Curso de Formación Especializada en Biogás para … · muro perimetral en estanques tipo laguna....

Curso de Formación

Especializada en Biogás para

Profesionales

Módulo 2

Diseño de Plantas Pequeñas

Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS

Para entender y asimilar lo que involucra la instalación de una Planta Pequeña, primero se debe tener

clara la definición de ciertos conceptos básicos y claves. A continuación se definen y aclaran los

siguientes conceptos:

Planta de Biogás: Entiéndase por toda instalación de producción, almacenamiento y suministro de

biogás, para uso y consumo del mismo, incluyendo todo equipamiento, edificios e instalaciones

complementarias que permiten la operación de dichas instalaciones.

Instalaciones Pequeñas: Se define como, toda instalación de producción y suministro de Biogás cuya

Potencia Nominal es menor o igual 180kW.

Por ultimo se debe tener en cuenta los Tipos de biodigestores más comunes presentes en una Planta

de Biogás Pequeña:


1.1. Tipos de Digestores Pequeños

A continuación se presentan los más comunes modelos de digestores a baja escala.

• Tipo Domo Flotante Hindú o Modelo Indiano

• Tipo Domo Fijo Chino o Modelo Chino

• Tipo Estructura Rígida y Gasómetro Externo

• Tipo Batch o Discontinuo

• Tipo Laguna Cubierta

• Tipo Mezcla Completa


• Tipo Domo Flotante Hindú o Modelo Indiano


• Tipo Domo Fijo Chino o Modelo Chino


• Tipo Estructura Rígida y Gasómetro Externo


• Tipo Batch o Discontinuo: Estanque rígido sobre suelo o semienterrado, aplicable a pequeñas y grandes plantas, aunque en aplicaciones domesticas, es poco practico.


• Tipo Laguna Cubierta: Derivados de los Tipo Cubierta Flexible

• Tipo Mezcla Completa: Pueden derivar de los Tipo Cubierta Rígida o Flexible.

Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS

• Canalización de Purines y Aguas

• Separación de Solidos

• Biodigestión Anaeróbica

• Acumulación y almacenamiento de Digestato

• Conducción de Biogás hacia equipos de consumo


Canalización de Purines y Aguas: Canalización de purines (patio de espera, ordeña y alimentación) y

aguas (lavado de la sala de ordeña y patios, aguas lluvias) mediante canaletas abiertas para facilitar su

limpieza normalmente construidas de hormigón armado o tuberías de PVC.

Canalización con tubería 300mm. Canalización con hormigón tipo canal abierta.


Separación de Solidos: Realizada de forma mecánica o por gravedad, cuya función es atrapar materia

no biodigerible. Corresponden a arena, piedras, restos de fibra de alimentos, plásticos, maderas,

entre otros, que son arrastradas por los purines. Los dispositivos mas comúnmente usados en plantas

pequeñas y medianas son los siguientes.

• Decantadores: Separación por efecto de la gravedad. Presenta menor

inversión inicial y gasto operacional, pero a mayores tiempos de retención

hidráulica (TRH) y menores eficiencias de operación.

• Prensas Electromecánicas: El purín es sometido a presión y forzado a

pasar por tamices que permiten el paso de la fase liquida, reteniendo las

partículas sólidas gruesas (obtenidas con bajo contenido de humedad).

Requiere un mayor número de equipos, potencias de trabajo altas

(generalmente 6 a 10 kW), además de una bomba para suministrar la

mezcla hacia el separador, haciéndolo costoso que otros sistemas.


Biodigestión Anaeróbico: Generalmente son construidos con geomembranas interiores ancladas a un

muro perimetral en estanques tipo laguna. Una vez instalada se genera un sello hermético con la

geomembrana superior. Como se utiliza la fase líquida, estos biodigestores pueden prescindir de

sistemas de agitación permanente y se pueden instalar sistemas de tubería para realizar agitación de

forma esporádica.

Instalación de Geomembrana inferior. Instalación de Geomembrana superior.


