todos los grados de acero utilizados normalmente para el gasómetro son sensibles a la oxidación inducida por la humedad tanto en el interior como en el exterior. En consecuencia, una larga vida de servicio exige de las superficies:

Exhaustiva protección contra la oxidación y la suciedad Un mínimo de 2 capas de escudo primario 2 ó 3 capas de cubierta de plástico o de pintura bituminosa.

La capa de protección debe ser aplicada de nuevo cada año. ES esperable que un gasómetro de gas bien conservado dure entre 3 y 5 años en ambientes húmedos o salinos; o de 8-12 años en un clima seco. Los materiales considerados como alternativas adecuadas a grados Standard de acero son de chapa galvanizada, plásticos (vidrio-plástico reforzado con fibra (PRFV), láminas de plástico) y de ferroaleaciones de cemento con revestimiento hermético al gas. Los gasómetros de las plantas con camisa de agua tienen, en promedio, una larga vida útil, especialmente cuando se vierte una película de aceite sobre el sello de agua para proporcionar impregnación.Gasómetro de domo fijoPuede ser tanto la parte superior de un digestor semiesférico (diseño CAMARTEC) como de un digestor cilíndrico con techo cónico (por ejemplo, planta china de domo fijo). En una

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planta de domo fijo la toma de gas en la parte superior de la cúpula desplaza el correspondiente volumen de estiércol digerido.Los siguientes aspectos deben ser considerados en cuanto al diseño y funcionamiento:

Un desbordamiento de entrada y salida del tanque de compensación debe ser siempre previsto a fin de evitar el exceso de llenado de la planta.

La salida del gas debe estar situado a unos 10 cm más alto que el nivel de desbordamiento para evitar el contacto de estiércol con la tubería de gas.

Una presión de gas de 1 m de columna de agua o más se puede desarrollar en el interior del espacio de gas. En consecuencia, la planta debe estar rodeada con suelo suficiente para proporcionar una adecuada contra-presión.

Debe prestarse especial atención en cerrar adecuadamente el agujero de inspección, que puede requerir un de 100kg o más en la tapa. El método más seguro es asegurar la tapa con abrazaderas.

Las medidas estructurales que se recomiendan para evitar grietas en el gasómetro son: El pie del domo debe estabilizarse dejando que las bases de losa se proyecten hacia

afuera lo suficiente para permitir un anillo exterior de mortero. Un corte o anillo pivote debe estar siempre situado en un punto entre 1 / 2 y 2 / 3 del

nivel mínimo de estiércol. Esto con el fin de limitar la aparición o propagación de grietas en las cercanías del pie del domo y de desplazar a las fuerzas a través de su efecto articular tal que se reduzcan las solicitaciones de tracción en todo el espacio de gas. Alternativamente, el punto más bajo del gas debe estar reforzado por un anillo de acero o todo el gasómetro se reforzará con malla de alambre.

Normalmente, la mampostería, el hormigón y el mortero son permeables, con o sin aditivos. La hermeticidad sólo puede lograrse a través de una buena y cuidadosa mano de obra y con revestimientos especiales. La principal condición es que la mampostería y el yeso estén fuertes y libres de grietas. Las partes agrietadas o arenosas deben ser removidas. En la mayoría de los casos, una planta con mampostería agrietada debe ser desmantelada, porque ni siquiera el mejor sello de recubrimiento puede hermetizar permanentemente la grieta. Algunos revestimientos y yesos probados e implementados:

multi-capa de betún, aplicado en frío (su aplicación en caliente plantea el peligro de lesiones por quemaduras e intoxicaciones por inhalación de humo; los solventes causan vapores peligrosos y explosivos). Son necesarias de dos a cuatro capas de espesor;

Betún con papel de aluminio, conformado por la superposición de láminas delgadas de aluminio aplicadas al betún fresco (todavía pegajoso), seguida por la próxima capa;

Plásticos, por ejemplo, resina epoxi o pintura acrílica, muy bueno, pero caro; Parafina, diluido con 2-5% de kerosén, se calienta hasta 100° C y se aplica a la

mampostería precalentada, proporcionando así un efectivo sello (penetrante). Utilizándose una antorcha de querosén o gas para el precalentamiento.

multi-capa de yeso con cemento con elementos a prueba de agua.En cualquier caso, la prueba de presión se realizará antes de la puesta en servicio de la planta.

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Gasómetros de plásticosLos gasómetros de láminas de plástico sirven independientemente, como elementos integrados, de cúpula tipo globo / bolsa o elementos de transporte/almacenamiento de gas. Los detalles estructurales son de menor interés que el material a ser usado.Gasómetros separadosSe diferencia entre:

Baja presión, húmedo y seco (10-50mbar). Básicamente, estos gasómetros son idénticos a los integrados y / o plásticos (capa). Estos, son mas costosos y sólo se justifica su aplicación en caso de distancias considerables (al menos 50-100 m) o para permitir la reparación de fugas de una planta de domo fijo. El gasómetro separado también se usa para neutralizar las diferencias extremas entre la producción de gas y los patrones de uso.

Mediana o alta presión (8-10 bar / 200 bar).

Ningún sistema puede ser considerado para el uso en plantas a pequeña escala. Incluso en el caso de grandes producciones, no se pueden recomendar bajo para ciertas condiciones de los países mas desarrollados. La alta presión de almacenamiento de gas en cilindros de acero (como combustible para vehículos) está en discusión. Si bien este enfoque es posible en teoría, sería complicado y, salvo en casos especiales, excesivamente costosos. También sería necesario el establecimiento de estrictas normas de seguridad.

Figure 17. Planta de biogás con gasómetro separado. Foto: GTZ / GATE

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4.5 TUBERÍA DE GAS, VÁLVULAS Y ACCESORIOSTuberías de biogasAl menos el 60% de todas las unidades no funcionales de biogás son atribuibles a defectos de tuberías de gas.Hay que tener extremo cuidado, por lo tanto, en tener una correcta instalación. En aras de la normalización, es recomendable seleccionar un solo tamaño para todas las tuberías, válvulas y los requisitos para accesorios. Las tuberías, válvulas y accesorios son básicamente los mismos que para otro tipo de instalaciones de gas. Sin embargo, el biogás tiene un título de saturación de vapor de 100% y contiene sulfuro. Por consiguiente, ninguna tubería, válvula o accesorio que contenga cualquier cantidad de metales ferrosos pueden ser utilizados para tuberías de biogás, ya que serían destruidas por corrosión en un corto período de tiempo. Las líneas de gas pueden consistir en tuberías normalizadas de acero galvanizado. También es adecuado (y barato) el uso de tubos de plástico de PVC o PE rígidos. Los gasoductos flexibles a la intemperie deben ser resistentes a la radiación UV. Tuberías de aceroLas tuberías del suministro de agua de acero galvanizado se utilizan con más frecuencia, porque el sistema (tubería de gas, válvulas y accesorios) puede ser de aplicación universal (Sistema Americano/Ingles), tradicionalmente, con todas las dimensiones en pulgadas.Las tuberías de dimensiones nominales de 1/2" o 3/4" son adecuadas para pequeñas y medianas plantas de diseño simple y de longitudes de tubo menores a 30m. Para plantas más grandes, tuberías más largas o sistemas de baja presión, debería realizarse un informe detallado de pérdida de presión (tubo calibrado). Cuando se instala una tubería de gas, se debe prestar especial atención a: Impermeabilizar las juntas para evitar pérdidas Proveer una Línea de drenaje, es decir, una trampa de agua en el punto más bajo de la

tubería en pendiente, a fin de vaciar la acumulación de agua protección contra las agresiones mecánicas

4.6 INSTALACIONES DE AGITACIÓNUna óptima agitación reduce sustancialmente el tiempo de retención. Si la agitación es excesiva, las bacterias "no tienen tiempo para digerir". Lo ideal es agitar suave, pero intensamente cada cuatro horas. De similar importancia es la ruptura de la capa de escoria que ha perdido el contacto con el volumen principal de sustrato y, por tanto, no fomenta la digestión. Esta capa superior puede formar una barrera impermeable al biogás, impidiendo el paso de éste desde el digestor al gasómetro. Como regla general se puede afirmar que las instalaciones de agitación son más importantes en las grandes plantas que en las plantas agrícolas de producción en pequeña escala.

Figure 18. Dispositivo de agitación para un biodigestor Europeo. Foto: Krieg

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Tipos de instalaciones de agitacióna. El agitador impulsor ha dado buenos resultados sobre todo en las plantas de tratamiento de aguas residuales.b. El eje horizontal mueve el canal de fermentación sin mezclar las fases. Ambos sistemas son originarios de los sistemas de plantas grandesc. Para las plantas simples de hogar, hurgar con un palo es el método de agitación más sencillo y seguro.

Figure 19. Instalaciones de agitación de digestor. Fuente: OEKOTOP

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5 PARTES ADICIONALES DE LAS PLANTAS DE BIOGAS

5.1 SISTEMAS DE CALENTAMIENTONormalmente, a causa de los costes bastante elevados, las pequeñas plantas de biogás se construyen sin sistemas de calefacción. Pero incluso para las pequeñas plantas, es de ventaja para el proceso de bio-metanización calentar el afluente a su temperatura de proceso adecuado antes de que se introduzca en el digestor. Si es posible, deben evitarse las bajas temperaturas en la zona del digestor. En lo siguiente, se describe una serie de diferentes formas de obtener la cantidad requerida de energía térmica del sustrato. En principio, se puede diferenciar entre: Calentamiento directo, en forma de vapor o agua caliente y calefacción Calentamiento indirecto a través de intercambiadores de calor, mediante el cual el medio

de calefacción, agua caliente por lo general, transmite calor sin mezclarse con el sustrato.

Calentamiento directoLa calefacción con vapor tiene el grave inconveniente de que requiere un elaborado sistema de generación de vapor (incluyendo para la desalinización y el intercambio de iones como pretratamiento para el agua) pudiendo también causar sobrecalentamientos locales. El alto costo sólo se justifica para grandes instalaciones de tratamiento de aguas residuales. La inyección de agua caliente aumenta el contenido de agua de la papilla y sólo debe practicarse cuando la dilución es necesaria Calentamiento indirectoSe realiza con intercambiadores de calor situados dentro o fuera del digestor, dependiendo de la forma del recipiente, el tipo de sustrato utilizado, y la naturaleza del modo de operación.4. Los sistemas de calefacción de suelo no han servido bien en el pasado, debido a que la

acumulación gradual de sedimentos dificulta la transferencia de calor. 5. Los intercambiadores de calor dentro del recipiente son una buena solución desde el

punto de vista de la transferencia de calor, siempre y cuando sean capaces de soportar la tensión mecánica causada por el mezclador, la bomba de circulación, etc. Cuanto mayor sea la superficie de intercambio de calor, más uniforme será la distribución de calor lo que es mejor para el proceso.

6. Los intercambiadores de calor sobre el recipiente con los conductores del calor situados en el interior o sobre las paredes del recipiente son inferiores a los de los intercambiadores situados dentro del recipiente en lo que concierne a la eficacia de la transferencia de calor, ya que este ultimo se pierde demasiado en los alrededores. Por otra parte, prácticamente toda el área de pared del recipiente puede ser utilizado como una superficie de transferencia de calor, y no habrá obstrucciones que impidan el flujo del estiércol.

7. Los intercambiadores de calor externos, tienen la ventaja del fácil acceso para la limpieza y mantenimiento.

Mientras que en los países del Norte, a menudo una parte importante del biogás producido se consume para proporcionar energía térmica al proceso, en países con temperaturas más

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altas y más horas de sol, el agua calentada por energía solar puede ser una solución rentable para la calefacción. Exponer el sitio de la planta de biogás a la luz solar, por ejemplo, evitando la sombra de un árbol, es el método más simple de la calefacción

5.2 BOMBASCuando las cantidades de sustrato requieren un movimiento rápido y cuando la gravedad no puede utilizarse por razones de topografía o por las características del sustrato las bombas se convierten en partes necesarias de una unidad de biogás. Estas transportan el sustrato desde la toma a través de todas las etapas de la fermentación. Por lo tanto, varias bombas y tipos de bombas pueden ser necesarias. Las bombas se encuentran generalmente en las grandes unidades de biogás de producción en gran escala.Tipos de bombasHay dos tipos predominantes de bombas utilizadas para sustrato fresco: bombas centrífugas y de desplazamiento positivo.Las bombas centrifugas se componen de un impulsor de rotación rápido situado en el flujo de líquido. Ofrecen buena respuesta dinámica y son muy robustas, es decir, las partes internas están expuestas a poca tensión mecánica. Sin embargo, requieren una ingesta fluido acorde, porque no se produce auto-cebado (regenerativa). Características de las bombasPrácticamente todas las características de las bombas centrífugas están orientadas al agua. Se muestran las tasas de entrega de varios cabezales, los niveles de eficiencia alcanzables, y las necesidades de potencia para el motor de la bomba. En consecuencia, estos datos no pueden ser aplicados directamente a los sistemas de biogás, ya que el rendimiento global y el nivel de eficiencia de una bomba para la re- circulación de estiércol pueden sufrir una caída grave frente a su nivel equivalente de "agua" (alrededor de 5 al10%) SustratoA veces, cuando el sustrato es demasiado viscoso, una bomba centrífuga ya no hacer el trabajo, porque la condición del sustrato supera la capacidad de la entrega física de la bomba. En tales casos, se debe acudir a un tipo alternativo de bombas llamado de desplazamiento positivo, en forma de bombas de pistón, de engranajes o una bomba de espiral excéntrico, que funcionan según el principio de acción de desplazamiento para proporcionar una entrega positiva a través de una o más cámaras cerradas.Bombas de desplazamiento positivoEstas ofrecen múltiples ventajas. Incluso en el caso de sustratos de alta viscosidad, proporcionan alta prestación y alta eficiencia en una tasa relativamente baja de energía de consumo. Sus características - una vez más por el agua - demuestran lo poco que la dinámica de ejecución depende del cabezal de entrega. En consecuencia, la mayoría de las características muestran la dinámica de ejecución en función de la velocidad de la bomba. La principal desventaja en comparación con una bomba centrífuga es el mayor desgaste en el interior ocasionado por la necesidad de proporcionar un sello efectivo entre cámaras adyacentes.Cañerías de aspiración de bombasLas cañerías de aspiración pueden ser de acero, PVC (rígido) o PE (rígido o flexible), así como adecuada tubo de presión flexible de plástico o caucho reforzado. El Sustrato sólido, Ej.: estiércol, también pueden ser manejados a través de una cinta transportadora, o gusano

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transportador sistema móvil de barras, aunque ninguno de estos podrían ser utilizados para estiércol líquido. Cuando el estiércol líquido es conducido a través de un canal abierto, pequeñas presas o diques deben ser instalados a intervalos de 20-30 m, como un medio de romper la capa de escoria. Cada una de estas presas debe causar la caída de al menos 20-30 cm. Todos los cambios de dirección deben ser ejecutados en ángulo recto. Dependiendo de la longitud total, los cruces, deben establecerse unos 30-50 cm más profunda que el canal principal. Las transiciones entre un canal rectangular y un tubo redondo deben ser graduales. Una inclinación de aproximadamente 14% es condición para un rendimiento de flujo óptimo. El fondo del canal debe ser establecido a nivel, ya que cualquier inclinación en la dirección del flujo sólo haría que el estiércol líquido fluya indeseablemente. Todas las superficies de las paredes deben ser lo más suave posible.

