Biogas-construccion y Funcionamiento Biodigestores

BIOGASconstruccin y funcionamiento

de biodigestores plsticosde flujo continuo

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onstruccin y funcionamiento de biodigestores

PresentacinLa presente publicacin da cuenta de los resultados de la utilizacin -por parte de productores familiares, en su mayora queseros artesanales- de una tecnolo-ga de bajo costo: los biodigestores, para la produc-cin de una energa renovable: el biogs.

En ella se describe el proceso de instalacin de los bio-digestores, as como las diferentes adaptaciones reali-zadas para su mejor uso y aprovechamiento, producto del trabajo y la creatividad de los productores que los implementaron junto a la tcnica que los orient.

Se recogen aqu las lecciones aprendidas a lo largo de una serie de experiencias. En la primera de ellas, realizada en un pequeo establecimiento lechero de la zona de Castillos (Rocha), se adapt -para las condiciones climticas de nuestro pas- la tecnologa original utilizada en Centroamrica.

Posteriormente, y a partir de tres proyectos1 apoyados y financiados por el Programa de Pequeas Donacio-nes (FMAM/PNUD), se fue aplicando y mejorando la tecnologa en cada caso, se realizaron intercambios entre productores y tcnicos y se difundi a otras ins-tituciones y actores interesados en la temtica.

Esperamos que esta publicacin sea de utilidad para los productores y sus familias, para tcnicos e insti-tuciones.

Agradecemos a todos quienes contribuyeron, de un modo u otro, a su realizacin, as como tambin al Proyecto Colonia Integra, que la financia, colaboran-do as con la difusin de estas experiencias.

1 Produccin de energa renovable (biogs) en establecimien-

tos lecheros y utilizacin de subproductos generados por el

biodigestor, ejecutado por IES. 2006-2008

Produccin de biogs y biofertilizantes en tambos, ejecuta-

do por la Sociedad de Productores de Leche de San Ramn.

2008-2011

Tratamiento de efluentes y utilizacin de energas alternativas

en un pequeo tambo y quesera orgnicos, ejecutado por el

Centro Emmanuel. 2008-2011.

Sandra BazzaniCoordinadora NacionalPrograma de Pequeas DonacionesPPD/FMAM/PNUD

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Introduccin Las actividades humanas liberan gases de efecto in-vernadero a la atmsfera. La agricultura y la ganade-ra son algunas de las ms importantes, debido a la liberacin de gas metano, que es uno de los gases de efecto invernadero responsables del calentamien-to global y del cambio climtico. De las emisiones de gas metano generado por la actividad humana, el 30% proviene de la cra de ganado (vacuno, ovino, lanar, suino).

La mayor parte del metano liberado por la cra de animales es producido por la fermentacin ent-rica de los alimentos por parte de las bacterias y otros microorganismos en sus tractos digestivos. La emisin de gas metano debido a la descomposicin anaerbica del estircol animal tambin contribuye en este sentido, aunque en una menor proporcin.

Por otra parte, el uso de fertilizantes qumicos au-menta las emisiones de otro de los gases que pro-voca el efecto invernadero: el xido nitroso. El nitr-geno que contienen muchos abonos y fertilizantes minerales aumenta los procesos naturales de nitrifi-cacin y desnitrificacin que producen las bacterias y otros microbios en el suelo. Estos procesos con-vierten parte del nitrgeno en xido nitroso. La canti-dad de este gas emitido en cada unidad de nitrge-no aplicado al suelo depende del tipo y cantidad de fertilizante, las condiciones del suelo y el clima.

La tecnologa aqu presentada no solamente permi-te el desarrollo de una energa renovable (el biogs) sino que tambin contribuye a mitigar el cambio cli-mtico al reducir las emisiones de metano de la des-composicin anaerbica del estircol y al sustituir el uso de fertilizantes nitrogenados.

Su uso a nivel de pequeos establecimientos le-cheros disminuye la contaminacin producida por la acumulacin de estircol en torno a las salas de ordee, y evita las emanaciones de gas metano que se producen en estas pilas de estircol.

Esta tecnologa posee algunas ventajas importantes: es fcilmente replicable y de bajo costo de instala-

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cin, de fcil incorporacin a nivel de pequeos pro-ductores y la utilizacin del subproducto obtenido de la biodigestin (biofertilizante lquido) que es de gran valor fertilizante para uso en cultivos y pasturas.

Adicionalmente, su incorporacin y uso, est en l-nea con las polticas pblicas que Uruguay est lle-vando adelante en materia energtica.

En este sentido, al igual que otros pases de la re-gin, Uruguay ha pasado por aos de crisis energti-ca. Esto ha repercutido directamente en la economa de los pequeos y medianos productores debido a los altos costos de los combustibles provenientes del petrleo. En respuesta a ello, se est cambiando la matriz energtica nacional, y se apuesta a gene-rar la mitad de su energa con fuentes renovables en 2015.

Para poder explotar los recursos energticos propios y renovables (agua, viento, sol y biomasa), es nece-saria la participacin ciudadana donde cada indivi-duo tome conciencia de la importancia de generar fuentes de energa cada vez ms independientes de los derivados del petrleo.