Acumulación y almacenamiento de Digestato: Corresponde al acopio de los purines digeridos

(digestato), desde donde se retira para ser usado como fertilizante en las praderas o cultivos. Estos

estanques pueden ser construidos con geomembranas, hormigón o cualquier otro material resistente

a la corrosión. El tamaño de este acopio depende de las necesidades del propietario, es decir, si se

utiliza el digestato para riego de praderas, y el propietario riega cada tres meses, el diseño se hará en

función de este tiempo.

Estanque de Acopio con Geomembrana PVC.


Conducción de Biogás hacia equipos de consumo: Conducción mediante tuberías, del biogás

producido a los equipos de generación energética, ya sean calderas (energía térmica), grupo

electrógeno (energía eléctrica) o cogeneración (energía térmica y eléctrica combinada). Estas tuberías

deben ser resistentes a la corrosión generada por el ácido sulfhídrico (H2S) y agua. Además, deben

respetar una pendiente mínima que considere el punto de recolección de agua condensada en su

interior. Se recomienda pintar las tuberías de color amarillo representando la conducción de gas e

incluir señalética apropiada (letreros de advertencia, cinta de peligro, etc.) en caso de estar

enterradas, previniendo la rotura de estas una vez instaladas.

Ejemplo de tubería PVC para transportar biogás.


El tratamiento con biodigestores es una alternativa eficiente para disminuir la Demanda Biológica de Oxigeno

(DBO5) de los residuos orgánicos o, en otras palabras, reducir su contenido de materia orgánica.

Figura 1-1. Planta general de un Sistema Predial de Biodigestión. Fuente: Biotecsur


En general para diseñar y llevar a cabo la construcción y puesta en marcha de una planta de biogás se

requiere:

• Realización de Estudio Preliminar.

• Realización de Diseño e Ingeniería.

• Realización de Estudio Preliminar: Indispensable para el éxito del proyecto. Corresponde a la fase de

recolección de datos tales como la cantidad de vacas, peso promedio, alimento suministrado, tiempo de

estabulación, área disponible para el diseño del biodigestor, tipo de suelo, existencias de napas subterráneas,

demanda de energía térmica y eléctrica, entre otras. El estudio determina el sustrato producido y cantidad de

agua añadida al sistema, ya sea asociado al lavado de los patios y equipos o por lluvia. Además, determina el

potencial de generación de biogás y se evalúan los diferentes factores que pueden intervenir en la fase de

diseño.


• Realización de Diseño e Ingeniería: Corresponde al dimensionamiento de los elementos principales de

una planta de biogás, tales como el volumen del biodigestor, decantadores, estanque de acopio, entre otros.

Además, se determina el espacio necesario para la construcción de la Planta, definiendo la ubicación y

posterior diseño de red de tuberías, cámaras de registro y ubicación de los decantadores. Finalmente, se

recalcula y/o testea la cantidad de biogás a producir con el fin de evaluar su utilización y beneficios

económicos del proyecto. Algunos de los productos esperados de esta etapa son:

• Planos de detalles constructivos.

• Especificaciones técnicas.

• Lista de materiales.

• Memorias de cálculo.

• Planos As-Built de la planta.

Una vez realizado lo anterior y construida la planta se debe ingresar la carpeta de inscripción de proyecto a

la Superintendencia de Electricidad y Combustibles.

Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES

RILes: Corresponden a un Residuo Industrial Líquido.

RISes: Corresponden a un Residuo Industrial Sólido.

En el caso particular de este módulo, usaremos la definición anterior para referirnos a la materia

orgánica mezclada con agua, las que pueden provenir de los procesos propios e intrínsecos de cada

plantel, industria o sala de proceso y sus instalaciones.

RILes = (Materia Orgánica) + (Agua)

NOTA: Resulta importante mencionar que los RILES se diferencian de los RISES por la cantidad de agua que

contenga su composición. Los RISES, no necesariamente son materia orgánica en ausencia de agua, pese a que

uno pudiese pensar lo contrario debido a su definición formal (Residuos Industriales Solidos).


NOTA: La forma más sencilla de detectar si estamos en presencia de un RIS es cuando los desechos industriales

no pueden ser bombeados y requieren de equipamiento especializado y/o específico para ser movilizados. De lo

anteriormente expuesto se sub-entiende que la única forma de que un RIS ingrese a un biodigestor es en forma

sólida y no líquida, excepto si se produjera una trituración y posterior mezcla con un líquido (con otro RIL, por

ejemplo y/o directamente con agua) para transformarlo en un RIL, proceso que se conoce como licuefacción.