5.3 ANILLO DÉBILPosición del anillo débilLos anillos débiles mejoran la impermeabilidad de los gases en las plantas de domo fijo. Primero se introdujo en Tanzania, donde mostró resultados prometedores. El débil anillo separa la parte inferior del digestor semiesférico, (lleno del sustrato), desde la parte superior (donde el gas es almacenado). Grietas verticales, moviéndose hacia arriba desde el fondo del digestor, se desvían en este mortero delgado en las grietas horizontales. Estas grietas permanecen en la zona del estiércol donde no se produce daños a la hermeticidad del recipiente. El anillo es un fuerte refuerzo de la parte inferior del gasómetro, también podría ser visto como una fundación del gasómetro. Se trata de un dispositivo adicional para prevenir grietas entren al gasómetro. Débiles y fuertes anillos se han sido combinados exitosamente en el diseño CAMARTEC.

Materiales y construcciónSe compone de una mezcla de arena, cal y cemento (15:3:1). La parte superior del anillo débil restablece el nivel horizontal. Es sólo interrumpido por el paso del tubo de admisión. El fuerte anillo descansa en el anillo débil y es la primera capa de la parte superior del casco semiesférico. Se compone de una fila de ladrillos revocados en el exterior. En el caso de un suelo débil o inseguro puede colocarse una barra de refuerzo en el hormigón del anillo del

Figura 20. Construcción de un anillo débil/fuerte de 16m3, Tanzania.Foto Kellner (TBW)

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anillo fuerte. El ladrillo del anillo fuerte debe ser unas tres veces mayor que los ladrillos de la pared superior.Otras fuentes Ringkamp, M.; Tentscher, W.; Schiller, H.: Preliminary results on: statical optimization of

family-sized fixed-dome digesters. Tilche, A.; Rozzi, A. (ed.): Poster Papers. Fifth International Symposium on Anaerobic Digestion, Bologna 1988, pp. 321-324

Sasse, L.; Kellner, Ch.; Kimaro, A.: Improved Biogas Unit for Developing Countries. Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft Braunschweig, 1991

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6 BALANCE DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS Y DEMANDA DE ENERGÍA

6.1 DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓNLa cantidad, calidad y tipo de biomasa disponible para su uso en la planta de biogás constituye el factor básico en la generación de biogás. La incidencia de biogás puede y debe ser también calculada de acuerdo a los diferentes métodos aplicados en paralelo. Medición de la biomasa disponible Determinación de la fuente de biomasa a través de bibliografía pertinente Determinación de la fuente biomasa a través de datos de referencia regionales Determinación de la fuente biomasa a través de encuestas a usuariosHay que tener en cuenta que los distintos métodos de cálculo pueden arrojar resultados muy dispares, que no sólo requieren un promedio por parte del proyectista, sino que también están sujetas a variaciones estacionales.La fuente de biomasa debería dividirse en dos categorías: 8. De adquisición rápida y fácil.9. De difícil adquisición, involucrando una considerable cantidad de trabajo extra.Medición la disponibilidad de biomasa (cantidad de excrementos y sustrato verde) Este es un tiempo, complicado, pero también es un medio necesario de adaptación de los valores obtenidos de la literatura pertinente a las regiones desconocidas. El método es bastante impreciso si no se incluye en la medición la totalidad de los sólidos. La medición directa sólo puede proporcionar la indicación de la variación estacional o datos relacionados

con forrajes, si se llevan a cabo una serie de mediciones lo suficientemente larga.

Determinación de la fuente de biomasa a través de bibliografíaDe acuerdo a este método, el suministro de la biomasa se puede determinar a la vez sobre la base de inventarios de ganado. Son preferibles los datos relativos a la cantidad de estiércol producida por las diferentes especies y por peso vivo de la unidad de ganado adulto.Rendimiento de excremento = número de animales × peso vivo × cantidad específica de excrementos [Kg. / d]

A menudo, determinadas cantidades de excrementos se dan en % de peso vivo por día, en forma de masa húmeda, sólidos totales contenidos o sólidos volátiles contenidosDeterminación de la fuente de biomasa a través de datos referencia regionalesEste enfoque conduce a una información relativamente precisa, siempre que otras plantas de biogás se encuentren ya en funcionamiento dentro de la zonaDeterminación de biomasa disponible a través de encuestas a usuariosEste enfoque es necesario en caso de que la materia verde deba ser incluida como sustrato

6.2 DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA DEMANDADALa demanda de energía de cualquier explotación es igual a la suma de todas las situaciones de consumo presentes y futuras, es decir, la cocina, la iluminación, la refrigeración, la generación de energía etc. La siguiente tabla ayuda a recopilar todos los datos relativos a la demanda de energía.

Tabla 1: Esquema para la determinación de demanda de biogás

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Consumidores de energía Datos Consumo de biogas1. Gas para cocinarNúmero de personasNúmero de comidasConsumo energético actualFuente de energía actual Demanda de gas por persona y comidaDemanda de gas por comidaDemanda de gas previstaConsumo específicoTipo de quemador Número de quemadoresDuración de la operación de quemadorDemanda de gas previstaDemanda total prevista en gas de cocina2. IluminaciónConsumo especifico de gas por lámparaNúmero de lucesDuración de la operación de la lámpara Demanda de gas3. EnfriamientoConsumo especifico de gas por 24hs4. MotoresConsumo especifico de gas por kWh.Potencia del motorTiempo de funcionamientoDe la demanda de gas5. Varios consumidoresDemanda de gasAumento previsto del consumo (%)Demanda total de biogás1 ª prioridad de consumo2 ª prioridad de consumo3 ª prioridad de consumo

Los siguientes modos alternativos de cálculo son útiles: Determinación de la demanda de biogás sobre la base del actual consumo de energía, por ejemplo para determinar la demanda de energía para cocinar. Se trata de la medida o bien investigación acerca de la tasa actual de consumo de energía en forma de leña, carbón, kerosene y el gas envasado. Cálculo de la demanda de biogás a través de utilización de los datos comparables: Estos datos pueden consistir de: valores empíricos de los sistemas vecinos, por ejemplo, consumo por persona y días de

biogás datos de referencia tomados de la literatura, aunque este enfoque implica una incerteza

considerable, el consumo de energía depende de la cocina local y los hábitos alimentarios y por lo tanto pueden diferir sustancialmente de un caso a otro.

Estimación de la demanda de biogás por medio de datos de consumo de electrodomésticos y de los períodos supuestos de usos: este enfoque sólo puede funcionar en la medida en que son usados los aparatos se conoce de antemano, por ejemplo, una lámpara de biogás con un consumo de gas de 120 l / h y un período de funcionamiento planificado de 3 h / d, lo que resulta en una demanda de gas de 360 l / d. Luego, la demanda

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de energía por parte del interesado debe ser tabulada en la forma de una lista de requisitos . En ese sentido, es importante fijar los valores de prioridad relativa a los distintos consumidores, por ejemplo: 1era prioridad: se aplica sólo cuando la planta de biogás cubrirá la demanda.2da prioridad: la cobertura es deseable, ya que promovería el uso de la planta.3era prioridad: el exceso de biogás se puede poner a estos usos.

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7 GUÍA DE PLANEAMIENTOEsta guía para la planificación tiene el objetivo de servir a los oficiales de extensión agrícola como una herramienta integral para la toma de decisiones sobre la idoneidad de la ubicación de los micros emprendimientos de biogás. El esquema de planificación detallado tiene una columna de datos para introducir la información reunida y una columna de clasificación para observar los resultados de la evaluación.Los criterios de evaluación son:+ Condición de emplazamiento favorable o Condición de emplazamiento desfavorable pero:

a) Resarcibles por las actividades del proyectob) No lo suficientemente grave como para causar el fracaso final

- Condición de emplazamiento no satisfactoria

A pesar de su carácter detallado, esta guía de planificación es sólo un marco dentro del

cual el oficial de extensión debe proceder a realizar una investigación cuidadosa y dar la

debida consideración, sin embargo, subjetivamente, a las condiciones individuales con

el fin de llegar a una solución práctica a nivel local. De ninguna manera es esta guía de

planificación destinada a reemplazar al funcionario de extensión agrícola de la

responsabilidad de familiarizarse a fondo con los controles de la ubicación de la planta

en terreno y de juzgar el valor total de un determinado lugar sobre la base de los

conocimientos así adquiridos.

Guía detallada de planeamiento para plantas de biogas

0. Situación inicial Datos CalificaciónDirecciones / Caracterización del proyectoAcrónimo de la planta:Dirección del operador/cliente:Lugar/región/país:Indígenas proy. org. /ejecución org.:Oficial de extensión/asesor:Datos generales del usuarioEstructura del hogar y numero de personas:Situación económica del usuario:Cultivo: tipo, área, forma de cultivo:Actividad no-agrícola:Recaudación del hogar/granja:Características culturales y sociales del usuario:Principales problemas con el “enfoque biogas”Cuellos de botella en el suministro de energía:Carga de trabajo para la fuente de energía anterior:Estructura de suelo pobre/rendimiento:Erosión/deforestaciónFalta de higiene u otros factores:Objetivos de la medida “planta de

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biogasIntereses del usuario:Intereses del proyecto:Otros intereses:1. Condiciones naturales y agrícolas Datos CalificaciónCondiciones naturalesTemperatura media anual:Fluctuaciones estacionales:Variación diurna:Calificación: -o+SubsueloTipo de sueloCapa freática y zona de captación de agua potableCalificación -o+Condiciones del aguaZona climática:Precipitación anual:Estación seca (meses):Distancia a la fuente de agua:Calificación -o+Inventario de ganado (útil para la producción de biogas)Animales: tipo y cantidad:Tipo de establo:Uso del estiércol:Persona responsable de los animales:Calificación: -o+Residuos vegetales (útil para la producción de biogas)Tipos y cantidades:Uso anterior:Calificación: -o+FertilizaciónTipos y cantidades habituales de fertilizante, áreas fertilizadas:Abono orgánico familiar en uso:Calificación -o+Sitios potenciales para la planta de biogasPosibilidad de combinación establo/planta de biogas:Distancia entre la planta de biogas y el ganado:Distancia entre la planta de biogas y el punto de consumo:Calificación -o+Calificación total 1: -o+2. Balance de la energía demandada con la producción de biogas Datos Calificación

Fuente de energía anteriorUsos, fuente de energía, consumo:Demanda anticipada de biogas (kWh/día o l/día)

Para cocina:Para iluminación:Para refrigeración:Para motores:

Demanda total de gasa) Porcentaje que debe ser proporcionado por la planta de biogas:b) Cobertura de la demanda deseada:

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Biomasa disponible (kg/día) y producción potencial de gas (l/día)Cría de ganado

Cerdos:Ave de corral:Ganado vacuno:

ExcrementosResiduos vegetales (cantidad y potencial rendimiento de gas)

1.

2.

Totales: Biomasa y producción potencial de gas

a) fácil de conseguir:b) menos fácil de conseguir:

BalanceProducción de gas claramente mayor que la demanda → calificación positiva (+) Demanda de gas mayor que la producción → calificación negativa; pero revisar resultados a fin de relacionar con:

a) posible reducción de la demanda mediante las siguientes medidas : →

b) Posible incremento de la producción por: →

Si las medidas tomadas se mantienen: calificación positiva;Si no se mantienen: La calificación sigue siendo negativaCalificación total 2: -o+3. Diseño y construcción de la planta Datos CalificaciónSelección del diseñoTipo de planta acostumbrado en la zona:Argumentos a favor de la planta de tambor flotante:Argumentos a favor de la planta de domo fijo:Argumentos a favor de otro(s) tipo(s) de planta(s):Tipo de planta elegido:Selección del sitioDisponibilidad de materiales de construcciónLadrillos / bloques / piedra:Cemento:Metal:Arena:Tuberías / accesorios:Varios:Disponibilidad de aparatos de gas:Cocinas:Lámparas:…………Calificación total 3: -o+4. Operación, reparación y mantenimiento Datos Calificación

Evaluación de la operación de la planta

-o+

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Trabajo adicional:Gasto del trabajo en h:Personas responsables:Calificación con respecto a la ejecución previstaMantenimiento de la plantaMantenimiento intensivo de los componentes:Trabajos de mantenimiento por el usuario:Trabajos de mantenimiento con asistencia externa:Calificación con respecto a la aplicación prevista: -o+Reparación de la plantaComponentes que puedan necesitar reparación:Reparaciones que pueden ser hechas por el usuario:Reparaciones que requieren asistencia externa:Materiales necesarios y piezas de repuesto:Calificación con respecto a servicios de reparación previstos -o+Calificación total 4: -o+5. Análisis económico Datos CalificaciónContabilidad de gastos de tiempoTiempo ahorrado con la planta de biogas:Tiempo perdido debido a la planta de biogas:Calificación -o+Análisis microeconómicoInversión inicial:Costo de la operación, mantenimiento y reparaciones:Retorno de la inversión:Tiempo de amortización:Productividad:Calificación -o+Factores de calidad, efectos socioeconómicos útiles y costosEfectos útiles: Higiene, energía autónoma, mejor iluminación, mejores condiciones de trabajo, prestigio:Inconvenientes: necesidad de manejar excrementos, impacto social negativo:Calificación: -o+Calificación total 5: -o+6. Aceptación social y potencial de difusión Datos Calificación

Aceptación previstaParticipación en la planificación y construcción:Integración en el plano agrícola:Integración en el hogar:Aceptación sociocultural:Calificación -o+Establecimiento de una estrategia de difusiónCondiciones y posibilidades del enfoque del “profesional artesano”:Condiciones y posibilidades del enfoque orientado a auto-ayuda:

-o+

-o+Condiciones generales para la -o+

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difusión:Ejecución y organización de proyectos y su dotación de personal:Estructura organizacional:Interés y experiencia previa en la tecnología del biogas:Infraestructura de transporte regional:Comunicaciones:Adquisición de materiales:Participación del artesano, es decir, cuales actividades:Requisitos mínimos:Herramientas y máquinas:Formación de ingenieros, artesanos y usuarios:Capital propio, requisito del usuario de crédito/subsidio:Artesanos:Calificación:Calificación total 6: -o+7. ResumenCondiciones del emplazamiento No. CalificaciónCondiciones naturales y agrícolas 1. -o+Balance del energía demandada con la producción de biogas

2. -o+

Diseño y construcción de la planta 3. -o+Operación, reparación y mantenimiento 4. -o+Análisis económico 5. -o+Aceptación social y potencial de difusión 6. -o+Calificación total de las condiciones del emplazamiento -o+

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8 LISTA DE VERIFICACIÓN PARA LA PLANIFICACIÓN PASO A PASO DE UNA PLANTA DE BIOGAS

La siguiente tabla 2 da una visión general de todos los pasos necesarios para construir una unidad de biogás ordenados en orden cronológico. Hay pasos que pueden ser combinados.

Sin embargo, omitir alguno de ellos podría dar lugar a problemas futuros.

Tabla 2: Pasos necesarios para la construcción de una unidad de biogásCliente Contratista

Organiza la publicidad, estimula la creación de conciencia

Oye hablar de biogás, desarrolla interés, obtiene contacto con el contratista

Aporta una visión general sobre los costosEscribe una carta al cliente

Escribe una solicitudInicia el archivoHace una visita adicional, incluyendo: tratamiento y cálculosHace un estudio cuantitativoEs objeto de planificaciónEscribe la facturaExplica la prestación de la garantía

Realiza el primer pago (50%) Organiza la firma del contratoSugiere una lista de materiales de construcción a ser entregados por el cliente

Prepara el material que ha convenido entregarOrganiza la entrega del material, la línea de referencia, el trabajo principal de la construcción, acabados, áreas verdes, componente de sustrato, las tuberías.