La utilizacin de la tecnologa aqu presentada, es un ejemplo de dicha participacin, en que se incorpo-ra a la matriz energtica la energa proveniente del biogs.

Experiencias con biodigestores plsticos de flujo continuo desarrolladas en Uruguay

Durante 2006, con apoyo de la CND- Corporacin Nacional para el Desarrollo, se llev adelante una ex-periencia piloto de produccin de biogs en un esta-blecimiento lechero de la zona de Castillos (Rocha), dedicado a la produccin de quesos artesanales. El objetivo fue validar una alternativa de produccin de energa de bajo costo y su facilidad de incorporacin

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a nivel de pequeos productores.

Se instal un biodigestor de polietileno de flujo con-tinuo y se evalu su funcionamiento durante un pe-rodo de seis meses (verano y otoo).

La tecnologa original utilizada en pases de Centroa-mrica fue adaptada a las condiciones climticas de Uruguay para mejorar su eficiencia.

El biogs se comenz a generar a los 35 das lue-go de instalado el biodigestor, y fue utilizado en el predio para el lavado de instalaciones y mquina de ordee, coccin de cuajada para la elaboracin de quesos, etc.

Se evalu tambin la produccin de gas en el otoo e invierno, resultando suficiente para cubrir las nece-sidades del establecimiento. Por su parte, el reque-rimiento de mano de obra necesaria para alimentar el biodigestor a diario, no super los 45 minutos por da.

Biodigestor en funcionamiento.

Predio de Sebastin y Mirto Lpez, Castillos

(mayo de 2006).

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Utilizacin de biogs en la elaboracin de quesos artesanales.

Predio de Sebastin y Mirto Lpez (Castillos).

Por otra parte se evalu la disminucin en la canti-dad de estircol acumulado en el entorno del tambo, con la consiguiente disminucin en los malos olores y en la presencia de insectos, con respecto a la si-tuacin inicial y mejorando por ende la calidad de la leche y de los quesos producidos.

Tambin se evalu la sustitucin de otras fuentes de energa utilizadas en el establecimiento como el gas butano, la lea y la energa elctrica por biogs, sus-tituyndose hasta en un 100% las dos primeras y en un 50% la tercera.

Posteriormente, el Instituto de Estudios Sociales, con el apoyo y financiacin del Programa de Peque-as Donaciones del Fondo para el Medio Ambiente Mundial que se implementa a travs del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo, llev adelan-te un proyecto denominado Produccin de energa renovable (biogs) en establecimientos lecheros y utilizacin de subproductos generados por el biodi-gestor.

Dicho proyecto fue llevado adelante durante 18 me-ses, en 8 predios demostrativos en los departamen-tos de San Jos y Rocha, con el objetivo de con-tribuir a mejorar las condiciones ambientales. Esta tecnologa se valid en el departamento de Rocha como alternativa de produccin de energa en forma de biogs, y su incorporacin en predios lecheros. Y la experiencia se replic en predios queseros de la cuenca lechera del departamento de San Jos.

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Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

y Participacin de 50 productores lecheros y quese-ros y 30 alumnos de Escuelas Agrarias capacita-dos en el manejo de la tecnologa.

y Funcionamiento de biodigestores en invierno me-diante la incorporacin de estructuras de protec-cin (macrotnel).

y Reduccin y sustitucin por biogs en un 50 % de los gastos de energa en base a gas butano y/o lea de los predios involucrados.

y Adaptacin de un motor naftero a biogs, y prue-ba de funcionamiento de una mquina de ordee en uno de los tambos.

y Uso y evaluacin de los subproductos generados por los biodigestores (biofertilizante lquido) en el comportamiento agronmico de cultivos y prade-ras en uno de los predios demostrativos. Los indi-cadores demostraron una mejora en las propieda-des fsicas, qumicas y biolgicas de los suelos a los que se les aplic este biofertilizante.

y Adquisicin de estercolera, herramienta indispen-sable para esta tarea, que es gestionada de forma colectiva, mediante un reglamento en cuya elabo-racin participaron los propios productores.

y Compresin y envasado del biogs en forma arte-sanal y demostrativa en el mbito predial.

Utilizacin de biodigestores

La digestin anaerbica, biodigestin o metanacin es el uso de procesos biolgicos en un medio anae-rbico (sin oxgeno) para romper cadenas de mol-culas complejas en sustancias ms simples.

Esta forma de digestin es la ms sencilla y segura para dar tratamiento a excrementos humanos y ani-males en zonas rurales.

Como resultado de la investigacin en la tecnologa del biogs se han desarrollado diferentes diseos de plantas, ejemplo de ello son el modelo de la India y el modelo chino. Estos han tenido problemas por la aparicin de grietas en el cemento con que se los construye, especialmente en perodos donde las temperaturas son muy altas.

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El Dr. Preston en Centroamrica, con el fin de resol-ver estas limitantes, desarroll un sistema de biodi-gestor utilizando polietileno en vez de cemento. Una de las principales ventajas de un biodigestor de po-lietileno (BDP) comparado con otros modelos, es el bajo costo de instalacin y mantenimiento. Adems, los materiales utilizados se encuentran sin dificultad en el mercado.