Materia Orgánica (MO): Se define como la materia compuesta de productos orgánicos que provienen

de restos de organismos que alguna vez estuvieron vivos, tales como plantas y animales.


Agua: Por definición, los RILES o RISES son MO + Agua, sin embargo esta agua no siempre es simplemente agua

(H2O), también puede ser agua de algún proceso en particular o una mezcla de aguas provenientes de varios y

diversos procesos y, por consecuencia, no es agua pura (H2O), arrastrando con ella materia solida diluida o no

diluida. Además, dicha materia sólida puede ser orgánica, mineral o una combinación de ambas.

NOTA: Finalmente, en particular para plantas de pequeña escala, su aplicación se encuentra acotada

principalmente a la agro-industria lechera, de crianza porcina y, en menor proporción, en el sector industrial

avícola, a escuelas agrícolas (mezcla de animales), a nivel doméstico (casas donde se cuenta con algunos

animales más los residuos provenientes de los baños), casinos de empresas, entre otros. Bajo este contexto, el

RIL corresponde a las excretas de dichos animales, conocido como purín.

RILes = (Materia Orgánica) + (Agua)

RILes = (Purín) + (Agua)

En concordancia a esta expresión es que se

hace indispensable la estimación de estas

dos variables y así abrir paso al diseño de

una planta productora de biogás pequeña.


3.1. ESTIMACIÓN DE PURINES (teórico)

La estimación se realiza de forma teórica, ya de forma empírica resulta impracticable en términos técnicos y

económicos. La forma empírica contempla instalar un artefacto de recolección de residuos para su posterior

medición, como se ilustra en las siguientes imágenes.

Muestreo de Orina en Litros Diarios (Valdivia, Sandoval Castro) Bolsa Recolectora de Orina para Hembras Bovinas (Vacas en Pastoreo)


3.1.1. Fuente de Purines (tipos de purines)

En la agro-industria, los purines provienen de distintas fuentes, desde cultivos varios y ganado bovino en el caso

de los planteles lecheros, ganado porcino para el caso de los planteles de crianza y engorde de cerdos, y desde

una masa de aves y grano para el caso de planteles avícolas. Para la recolección de estas fuentes es indispensable

contar con un periodo diario de estabulación e instalaciones que lo permitan. Este corresponde al tiempo en el

cual los animales se encuentran confinados dentro de un establecimiento cerrado, posibilitando la recolección de

los purines. Las principales fuentes de purines corresponden a:

Cultivos: Hojas y frutos derivados de plantaciones para alimentación humana y animal (ganado) presente en

predios donde se encuentran inmerso los planteles.

Ganado: Corresponde, en su mayoría aunque no exclusivamente, a planteles bovinos y porcinos. Requiere

contar con un periodo de estabulación que permita la recolección de la materia orgánica.

Grano: Remanente de la alimentación que se le brinda a la masa animal. Esta fuente representa una mayor

fracción en sistemas de estabulación prolongada debido al uso de comederos para la alimentación animal.


3.1.2. Co-digestión (2 o más tipos de purín)

Se denomina “co-digestión” al tratamiento conjunto de dos o más residuos. Esta alternativa presenta grandes

ventajas tanto en la afectación en forma inmediata al proceso, como en el largo plazo en la mejora del proceso.

Ventaja en el ámbito de la afectación inmediata al proceso:

La co-digestión anaerobia permite aprovechar la complementariedad de la composición de los residuos para hacer

procesos más eficientes, unificar la gestión de estos al compartir instalaciones de tratamiento, reduciendo costos de

inversión y operación.

Ventajas en el ámbito de la afectación al proceso, en el largo plazo:

Desarrollo de nuevos pre-tratamientos del tipo mecánico, térmico, enzimático, microbiológico, entre otros, con el fin de

reducir el tamaño de partícula y/o incrementar la biodegradabilidad de los residuos.