Empieza a llenar la plantaRealiza segundo pago (50%)

Termina la instalación de las tuberías y accesorios de consumo de gas

Discute la entregaHace un acuerdo de cooperación relativa a la utilización de abonos

Hace un seguimiento de la utilización de abonosHace un seguimiento de los clientesLleva a cabo visitas de servicio técnico y agrícola

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9 DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE BIOGASEl tamaño de la planta de biogás depende de la cantidad, calidad y tipo de biomasa disponible sobre y de la temperatura de digestión. Los siguientes puntos deben ser considerados

9.1 TAMAÑO DEL DIGESTOR.El tamaño del digestor, es decir, el volumen de digestor Vd, se determina sobre la base de tiempo de retención elegida RT y la cantidad diaria de entrada de sustrato Sd

El tiempo de retención, a su vez, está determinado por la temperatura de digestión elegida. Para una planta no calefaccionada de biogás, la temperatura que prevalece en el digestor puede asumirse como 1-2 Kelvin por encima de la temperatura del suelo. Debe tenerse en consideración la variación estacional, de modo que, el digestor debe estar dimensionado para la temporada menos favorable del año. Para una planta de diseño simple, el tiempo de retención debería ascender a por lo menos 40 días. La experiencia práctica demuestra que en los tiempos de retención de 60-80 días, incluso 100 días o más, no hay escasez, aun cuando hay una escasez de sustrato. Por otra parte, tiempos de retención extra-largos pueden aumentar el rendimiento de gas hasta en un 40%. El sustrato de entrada depende de la cantidad de agua que se añada al mismo, con el fin llevar a un contenido de sólidos en 4-8%.

Substrato de entrada (SD) = biomasa (B) + agua (W)

En la mayoría de las plantas de biogás agrícola, la mezcla de estiércol (bovino y/o cerdos) y agua (B: W) mantiene las relaciones 1:3 y 2:1.

9.2 CALCULO DE LA PRODUCCION DIARIA DE GAS GLa cantidad de biogás generado cada día G [m3 gas / d], se calcula sobre la base de rendimiento especifico de gas Gy del sustrato y el sustrato de entrada diaria Sd.El cálculo puede basarse en:

10. El contenido de sólidos volátiles Vs

11. El peso de la masa húmeda

12. Rendimiento estándar de los valores de gas por unidad de ganado

La temperatura de dependencia está dada por:

Donde:

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Gy (T, RT): producción de gas en función de la temperatura y el tiempo de retención del digestormGy: media de rendimiento específico del gas, por ejemplo, l/Kg. de sólidos volátiles contenidosf (T, RT): multiplicador para la producción de gas en función de la temperatura T y el tiempo de retención.Como regla general, es aconsejable calcular de acuerdo con diferentes métodos, ya que los datos básicos disponibles suelen ser muy imprecisos, de manera que un mayor grado de certeza de tamaño se puede conseguir mediante la comparación y el promedio de los resultados.

9.3 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE LA PLANTAEl grado de confianza en cuanto al tamaño de la planta se puede aumentar mediante la definición de una serie de parámetros: Producción especifica de gas Gp

Es decir la tasa de generación diaria de gas por volumen en m3 del digestor Vd., se calcula de acuerdo con La siguiente ecuación

Carga del digestor LdLa carga del digestor se calcula a partir de la entrada de sólidos totales diarias TS/d, o la cantidad de entrada diaria de sólidos volátiles VS/d y el volumen de digestor Vd.:

Entonces, un parámetro calculado deberá cotejarse con los datos de las plantas comparables en la región o de la literatura pertinente.

9.4 DIMENSIONAMIENTO DEL GASOMETROEl tamaño del Gasómetro, es decir, el volumen Gasómetro Vg, depende de la velocidad relativa de la generación de gas y consumo. El gasómetro debe diseñarse para: cubrir la tasa de consumo pico gcmax (Vg1) y mantener el gas producido durante el más largo período de consumo cero tzmax ( Vg2)

Con:gcmax: máximo consumo de gas por hora [m3/h] tcmax: tiempo de máximo consumo [h]

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vcmax: máximo consumo de gas [m3] Gh: producción de gas por hora [m3/h] = G ÷ 24 h/d tzmax: máximo tiempo de consumo cero [h] El mayor valor de Vg (Vg1 o Vg2) determina el tamaño del Gasómetro. Teniendo en cuenta un factor de seguridad de 10-20%:

La experiencia práctica demuestra que el 40-60% de la producción diaria de gas normalmente tiene que ser almacenada. La relación Vd ÷ Vg (volumen del digestor ÷ volumen del Gasómetro) es un factor importante en lo que respecta al diseño básico de la planta de biogás. Para una típica planta de biogás agrícola, el cociente es de entre 3:1 y 10:1, con 5:1 - 6:1 ocurriendo con más frecuencia.

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10 EMPLAZAMIENTO DE UNA UNIDAD DE BIOGAS

10.1 ESTABLO: El establo debe construirse en una posición elevada. Esto

hace que sea posible recoger la orina y el estiércol para la alimentación por gravedad. Un sitio elevado en la granja también facilita la distribución de purines por gravedad en la tierra de la granja.

Por razones de seguridad, el establo frecuentemente se sitúa cerca de la casa.

Para facilitar el acceso, el comedero deben dirigirse hacia la zona donde se cultivan forrajes.

El lugar de ordeño tiene que estar en el extremo superior del piso del establo en pendiente. El ordeño debe llevarse a cabo en condiciones de limpieza, lejos del canal de estiércol.

Si es totalmente bajo techo, el sol todavía debe entrar y la ventilación debe garantizarse.

La posición del establo debe permitir una posterior ampliación.

Los animales deben tener acceso agua y alimentos limpios y frescos.

Si la posición actual no es adecuada como lugar para la unidad de biogás, por lo general es mejor cambiar el establo a la posición óptima en la granja.

Figure 22. Establo, conectado directamente a la planta: una cámara de orina a la derecha recoge el líquido que puede ser utilizado para lavar el estiércol en el digestor.Foto: Kellner (TBW)

Figura 21. El digestor debe estar lo mas cerca posible de la fuente de estiércol.

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10.2 PLANTA DE BIOGAS: La regla de oro es: la planta pertenece al establo en lugar de a la cocina.

Preferentemente, la cámara de mezcla y la entrada están conectadas directamente a una planta de hormigón del establo. Unos pocos metros de tuberías son más económicos que el transporte diario de estiércol a la planta de biogás.

El techo del establo no debe de drenar en el digestor ni en la tierra que cubre la planta. Ya que grandes cantidades de agua al entrar en el suelo alrededor de la planta lo debilitan y causan inestabilidad estática. El agua de lluvia en exceso puede enfriar la mezcla en la planta y causar una caída en la producción de gas.

El desbordamiento debe guiarse a tierras con propiedad del usuario de la planta. Se ha observado que las plantas que desbordan en las tierras públicas o extranjeras pueden causar problemas sociales. Una promesa del propietario para eliminar el lodo diario no debe convencer al planificador. • Las trampas de agua en las tuberías son una fuente constante de problemas. Si el sitio lo permite, la planta y sus tuberías deben ser establecidas de manera que una trampa de agua en las tuberías puede ser evitada. Esto sólo es posible si las tuberías son inclinadas de regreso a la planta.

La tubería es un factor de coste importante. No debería ser innecesariamente larga. Este criterio, sin embargo, es menos prioritario que tener el establo cerca de la entrada y la salida dirigida hacia la tierra de la granja

Una planta de domo fijo no debe ser ubicada en un área requerida para tractores o movimientos de maquinaria pesada.

Los árboles no deben estar demasiado cerca de la planta. Las raíces pueden destruir el digestor o la cámara de expansión. Además de los árboles más viejos puede caer y destruir partes de la planta. Si la posición de la planta de biogás es demasiado sombría, la temperatura del suelo alrededor de la planta será baja en general. Esto conduce a una disminución en la producción de gas.

El área alrededor de una planta de biogás no debe ser una zona de juegos para los niños. Esto es menos importante para de plantas de domo fijo bajo tierra, más importantes para las plantas de tambor flotante y esencial para las plantas globo.

Figura 23. Modelo de un digestor agrícola en Alemania, con dos tanques de acero horizontal, una bolsa de almacenamiento de gas y una unidad de cogeneración en un contenedor.Foto: Krämer (TBW)

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11 TIPOS DE SUSTRATO Y GESTIÓN De ganado vacuno De cerdo De cabra De Gallina Excrementos humanos El rendimiento del estiércol de los excrementos de animales El problema de la basura

11.1 DE GANADO VACUNOEl estiércol de ganado es el material más adecuado para las plantas de biogás, debido a que las bacterias productoras de metano ya están contenidas en el estómago de los rumiantes. La producción específica de gas, sin embargo, es más baja y la proporción de metano es de alrededor de 65% debido a la pre-fermentación en el estómago. Su consistencia homogénea es favorable para su utilización en plantas continuas siempre y cuando se mezcla con cantidades iguales de aguaEl estiércol fresco suele ser recogido y llevado al sistema, en cubos o cestas. A su llegada es mezclado a mano con una cantidad casi igual de agua antes de ser introducido en el digestor. La paja y forraje o heno sobrante se elimina a mano a fin de evitar atascos y reducir la formación de escoria. Dado que la mayoría de los establos simples tienen piso de tierra, la orina usualmente no se recoge. Cuando lo es, por lo general corre a lo largo del canal de estiércol y permanece en receso en una cuba a finales del mismo. El cubo se vacía en el pozo de mezcla – sustituyendo así algo de agua - en la preparación para la carga del digestor. La Orina puede aumentar considerablemente la producción de gas. Un piso de cemento, unido directamente al hoyo de mezcla, es la mejor solución para optimizar el uso de estiércol y la orina y para ahorrar tiempo en la carga de digestor.El estiércol liquido, una mezcla de heces y orina, no requiere de agua extra. Sin embargo, el alojamiento de los animales que se encuentra en la mayoría de las explotaciones agrícolas en los países en desarrollo normalmente no permite la recolección de todos los excrementos. Por lo tanto, la mayoría de la orina con su valiosos nutrientes, se pierde.

11.2 DE CERDOCuando los cerdos se mantienen en áreas no pavimentadas o corrales, sólo las heces pueden ser recogidas. Deben ser diluidas con agua a la consistencia necesaria para cargar el digestor. Esto podría dar como resultado una considerable cantidad de arena que se introduce en el digestor, a menos que se le permita reposar en el recipiente de mezcla. Una vez dentro del digestor, arena y tierra se acumulan en el fondo y tienen que ser eliminadas periódicamente. Algún tipo de mezclador mecánico debe ser utilizado para diluir el estiércol con agua, ya que las molestias del olor hacen a la mezcla manual tan repugnante que es por lo general abandonada. Una solución preferible es un piso de cemento, en pendiente hacia el pozo de mezcla, similar a los establos de vacas.En comparación con el ganado vacuno, los cerdos son más a menudo mantenidos en pisos de concreto. El agua utilizada para el lavado de los corrales da tasas de estiércol líquido con un bajo contenido de sólidos. Así, cuando la topografía lo permite, se debe permitir el flujo por gravedad del estiércol líquido en el digestor. El lavado de agua se debe utilizar la mayor

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moderación posible para reducir al mínimo el volumen necesario del digestor. El agua de lavado debe utilizarse lo menos posible con el fin de reducir al mínimo el volumen del digestor necesario. Muy frecuentemente, el estiércol de cerdo se recoge en cubos, que es ventajoso, a pesar de que debe ser proporcionada una trampa de arena a evitar que la arena entre en el digestor.

11.3 DE CABRA Para cabras que permanecen en los pisos de tierra, la situación es comparable a la descrita para el estiércol de cerdo. Ya que una granja de cabras es prácticamente el único lugar donde se puede acumular cualquier cantidad considerable de estiércol de cabra, y sólo si los animales permanecen en pastizales, la materia prima para el sistema de biogás por lo general consiste en una mezcla de estiércol y paja. La mayoría de estos sistemas son alimentados por partidas en las que el estiércol y una cantidad apropiada de agua son cargados sin ser pre-mezclados. La materia prima suele ser transportada hacia y desde el digestor en carretillas o cestas.

11.4 DE GALLINASólo puede utilizarse si las gallinas descansan sobre un área adecuada recolectora de excrementos de tamaño limitado. De lo contrario, la fracción de arena o aserrín sería demasiado elevada. El estiércol de pollo puede ser usado por las plantas que son principalmente llenas de estiércol de vaca sin ningún problema. Existe el peligro latente de la alta concentración de amoniaco con estiércol de pollo puro, pero a pesar de esto hay muchas plantas que funcionan bien combinadas con industrias de producción de huevo o carne. Los excrementos recogidos son duros y secos, por lo que tienen que ser pulverizados y mezclados con agua antes de que se puedan cargar en el digestor. La mezcla mecánica, es aconsejable. La proporción de metano en el biogás a partir de excremento de pollo es de hasta 60%

11.5 EXCREMENTOS HUMANOSEn la mayoría de las culturas, el manejo de los excrementos humanos se carga con los tabúes. Así, si las deposiciones se van a utilizar en un sistema de biogas, los baños en cuestión deberían drenar directamente en el sistema para que se fermenten sin tratamiento previo. La cantidad de agua que acompaña al excremento debe minimizarse asegurando que no haya fugas de drenajes u otras fuentes de agua externas en los inodoros, y la limpieza/lavado debe limitarse a enjugues con cerca de ½ o 1 litro de agua de un recipiente. El vaciado de tanques al estilo occidental no se debe usar en plantas de biogas de pequeño tamaño. En áreas sujetas a la escasez de agua frecuente o estacional, las trampas de arena son una necesidad, ya que limpiar con piedras es a menudo el único medio de limpieza después de usar el baño.

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11.6 EL PROBLEMA DE LA BASURASi hay una gran fuga de gas en la entrada, que produciría una insuficiencia del mismo para el uso, una capa de escoria gruesa es la razón más probable. A menudo, el gas no acumula presión debido a la liberación continua de gas desde de la entrada durante semanas. Existe el peligro de bloqueo de la tubería de gas por el aumento de basura a causa de la alimentación diaria, sin la descarga equivalente. La boca de inspección o tapa se debe abrir o quitar el tambor flotante y la escoria se debe eliminar a mano.Separación de materialLa Paja, hierba, tallos y estiércol, incluso ya secos, tienden a flotar en la superficie. Los materiales sólidos y minerales tienden a hundirse en el fondo y, en el transcurso del tiempo, pueden bloquear el tubo de salida o reducir el volumen activo del digestor. En el sustrato adecuadamente mezclado con el contenido de agua no demasiado alto, no hay tal separación debido a la fricción suficiente dentro de la sustancia que forma una especie de pasta. SustratoCon el estiércol bovino puro y fresco, por lo general no hay problema de escoria. Las capas flotantes se convierten en un problema cuando por ejemplo, hojas indigestas son parte de los forrajes. Esto frecuentemente se debe a la alimentación los cerdos. Antes de instalar una planta de biogás en una pocilga, el tipo de forraje y, en consecuencia el tipo de estiércol, deben ser revisados para asegurarse de que es adecuado para la instalación de una planta de biogás. Podría ser necesario moler el forraje en polvo fino. El usuario debe ser consciente de los costos adicionales antes de decidir sobre una unidad de biogás. El problema es aún mayor con aves de corral. El tipo de forraje, la arena, y las plumas que caen al suelo hacen difícil al sustrato de aves. En caso de duda seria, la construcción de la planta debe ser re-evaluada. La escoria puede evitarse por agitación, pero:no es frágil, sino que muy sucia y resistente. La escoria puede ser tan sólida después de un corto tiempo, que es necesario un equipo muy potente para romperla. Se mantiene en la superficie luego de la agitación. Para destruir por fermentación, debe mantenerse húmeda. O bien la escoria debe ser regada por la parte superior o empujada hacia abajo dentro del líquido. Ambas operaciones demandan aparatos costosos. Para plantas de biogás simples, la agitación no es una solución viable para romper la escoria.La única solución en las plantas de biogás simples para evitar la formación de escoria es mediante la selección adecuada de material de alimentación y la suficiente mezcla del estiércol con el líquido antes de entrar en la planta.