El biodigestor es de flujo continuo, porque el volu-men de caldo que ingresa en la bolsa que acta de cmara de digestin, desplaza la misma cantidad de efluente (biofertilizante) por la salida. Y adems por-que la carga es rutinaria (diaria).

Biodigestores plsticos de flujo continuo

El biodigestor es un aparato formado por una bolsa doble de plstico donde se introduce y se fermenta estircol de diferentes animales.

Figura 1

Composicin del biogs

El biogs est formado por una mezcla de gases, y su composicin (cuadro 1), depende del tipo de re-siduo orgnico utilizado para su produccin y de las condiciones en que ste se procesa.

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Cuadro 1:

Componentes Frmula Qumica PorcentajesMetano CH4 60-70

Gas Carbnico CO2 30-40

Hidrgeno H2 1

Nitrgeno N 0,5

Monxido de Carbono CO 0,1

Oxgeno O2 0,1

cido Sulfhdrico H2S 0,1

Fuente: adaptado del Instituto de Investigaciones Elctricas de

Mxico, 1980.

Materiales necesarios para la construccin de un biodigestor de flujo continuo

Tuberas y accesorios Dimensiones1 platina de tanque de 1(una pulgada) Profundidad: 1 metro Largo: 13 metros 1 cupla de 1 Ancho: 1 metro 2 entre roscas con tuerca de 1 2 codos de 1 3 reboses de 1para plastiducto 1 tee de 1 1 rebose de 1 para plastiducto 1 reduccin de a 1 1 rollo de cinta pato 1 sella rosca grande 15 metros de plastiducto de 1 2 caos de hormign de 0,30 metros de dimetro por 1 metro de alto 1 llave de paso de metal de (guillotina).

Polietileno

34 metros de SILOFILM por 5,75 metros de circunfe-rencia/ 240 micrones (tubular).

Recomendacin: adquirir el material en fbrica, y asegurarse de que sea de primera calidad.

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Otros materiales complementarios

Nylon de silo de descarte, paja seca de cereales, costaneros, espuma plast de 4 cm., etc., para aislar la fosa.

Gomas de cmara de auto o camin y 2 arandelas de plstico duro o aluminio de 20 cm. de dimetro para realizar juntas.

1 recipiente de plstico de 3-5 litros para colocar la vlvula de seguridad.

6 recipientes de plstico de 3 litros de capacidad para armar el revolvedor de materia orgnica.

Instalacin del biodigestor

a) Localizacin de la fosa

Se excava una fosa sobre suelo firme y en forma tal que sus paredes de tierra no se derrumben y no que-den piedras cortantes ni races salientes, y se coloca aislante trmico y/o proteccin para los materiales constituyentes del biodigestor.

La fosa debe situarse cerca de las instalaciones des-tinadas al uso de biogs, como salas de ordee o de procesamiento de la leche, o locales donde se alojarn animales (cerdos, aves, etc.).

Es conveniente tambin que el efluente generado se pueda conducir a un depsito o fosa excavada en el suelo, prxima al biodigestor.

b) Dimensiones de la fosa

Para determinar las dimensiones es necesario tener en cuenta la cantidad de estircol que se puede ge-nerar y las necesidades de energa diarias del predio.

Las dimensiones de la fosa consideradas en los ca-sos demostrativos que se llevaron a cabo son de 1,20 metros de ancho por 1,20 metros de profundi-dad y 13 de longitud. En ambos extremos de la fosa deben excavarse, localizados en el centro de cada pared, huecos oblicuos hasta el fondo de la fosa

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donde se colocarn los caos de hormign o baldes de plstico de 20 litros que conformarn las bocas del biodigestor.

c) Construccin de la fosa

Para la construccin de la fosa se utiliza una m-quina retroexcavadora. Conviene realizar el trabajo desde la posicin lateral. Luego es necesario corre-girla a pala (figura 2) para nivelar el fondo y eliminar bordes no deseados que es imposible pulir con la retroexcavadora.

Figura 2

Figura 3

NOTA: es importante tener en cuenta que el mismo da de realizada la fosa con la retroexcavadora se debe armar y dejar instalado el biodigestor, para evi-tar desmoronamientos por condiciones ambientales adversas.

Fosa para biodigestor

Escuela Agraria de Libertad.

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Para proteger el polietileno de la bolsa y aislarla del suelo, sta puede forrarse con costaneros de made-ra, y luego bolsas de nylon, paja, cereales o pasto seco. Estos materiales actan de aislantes de la bol-sa ante las bajas temperaturas del suelo y tambin la protegen para que no se pinche si queda alguna piedra en el suelo de la fosa.

Construccin de biodigestor en

el predio del Sr. Barboza, Treinta y Tres.

Construccin de biodigestor en predio de Fredy Chury,

San Ramn, Canelones.

En otros casos de suelos muy livianos (arenosos), que tienen riesgo de desmoronamiento, la fosa pue-de construirse de mampostera (ladrillo, bloque), y revocarse para evitar que las asperezas del material rompan el nylon.

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Instalacin de biodigestor en predio de Guzmn Gonzlez,

Castillos, Rocha.

La tierra que se saca de la fosa se pone a los lados y se deja un camino para poder revisar el biodigestor.