Valoración de nuevos sustratos de elevado potencial de biogás como la glicerina y otros subproductos de la producción de

biocombustibles líquidos, destríos de la producción citrícola y hortofrutícola, cultivos energéticos específicos para

producción de biogás, micro-algas, etc.

NOTA: A modo de aclaración, la co-digestión no sólo es la mezcla entre varios tipos de purines, sino que también su mezcla con otros

RILES o RISES, en un porcentaje considerable de aporte de todos los sustratos involucrados en la mezcla, (por ejemplo: purín de vaca

con suero de leche en un 75 y 25%, respectivamente).


3.1.3. Cálculo de Purines Mediante Ecuación

Se debe considerar que uno de los parámetros más importantes para el diseño de un biodigestor es la estimaciónde la biomasa disponible como sustrato para generación de biogás. Para lograr esto se debe entender que cadaejemplo expuesto en este capítulo puede ser replicable para cualquier tipo de biomasa, independiente de suprocedencia.

A modo de ejemplo, nos basaremos en el manejo del sector agro-industrial lechero, debido a que es el máscomún, complejo y replicable para otros planteles del mismo sector. A continuación se ilustra la expresiónutilizada para la estimación de purines generados:

𝑃𝑢𝑟𝑖𝑛𝑒𝑠𝑘𝑔

𝑑í𝑎= 𝑃𝑣 ∙ 10% ∙ 𝑁𝑣 ∙

𝑇𝑝

24

Dónde:

𝑷𝒗: Peso promedio de las vacas en (Kg). Se considera que el 10% del peso vivo es estiércol y orina generada

durante las 24 horas del día (kg/día).

𝑵𝒗: Número de vacas (unidad)

𝑻𝒑: Tiempo de permanencia en patios por día (hrs/día). Corresponde al porcentaje de estabulación.


Un ejemplo de cálculo se muestra en la siguiente tabla:

Tabla N°01: Resultados de Cálculos de Potencial Cantidad de Purines

Dato

Total

Kg/día

Pv Nv Tp Ag Dp/1000 m3/día m3/mes m3/año

3,832

2,045

2,935

2,050

4,051

1,555

2,832

1,045

3,050

5,051

12.040

To

tal

Ca

nti

da

d P

uri

ne

s

Ge

ne

rad

os

en

(K

g/d

ía)

16.142

Fe

cas

y

Ori

ne

s

Se

gú

n (

Tp

)

7.8763.0211.143

Datos y Cálculos

Aportados

5,0 4.102

Total de

Aguas

Fa

cto

r S

eg

ún

Re

laci

ón

Ag

ua

s y

Fe

cas

con

Ori

ne

s

3,935

Otr

os

Re

sid

uo

s A

po

rte

de

"S

ue

ro"

en

(K

g/d

ía)

592 888 1.428

Predio

1 550 358

Total Purines

Generados

Pe

so P

rom

.

Va

cas

(Kg

)

N°

Va

cas

en

Ord

eñ

a

Tie

mp

o e

n

Pa

tio

s (h

r)

Ge

ne

raci

ón

Dia

ria

Da

tos

16,14 484,26 5.811

Ge

ne

raci

ón

Me

nsu

al

Ge

ne

raci

ón

An

ua

l

De

nsi

da

d

de

l P

urí

n

(m3/K

g)

0,001

Datos y Cálculos Aportados

Cantidad de Agua que Posee la

Mezcla de Sustrato en (Kg/día)

Ag

ua

s

Su

cia

s e

n

(Kg

/día

)A

gu

as

Llu

via

en

(Kg

/día

)A

gu

as

de

Lav

. P

iso

s y

Ub

res

0

Re

laci

ón

de

Ag

ua

en

Fu

ncó

n d

e l

as

Fe

cas

y

Ori

ne

s S

eg

ún

(T

p)