Figure 24. Destrucción de la escoria en una planta de tambor flotante en el Caribe. Foto: gtz / GATE

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DETALLES CONSTRUCTIVOS DE UNA PLANTA DE BIOGASEsta sección proporciona información detallada sobre los materiales y dispositivos utilizados en la construcción de plantas de biogás:

Lista de comprobación para la construcción Agitación Calefacción Sistemas de tuberías Yesos y camisas Bombas Equipo Equipamiento de estiércol Agua subterránea

12 LISTA DE COMPROBACIÓN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA DE BIOGÁS

1. Finalizar la planificación, es decir, sitio de evaluación, la determinación de la demanda de energía y fuente de biogas, rendimiento, dimensionamiento de la planta, selección de diseño de la planta, cómo y dónde utilizar el biogás, etc., en conformidad con la guía de planificación.

2. Estipular la ubicación de la planta y elaborar un plan de emplazamiento, incluyendo todos los edificios, los gasoductos, accesorios de gas y los campos a fertilizar con el material que se digiere.

3. Realizar un plano que muestre todos los componentes, es decir, el pozo mezcla, conexión al establo, entrada / salida, digestor, gasómetro, tuberías de gas, almacenamiento de estiércol.

4. Preparación de materiales / lista de las necesidades de personal y adquisición de materiales necesarios para la planta elegida:

Ladrillos / piedras / bloques para paredes y cimientos Arena, grava Tuberías de entrada / salida Piezas de metal (chapa, perfiles ángulo, etc) Cañerías y accesorios de gas Selladores y pinturas Dispositivos para gas Herramientas Albañil y ayudante Mano de obra no calificada Taller metalúrgico (Gasómetro) y la instalación de tuberías

5. Planificación en la asignación de personal y materiales, es decir, el procedimiento de planificación y ejecución de:

Excavación Cimientos

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Albañilería del digestor Gasómetro Prestación y sellado de mampostería Fosa de almacenamiento de estiércol y pozo de mezcla Secado de la planta Instalación de la tubería de gas Inspección de aprobación

6. Supervisión regular de la construcción7. Commissioning

Inspección funcional de la planta de biogás y sus componentes Puesta en servicio de la planta

8. Llenando de la planta9. Entrenamiento de los usuarios

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13 SISTEMAS DE CAÑERÍASEl sistema de tuberías conecta la planta de biogás con los dispositivos para gas. Tiene que ser seguro, económico y permitir el flujo de gas para cada aplicación especifica. Los tubos de acero galvanizado o de PVC son los más comúnmente utilizados para este propósito. Es Necesario que el sistema de tubería garantice la impermeabilidad al gas durante la vida útil de la unidad. En el pasado, los sistemas de tuberías defectuosos fueron la causa más frecuente de pérdidas de gas en las unidades.

13.1 TUBERIAS DE PVCLas tuberías de PVC y sus accesorios tienen un precio relativamente bajo y pueden ser fácilmente instalados. Están disponibles en diferentes calidades, con uniones adhesivas o acoplamientos de rosca (tuberías de agua a presión). Los tubos de PVC son sensibles a la radiación UV y pueden dañarse fácilmente. Siempre que sea posible, las tuberías de PVC debe ser colocado bajo tierra.

13.2 TUBERIAS DE ACERO GALVANIZADOSLas tuberías de acero galvanizado son alternativas más fiables y duraderas que los tubos de PVC. Pueden desconectarse y ser reutilizadas de ser necesario, resisten a los choques mecánicos y otros impactos. No obstante el acero galvanizado es mas costoso y la instalación del mismo es de mano de obra intensiva, por lo tanto, sólo son adecuados para lugares donde el PVC no está disponible o no pueda utilizarse.

13.3 DIAMETROSEl diámetro necesario de la tubería depende de la medida de flujo requerido de biogás y de la distancia entre el digestor y los dispositivos. Las grandes distancias y los altos índices de flujo conducen a una disminución de la presión del gas. Cuanto más larga sea la distancia y

Figura 25. Detalles finales en un sistema de tuberías con tuberías de PVCFoto: Krämer (TBW)

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más elevado es el caudal, mayor es la presión que cae debido a la fricción. Las curvas y accesorios aumentan la perdida de presión. Las tuberías de acero galvanizado presentan pérdidas mayores que las cañerías de PVC. El cuadro siguiente recoge algunos valores para un apropiado diámetro de las tuberías. Con el uso de estos diámetros de tubería para la longitud y el caudal especificados, las pérdidas de presión no superan los 5mbar.

Tabla 3: Diámetro de cañería para diferentes longitudes y caudales (máximo de pérdida de presión <5mbar)

Cañerías de acero galvanizado Cañerías de PVCLongitud [m] 20 60 100 20 60 100Caudal [m3/h]

0.1 ½" ½" ½" ½" ½" ½"0.2 ½" ½" ½" ½" ½" ½"0.3 ½" ½" ½" ½" ½" ½"0.4 ½" ½" ½" ½" ½" ½"0.5 ½" ½" ¾" ½" ½" ½"1.0 ¾" ¾" ¾" ½" ¾" ¾"1.5 ¾" ¾" 1" ½" ¾" ¾"2.0 ¾" 1" 1" ¾" ¾" 1"

Los valores en esta tabla muestran que una tubería de diámetro de 3/4" es adecuada para caudales de hasta 1.5 m3/h, y las distancias hasta 100m (PVC). Por lo tanto se puede seleccionar el diámetro 3/4" como el tamaño único para la tubería del sistema de las pequeñas plantas de biogás. Otra opción es seleccionar el diámetro de 1" para la cañería principal de gas y 1/2" para todas las tuberías de distribución a las aplicaciones de gas.

13.4 LAY OUT DEL SISTEMA DE TUBERÍAS El PVC puede ser utilizado para todas las tuberías subterráneas o en las tuberías que están protegidos contra la luz solar y fuera del alcance de los niños. Para todas las partes del sistema de tuberías que están por encima del suelo se deberán instalar tubos de acero galvanizado. Por lo tanto, se recomienda el uso de acero para la parte visible del sistema de tuberías alrededor del digestor. Para la tubería principal se utilizara caños de 1" de PVC colocándolos bajo tierra. Los ductos de distribución deben ser de ½" de acero o PVC, en función de si están instalados sobre o bajo la pared enyesada. Pero a pesar de que las tuberías de acero son menos susceptibles a daños, colocarlas bajo tierra debe ser siempre la solución preferida. Las tuberías de PVC tienen que instalarse por lo menos a 25cm de profundidad bajo tierra. Deben ser colocadas en la cama y ser cubiertas con arena o tierra fina. Se debe ser cuidadoso al llenar las zanjas a fin de evitar que las piedras se sitúen directamente encima de la tubería. Cuando la tubería este instalada - y antes de volver a llenar las zanjas - tienen que ser probadas por posibles fugas de gas. Esto se puede hacer por bombeo de aire en el sistema cerrado de tuberías hasta un valor de 2,5 veces la presión máxima de gas de la planta. Si se produce una pérdida de presión por pocas horas, todas las juntas de las tuberías del sistema se han de comprobar con agua y jabón.

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13.5 TRAMPAS DE AGUADebido a los cambios de temperatura, la humedad saturada formará inevitablemente agua de condensación en el sistema de tuberías. Idealmente, el sistema de tuberías deberá distribuirse en una forma que permita el reflujo de agua de condensación al digestor. Si las depresiones en el sistema de tuberías no se pueden evitar, una o varias trampas de agua deberán instalarse en el punto más bajo de las depresiones. La pendiente de inclinación no deberá ser inferior al 1%. A menudo, las trampas de agua no pueden ser evitadas. Se debe decidir entonces, si una trampa "automática" o manualmente operada es más adecuada. Las automáticas tienen la ventaja de que el vaciado, que se olvida fácilmente, no es necesario. Sin embargo, si se secan o vacían, pueden causar pérdidas de gas pesadas y prolongadas. Además, no son fáciles de entender. Las manuales son sencillas y fáciles de entender, pero si no se vacían con regularidad, el agua de condensación acumulada eventualmente bloquea el sistema de tuberías. Ambos tipos de trampas tienen que ser instalados en una cámara sólida, cubierta por una tapa para evitar un eventual llenado por la tierra del suelo.

Figura 27. Siempre que el agua de condensación no puede drenar de nuevo en el digestor, una trampa de agua se hace necesaria. Fuente: TBW

Figura 28. Trampa de agua automática: (1) junta T, (2) columna de agua, igual a máx. presión de gas + 30% de seguridad, (3) ladrillo macizo o cubierta de hormigón, (4) tapa de concreto, (5) drenaje. Fuente: TBW

Figura 26. Sistema de tuberías directamente de la cocina al digestor. No hay trampa de agua, ya que el agua de condensación drena en el digestor. Fuente: TBW

Figura 29. Trampa manual de agua: (1) junta T, (2) depósito de agua condensada, (3) grifo manual, (4) cubierta, (5) tapa de hormigón, (6) drenaje. Fuente: TBW

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13.6 VALVULASEn la medida de lo posible, las válvulas de bola son adecuadas para instalaciones de gas debiendo utilizarse como elemento de cierre y aislamiento. Las más confiables son las cromadas. Las válvulas de tipo compuerta como las utilizadas normalmente para las tuberías de agua no son adecuadas. Todas las válvulas de agua excepcionalmente usadas deberán ser primero probadas por cuestiones de impermeabilidad, y deben engrasarse regularmente. Un manómetro tipo U es rápido y fácil de hacer y, normalmente, es esperable que cumpla con los requisitos de una instalación de biogás. La válvula principal siempre se debe instalar cerca del digestor de biogás. Deben conectarse antes y después de la válvula principal juntas en T selladas. Con estas, se hace posible probar la impermeabilidad del digestor y del sistema de tuberías por separado. Las válvulas bola como dispositivos de cierre deben ser instaladas en todos los aparatos de gas. Con válvulas de cierre, la limpieza y trabajos de mantenimiento pueden llevarse a cabo sin cerrar la válvula principal de gas.

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14 BOMBAS Las bombas son necesarias para superar las diferencias de altura entre los niveles de flujo a través de la unidad de biogás. También pueden ser necesarias para mezclar el sustrato o para acelerar el lento flujo. Si el sustrato tiene un alto contenido de sólidos y no fluye del todo, pero no puede ser diluido, las bombas o las cintas de transporte son esenciales.Las bombas son impulsadas por motores, están expuestas a desgaste y pueden dañarse. Estas son costosas, consumen energía y puede perturbar el proceso de llenado. Por estas razones, las bombas deben evitarse siempre que sea posible, los métodos de dilución y la utilización de los gradientes naturales se utilizan en su lugar. Si no pueden evitarse, se pueden instalar de dos maneras: Instalación seca: la bomba está conectada en línea con la tubería. El sustrato fluye

libremente hasta la bomba y se acelera al pasar por esta. Instalación húmeda: la bomba se instala con un motor eléctrico en el interior del sustrato.

El motor se sella en un recipiente hermético. Alternativamente, la bomba en el sustrato está impulsada por un eje, el motor está fuera.

14.1 TIPOS DE BOMBASBombas centrifugasLas bombas centrifugas funcionan con un rotor que presiona el líquido contra la pared exterior de la cámara del rotor. Debido a la geometría de la cámara, el líquido se empuja en la tubería de toma. Son muy comunes como tecnología para estiércol líquido. Son sencillas y robustas y se utilizan principalmente para sustratos con menos del 8% de contenidos sólidos. El caudal transportado depende en gran medida de la altura de elevación o de la presión de transporte. La presión máxima de transporte es de entre 0,8 y 3,5 bar. La cantidad que puede ser transmitida varía de 2 a 6 m3/min con una potencia de entrada de 3 a 15 kW. Por lo general, este tipo de bombas no pede usarse como un dispositivo de succión. La bomba helicóptero merece mención como un tipo especial de bomba rotativa. Su rotor está equipado con cuchillas para cortar sustratos con fibras largas, como la paja y otras partes de los forrajes, antes de bombear. Tanto la instalación húmeda y la seca son posibles con bombas centrifugas.Bombas de desplazamiento positivoSe utilizan normalmente para sustratos con mayor contenido de sólidos. Pueden bombear y aspirar al mismo tiempo. Su potencial cantidad transmitida es menos dependiente de la presión de transporte que la de bombas rotativas. La dirección de bombeo / succión puede ser cambiada en la dirección opuesta por cambiar el sentido de rotación. En unidades de biogás se usan principalmente las bombas de espiral excéntrico y las de pistón rotativo (ambas de desplazamiento positivo). Para un mejor acceso, una instalación en seco es la opción preferida.Bomba de espiral excéntricoEsta bomba tiene un rotor de acero inoxidable, similar a un sacacorchos, que gira en una cubierta elástica. Las bombas de espiral excéntrico pueden aspirar a una profundidad de hasta 8,5 m y producir una presión de hasta 24bar. Ellas son, sin embargo, más susceptibles

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a la obstrucción de elementos ajenos que las bombas rotativas. Es mayor el peligro de envolver todo el material fibroso alrededor del espiral.Bombas de pistón rotativoLas bombas de pistón rotativo operan por rotación de pistones alados en una caja ovalada. Pueden bombear y succionar, logrando presiones de hasta 10 bar. El rango potencial de caudales es de 0,5 a 4 m3/min. El permitir objetos ajenos de mayor tamaño y más materia fibrosa constituye una ventaja frente a las bombas de espiral excéntrico.

Tabla 4: Comparación de los tipos de bombasBombas centrifugas Bombas

helicópteroBombas de

espiral excéntricoBombas de pistón

rotativoSólidos

contenidos <8% <8% <15% <15%

Energía de entrada 3-15kW 3-15kW 3-22kW 3-20kW

Caudal 2-6 m3/min. 2-6 m3/min. 0,3-3,5 m3/min. 0,5-4 m3/min.Presión 0,8-3,5 bar 0,8-3,5 bar <25 bar <10 bar

Estructura del sustrato

Fibras medianas y largas Fibras largas Fibras cortas Fibras medianas y

largasTamaño máximo

de objetos obstructivos

Aprox. 5 cm Depende de las palas Aprox. 4 cm Aprox. 6 cm

Aspiración Sin succión Sin succión Succión Succión

IdoneidadAdecuada para grandes

cantidades. Construcción simple y

robusta

Adecuada para sustratos de fibra

larga que deben ser trozados

Adecuada para grandes presiones, pero susceptible a

cuerpos obstructivos

Presiones superiores a las bombas

rotativas, pero mayor desgaste

Comparación de precio

Más baratas que las bombas de

desplazamiento positivo

Depende del tamaño de las palas

Similar a la bomba de pistón rotativo

Similar a bombas de espiral excéntrico

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15 CALEFACCIÓN Para lograr el rendimiento óptimo del biogás, la digestión anaeróbica necesita condiciones ambientales constantes, preferentemente cercanas a las óptimas del proceso. La temperatura del digestor es de importancia primordial. En las zonas templadas, un sistema de calefacción y un aislamiento del digestor son necesarios. Por lo tanto, se puede llegar a la temperatura necesaria para la digestión y a la compensación de las pérdidas de energía por transmisión.Una planta de biogas de bajo costo, de acuerdo con las necesidades de los países en desarrollo, sólo se puede construir sin calefacción debido a los altos costos de material e instalación de estos sistemas. Para aumentar el rendimiento de biogás de estas plantas, la construcción de un gran digestor para aumentar el tiempo de retención sería más barato. Un mayor tamaño de digestor reduce el mantenimiento requerido, mientras que un sistema de calefacción, incrementa las necesidades de mantenimiento. Un mayor digestor sirve también como un regulador para los sedimentos, las variaciones de pH y de almacenamiento de gas. Por ejemplo, una planta de domo fijo del 50% más grande, es sólo un 10% más cara.La temperatura ambiente media y sus variaciones estacionales son muy importantes. Las plantas de biogas sin sistema de calefacción funcionan, por lo tanto, solo en las zonas de temperaturas cálidas durante todo el año. En las regiones con variaciones de temperatura extremas, por ejemplo en Turquía (verano caluroso, frío invierno), las plantas de biogás deben ser construidas bajo el establo. Por lo tanto el rendimiento de biogás sería menor en verano, pero constante durante todo el año y al final superior. Antes de la ejecución, por lo menos, deberá estar disponible para el lugar de implementación un perfil aproximado de las temperaturas medias y los extremos lo largo del año. En una planta de biogás con cogeneración, el sistema de calefacción puede funcionar con energía del proceso. Sin embargo, el dimensionamiento de este sistema de calefacción es difícil, ya que el sustrato, que tiene que ser calentado, no es homogéneoUna cifra de orientación para la potencia de calefacción de un digestor con un tiempo de retención hidráulica de 20 días es de 270 W/m3 de volumen del digestor. El aumento del tiempo de retención hidráulico permite reducir la potencia de calefacción por volumen. Con un tiempo de retención hidráulica de 40 días el digestor necesita solamente 150 W/m3.Las siguientes cifras son para los sistemas de calefacción con una diferencia de temperatura de calefacción de agua de 20K:

Figura 30. Sistema de calefacción para un biodigestor en construcción (Alemania) Foto: Krieg (TBW)

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Tiempo de retensión hidr. 40 días 30 días 20 días

Dif. de temperatura 20 K 20 K 20 KPotencia de Calefacción 150 kW/m3 210 kW/m3 270kW/m3

Un sistema de calefacción situado en el digestor produce una circulación térmica, que es muy importante, especialmente para digestores no agitados. Una transferencia indirecta de energía térmica es más común. Las excepciones son la inyección de vapor, la licuefacción de sólidos del estiércol con agua caliente y la calefacción por pre-aireación.