Figura 4.

d) Preparacin de la bolsa

El polietileno tubular de 34 metros se extiende sobre un piso seco, firme y sin piedras u objetos cortantes y se dobla longitudinalmente a la mitad para cortar-lo, convirtindolo en dos tubulares de 17 metros de longitud cada uno.

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A continuacin, uno de los tubulares se introduce dentro de otro (el color negro debe quedar hacia fue-ra).

Es importante eliminar arrugas que vayan quedando en ambas piezas del polietileno y evitar todo tipo de torsiones en los tubulares.

Preparacin de la bolsa. Predio de Guzmn Gonzlez y Miguel Lechini

Preparacin de la bolsa. Predios Sr. Barboza y Fredy Chury

e) Colocacin de la vlvula de salida de biogs

Sobre la parte superior de la bolsa, a cuatro metros de cualquiera de los extremos y en el centro de sta, se coloca la vlvula de salida de gas.

Para colocar la vlvula de salida es necesario refor-zar el polietileno en esa rea con una goma de cma-ra de neumtico.

Se debe elegir un lugar prximo a donde se utilizar el gas.

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En el lugar elegido se realiza un corte de 1, se colo-ca la platina de tanque por dentro de la bolsa doble y se rodea con un trozo de cmara de neumtico.

La platina se une al resto de los accesorios por un rebose para plastiducto o cupla de PVC.

Figura 5: Colocacin vlvula de salida de biogs.

Predio de Miguel Lechini

Detalle del armado de la vlvula de salida de biogs.

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Una vez instalada la vlvula se coloca la bolsa dentro de la fosa.

Figura 6

f) Instalacin de las bocas del biodigestor

Se cierra un extremo de la bolsa y se pasa a travs de los baldes unidos en forma de tubo (o si es el caso a travs de tubos de cemento). Despus del ltimo balde debe sobrar un mnimo de 50 a 70 cm. de plstico, que se amarra con una correa larga de neumtico.

Luego se hace lo mismo en el otro extremo de la bolsa, pero no se amarra al final.

Armado de las bocas del biodigestor. Predios de Miguel Lecchini y Sr Barboza

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Ubicacin de las bocas del biodigestor

Utilizacin del nivel de agua.

Instalacin de biodigestor en predio del Sr. Barboza,

Treinta y Tres.

Utilizacin de escuadra a 45. Instalacin de biodigestor en la

Escuela Agraria de Rocha.

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h) Colocacin de removedor interno de materia orgnica

Dentro del biodigestor, sobre la superficie de la fase lquida, tiende a formarse una nata flotante cons-tituida por material fibroso no digerido por las bac-terias.

Esta nata puede deshacerse haciendo presin des-de el exterior del biodigestor sobre la bolsa, a lo lar-go de toda ella.

Tambin se puede colocar un revolvedor construido en forma casera con botellas de plstico de 3 litros, llenas de agua o arena, ubicadas cada 50 cm., y amarradas a una piola que atraviesa todo el biodi-gestor y que sale por cada una de las bocas, para moverlas de un lado al otro y poder batir la mezcla de estircol y agua. Las botellas se muestran en la fi-gura 4 en azul, y la piola que atraviesa el biodigestor, est pintada de rojo.

Figura 7.

g) Llenado de la bolsa con humo o aire

Manteniendo el nylon extendido y prximo al lugar donde se ubicar el biodigestor, se atan cada uno de los extremos de la bolsa con un trozo de goma de cmara de auto, permitiendo el pasaje de una manguera flexible de plstico, que llevar el humo o aire al interior de la bolsa para inflarla. Esta tarea es esencial para evitar que la bolsa se tornee al ubicarla dentro de la fosa y llenarla con agua, lo que quita espacio para almacenamiento del gas y deteriora el material del biodigestor.

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La bolsa puede ser inflada con el humo de combus-tin del motor de un tractor, teniendo la precaucin de que el humo caliente no derrita los materiales plsticos o de nylon.

Inflado de biodigestor con escape de tractor. Predio del Sr. Guzmn Gonzlez. Castillos. Rocha

Tambin puede ser inflada con la bomba de vaco de una estercolera.

Inflado de biodigestor. Predio del Sr. Justo Bonilla. San Ramn. Canelones

h) Llenado de la bolsa con agua

Tras ubicar la bolsa dentro de la fosa y nivelar las bo-cas del biodigestor (las dos a la misma altura), se llena con agua, hasta el nivel de las bocas donde se forma-r el sello de agua que impedir que se escape el gas.

De acuerdo con la ubicacin de las bocas, la bolsa se llenar con agua hasta el 75% de su capacidad total.

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Llenado de la bolsa con agua. Predio del Sr. Barboza, Treinta y

Tres.

i) Colocacin y funcionamiento de la vlvula de seguridad

La vlvula de seguridad se compone de un frasco plstico transparente de 3 litros de capacidad, sobre cuya boca destapada se coloca una T en PVC de 1.

En el extremo de la T, dirigido hacia adentro del frasco, se introduce un cao de 1 de PVC hasta lle-gar a penetrar en el agua contenida en su interior.

El nivel de agua debe mantenerse hasta la mitad, lo que se logra realizando huecos alineados en todo el contorno y a la altura de la mitad de las paredes del frasco.