3 500 206 5,0 2.146 572 1.562 2.266 4.399 6.545 0,001 6,55 196,35 2.3560

4,78 143,32 1.720

3.473 0,001 3,477 550 150 2,0 688 710 875 1.200 2.785

2.907 4.7778 550 204 4,0 1.870 02,555

12 500 103 4,0 858 496 904 1.030 2.431 3.289 0,001 3,29

453 1.151 2.160 3.764 9.41414 600 90 16,0 3.600

98,666 1.184

2.050

0

0,001 9,41 282,41 3.389

104,18 1.2500

0,001


3.2. ESTIMACIÓN AGUAS DE APORTE

Aparte del purín mismo, se debe considerar el aporte de aguas en la producción de purines, por lo general

proviene de tres orígenes:

Aguas sucias (del lavado de equipos de leche como: equipos de ordeña y estaque de frio)

Aguas lluvia (de techos sin canalizar, construcciones sin techar y superficie de pozos purinero)

Aguas de lavado (agua lavado de pisos y patios, y agua de lavado de ubres en el caso del sector lechero)

Tabla N°02: Agua Utilizada para Lavado de Pisos y Equipos en Lecherías

EDITOR: Francisco Salazar

Ingeniero Agronomo. INIA REMEHUE.

CONSORCIO LECHERO

La Cadena Lactra de Chile

ORIGEN

Agua Lavado Equipos Ordeña

Agua LavadoTK-Frío o Leche

Total =

Agua Lavado de Ubres

Agua Lavado de Pisos

5,0 s/inf. s/inf.

40,8 5,8 172,9

1,1 0,5 2,3

31,2 2,0 169,4

MínimoMedia

(Litros/vaca/día)

3,5 11,11,5

Máximo Este cuadro 1.1. Se desprende de

l ibro ti tulado: "Manual de Manejo y

Utilización de Purines de Lechería"

Fuente: F. Salazar, INIA REMEHUE, "Manual de Manejo y Utilización

de Purines de Lechería", Capítulo 1, Cuadro 1.1, página 14


3.2.1. Aguas Sucias

Corresponde al lavado de equipos de leche, como lo son los equipos de ordeña y estaque de frío o leche.

Aguas de lavado de equipos de ordeña: Corresponde a una mezcla de agua además de detergente y

desinfectantes en baja concentración utilizados para el lavado y desinfección del equipo de ordeña. Esta agua,

dependiendo del manejo, puede ser canalizada a un pozo purinero u a otro especialmente habilitado para ello,

no debiendo ser evacuadas a cursos de agua sin tratamiento previo de depuración. El volumen de agua limpia

utilizada para lavado de equipos está estandarizado para los distintos tipos de sala de ordeña, dependiendo

también de las distintas rutinas manuales o automáticas que son entregadas por el proveedor de los equipos e

insumos de ordeña. Para calcular el agua a utilizar se puede utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒑𝒐𝒔 𝒐𝒓𝒅𝒆ñ𝒂[𝒍

𝒅í𝒂] = 𝟐𝟕, 𝟕𝟓 ∙ 𝑼𝑬𝑶 + 𝟏𝟑𝟒, 𝟒

Donde 𝑈𝐸𝑂 corresponde a las unidades de equipos de ordeña.


3.2.1. Aguas Sucias

Aguas de lavado de estanque de frío o leche: Corresponde a una mezcla de agua limpia y de detergentes

utilizados para el lavado y desinfección del estanque de frío. En general, las empresas recomiendan utilizar una

cantidad de agua de lavado equivalente al 1% de la capacidad total del estanque, las cuales deben ser

ponderadas por las fases de lavado de acuerdo a la rutina recomendada. Para calcular el agua a utilizar se puede

utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 𝒇𝒓í𝒐[𝒍

𝒅í𝒂] = 𝟎, 𝟎𝟒𝟎𝟑 ∙ 𝑪𝒆 + 𝟏𝟏, 𝟏𝟓𝟑

Donde 𝐶𝑒 corresponde a la capacidad del estanque en litros.