15.1 SISTEMAS DE CALEFACCION EXTERNOS E INTERNOSLos sistemas de calefacción externos tienen flujo forzado a ambos lados. Debido a los patrones de flujo turbulento, se puede alcanzar un muy buen transporte de calor. Por lo tanto, la superficie del intercambiador de calor puede ser relativamente pequeña. Sin embargo estos sistemas no son recomendables para digestores no agitados.El dimensionamiento adecuado de un sistema de calefacción interno parece ser más difícil debido a las diferentes corrientes, debido al bombeo, agitación, termo-convección y la entrada de la biomasa.Los sistemas de calefacción por suelo radiante se han popularizado bastante, ya que no poseen partes perturbadoras dentro del digestor en sí. Debido a la sedimentación y el consiguiente empeoramiento de transferencia de calor en el digestor, la calefacción por suelo ya no se recomienda. Con el crecimiento de los volúmenes de digestor y la necesidad de los sistemas de calefacción más grandes, también es más difícil de construir bajo el suelo una calefacción lo suficientemente grande como para proporcionar el calor necesario.Bobinas calefaccionadoras instaladas en la pared interna del digestor son más bien una nueva práctica. Las bobinas construidas de acero son mucho más caras que los serpentines de calefacción de material plástico (PE). Los materiales desarrollados en los últimos años hacen al sistema más estable, pero no incrementan los costos de la calefacción.Otra opción es la construcción de dos digestores conectados en serie, el primero con calefacción, el segundo sin calefacción. El primer digestor puede ser utilizado como tanque de sedimentación, en la que el sustrato se calienta arriba. El segundo debe estar bien aislado para reducir la pérdida de calor.

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16 AGITACIÓNEl término "agitación" incluye diferentes formas de homogeneizar la mezcla o el sustrato que con agua y co-sustrato: La mezcla y homogeneización del sustrato en la cámara de mezcla. Agitación en el interior del digestor. Hurgando a través de las tuberías de entrada y salida (plantas de pequeña escala).La agitación del contenido del digestor es importante para el rendimiento sin problemas de una planta de biogás. Por las siguientes razones, se recomienda varias veces al día: Para evitar y destruir la natación y el hundimiento de capas. Para mejorar la actividad de las bacterias mediante la liberación de biogás y la prestación

de nutrientes frescos. Mezclar el sustrato fresco y el fermentado con el fin de inocular al primero. Para llegar a una distribución uniforme de la temperatura lo cual proporciona condiciones

uniformes en el interior del digestor.Incluso sin dispositivo de mezcla, hay una cierta agitación por la liberación de gas, a través del movimiento de los sustratos con diferentes temperaturas y por la afluencia de sustrato fresco. Esta agitación, sin embargo, es generalmente insuficiente. Un sustrato bien agitado puede, dejando los demás parámetros constantes, aumentar la producción de biogás en un 50%. La agitación, como regla general, se debe realizar en la medida de lo necesario, pero tan poco como sea posible. Con una mezcla demasiado frecuente y con una rápida rotación, los dispositivos de agitación mecánica pueden perturbar los procesos biológicos en el sustrato de fermentación. Además, puede dar lugar a que sustrato a medio digerir deje el digestor prematuramente.

16.1 METODOS DE MEZCLALos métodos de mezcla simple han sido instalados principalmente en los países en desarrollo:

Tuberías de entrada y salida tangenciales.

Figura 31. Dispositivo de mezcla en un digestor agrícola en construcción. Foto: Kraemer

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Paredes de separación. Circulación forzada de sustrato. Rotor vertical de accionamiento manual. Horizontal, paletas rotoras accionadas manualmente. Hurgando en la entrada y salida.

Mezcla inherente al flujoEn las plantas de domo fijo, que se encuentran con frecuencia en los países en desarrollo, una cierta mezcla de sustrato es proporcionada por él mismo que se empuja en el tanque de compensación con la acumulación de gas. Cuando el gas almacenado se utiliza, el sustrato fluye de nuevo al digestor.

La compañía "VSP-Anlagen" ha desarrollado y patentado este principio: a través de la presión del biogás, se empuja el sustrato desde el digestor principal hasta el auxiliar, resultando en una diferencia de niveles entre los dos digestores. Al llegar a cierta diferencia en los niveles, se abre una válvula de gas entre los digestores que ecualiza la diferencia de altura. El flujo de devolución del sustrato se orienta de manera de destruir las capas de hundimiento y natación.Rotor de palas mecánicas

Figura 32. La mezcla de sustrato inherente al flujo en plantas de domo fijo. Fuente: TBW

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Los rotores de palas mecánicas se utilizan predominantemente en los recipientes de acero horizontal. Un eje horizontal en cojinetes de madera corre a través de todo el recipiente. Se adjuntan remos o tubos en forma de bucle. Al girar el eje, el contenido se mezcla, la capa de

natación es rota y los sedimentos son empujados hacia una apertura de drenaje. Los tubos-bucle también pueden ser utilizados como intercambiadores de calor para calentar el

sustrato.

Motor con rotor de agitación sumergido Un motor eléctrico sellado y sumergido acciona directamente a un rotor. El rotor mezcla el sustrato por creación de una fuerte corriente. Estos dispositivos de agitación pueden ser ajustadas en altura y ángulo.Rotor impulsado por ejeEl modo de funcionamiento de un rotor impulsado por eje es comparable al de un motor sumergido, sólo que el rotor está impulsado vía eje por un motor o a mano. El eje debe ser móvil en altura y ángulo para permitir la mezcla en todo digestor. El eje debe ser suficientemente largo para alcanzar tanto la capa natación y la de hundimiento.El eje del rotor se puede insertar en principio de dos maneras: • A través de la pared del digestor bajo el nivel de estiércol con sellado impermeable.• A través del gasómetro con sellado hermético

Mezcla hidráulica

Figura 35. Rotor impulsado por eje. Fuente: TBW

Figure 33. Rotor de palas mecánicas. Fuente: TBW

Figura 34. Motor con rotor de agitación sumergido. Fuente: TBW

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Con una potente bomba se puede poner en movimiento todo el sustrato, siempre que la aspiración y la salida de la bomba se coloquen de manera correspondiente con la forma del digestor. Estas bombas son con frecuencia ubicadas en una posición central.Mezcla a través de la inyección de biogasUn sistema de tuberías con chorros de gas se instala en la parte inferior del digestor. Las burbujas del biogas proporcionan una suave mezcla al sustrato. El principal problema con estos sistemas es la posible entrada de mezcla en el sistema de tuberías. Esto puede evitarse mediante fijación de piezas de manguera flexible con tuberías de acero inoxidable con acoplamiento a las toberas.La mezcla inyectando biogás no debe utilizarse si la formación de capas de natación es un problema imperante. Burbujas de gas se adhieren a las partículas más grandes y fibrosas dejándolas arriba, por lo tanto, aceleran la formación de una capa de natación. Cortar el sustrato por medio de bombas helicóptero o rotores de cuchillas sólo en parte puede resolver este problema.

Figura 37. Mezcla a través de inyección de biogas. Fuente TBW

Figura 36. Mezcla hidráulica. Fuente TBW

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17 EQUIPAMIENTO PARA MANIPULACIÓN DE ESTIÉRCOLSe han desarrollado múltiples herramientas y tecnologías para el uso en biogas, que difieren principalmente de acuerdo a la cantidad de material digerido. Existen grandes diferencias también entre países en vías de desarrollo y los países industrializados, dependiendo del avance tecnológico y el costo de la mano de obra. La gama de tecnologías de uso va desde aplicación a mano con la ayuda de un balde, a la distribución mecanizada, con el apoyo de GPS y un ordenador a bordo del esparcidor de estiércol líquido. La elección de la tecnología esencialmente depende de la cantidad de biomasa y el área a ser fertilizada, así como de los medios financieros y el costo de oportunidad de labor.En las pequeñas explotaciones en los países en desarrollo, se utilizan herramientas simples pero eficaces. Ellas son baldes, cucharas, recipientes con correas, con tapas de madera, carretillas, barriles sobre ruedas y otras. Estas herramientas permiten una aplicación precisa del estiércol. El modo más económico de aplicar los purines se efectúa por medio de gravedad, ya sea directamente por una red de pequeños surcos o por mezcla mediante el sistema de riego. Ambas opciones requieren un gradiente del 1% como mínimo (para irrigaciones con agua) y 2% (para la distribución directa), pendiente desde el punto de desbordamiento de la planta de biogás a los campos. Hacer mejor y menos intensivo el trabajo en el uso del estiércol es un parámetro importante de la planificación. Especialmente en los casos en que la de distribución por gravedad es factible, la ubicación de la planta de biogás y la cámara de expansión y el nivel de desbordamiento de la cámara de expansión son de gran importancia. Las zonas más planas se deben considerar para emplazar tanto el establo y la planta de biogás con el fin de permitir una distribución por gravedad.

En los países industrializados y en las grandes plantas de los países en desarrollo han evolucionado dos métodos para sistemas de distribución mecanizados:

Distribución mediante sistema de tuberías

Figura 38. Dispositivo para la distribución de los purines tractor. Foto: Krämer (TBW)

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Se bombea directamente la materia del tanque de almacenamiento al campo y se distribuye allí. Si la bomba es bastante pequeña y la presión y las cantidades transportadas son bajas, la distribución se puede hacer a mano. Con el aumento de la presión y las cantidades transportadas, la distribución del sistema está ligada a un tractor. El tractor no debe ser muy potente ya que no hay necesidad de tirar de una cisterna pesada. La principal ventaja de este método es el bajo peso transportado por encima del terreno y la capacidad de entrar en los campos de pendiente pronunciada, de suelos frágiles o afectados por temporales. La mezcla, si no es demasiado viscosa, se puede aplicar con un rociador de estiércol líquido. Las desventajas son la costosa bomba y sistema de tuberías. Por lo tanto, este método es sólo económico para los campos cerca del recipiente de almacenamiento.Distribución mediante cisternaLa cisterna se llena en el depósito de estiércol y llevada al campo para su distribución. A continuación se presentan los principales sistemas de distribución vía cisterna: Con placa de reflexión

La mezcla se rocía a través de una boquilla contra una placa de reflexión que, por su forma especial, la desvía y amplía el chorro. Una mejora de la simple placa de reflexión de distribución es una placa giratoria que conduce a una aplicación más uniforme.

Aplicación directa a través de mangueras móvilesLa mezcla se bombea en un sistema de distribución que alimenta una serie de mangueras que se mueven cerca de la tierra. La pasta se aplica directamente sobre la superficie del suelo, reduciendo por lo tanto las pérdidas de nutrientes. Las distancias entre las mangueras se pueden ajustar para adaptarse a los diferentes cultivos.

Tubos con discos de aradoEl suelo se abre con dos discos en forma de V. La pasta se aplica con mangueras deslizantes en los surcos, que se cierran detrás de la manguera. Este método de aplicación podría ser etiquetado como 'aplicación sub-superficie'. Es el más avanzado en términos de evitar las pérdidas de nutrientes. Similar a la aplicación con manguera, las distancias entre las filas de aplicación son ajustables. Como alternativa a la aplicación de la manguera, la mezcla se puede colocar un dispositivo de inyección.

Los métodos de aplicación cerca de la superficie del suelo, en contraste con los métodos de difusión, tienen la ventaja de un mayor grado de exactitud y menos pérdidas de nutrientes a la atmósfera. La fertilización puede ajustarse mejor a las necesidades de la planta. En contraste con la emisión de aspersión, la aplicación directa es posible, incluso en etapas posteriores de crecimiento de las plantas sin daños a las hojas. Las desventajas son las máquinas necesarias (más sofisticadas) y los altos costos implicados. Los métodos de aplicación directa, por lo tanto, en su mayoría son utilizados en operaciones entre granjas.

17.1 SEPARACIÓN DE ESTIÉRCOL Y SECADO DE LODOS HUMEDOSEn los países industrializados, el estiércol suele ser separado por medio de separadores y tamices. El agua se vuelve a integrarse en el proceso de digestión o distribuida como estiércol líquido, mientras que el lodo húmedo se seca o se hace abono. Se pueden utilizar filtros lentos de arena como una tecnología sencilla para la separación.El lodo húmedo puede ser acumulado en los lechos de secado, llenar pozos planos o simplemente se coloca en superficies pavimentadas, cerca de la planta de biogás para el

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secado. Dependiendo de las condiciones climáticas, grandes zonas de secado pueden ser necesarias. Los tiempos de secado y las pérdidas de nutrientes pueden reducirse mediante la mezcla de sustancias secas con el lodo húmedo. Una desventaja de todos los métodos de secado, una vez más en función del clima, es la gran pérdida de nutrientes. En particular, las fuertes lluvias pueden lavar los nutrientes solubles. Las pérdidas de nitrógeno, por ejemplo, pueden llegar hasta el 50% del total de nitrógeno y hasta el 90% de los minerales de nitrógeno. El secado de los lodos húmedos sólo puede ser recomendado donde las grandes distancias y el terreno dificultoso obstaculizan el transporte a los campos de compostaje, o si es difícil por falta de mano de obra y falta de biomasa seca.

17.2 COMPOSTAJE DE ESTIERCOLLos materiales vegetales secos se amontonan en filas y la mezcla líquida se vierte sobre las filas. Idealmente, se mezclan el material vegetal y lodo. La ración de mezcla depende del contenido de materia seca de material vegetal y lodo. La ventaja principal es la baja pérdida de nutrientes. El compost, que contiene nutrientes para las plantas en una forma principalmente fija biológicamente, es un abono con efectos a largo plazo. Su valor para la mejora de la estructura del suelo es un efecto positivo adicional de importancia.