Ante un llenado excesivo de la bolsa con biogs, ste ingresa a travs de la T, vence la tensin de la delgada lmina de agua y se expulsa en forma de burbujas, y posteriormente sale como gas por una ventana previamente abierta o por la boca, en la par-te alta del frasco. Esta ventana es usada para el lle-nado de la vlvula con agua, cuando baja su nivel. Se impide as que se rompa la bolsa de biogs por exceso o por un bajo consumo ocasional y se permi-te el almacenamiento de todo el biogs producido, hasta alcanzar la capacidad total del depsito (25% del volumen total del biodigestor).

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Los dos extremos superiores de la T son los de entrada y salida de biogs proveniente del biodiges-tor hacia la vlvula de seguridad y de sta hacia el quemador.

A un lado de la fosa se coloca un poste a 1,5 metros de altura donde se amarra la vlvula de seguridad, que debe mantenerse inmvil para que no se escape el biogs.

Detalle de vlvula de seguridad. Predios de Mara Anglica Prez. Rincn de

Conde Canelones y Mirto Lpez. Castillos. Rocha.

NOTA: Para la conservacin de los aparatos operados con biogs se debe extraer el cido sulfdrico que se genera en el proceso de biodigestin, a fin de evitar corrosin de metales, contaminacin y malos olores durante la combustin del biogs. Dentro de la T que est ubicada debajo de la vlvula de seguridad, se debe colocar esponjilla metlica de bronce o aluminio, que permita filtrar y descontaminar el biogs que va hacia el quemador. Esta esponjilla reacciona con el cido sulfhdrico, altamente txico, contenido en el biogs, convirtindolo en otro compuesto inofen-sivo.

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Luego de cumplir los pasos de la a a la i, el biodigestor puede verse as:

Figura 8

j) Carga diaria del biodigestor

Para la carga diaria de la mezcla de estircol y agua al biodigestor, se debe disponer de un recipiente que se ubique prximo a ste donde se realice la mezcla.

Puede ser una tarrina de plstico sin comunicacin con el biodigestor, o puede ser un recipiente de me-tal (tanque) con comunicacin directa a ste.

Otra opcin es construir a la entrada del biodiges-tor una cmara donde se pueda realizar la mezcla, como muestran las siguientes fotografas.

Recipiente para mezclar agua y

estircol. Predio de Vctor Azza-

nelli. San Ramn. Canelones

Cmara para realizar la mezcla de estircol y agua. Predio de Guzmn Gonzlez.

Castillos. Rocha

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Es conveniente colocar tapas en las bocas del bio-digestor, sobre todo en momentos donde haya pro-babilidad de lluvias, a fin de que no ingrese agua en exceso.

k) Almacenamiento del biogs excedente en bol-sas reservorio.

Para poder almacenar el biogs que se genera en pocas de primavera-verano, se recomienda contar con un bolsn construido con el mismo nylon que el biodigestor, pero colocando la bolsa sencilla y no doble como en el caso del biodigestor porque el gas no tiene presin.

Uno de los lados del bolsn se cierra con una goma de cmara de auto o bicicleta, y al otro extremo se le coloca una T de PVC y se cierra con la misma goma.

La bolsa se coloca en un lugar conveniente para el uso a nivel domstico, como una baranda o galpn contiguo a la cocina o lugar de utilizacin.

Bolsa colgada del techo para almacenamiento de biogs.

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Para aumentar la presin del gas se coloca una cuer-da alrededor de la bolsa que se va ajustando a medi-da que disminuye la presin de dicha bolsa.

l) Compresin y envasado del biogs a nivel predial

Se han realizado pruebas de compresin y envasado del biogs en forma artesanal y demostrativa a nivel predial, que deben mejorarse, ya que es pequeo el volumen de gas que se ha podido envasar. La razn es que requiere de otros procesos que no es posible realizar a nivel artesanal.

En las siguientes fotografas se muestra un compre-sor construido en forma artesanal que es utilizado para comprimir el gas e introducirlo a alta presin en garrafas.

Compresin y envasado de biogs.

Envasado del biogs en cmaras de cubiertas de tractor

Otra experiencia generada en Uruguay es la del en-vasado a nivel predial del biogs usando las cmaras viejas de cubiertas de tractor, donde el biogs es in-troducido en la cmara con la ayuda de un compre-sor de heladera.

Este recipiente tiene una capacidad de almacena-

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miento de 3 horas de uso de gas continuo a 20 libras de presin.

Funcionamiento del biodigestor

1) Valores de pH en la fase lquida

El rango de pH en la fermentacin anaerbica puede variar entre 6,7 y 7,5, un medio prcticamente neu-tro.

Si el biodigestor est funcionando de forma correcta el pH se mantiene dentro de este rango. Si se acidi-fica el medio, la accin de las bacterias metanog-nicas se inhibe, aumentando la proporcin de gas carbnico en el biogs. Las causas por las que se puede acidificar la fase lquida contenida dentro del biodigestor son:

y Un cambio excesivo en la cantidad de estircol aportada.

y El permanecer por largo tiempo sin recibir carga. y La presencia de productos txicos en la carga. y Un cambio amplio y repentino en la temperatura interna.

En algunos casos la acidez puede corregirse agre-gndole agua con cal a la fase lquida.