3.2.2. Aguas Lluvia

Aguas lluvia de techos sin canalizar: Corresponde a aguas lluvia que reciben los techos de las distintas

construcciones de la sala de ordeña, patios de alimentación, confinamiento u otros. En un gran porcentaje, estos

techos se encuentran sin canaletas y sistemas de conducción de aguas en forma independiente y son

descargadas a los pisos, siendo contaminados con las fecas y/u orina, formando parte de los purines. El volumen

de agua colectado dependerá directamente de la superficie de techos sin canalizar y la pluviometría del

emplazamiento. Para calcular el agua a recibir se puede utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂 𝒔𝒊𝒏 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒓[𝒍

𝒅í𝒂] =

𝑺𝒕𝒆𝒄𝒉𝒐𝒔∙𝑷

𝟑𝟔𝟓

Donde,

𝑆𝑡𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠 ∙corresponde a la superficie de los techos en [m2]

𝑃 corresponde a la pluviometría en mmagua/año equivalente a litros/(m2·año)


3.2.2. Aguas Lluvia

Aguas lluvia de construcciones sin techar: Corresponde a aguas lluvia que reciben los patios y pisos de las

distintas construcciones de los patios de espera, patios de alimentación y pisos de las instalaciones que están

descubiertos y que normalmente son superficies cementadas. Al contaminarse con las fecas y/u orina, forman

parte de los purines y deben ser conducidos al pozo purinero para ser almacenados. El volumen de agua

colectado dependerá directamente de las superficies cementadas y la pluviometría del emplazamiento. Para

calcular el agua a recibir se puede utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂𝒔 𝒔𝒊𝒏 𝒕𝒆𝒄𝒉𝒂𝒓[𝒍

𝒅í𝒂] =

𝑺𝒑𝒂𝒕𝒊𝒐𝒔∙𝑷

𝟑𝟔𝟓

Donde,

𝑆𝑝𝑎𝑡𝑖𝑜𝑠 corresponde a la superficie de los patios sin techar en [m2]

𝑃 corresponde a la pluviometría en mmagua/año equivalente a litros/(m2·año)


3.2.3. Aguas de Lavado

Aguas de lavado de pisos y patios: Corresponde a agua utilizada para la limpieza de pisos, patios y/o

construcciones en general, tanto en sala de ordeña, como en instalaciones anexas como patios de estabulación

espera o alimentación. El uso de agua limpia tiene una gran variación entre predios y dentro del mismo predio,

dependiendo de la época del año. El factor humano es relevante dado que es el operador quien decide la

cantidad de agua a utilizar. Para calcular el agua a usada se puede utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒊𝒔𝒐𝒔 𝒚 𝒑𝒂𝒕𝒊𝒐𝒔[𝒍

𝒅í𝒂] = 𝑵𝒗 ∙ 𝟑𝟏, 𝟐

Donde 𝑁𝑣 corresponde al número promedio de vacas en ordeña. El valor 31,2 corresponde a la estimación de

litros de agua utilizada para limpieza por vaca al día.


3.2.3. Aguas de Lavado

Aguas de lavado de ubres: Corresponde a agua limpia utilizada para la limpieza de la ubre de las vacas a ordeñar

y el piso de sala de ordeña de forma focalizada. El factor humano es relevante dado que es el operador quien

decide la cantidad de agua a utilizar. Para calcular el agua a usada se puede utilizar la siguiente ecuación:

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒖𝒃𝒓𝒆𝒔𝒍

𝒅í𝒂= 𝑵𝒗 ∙ 𝟓

Donde 𝑁𝑣 corresponde al número promedio de vacas en ordeña. El valor 5 corresponde a la estimación de litros

de agua utilizada para limpieza de las ubres por vaca al día.


3.2.4. Ejemplo de estimación de aguas

Tabla N°03: Datos Utilizados para la Estimación de Aguas

Extrac.

Cua.1.1Dato

Adicio.

Dato

Adicio.

2161.500Abierto01.500NoNo

Predio Áre

a Te

cho

Leva

ntam

ie

nto

Terr

eno

Si Si No Abiertos Si

No

No Techado Si

No

No No Abierto Si

No No

No No Si Abierto Si

1.500

0

10.987

3.000

70

0

Alimen.

TechadoSi0

Lavado y

canalizadoRaspado y

lavado

3.200

Utiliza

las

aguas

Lluvias

Si/No

Caidas

agua en

direc-

ción a

patios

Si/No

Canali-

zado

de

aguas

Lluvias

Si/No

Patios

Abiertos

o

techados

Datos

Adicionales

(Lit

ros

agua

lluví

a. /

m2)

al a

ño.