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18 REVESTIMIENTOS Y YESOS PARA EL DIGESTOR Y EL GASÓMETROEn los países industrializados, la mayoría de los digestores nuevos se construyen de hormigón o de acero herméticos. Se mezclan aditivos con el hormigón para aumentar la estanqueidad. Si se utilizan recipientes de hormigón ya existentes, su estanqueidad debe ser comprobada. A menudo, no se han construido a partir de hormigón hermético o las grietas que se han formado con el tiempo permiten la evacuación de gas.

Es importante comprobar la estanqueidad del digestor y el sistema de tuberías antes de poner la unidad de biogás en servicio. Si sólo se detectan fugas durante el funcionamiento, el digestor debe ser vaciado, limpiado y sellado de nuevo. La rectificación de una fuga antes del llenado inicial es mucho más barata.En los países en desarrollo, los digestores son generalmente estructuras de mampostería. El yeso tiene que ser impermeable al agua por debajo del nivel de lodo; y al gas ascendiendo desde ese nivel (gasómetro). El yeso tiene que resistir la humedad y temperaturas de hasta 60 ° C en forma confiable. Debe ser resistente a los ácidos orgánicos, amoniaco y sulfuro de hidrógeno. La capa interna debe ser absolutamente limpia y seca.

18.1 CEMENTO Y ADITIVOS ESPECIALESSe han logrado buenos resultados en hermeticidad (tanto al agua como al gas) mediante la adición de “water-proofer” (aditivo a prueba de agua) al yeso. Para la estanqueidad de gas, se requiere una cantidad de “water-proofer” del doble, comparada a la cantidad necesaria para la hermeticidad al agua. El tiempo entre las aplicaciones de las capas de yeso no deberá exceder de un día, como la pasta se convierte en impermeable y un día después, el nuevo yeso no puede adherirse a la capa antigua de yeso. La siguiente 'receta' de Tanzania garantiza la estanqueidad del gas, siempre y cuando la estructura de mampostería no tenga fisuras:

1) Cemento-agua, 2) 1cm de cemento: arena de yeso 1: 2,5; 3) Cemento-agua; 4) Cemento: cal: arena de yeso 1: 0,25: 2,5; 5) Cemento-agua con water-proofer 6) Cemento: cal: arena de yeso con water-proofer y arena fina, tamizada

1:0,25:2,5; 7) Cemento-agua pastoso con water-proofer.

Las siete capas se deben aplicar dentro de 24 horas. La desventaja del yeso es su incapacidad para superar las pequeñas grietas en la estructura de mampostería como pueden ser, por ejemplo, las capas bituminosas.

Figura 39. Yeso interno de la sección impermeable al gas de un digestor de domo fijo. Foto: Kellner (TBW)

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18.2 BETUN (VARIAS CAPAS) Las capas de betún se pueden aplicar fácilmente y permanecer elásticas durante largos períodos de tiempo. Los problemas que surgen en la aplicación son los solventes inflamables (peligro de explosión dentro del digestor) y el peligro para la salud. Betunes abrigos no se puede aplicar sobre superficies mojadas. El secado de estructuras de mampostería requiere varias semanas, a menos que algún dispositivo de calentamiento (por ejemplo, un quemador de carbón) se coloca en el interior del digestor de dos a tres días. Además, las capas bituminosas pueden ser dañadas por el movimiento hacia arriba y abajo del estiércol.

18.3 CAPA DE BETÚN CON PAPEL ALUMINIOSe monta papel aluminio en la primera capa de betún todavía pegajosa, con solapa generosa. Una segunda capa de betún se aplica sobre la lámina de aluminio. La estanqueidad de los recipientes es generalmente más alta en comparación con las varias capas de betún sin lámina de papel aluminio.

18.4 DISPERSION DE PINTURA IMPERMEABLEEstas pinturas están libres de incendios y de los peligros para la salud. La mayoría de ellas, sin embargo no son estancas y no resisten la humedad. Se deben utilizar sólo la dispersión de las pinturas que explícitamente se recomiendan para uso subacuático y que forman una película impermeable al gas.

18.5 PINTURAS DE RESINAS SINTETICAS, DE SIMPLE Y DOBLE COMPONENTE

Las pinturas de resina sintética forman capas elásticas y herméticas que pueden resistir la carga física más alta. Ellas son comparativamente caras, su uso parece sólo justificad si el recubrimiento tiene que soportar el estrés mecánico. Este suele ser el caso de las plantas de domo fijo. Las mediciones han dado pruebas de que la estructura de fábrica de un domo fijo se extiende, aunque mínimamente, después del llenado y bajo la presión del gas.

18.6 PARAFINALa parafina, diluida con aceite de motor, se calienta hasta 100 -150 ° C y se aplica sobre el yeso que se ha calentado con un soplete. La parafina entra en el yeso a los efectos de una "sellado profundo". Si no se dispone de parafina, pueden ser fundidas velas simples y se diluyen con el aceite de motor.

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19 AGUAS SUBTERRÁNEASLas características del agua subterránea en los tres pasos de la aplicación de biogás son: Durante la planificación, la selección del sitio y el diseño del digestor puede eliminar la

mayoría de las amenazas a las aguas subterráneas y los problemas causados por esta. Durante la construcción, las aguas subterráneas pueden ser una molestia, efectuar

gastos adicionales. Pero es durante la construcción, que las fugas graves se pueden evitar.

Durante la operación, poco se puede hacer, pero se debe controlar la calidad del agua y evitar el derrame a la superficie.

Mediante el posicionamiento de la planta de biogás y el pozo, se puede lograr un aseguramiento de una gran cantidad de agua potable. En primer lugar, la distancia debe ser de al menos 30 m, en segundo lugar, la planta de biogás debe estar aguas abajo de la superficie y las corrientes de aguas subterráneas y en tercer lugar, el pozo debe estar por encima de la unidad de biogás para evitar la contaminación por derrame de la superficie.Durante la construcción, las aguas subterráneas deben ser drenadas. Un digestor de biogás vacío puede desarrollar una flotabilidad tal que, rodeado de agua, se levanta el caparazón

Figura 40. Tratamiento de agua subterránea durante la construcción: La fundación se apoya en un “paquete” de piedras (1) para drenar el agua en el pozo de la bomba (2). Una capa de grava impide la obstrucción del drenaje. Un tubo vertical (3) permite el bombeo, incluso cuando el relleno se ha hecho. La parte inferior de la tubería está rodeada por el relleno de piedra (4). Si el agua subterránea es sólo ligeramente superior a la parte inferior del digestor, o si la bomba no está disponible, la construcción debe ser inundada. El suelo debe ser de concreto sólido (5). El agua debe mantenerse lejos hasta que el muro exterior haya alcanzado un nivel por encima del agua subterránea y se haya sellado desde el exterior. Varias botellas sin fondos se colocan en el hormigón (6). Cuando el recipiente del agua se ha detenido, el agua subterránea pasa a través de la botella e inunda el suelo (7). Después de completar los trabajos de albañilería y la cúpula que cubre con el suelo, la botella está cerrada y el agua podría ser retirada de la parte inferior del digestor (8). La tapa de la botella está cubierta con mortero de cemento (9). En el caso de alta tabla de agua subterránea se requiere de losa de hormigón con forma cónica o en forma de cuenco. Fuente: Sasse, Kellner, Kimaro: Mejora de unidades de biogás para países en desarrollo.

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entero. La figura 40 ilustra algunas técnicas simples de cómo hacer frente a las aguas subterráneas durante la construcción de pequeñas plantas de biogás.Durante el funcionamiento de la planta de biogás se debe prestar más atención para mantener pura el agua subterránea. Las filtraciones desde los digestores de biogás y el almacenamiento de estiércol semilíquido sin protección puede producir contaminación química (la intoxicación por nitrato puede ser mortal para los niños) y biológica (principalmente con plantas de biogas de baño) de las fuentes de agua. Algunas razones podrían ser una mala configuración de dispositivos de seguridad como válvulas de presión o debido a fugas en las partes inferiores del digestor. Pequeñas grietas, sin embargo, se cierran con el transcurso del tiempo por partículas de “lodo”.Los vestigios metálicos en los sistemas naturales no suponen una amenaza para la calidad de las aguas subterráneas debido que suelen ser eliminados del agua filtrada por adsorción o precipitación química dentro de los primeros metros del suelo, incluso en los sistemas de infiltración rápida con altas tasas de carga hidráulica.La eliminación de bacterias de los efluentes que pasan por suelos finos es bastante completa. Puede ser menos completa en el suelo ordinario, de arena utilizada para sistemas de infiltración rápida. La roca fracturada o cavidades de piedra caliza pueden ser un paso para que las bacterias viajen varios cientos de metros desde el punto de aplicación. Este peligro puede ser evitado por investigaciones geológicas adecuadas durante la selección del sitio.

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20 OPERACIÓN Y USOEl día a día de la operación de una unidad de biogás requiere un alto nivel de disciplina y rutina para mantener una alta producción de gas y asegurar una larga vida útil. Muchos de los problemas en el desempeño de las plantas de biogás se producen debido a errores del usuario o negligencia operativa. A menudo, estos problemas pueden ser reducidos así:

por diseños menos complicados que se adapten al sustrato, las condiciones climáticas y la competencia técnica de los usuarios

por aparatos de alta calidad y fáciles de utilizar Por el diseño y lay-out de la planta de biogás para proporcionar una rutina de trabajo

cómoda por la formación adecuada y fácil acceso al asesoramiento sobre los problemas de

operaciónDurante la selección del diseño, planificación, construcción, entrega y seguimiento, el programa extendido debe hacer hincapié en la reducción de la carga de trabajo de los usuarios para el funcionamiento de la unidad de biogás y el uso del gas y el lodo. En particular, durante los picos para el trabajo agrícola, es importante que la unidad de biogás libere al usuario de trabajo en lugar de añadir carga de trabajo. Como regla general, la agricultura familiar debe tener menos trabajo con una unidad de biogás que sin ella, mientras que goza de los beneficios adicionales en términos de un combustible limpio y fertilizantes de alta calidad.

20.1 OPERACION DIARIAAlimentación del digestorEn grandes unidades de biogás, el estiércol, orina y otros sustratos suelen entrar en la planta por tubos, cadenas, correas o bombas. El material disponible tiene que entrar en el digestor tan pronto como sea posible para evitar la digestión previa fuera del digestor. El funcionamiento de los mecanismos de alimentación ha de inspeccionarse diariamente. Los separadores de materiales inadecuados deben ser chequeados y vaciados. Las cantidades de sustrato introducido en el digestor pueden ser registradas para supervisar el rendimiento de la planta.Las plantas de biogás más pequeñas en los países en desarrollo son alimentadas a mano. Los sustratos, a menudo de estiércol y orina, conviene que sean bien mezclados, los residuos de la planta deben ser cortados, si es necesario. Los materiales obstructivos como piedras y arena deben ser removidos de la cámara de mezcla. Herramientas simples como cucharas, rastrillos para retirar materiales fibrosos, trampas de arena o palas pueden facilitar enormemente esta tarea. El trabajo de llenado también está facilitado por pisos de cemento liso y distancias minimizadas entre la planta y el establo.AgitaciónEn los países industrializados y para las grandes instalaciones en los países en desarrollo es normal un dispositivo de agitación con motor. Usualmente actuando en forma automática, pero no siempre. El usuario, sin embargo, debe comprobar el funcionamiento del dispositivo de agitación diaria.

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Las plantas de biogás de pequeño tamaño tienen dispositivos manuales de agitación que deben accionarse a mano. Si no hay ningún dispositivo de agitación, hurgar con palos a través de la entrada y la salida es lo recomendable. El palo debe ser lo suficientemente fuerte, pero no demasiado pesado. Debe tener una placa fijada en el extremo (lo suficientemente pequeño como para caber en los tubos de entrada/salida) para producir un movimiento del estiércol. La alimentación regular también asegura que las tuberías no se obstruyan. Los tambores de las plantas de tambor flotantes deben darse vuelta varias veces al día.La experiencia muestra que la agitación y alimentación casi nunca se realizan con tanta frecuencia como debería. Los agricultores deben ser alentados a ejecutar un proceso de producción de gas con y sin agitación. La mayor producción de gas convencerá al usuario más que cualquier asesoramiento.Control de desbordamientoUn problema especial de las pequeñas plantas de cúpula fija es la obstrucción del punto de desbordamiento. Esto puede conducir a un exceso de presión (la presión hidráulica aumenta con el nivel de mezcla en la cámara de expansión) y la obstrucción de la salida de gas hay demasiado reflujo en el digestor. El punto de desbordamiento debe, por tanto, revisarse y limpiarse todos los días.Distribución de sustratoSi la distribución se realiza directamente por gravedad, los surcos deben ser verificados y la materia desviada en consecuencia. Puede aplicarse directamente a partir de los surcos a la planta con la ayuda de cazos o cucharas.

20.2 OPERACION SEMANAL/MENSUAL Control del separador de agua. Renovación de los agentes del sistema de purificación de gas (si existe). Mezcla de las capas de flotación y sedimentación en la cámara de expansión en

plantas de domo fijo. El sello de agua de la tapa del hoyo hombre de una planta de domo fijo debe ser

revisado y llenado. Suave limpieza del tambor de una planta de tambor flotante. Comprobar y llenar la camisa de agua de las plantas de camisa de agua. Comprobar la porosidad de los tubos flexibles por encima de la tierra. Los tanques de almacenamiento de estiércol deben controlarse y vaciarse, si es

necesario, desviar el flujo de estiércol consecuentemente.

20.3 OPERACION ANUAL Las capas de natación deberían eliminarse del digestor. La planta entera y el digestor deben exponerse a una prueba de presión una vez al

año para detectar fugas menores.

20.4 SEGURIDADDebe prestarse especial atención, durante la operación de una planta de biogas, a los siguientes peligros:

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Respirar biogás en una alta concentración y durante períodos largos de tiempo puede causar el envenenamiento y la muerte por asfixia. El contenido de sulfuro de hidrógeno del biogás es altamente venenoso. El biogás sin depurar tiene el típico olor a huevos podridos. El biogas purificado es inodoro y neutral. Por lo tanto, todas las áreas de explotación de biogás deben estar bien ventiladas. Las tuberías y los accesorios deben ser sometidos regularmente a pruebas de hermeticidad y estar protegidos contra daños. Los aparatos de gas siempre deben estar bajo supervisión durante la operación. Todas las personas que traten con biogás, en particular los niños, deberán ser instruidos y así tomar conciencia de los potenciales peligros del mismo. Después del vaciado de las plantas de biogás por reparación, tienen que ser lo suficientemente ventiladas antes de ser puestas en servicios. Aquí el peligro de incendio y explosión es bastante grande (mezcla de gas y aire). La llamada prueba del pollo (un pollo en una canasta entra en la planta antes que la persona) da las garantías suficientes de ventilación. Biogás en forma de mezcla de gas y aire, con una cuota del 5 a 12% de biogás y una fuente de ignición de 600 ° C o más puede explotar fácilmente. El peligro de incendio se da si la mezcla contiene más del 12% de biogás. Por lo tanto, debe prohibirse fumar o abrir fuego dentro y en las cercanías de la planta de biogás. El llenado inicial de una planta de biogás representa un peligro especial, cuando el biogás se mezcla con grandes espacios vacíos de aire. El agricultor puede querer comprobar con una llama abierta cuan llena está la planta y esto provocaría una explosión. El digestor de una planta de biogás y las instalaciones de almacenamiento deben ser construidas en forma tal que ni las personas ni los animales estén en peligro de caer en ellos. Las partes móviles deben tener una cubierta protectora para evitar la captura de animales o personas. Los aparatos que operan con biogás normalmente tienen alta temperatura superficial. Es alto el peligro de sufrir quemaduras, sobre todo para los niños y extraños. Esto hace aconsejable cubrirlos con una carcasa protectora o de material aislante de calor. El manto de la lámpara de gas es radiactivo. El manto tiene que ser cambiado con la máxima precaución. Especialmente debe evitarse la inhalación de partículas de desmoronamiento. Las manos deben lavarse inmediatamente después. El sistema de tuberías puede formar trampas en el complejo de la granja. En la medida de lo posible, se colocarán unos 30 cm bajo tierra. Las fosas para las trampas de agua, contadores de gas, válvulas principales o unidades de prueba deben ser entubadas por un marco de hormigón y cubiertas con una tapa de concreto pesado.