2) Relacin Carbono: Nitrgeno en el estircol

Los carbohidratos y las protenas son los nutrientes indispensables para el crecimiento, desarrollo, y ac-tividad de las bacterias anaerbicas.

El carbono contenido en el estircol es el elemento que las bacterias convierten en metano (CH4). El ni-trgeno es utilizado para la multiplicacin bacteriana y como catalizador en el proceso de produccin de biogs. Si su nivel es alto, el proceso se retarda por el exceso de amonaco y la alcalinizacin de la fase lquida y puede llegar a detenerse.

El contenido de carbono en el estircol de vaca es excesivo, como lo es tambin el contenido de nitr-geno en el estircol de cerdo. De all la posibilidad y ventaja de alimentar el biodigestor con excretas de

Envasado de biogs en cmaras

viejas de cubiertas de tractor.

Predio de Vctor Azanelli. Rincn

de Conde. Canelones.

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diferentes animales, para balancear el contenido de nutrientes e incrementar as la eficiencia en el proce-so de produccin de biogs.

A continuacin se presenta un cuadro que contiene informacin sobre la relacin carbono/ nitrgeno de diferentes tipos de excretas animales y restos de co-secha:

SUSTRATO RELACION C:N

Orina 0,8

Heces vacunas 10-20

Heces de cerdo 9-13

Heces de ave 5-8

Heces ovinas/ caprinas 30

Paja de cereales 80-140

Paja de maz 30-65

Hortalizas 35

3) Rangos de temperatura de operacin del bio-digestor

La tasa de fermentacin de los slidos orgnicos y su conversin parcial en biogs, estn directamente relacionadas con la temperatura interna de opera-cin. Aunque el proceso se lleva a cabo en un am-plio rango de temperaturas desde 15 a 60, la mayor eficiencia de conversin se obtiene en los rangos de temperatura mesoflico (30 a 40) y termoflico (55 a 60).

4) Suministro de estircol al biodigestor

El biodigestor debe alimentarse en forma diaria con 20 kg de estircol fresco, y 100 litros de agua.

5) Proporcin entre estircol y agua

Las excretas slidas contienen en promedio un 15 % de materia seca, pero deben ingresar al biodigestor como una suspensin de agua con aproximadamen-te un 3 % de materia seca. Esto implica que es ne-cesario realizar una mezcla de cinco partes de agua por una parte de estircol fresco.

Si esta proporcin no se cumple se produce un des-equilibrio dentro del biodigestor provocado por cam-bios de pH de la mezcla.

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6) Tiempo de retencin y cantidad diaria de es-tircol

El tiempo requerido para la digestin anaerbica ms eficiente de la materia orgnica retenida en el biodigestor es de 30 a 50 das. Por lo tanto, la canti-dad diaria de excretas para alimentar el biodigestor se calcula dividiendo el volumen de su fase lquida (75 % de su capacidad total) entre los 30-50 das de retencin.

Para estas medidas de biodigestores -13 metros de largo por 5 metros de dimetro- 20 kilos de estircol fresco y 100 litros de agua diarios son suficientes.

7) Nmero de animales necesarios para la ali-mentacin del biodigestor

La cantidad y composicin del estircol producido por las diferentes especies animales varan con el peso animal y con la cantidad y calidad del alimento consumido.

A continuacin se presenta un cuadro con la produc-cin diaria de estircol de diferentes animales:

Especie Animal Estircol Producido (kg/ da) en base hmeda y por 100 kg de peso vivo

Vacunos de carne 6

Vacunos de leche 8

Equinos 7

Ovejas o cabras 4

Cerdos 4

Conejos 3

En trminos generales, para alimentar diariamente un biodigestor de 13 metros de largo por 5 metros de dimetro, el predio debe disponer de 20 kg de estircol fresco.

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Utilizacin de biogs para generar energa en predios lecheros y queseros

Instalacin de tuberas para el desplazamiento del biogs hacia el lugar de utilizacin

El biogs se desplaza fuera de la campana del bio-digestor nicamente por efecto de la presin atmos-frica, por lo que se requiere un dimetro de tubera de al menos 1 pulgada hasta la entrada (quemador).

Si la distancia entre el lugar de produccin y el de utilizacin del biogs supera los 100 metros, el di-metro de la tubera debera ser de 1 pulgada y o mayor.

Instalacin de biodigestores en serie

Para tambos grandes se recomienda construir biodi-gestores en serie como se muestra en la fotografa.

Biodigestores en serie.

Adaptacin de motor esttico a nafta para produ-cir energa elctrica en base a biogs.

Para implementar la adaptacin del motor a nafta se debe utilizar un tubo que permita la introduccin de una mezcla de biogs y aire al cilindro del motor, para lo que se utiliza una manguera de goma de 1.

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Para la realizacin de la prueba de funcionamiento del uso de biogs en el motor naftero esttico de cuatro tiempos, se utiliz un motor marca Ballena, imitacin Honda de 5 HP.

Diseo del quemador

Una vez ingresada la tubera de 1 al lugar de utili-zacin del biogs, se le agrega una llave de paso de 1 con reduccin a y de ah se contina con una tubera de metal de .