1.500

1.500

1.500

Dat

os

1

3

1.500 138

Extracto Tabla N°4: (Tabulación Datos Específicos 1)

Datos

Adicionales

(Lit

ros

agua

lluví

a. /

m2)

al a

ño.

Áre

a Pa

tios

Leva

ntam

ie

nto

Terr

eno

1.500 665

Lavado

de

patios

Si/No

Raspado y

lavadoRaspado y

lavado

12

14

7

8

1.500

Si

1.500 380

75

1.500 280Si No Si

1.500 220

5,0

5,0

5,0

Lav.

Ubr

es

(Lts

./va

ca/

día)

5,0

5,0

3,0

2,0

Raspado, lavado

y canalizado

Lav.

Pis

os

(Lts

./va

ca/

día)

17,0

3.500

Capa

cida

d

TK-F

río

en

(Lts

.)

Extracto Tabla N°5:

Tipo de Sist. de

Recoleción de los

Purines a Pozo

Purinero

5,0

5,019,0Raspado y

lavado

6,0

Datos Adicionales

Encuesta y Visitas

8

6

Levantamiento

Visitas Terreno

15

11

Uni

dade

s

Equi

po d

e

Ord

eña

20

11

3.675

3.500


Expresión atingente al total de aguas de aporte se ilustra a continuación.

𝑨𝒈𝒖𝒂𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒔𝒖𝒄𝒊𝒂 + 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂 + 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐

Tabla N°04: Resultados de la Estimación de Aguas Presente en Purín

Tp NvLav. eq.

Ordeña

Lav. TK-

Frio

∑ de

Aguas

Patio Sin

Techar

Techo Sin

Canalizar

En Pozo

Purinero

∑ de

Aguas

Lavado

Pisos

Lavado

Ubres

∑ de

Aguas(Lts/año) (m

3/año)

16,0 90

4.395

1.606

1.017

1.374

1.2361.562572

Extracto

Tabla N°4:

Tie

mp

o e

n

Pa

tio

s (h

rs)

N°

Va

cas

en

Ord

eñ

a

5,0 358

5,0 206

Predio

Aguas Sucias en (Kg/día)

o (Lts/día)

Da

tos


Cantidad de Agua que Posee la Mezcla de Sustrato en (Kg/día)

Aguas Lluvia en (Kg/día) o (Lts/día)Aguas Lavado de Pisos y

Ubres en (kg o Lts/día)

4.394.519288 1.790 12.0400,0 7.8761 689 454 2.733 6.0863.0211.143

Aporte Total

Anual de Aguas Total de

Aguas

(kg/día)

(Lts/día)

3 440 1.605.7250 1.030 4.3990,0 2.266132 1.562

7 551150 1.016.5792,0 308 750 2.7850,0 450875 1.200567710

0 1.020 2.907 1.0610,0 408888 1.4288885928 440 1.061.2104,0 204

0 515 2.431 8870,0 904 1.03051512 356 887.1414,0 103 140

450 3.7640,0 1.151 2.1601.710 1.373.746

152

159

14 301

904

0453

496

1.151152


3.3. ESTIMACIÓN DE SUSTRATO

A partir de lo anterior, es posible estimar la cantidad de RILes generados por cada predio en estudio, quefinalmente será la el sustrato (lo que ingresa al sistema). A continuación se ilustra la expresión utilizada para elcálculo de la cantidad de RILES generados:

𝑅𝐼𝐿𝑒𝑠𝑚3

𝑑í𝑎=(𝑃𝑣 ∙ 10% ∙ 𝑁𝑣 ∙ 𝐴𝑔 ∙

𝑇𝑝24)

𝐷𝑝

Dónde:

𝑷𝒗: Peso promedio de las vacas en (Kg). Se considera que el 10% del peso vivo es estiércol y orina

generada durante las 24 horas del día.