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21 BIOGAS – GESTIÓN DE LOS LODOS

21.1 ALMACENAMIENTO DE LODOSPara conservar al máximo la calidad de la fertilización del estiércol digerido, es decir, su contenido de nitrógeno, se debe almacenar sólo brevemente en forma líquida en un pozo cerrado o tanque y luego aplicarse en los campos. Preferiblemente, debe excavarse en el suelo para evitar las pérdidas en el campo.El almacenamiento de lodos se efectúa normalmente de acuerdo a una de las siguientes técnicas:

Almacenamiento Líquido Secado Compostaje

Almacenamiento líquidoLa salida del efluente del sistema de biogás lleva directamente a un tanque de recolección. La pérdida de líquido por evaporación o infiltración, debe ser evitada. Justo antes de necesitar el lodo, el contenido de la cisterna debe agitarse completamente y luego llenar un esparcidor de estiércol líquido o, si es lo suficientemente líquido y homogéneo, esparcirse mediante aspersores. La ventaja principal del almacenamiento líquido es la baja pérdida de nitrógeno. Por otro lado, el almacenamiento líquido requiere una gran instalación de impermeable que implica una alta inversión de capital inicial.La práctica de esparcir líquido presenta el problema de que no sólo necesita tanques de almacenamiento, sino que también recipientes para el transporte. La cantidad de trabajo depende también de la distancia que tiene que ser transportado el abono. Por ejemplo, la carga y transporte de una tonelada de lodo a una distancia de 500 m en un carro de bueyes (200kg por viaje) dura aproximadamente cinco horas. La distribución de una tonelada de lodo en los campos requiere de tres horas.SecadoSólo es posible secar el lodo digerido cuando la tasa de evaporación es mucho mayor que la tasa de precipitación. La ventaja principal de secado es la reducción resultante en el volumen y peso. El secado también puede facilitar la técnica de esparcimiento manual. El costo de construcción de las cuencas superficiales para el secado del lodo es modesto. Por otro lado, la técnica de secado resulta en una pérdida casi total de nitrógeno inorgánico (hasta el 90%) y las fuertes pérdidas del contenido de nitrógeno total (aprox. 50%) CompostajeLas pérdidas de nitrógeno pueden reducirse mediante la mezcla de lodo digerido con material orgánico. Como aditivo para los residuos de cosecha para el compostaje, los lodos de biogás constituyen una buena fuente de nitrógeno para acelerar el proceso. Al mismo tiempo enriquece el compost en nitrógeno, fósforo y otros nutrientes. Además, el proceso de compostaje aeróbico, por su temperatura, destruye de manera efectiva los agentes patógenos y los parásitos que han sobrevivido el tratamiento de digestión anaeróbica. El compost listo es húmedo, compacto y puede

Figura 41. Secado del estiércol digerido y traspaso de lodos. Foto: Kossmann (gtz / GATE)

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distribuirse mediante herramientas simples. Con la mayoría de los medios de transporte disponibles en los países en desarrollo, su transporte es más fácil que el transporte de estiércol líquido

21.2 COMPOSICION DEL LODOProceso de biometanizaciónLa digestión anaeróbica extrae carbono, hidrógeno y oxígeno del sustrato. Los nutrientes esénciales para plantas (N, P, K) siguen en gran medida en el estiércol. La composición de agentes fertilizantes en el estiércol digerido depende de la fermentación del sustrato y, por consiguiente, puede variar dentro de ciertos límites.Para un promedio diario de sustrato tasa de alimentación de 50kg por unidad de ganado (UG= 500 kilogramos de peso vivo) y un rendimiento diario de gas de 1m3/UG, la masa del sustrato afluente se reducirá en un 2% por el proceso de biometanización (peso específico de biogás: 1,2kg/m3). ViscosidadLa viscosidad de la mezcla disminuye significativamente, porque la cantidad de sólidos volátiles se reduce en un 50% en el curso de un proceso estable de la fermentación. Además, las largas cadenas de carbono (celulosa, el alcohol y los ácidos orgánicos) se convierten en cadenas cortas.OlorLos efluentes de lodos de carbono son mucho menos oloroso que el afluente (estiércol, orina). Dando suficiente tiempo de retención, casi todas las sustancias olorosas son completamente digeridas.NutrientesLas propiedades de fertilización de la materia digerida están determinadas por la cantidad de sustancias minerales y oligoelementos que contenga. En los suelos tropicales, el contenido de nitrógeno no es necesariamente de gran importancia -suelos lateríticos, por ejemplo, son más propensos a sufrir de una falta de fósforo. Todos los nutrientes tales como nitrógeno, fósforo, potasio y magnesio, así como los oligoelementos esenciales para el crecimiento vegetal, se conservan en el sustrato. La relación C / N es reducida por la pérdida simultánea de carbono, esto generalmente mejora el efecto fertilizante, ya que una menor proporción C/N (aprox. 1:15) tiene un efecto fisiológico favorable. La Tabla 5 a continuación muestra el contenido aproximado de nutrientes de los diferentes sustratos, donde se debe recordar que los valores reales pueden variar considerablemente, dependiendo de los forrajes consumidos por los animales. El contenido de fosfato (“P2O5” es la forma de fósforo válida para las plantas) no es afectado por la fermentación. Alrededor del 50% del contenido de fósforo total está disponible para las plantas en forma de fosfato. Del mismo modo, la fermentación anaeróbica no altera el tipo de potasio válido (75 a 100% del total de potasio).Compuestos de nitrógeno

Figura 42. Eliminación de lodos en Tailandia. Foto: Kossmann (gtz/GATE)

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En contraste con los anteriores nutrientes, algunos compuestos de nitrógeno en modificaciones durante la digestión anaeróbica. Alrededor del 75% del nitrógeno contenido en el estiércol fresco está integrado en macromoléculas orgánicas, y el 25% está disponible en forma mineral como amonio. Los efluentes contienen aproximadamente el 50% de nitrógeno orgánico y el 50% de nitrógeno mineral. Los niveles establecidos sólo se pueden tomar como valores aproximados, ya que varían ampliamente, dependiendo del tipo de animal implicado, la composición de los forrajes, el tiempo de retención, etc. El nitrógeno mineral puede ser directamente asimilable por las plantas, mientras que los compuestos de nitrógeno orgánico deben ser primero mineralizados por los microorganismos en el suelo.

21.3 EFECTO FERTILIZANTE DE LOS LODOS EFLUENTESEl estiércol digerido es más eficaz cuando se esparce en los campos, poco antes del inicio de período de la vegetación. Las dosis adicionales pueden darse periódicamente durante la fase de crecimiento, con cantidades y calendario en función de la cosecha en cuestión. Por razones de higiene, sin embargo, las hortalizas de hoja no deben ser revestidas.Asumiendo que el suelo debe recibir el fertilizante suficiente para reemplazar los nutrientes que se extrajeron en el momento de la cosecha, cada hectárea requiere una dosis promedio de 33kg N, 11kg de P2O5 y 48kg K2O para compensar una producción anual de 1-1,2 toneladas de, por ejemplo, sorgo o maní. Dependiendo del contenido nutritivo de los materiales digeridos, serán necesarias 3-6t de sustancia sólida por hectárea para cubrir el déficit. Para aportes con 90% de humedad contenida, la cantidad requerida llega a 30-60t por hectárea y año. Esto aproximadamente corresponde a una capacidad anual de entre 6 y 8 m3 de biogas.

Efecto Cáustico en pastizalesLos lodos digeridos tienen mucho menos efecto cáustico sobre los pastizales que el estiércol líquido fresco. Los efluentes son también muy adecuados para su uso como un "revestidor" siempre que se juzgue que su aplicación brinda mejor efecto fertilizante.

Figure 43. Experimentos de campo con lodos en Tailandia. Foto: Kossmann (GTZ / GATE)

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EutrofizaciónSe puede causar un serio daño ecológico mediante la aplicación de lodos de fertilización en excesivas cantidades o en el momento equivocado, es decir, cuando la capacidad de asimilación de las plantas es baja. El "lavado" con nitrógeno puede causar un exceso de fertilización (eutrofización), de la tierra y del agua superficial.

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22 RENDIMIENTO ANUAL DE ESTIÉRCOL Y CONTENIDO DE NUTRIENTES EN EXCREMENTOS ANIMALES

Tabla 5: producción anual de estiércol y contenido de nutrientes en excrementos de vaca, cerdo y gallina, compilados a partir de diversas fuentes

Rendimiento total anual [Kg/LSU/a] y porcentaje de contribuciónPeso total Sólidos totales Sólidos

volátiles N

Kg/a Kg/a % Kg/a % Kg/a %Vaca 16100 1850 11,6 1400 8,7 77 0,5Cerdo 13500 1130 8,4 900 6,7 102 0,8Gallina (estiércol fresco) 18250 4020 22 3170 17,4 232 1,3Gallina (estiércol seco) 4230 3390 80 2560 60 146 3,5

Rendimiento total anual [kg/LSU/a]y porcentaje de contribución

Relación nutritiva(P2O5=1)

P2O5 K2O N P2O5 K2OKg/a % Kg/a %Vaca 34 0,2 84 0,5 2,3 1 2,5Cerdo 56 0,4 35 0,3 1,8 1 0,6Gallina (estiércol fresco) 194 1 108 0,6 1,2 1 0,6Gallina (estiércol seco) 193 4,6 106 2,5 0,8 1 0,6

LSU (livestock unit): unidad de ganado mayor (= 500kg de peso vivo) Fuente: Producción y utilización de biogás en las zonas rurales de los países industrializados y en desarrollo, Schriftenreihe der GTZ, No. 97, pp. 71-72;Después: Rager, K. Th.: Abwassertechnische und wasserwirtschaftliche Probleme der Massentierhaltung, Darmstadt, FRG, 1971, p. 38

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23 MONITOREO, MANTENIMIENTO Y REPARACIÓNEl mantenimiento de una planta de biogás consta de todos los trabajos necesarios para garantizar un funcionamiento libre de problemas y una larga vida útil. La reparación reacciona a los fallos del sistema de biogás. Los servicios de mantenimiento deben ser realizados por el administrador o el operador principal de la planta de biogás o de un técnico bien entrenado. Hay que tener en cuenta que las mediciones que indican problemas pueden estar equivocadas. Todas las mediciones dudosas tienen que ser verificados. A menudo, un síntoma tiene variadas razones posibles.

23.1 TRABAJO DE MANTENIMIENTO DIARIO

Control Errores Eliminación

Presión de gasPresión demasiado alta (Aumenta si el consumo es inferior a la producción y si el dispositivo de almacenamiento está lleno)

Válvula de alivio de presión en mal funcionamiento - debe ser limpiada o reemplazada

Presión demasiado baja (Disminuye si el consumo -incluyendo pérdidas- es superior a la producción o si el dispositivo de almacenamiento está vacío)

Pérdida en algún conducto o accesorio - debe encontrarse la pérdida y

sellarse Producción deficiente de biogas - debe controlarse la calidad de

los lodosTemperatura del sustrato (Plantas calefaccionadas) (Las bacterias son muy sensibles a las temperaturas extremas y sus fluctuaciones)

Muy alta temperatura

Sistema de control de calefacción defectuoso - Se debe cambiar o reparar las partes comprometidas del sistema de control

Muy baja temperatura

Sistema de control de calefacción defectuoso - Se debe cambiar o reparar las partes comprometidas. Capa de sedimentación cubriendo la superficie calefactora - Se deben remover los sedimentos

Producción de gas

Producción claramente por debajo de los niveles normales

Razones biológicas: temperatura, tipo de sustrato, cambio del valor de PH, antibióticos;Pérdidas en el sistema de tuberías; Cañería de gas bloqueada debido a la presencia de agua o elementos extraños;Identificar el problema y actuar en consecuencia

Fuerte olor de los lodos Planta sobrecargada o condiciones de fermentación por debajo de las óptimas

Reducir el consumo de sustrato o corregir el valor de PH por medios adecuados

23.2 TRABAJOS DE MANTENIMIENTO SEMANAL/MENSUAL (PROFILÁCTICO) Limpiar los aparatos de gas; Lubricar piezas móviles (deslizantes, marcos rectores de las plantas tambor flotante,

grifos, etc.) Prestación de los motores impulsados por biogás en los intervalos de tiempo

preestablecidos; Mantenimiento de las válvulas de alivio y presión;

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Mantenimiento del agitador / mezclador; Control de impermeabilidad y función de los aparatos y accesorios de gas

Control de funciones

Control Errores EliminaciónSeparador de agua Separador de agua no automático

lleno Vaciar el separador de agua

Sistema de tuberías No se junta agua en el separador; pendiente de las tuberías incorrecta

Reinstalar las tuberías de manera que el flujo de condensación lleve al separador de agua

Válvulas de alivio y presión Válvulas sin funcionamiento Limpiar o renovar válvulas

23.3 TRABAJOS DE MANTENIMIENTO ANUAL Verificar la corrosión de la planta y, si fuera necesario, renovar el revestimiento de

material de protección; Verificar la estanqueidad de las tuberías de gas (ensayo de presión). Si es necesario,

buscar las pérdidas y reparar de las piezas en cuestión. Nota: las fugas menores usualmente no son detectadas durante la operación normal, ya que son “compensadas” por la producción de gas.

23.4 MONITOREOEl monitoreo o seguimiento incluye todas las actividades de recopilación de datos sobre una planta de biogás. La recolección de datos sobre el desempeño de unidades de biogás es necesaria para:

detectar los problemas en el funcionamiento de la unidad; disponer de una base para la evaluación económica; disponer de una base para comparar los diferentes modelos y diferentes modos

de operaciónLas mediciones y otros datos que resulten necesarios para la optimización de la unidad de biogás existentes deben ser registrados por el propietario o por una persona designada por este. Los registros deben incluir los siguientes datos:

La cantidad y el tipo de sustrato, incluyendo la cantidad de agua de mezcla. La temperatura del sustrato, si es necesario en las diversas etapas del flujo (plantas

con calefacción). Mediante la medición de la temperatura del sustrato, pueden ser detectadas las fallas en el sistema de calefacción.

La producción de gas: las mediciones se efectuarán con un medidor de gas entre el digestor y el gasómetro (producción de gas) o entre este y los puntos deel consumo (el consumo de gas). En las plantas simples, la producción de gas puede ser estimado durante los momentos de no consumo. Los cambios en la producción de gas y la velocidad con que ocurren dan pistas valiosas sobre la naturaleza del problema.

La producción de electricidad y calor en las unidades de cogeneración PH (mensual); la ingesta de sustrato registrada; Contenido de sulfuro de hidrógeno en el gas (mensual); Análisis del valor fertilizante de los lodos (anual o estacional) para determinar la

cantidad óptima a esparcir en los campos. Registros de averías y sus causas. Por medio de este historial es mas fácil detectar

las posibles razones de las fallas y compararlas.

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Más allá de esto, existen diversas instituciones, asociaciones y empresas que llevan a cabo una serie de mediciones para distintos tipos de plantas de biogás. Estas series, registros y evaluaciones sirven para analizar los errores con el objetivo de difundir y optimizar la tecnología del biogás, así como para evitar los errores del pasado.