Quemadores con llama abastecidos por biogs

Produccin y consumo de biogs

Despus de 30 35 das de haberse iniciado la carga del biodigestor con estircol y agua, en verano, oto-o y primavera, y siempre que la temperatura supere los 20C, se comienza a producir el biogs.

Esto permite que al acercar una llama o chispa al quemador se inicie una combustin con llama limpia de color azul y alta temperatura que permite la coc-

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cin rpida de alimentos y el calentamiento de lqui-dos, al igual que el gas propano (de uso domstico).

Uso del biogs a nivel domstico

En tres predios de productores pertenecientes a la Sociedad de Productores Lecheros de San Ramn (SPLSR), ubicados en Fray Marcos, Chamizo, y Rin-cn de Conde, donde se obtiene biogs se han ins-talado motores elctricos reciclados de heladeras (compresores) para darle ms presin al gas y poder utilizarlo en el tambo y la cocina.

Cocina en el predio de Vctor Azanelli en Rincn de Conde. Canelones.

El biogs tambin puede ser utilizado tambin para calefaccionar instalaciones de campo, para la cra de pollitos, y de otros animales recin nacidos tales como lechones.

Tambin puede usarse para iluminacin mediante lmparas incandescentes que no requieren gas a presin, para refrigeradores, calentadores de agua (calefones), fraguas para soldar, secadores para gra-nos y forrajes y funcionamiento de motores estticos para generar energa.

Valor del efluente del digestor como fertilizante (biofertilizante lquido)

El efluente generado dentro del biodigestor puede ser utilizado como abono orgnico, ya que la diges-

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tin anaerbica disminuye las prdidas de algunos nutrientes con respecto a la descomposicin del estircol al aire libre. De este modo, disminuye las prdidas de nitrgeno del 18 al 1%; en el caso del carbono, del 33 al 7 %; y con respecto al fsforo, al calcio y al potasio, las prdidas no son apreciables.

Este efluente, que pierde todo el olor caracterstico del estircol que lo origin, puede ser utilizado en el mejoramiento de suelos arcillosos y arenosos que son pobres en materia orgnica, y con problemas de estructura.

Depsito para reserva de biofertilizante que sale del biodigestor.

Predio de Miguel Lecchini (San Jos).

Esquema de biodigestor luego de terminada su construccin.

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Produccin de biogs en el predio del Sr. Guzmn Gonzlez.

Castillos. Rocha.

Protecciones adicionales al biodigestor En invierno, en zonas templadas donde la tempera-tura disminuye por debajo de los 18C, es conve-niente proteger el biodigestor con una estructura de polietileno (tipo macrotnel) lo que permite mantener el calor acumulado durante el da para que la fer-mentacin se realice de forma normal.

Se propone tambin, en pocas de verano, proteger el biodigestor con malla sombra (sombrite), caas u hojas de palma, a fin de disminuir la temperatura du-rante las horas del da, ya que las temperaturas ele-vadas inciden negativamente sobre la biodigestin y los rayos ultravioleta deterioran el polietileno.

Biodigestor con proteccin de malla sombra en verano/ sin proteccin en invierno

Predio del Sr. Miguel Lecchini (San Jos).

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Biodigestor con proteccin (macrotnel)

Parque Ute-Antel (Lavalleja)

Es conveniente construir un alambrado elctrico o cerca de alambre de malla en torno al biodigestor, para evitar el ingreso de animales que puedan rom-perlo.

Sitio donde se ubicar el biodigestor. Predio del Sr. Barboza.

Treinta y Tres.

Beneficios sociales de la incorporacin de la tecnologa a nivel productivo

Es conveniente la construccin de los biodigestores en forma participativa, es decir que las tareas que conlleva la instalacin sean realizadas colectivamen-

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te, con el apoyo mutuo entre vecinos. La razn es, adems de la necesidad de mano de obra, el inter-cambio que se da entre los productores, que permite incorporar nuevos elementos para la mejora del fun-cionamiento de los biodigestores y la transmisin del conocimiento.

Tambin el uso de biodigestores mejora la economa familiar reduciendo gastos por la compra de com-bustibles derivados del petrleo, lo que repercute directamente en la mejora de la calidad de vida de las familias. Las experiencias aqu expuestas permi-ten constatar un ahorro del 50 % de gas butano y energa elctrica que fueron sustituidos por biogs. A modo de ejemplo en una quesera que se compra-ban 4 garrafas de 13 kg se gas butano mensuales, luego de incorporar el biodigestor, se logr reducir la compra a 2 garrafas de gas por mes.

Beneficios de la incorporacin de biodigestores plsticos de flujo continuo en la actividad agropecuaria

El valor monetario del biogs se estima por su capa-cidad para reemplazar otras fuentes de energa pro-cedentes del petrleo que son utilizadas en zonas rurales como el gas butano, el gasoil, las naftas, el kerosn, etc.

Por otra parte, el doble valor que posee la tecnologa se traduce en su capacidad de reducir la emisin de gases a la atmsfera causantes del efecto inverna-dero, tales como el dixido de carbono y el gas me-tano, as como en la reduccin de uso de combus-tible derivado del petrleo por la captura controlada de metano.

El valor del efluente se calcula por el valor comercial de los nutrientes recolectados al final del proceso de biodigestin, o sea, el valor equivalente de los nu-trientes contenidos en fertilizantes comerciales.