23.5 REPARACIONESLas averías que pueden aparecer durante la operación de las plantas de biogás se describen en lo siguiente. La alteración que se presenta con mayor frecuencia es la producción de gas insuficiente, que puede tener una variedad de razones diferentes. A veces, las observaciones y experimentos podrían llevar semanas hasta encontrar una solución perfecta o adecuada.Perturbaciones Posibles razones Medidas que deben tomarseTuberías de alimentación o descarga bloqueadas Material fibroso dentro de la tubería

o capa de sedimentación bloqueando el extremo inferior de la misma

Limpieza de la tubería con un palo; eliminación de la capa de sedimentación hurgando a través de la entrada y salida

Tambor flotante atascado Capa de natación

Girar el domo con mayor frecuencia. Si el giro no es posible, quitar el domo y remover la capa de natación

Marco rector roto Soldar, reparar y engrasar el marco rector

Hundimiento del nivel de estiércolDigestor no impermeable

Si las grietas del digestor no se sellan por sí mismas en semanas, vaciar el digestor y sellarlas

Almacenamiento de gas insuficiente Colector de gas no estanco debido a grietas o material corroído

Sellar grietas, reemplazar las partes corroídas

Grifos bloqueados Corrosión Abrir y cerrar varias veces y engrasar o reemplazar los grifos

Cañería de gas no estancaCorrosión o porosidad; conexiones deficientemente selladas

Identificar las partes con fugas;reemplazar las partes corroídas o porosas; volver a sellar las conexiones

Pérdidas de gas repentina 8, Rotura de la cañería de gas9, Trampa de agua de soplado automático vacía10, Grifo de gas abierto

4. Reparar o reemplazar5. Añadir agua de relleno; detectar la razón de sobre-presión;redimensionar la trampa de agua6, Cerrar grifo

Fluctuaciones en la presión del gas

1. Tubería bloqueada;2, Agua en la tubería.

1. Comprobar el funcionamiento de la trampa de agua, instalar de trampas de agua en las depresiones del sistema de tuberías o eliminar estas depresiones;2. identificar las partes bloqueadas (comenzar con la salida de gas, las conexiones a los aparatos y curvas), limpiar de las partes respectivas;

Las medidas de reparación son tomadas en caso de alteraciones agudas o durante los trabajos de mantenimiento de rutina. Las que van más allá del trabajo de mantenimiento de rutina tienen que ser realizadas por especialistas, ya que el dueño de la planta de biogás en la mayoría de los casos no tiene las herramientas y los conocimientos técnicos necesarios. En cualquier caso, el servicio de mantenimiento anual debe ser realizado por un técnico especializado de biogás.En los países industrializados con grandes instalaciones y una buena infraestructura, un profesional de servicios de biogas puede cubrir un área grande. En los países en desarrollo con pequeñas unidades dispersas, los problemas logísticos pueden obstaculizar gravemente la evolución de un servicio profesional y comercial de biogás. Los siguientes enfoques se dan

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para asegurar que las unidades de biogas construidas se mantengan y, de ser necesario, se reparen:

El enfoque de los agricultores técnicos: de un grupo de agricultores de biogás, se selecciona uno excepcional con el fin de incentivarlo a someterse a entrenamiento para mantenimiento y reparación y a tomar esto como un trabajo extra. El énfasis debe ser puesto en la formación de gestión. Para hacer sostenible esta iniciativa, el productor técnico debe tener un ingreso razonable.

El enfoque por grupos temáticos: si la demanda de plantas de biogás es alta, el proyecto o la compañía de biogás puede tratar de instalar unidades de biogás en una agrupación regional a fin de minimizar las distancias para el servicio de mantenimiento.

El enfoque de subvención del transporte: un técnico profesional de biogás es soportado económicamente con el transporte por el proyecto de biogás o por los departamentos gubernamentales (por ejemplo, la extensión agrícola, servicios veterinarios). El técnico también puede recibir una bicicleta o una moto pequeña como aporte inicial, el costo inicial puede ser compartido por el proyecto de biogás o directamente a cargo de los agricultores.

Sin embargo, los problemas logísticos se pueden resolver, el ingrediente fundamental para la evolución de un servicio profesional y comercial de biogás es la formación de los futuros técnicos, tanto en términos técnicos como de gestión. La experiencia demuestra que esto puede tomar varios años. Los proyectos de biogás deberían, por tanto, planificarse con un horizonte de tiempo no demasiado estrecho.

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24 UTILIZACIÓN DE BIOGAS

24.1 PRODUCCION DE GASSi se conoce la cantidad diaria de estiércol disponible (peso fresco), la producción de gas por día en los países tropicales cálidos aproximadamente corresponderán a los siguientes valores:

1kg de estiércol de ganado - 40 litros de biogás 1kg de estiércol de búfalo - 30 litros de biogás 1kg de estiércol de cerdo - 60 litros de biogás 1kg de estiércol de gallina - 70 litros de biogás

Si el peso vivo de todos los animales cuyo estiércol se pone en la planta de biogás es conocido, la producción diaria de gas corresponde aproximadamente a los siguientes valores:

Ganado, búfalos y pollo: 1,5 litros de biogás por día por cada 1kg de peso vivo. Los cerdos, los seres humanos: 30 litros de biogás por día por cada 1kg de peso.

24.2 ACONDICIONAMIENTO DE BIOGASA veces, el biogás debe ser tratado / acondicionado antes de su utilización. Las formas predominantes del tratamiento con finalidad de eliminación ya sea de agua, sulfuro de hidrógeno o dióxido de carbono del gas en bruto son: Reducción del contenido humedadEl biogás suele estar totalmente saturado con vapor de agua. Se trata de enfriar el gas, por ejemplo, por direccionamiento a través de una tubería subterránea, de modo que el exceso de vapor de agua se condensa a temperatura inferior. Cuando el gas se calienta de nuevo, su contenido relativo de vapor disminuye. El "secado" de biogás es especialmente útil en relación con el uso de contadores de gas seco, de otra manera con el tiempo se llenan de agua.Reducción del contenido de sulfuro de hidrogenoEl sulfuro de hidrógeno en el biogás se combina con el agua que se condensa y forma ácidos corrosivos. Los aparatos de calefacción de agua, motores y refrigeradores están particularmente en riesgo. La reducción del contenido de sulfuro de hidrógeno puede ser necesaria si el biogás contiene una cantidad excesiva, es decir, más del 2% de H 2S. Dado que la mayoría del biogás contiene menos de 1% de H2S, la desulfuración normalmente no es necesaria.Para los sistemas de tamaños pequeños y medianos, la desulfuración puede efectuarse mediante la absorción en hidratos de hierro (Fe (OH)3), también conocido como pantano de hierro, una forma porosa de la limonita. La masa purificadora granular puede ser regenerada por la exposición al aire.La capacidad de absorción de la masa de purificación depende de su contenido de hidratos de hierro: el pantano de hierro, que contiene 5-10% de Fe (OH)3, puede absorber alrededor de 15 g de azufre por Kg. sin ser regenerado y aproximadamente 150g/kg a través de regeneraciones repetitivas. Es de notar que muchos tipos de suelos tropicales (lateritas) son naturalmente ferralíticos y adecuados para su uso como purificador de la masa.Otro proceso de desulfurizacion, mostrando buenos resultados, se ha desarrollado en Costa de Marfil y se aplica con éxito desde 1987. Se bombea aire a través del depósito de gas en

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una proporción de 2% al 5% de la producción de biogás. La toma de aire mínima para la completa desulfurización tiene que ser establecida por ensayos. Las bombas de acuario son un implemento barato y confiable para el bombeo de aire contra la presión del gas en el gasómetro. El oxígeno del aire conduce a un bio-catalizador, la separación estabilizada del azufre lo deposita sobre la superficie de los lodos. Este simple método funciona mejor, cuando el gasómetro está por encima del estiércol, dado que las bacterias necesarias requieren de humedad, calor (unos 37°C) y nutrientes.En los países industrializados y para las plantas grandes, este proceso ha alcanzado un nivel satisfactorio. Para las plantas de pequeña escala en los países en desarrollo, sin embargo, el uso de una bomba eléctrica se hace problemático debido a la falta de electrificación o la poca confiabilidad del sistema. Bombear el aire con una bomba impulsada por una bicicleta funciona, en principio, pero es un método engorroso, que será abandonado tarde o temprano.Es posible evitar la desulfurización totalmente, sólo si se utilizan electrodomésticos de acero inoxidable. Pero incluso si están disponibles, sus costos son prohibitivos para los usuarios de pequeña escala.Reducción del contenido de dióxido de carbonoLa reducción del contenido de dióxido de carbono es complicada y cara. En principio, el dióxido de carbono puede ser eliminado por absorción en la leche de cal, pero esta práctica produce "mares" de pasta de cal y por lo tanto se debe descartar, especialmente en relación con las plantas a gran escala, para el cual sólo los procesos de alta tecnología como la micro selección son dignos de consideración. El "lavado" de CO2 rara vez es aconsejable, excepto con el fin de aumentar la capacidad de envases individuales para el almacenamiento a alta presión.

24.3 QUEMADORES DE BIOGASEn los países en desarrollo, el principal requisito de la utilización del biogás es la disponibilidad de quemadores de biogás, diseñados especialmente o aparatos de consumo adaptados. Las diferencias relativamente grandes en la calidad del gas a partir de plantas diferentes, e incluso de una misma planta (la presión del gas, la temperatura, el poder calorífico, etc.) deben tenerse en consideración. El corazón de la mayoría de las aplicaciones de gas es su quemador. En la mayoría de los casos, los quemadores del tipo atmosférico, que operan con premezclado de aire/combustible, son preferibles. Debido a las complejas condiciones del flujo y la cinética de reacción, los quemadores de gas desafían cálculos precisos, de modo que el diseño final y los ajustes deben ser obtenidos en forma experimental. En comparación con otros gases, el biogás necesita menos aire para la combustión.

Figura 44. Diagrama esquemático de un quemador de gas. Fuente: Producción y utilización de biogás en las zonas rurales de los países industrializados y en desarrollo, Schriftenreihe der GTZ N º 97, pg.185

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Por lo tanto, los aparatos de gas convencionales necesitan inyectores de gas más grandes cuando se utilizan para la combustión de biogás. Cerca de 5.7 litros de aire son necesarios para la combustión completa de un litro de biogás, mientras que se requieren para butano 30,9 litros y 23,8 litros para propano.La modificación y adaptación de los quemadores de tipo comercial es una cuestión de experimentación. Con respecto a los quemadores de butano y propano, es decir, los tipos más fácilmente disponibles, se ofrecen los siguientes punteros:

Butano/propano tiene hasta tres veces el poder calórico del biogás y casi el doble de velocidad de propagación de la llama.

La conversión a biogás siempre resulta en valores más bajos de rendimiento.Las medidas prácticas para la conversión incluyen:

Ampliar la sección transversal del inyector por un factor de 2-4 con el fin de aumentar el flujo de gas;

Modificar el suministro de aire de combustión, en particular, si se tiene un controlador de flujo aire;

Aumentar el tamaño de las aberturas del inyector (evitar si es posible).El objetivo de todas estas medidas es lograr una llama ligeramente azulada, estable y compacta.

24.4 EFICIENCIALa eficiencia calorífica de la utilización de biogás es de 55% en las estufas, el 24% en los motores, pero sólo el 3% en las lámparas. La eficiencia de una lámpara de biogás es sólo la mitad de la de una lámpara de kerosene. La manera más eficiente de utilizar el biogás se encuentra en una combinación con calor; se puede llegar al 88% de eficiencia. Pero esto sólo es válido para instalaciones más grandes y con la condición de que el calor de escape se utilice de forma rentable. El uso de biogás en las estufas es la mejor manera de explotar la energía de biogás para las familias campesinas en los países en desarrollo.

Aparatos Lámparas de gas Motores Estufas a gas Combinación con calor

Eficiencia[%] 3 24 55 88

Para la utilización del biogás pueden asumirse las siguientes tasas de consumo en litros por hora (l/h):

Quemadores hogareños: 200-450 l/h Quemadores industriales: 1000-3000 l/h Heladera (100 l) en función de la temperatura exterior: 30-75 l/h Lámpara de gas, equivalentes a bombilla de 60 W: 120-150 l/h Motor diesel/biogás por CV: 420 l/h

Figure 45. Distintos tipos de quemadores de biogás en una exposición agrícola en Pekín / China. Foto: Grosch (gtz / GATE)

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Generación de 1 kWh de electricidad con mezcla diesel/biogas: 700 l/h Prensa de moldeo de plásticos (15g, 100 unidades) con mezcla diesel/biogas: 140 l/h

El biogas también se puede utilizar para otras necesidades de energía en la región del proyecto. En algunos casos también se utiliza para tostado de café, hornear pan o esterilización de instrumentos.

24.5 DEMANDA DE GASEn los países en desarrollo, la demanda de energía en el hogar está fuertemente influenciada por la cocina y los hábitos alimenticios. La demanda de gas para cocinar es baja en las regiones donde la dieta se compone de verduras, carne, productos lácteos y cereales de grano pequeño y mayor en culturas con una cocina complicada y donde el maíz de grano entero o frijoles son parte de la alimentación diaria. Como regla general, la demanda de energía para cocinar es más alta para las familias bien acomodadas que para las familias pobres. La demanda de energía es también función del precio de la energía. La energía cara o escasa se utiliza con más cuidado que la energía abundante y barata.El consumo de gas para cocinar por persona se sitúa entre 300 y 900 litros por día, el consumo de gas para una familia de 5 miembros con 2 comidas diarias está entre 1500 y 2400 litros por día. En los países industrializados, el biogás, casi siempre sustituye a las fuentes de energía existentes, como la electricidad, diesel u otros gases. El objetivo de la producción de biogás debe ser menor que satisfacer una demanda determinada, en su lugar, la producción de biogás tanto y tan barato como sea posible es un objetivo alcanzable. Cualquier excedente disponible puede proveer de electricidad a la red. La demanda de gas es impulsada por el mercado, mientras que en los países en desarrollo, la demanda de gas es impulsada por las necesidades.

Figure 46. La unidad de generación (la utilización de electricidad y calor). Fotos: Krämer (TBW)

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25 RENDIMIENTO DE GAS Y CONTENIDO DE METANO DE VARIOS SUSTRATOS

Tabla 6: Rendimiento de gas y contenido de metano de diferentes sustratos luego de un período de 10-20 días de tiempo de retención y

una temperatura de proceso aproximada de 30ºCSustrato Rendimiento de gas

[l/Kg. SV*]Contenido de Metano [%]

Estiércol de cerdo 340-550 65-70Estiércol de vaca 90-310 65Estiércol de ave 310-620 60Estiércol de caballo 200-300Estiércol de oveja 90-310Estiércol de corral 175-280Paja de trigo 200-300 50-60Paja de centeno 200-300 59Paja de cebada 250-300 59Paja de avena 290-310 59Paja de maíz 380-460 59Paja de canola 200Paja de arroz 170-280Cubierta de semilla de arroz 105Lino 360 59Cáñamo 360 59Césped, gramínea 280-550 70Typha Elefantina, junco del sur de Asia 430-560 60Bagazo de caña 165Retama 405Junco 170Trébol 430-490Residuos vegetales 330-360Cáscara de papa 280-490Remolacha de azúcar fresca 400-500Hojas de girasol 300 59Residuos agrícolas 310-430 60-70Semillas 620Cáscara de maní 365Hojas caídas 210-290 58Jacinto de agua 375Algas 420-500 63Lodos de depuradora 310-740

* SV = Total de sólidos volátiles, por ejemplo, ca. El 9% de la masa total de estiércol líquido para las vacasFuente: Producción y utilización de biogás en las zonas rurales de los países industrializados y en desarrollo, Schriftenreihe der GTZ, No. 97, pg. 63, después de: Félix Maramba, Biogás y Reciclaje de Residuos - La Experiencia de Filipinas, Metro Manila, Filipinas, 1978

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