Adems, supone una mejora en el control de la con-taminacin, y en la reduccin de malos olores (reduc-

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cin en la emisin de SO2), as como en el control de plagas, y favorece la reduccin de organismos pat-genos y de semillas de malezas.

Bibliografa

BOTERO R, y R, PRESTON. (1987). Biodigestor de bajo costo para la produccin de combustible y fer-tilizante a partir de excretas. Manual para su instala-cin, operacin y utilizacin. Universidad de EARTH. Costa Rica.

BOTERO, RAUL. 2000. El Biodigestor: Tecnologa sencilla y amigable con el ambiente, al alcance de todos. EARTH. Costa Rica.

INIA LA ESTANZUELA. 1992. Manejo de residuos or-gnicos en tambos. Boletn de divulgacin N23.

Taiganides, E.P. Biogs: recuperacin de energa de excrementos animales. Hemisferio Sur. 1980.

ZAPATA, A. 1998.Utilizacin del biogs para la ge-neracin de electricidad. FUNDACIN CIPAV. Cali, Colombia.

PPD-PPR. 2010.TALLER : Produccin de Biogs a escala familiar. Sntesis del trabajo en grupos, Colo-nia Valdense, Uruguay,

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Programa de Pequeas DonacionesEl Programa de Pequeas Donaciones (PPD) del Fondo para el Medio Am-biente Mundial que se implementa a travs del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) opera en 120 pases.

Su cometido es apoyar actividades de las comunidades locales en los te-mas ambientales relativos a mitigacin del cambio climtico, conservacin de la biodiversidad, proteccin de las aguas internacionales, reduccin de los impactos de los contaminantes orgnicos persistentes y la prevencin de la degradacin de tierras.

El conjunto de experiencias piloto desarrolladas junto a las comunidades lo-cales, permite generar nuevos modelos de desarrollo sustentable, mejorar su calidad de vida y su entorno ambiental.

El PPD en Uruguay comenz a ejecutarse en noviembre de 2005. Desde en-tonces, el Comit Nacional de Coordinacin, (compuesto por representantes de la Universidad de la Repblica, de organizaciones de la sociedad civil, de la Direccin Nacional de Medio Ambiente y del PNUD), ha aprobado 67 pro-yectos por un monto de 1.300.000 dlares, y ms de 200 organizaciones de la sociedad civil han presentado alrededor de 350 propuestas de proyectos.

Los proyectos deben ser gestados en lo local, participativos en su formulacin, ejecucin y evaluacin y adecuarse a las necesidades de las comunidades.

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AgradecimientosAl aporte de todos los productores.

Al MSc el Profesor Ral Botero, docente de la EAR-TH (Universidad del Trpico Hmedo) por su conti-nuo apoyo.

A mi familia por su invalorable apoyo en las jornadas de trabajo y aportes a la mejora del funcionamiento de la tecnologa.

A todas las instituciones que hicieron posible la ge-neracin de experiencias en el pas y la reedicin de esta cartilla.

A todos ellos mi ms profundo agradecimiento.

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Proyecto Colonia IntegraIntendencia de ColoniaGral. Flores 481, Colonia.Tel.: (+598) 45230329e-mail: [email protected]

La presente publicacin ha sido impresa con la asistencia de la Unin Europea. El contenido de la misma es responsabilidad exclusiva de los autores y en ningn caso debe considerarse que refleja los puntos de vista de la Unin Europea.

ANA CECILIA CASTILLOS NICODELLAIngeniera Agrnoma, Egresada de la Facultad de Agronoma. Universidad de la Repblica Oriental del Uruguay en 1996. Tcnico especialista en reas de agricultura familiar, energas renovables y abonos orgnicos. Extensionista de campo con experiencia de trabajo en equipos multidisciplinarios. Desde 1996 trabaja en la Coordinacin y Ejecucin de actividades de capacitacin, Elaboracin y Se-guimiento de proyectos de inversin en reas pro-ductivas y ambientales para diferentes instituciones pblicas y privadas. Ha desempeado tareas de responsabilidad tcnica en proyectos ejecutados por el Instituto de Estudios Sociales, y la Sociedad de Productores de Leche de San Ramn, financiados por el Programa de Peque-as Donaciones de Uruguay. Se desempea como Asesora tcnica para progra-mas del Ministerio de Ganadera Agricultura y Pesca de Uruguay (Programa de Produccin Responsable, Programa Ganadero y Programa Uruguay Rural).Integrante del Equipo Tcnico del Instituto de Estu-dios Sociales (IES).Autora de numerosos artculos sobre diferentes te-mticas en revistas agropecuarias de circulacin na-cional y publicaciones acadmicas.

Autora: Ana CastillosRevisin tcnica: Sandra Bazzani y Virginia SenaRevisin edicin: Itziar AncnCoordinadora Nacional del PPD/FMAM/PNUD: Sandra BazzaniAsistente de Programa del PPD/FMAM/PNUD: Virginia SenaAsistente Comunicacin del PPD/FMAM/PNUD: Itziar Ancn, Voluntaria Programa UNV

BIOGASconstruccin y funcionamiento

de biodigestores plsticosde flujo continuo

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Biogas-construccion y Funcionamiento Biodigestores

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