𝑵𝒗: Número de vacas (unidad)

𝑻𝒑: Tiempo de permanencia en patios en (hrs/día)

𝑨𝒈: Factor Ag = 1 + [Total de Aguas / Cantidad Fecas y Orines]

𝑫𝒑: Densidad del Purín (kg/m3) = 1000(kg/m3)


El desarrollo de estos cálculos se expresan a continuación:

Tabla N°05: Resultados de Cálculos de Potencial Cantidad de RILES

Dato

Total

Kg/día

Pv Nv Tp Ag Dp/1000 m3/día m3/mes m3/año

3,832

2,045

2,935

2,050

4,051

1,555

2,832

1,045

3,050

5,051

12.040

To

tal

Ca

nti

da

d P

uri

ne

s

Ge

ne

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os

en

(K

g/d

ía)

16.142F

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Ori

ne

s

Se

gú

n (

Tp

)

7.8763.0211.143

Datos y Cálculos

Aportados

5,0 4.102

Total de

Aguas

Fa

cto

r S

eg

ún

Re

laci

ón

Ag

ua

s y

Fe

cas

con

Ori

ne

s

3,935

Otr

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uo

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po

rte

de

"S

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ro"

en

(K

g/d

ía)

592 888 1.428

Predio

1 550 358

Total Purines

Generados

Pe

so P

rom

.

Va

cas

(Kg

)

N°

Va

cas

en

Ord

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Tie

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Pa

tio

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Ge

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raci

ón

Dia

ria

Da

tos

16,14 484,26 5.811

Ge

ne

raci

ón

Me

nsu

al

Ge

ne

raci

ón

An

ua

l

De

nsi

da

d

de

l P

urí

n

(m3/K

g)

0,001


Cantidad de Agua que Posee la

Mezcla de Sustrato en (Kg/día)

Ag

ua

s

Su

cia

s e

n

(Kg

/día

)A

gu

as

Llu

via

en

(Kg

/día

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gu

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0

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laci

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de

Ag

ua

en

Fu

ncó

n d

e l

as

Fe

cas

y

Ori

ne

s S

eg

ún

(T

p)

3 500 206 5,0 2.146 572 1.562 2.266 4.399 6.545 0,001 6,55 196,35 2.3560

4,78 143,32 1.720

3.473 0,001 3,477 550 150 2,0 688 710 875 1.200 2.785

2.907 4.7778 550 204 4,0 1.870 02,555

12 500 103 4,0 858 496 904 1.030 2.431 3.289 0,001 3,29

453 1.151 2.160 3.764 9.41414 600 90 16,0 3.600

98,666 1.184

2.050

0

0,001 9,41 282,41 3.389

104,18 1.2500

0,001

Modulo 24. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE DIGESTATO

La estimación del Digestato se realiza a partir de la estimación de sustrato que ingresará al Biodigestor. Se

considera la masa del afluente igual a la masa del efluente, por lo menos en primera instancia y considerando

que su densidad es igual a 1 [kg/l]:

𝑺𝒖𝒔𝒕𝒓𝒂𝒕𝒐 𝒎𝟑 = 𝑫𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒂𝒕𝒐 𝒎𝟑 = 𝑨𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒎𝟑 = 𝑬𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆[𝒎𝟑]

De acuerdo al tipo de Biodigestor (laguna cubierta o mezcla completa), se determina si el caudal de entrada (𝑄𝑒)es igual al caudal de salida (𝑄𝑠) ya que, en ambos sistemas, se retira la fibra gruesa y elementos pesados nobiodigeribles que representan entre un 3% a 5% del sustrato. 𝑄0 representa el caudal de entrada efectivo luegode eliminar los elementos no biodigeribles. En el caso de los digestores tipo laguna, se estipula un 1% deretención y estratificación superficial de la fibra más corta, además de la decantación de partículas sólidas máspesadas al interior del digestor. Para el caso particular de los digestores de mezcla completa, la retención deelementos al interior del mismo no existe debido a la presencia de agitación, evitando la estratificaciónsuperficial y decantación de material particulado.


En definitiva el cálculo del digestato para estos dos sistemas se determina por las siguientes expresiones:

Para Donde Se tiene

𝑸𝒆 ≠ 𝑸𝒔 𝑄𝑒 = 𝑄0 · 97% 𝑄𝑠 = 𝑄0 ∙ 97% ∙ 99%

𝑸𝒆 = 𝑸𝒔 𝑄𝑒 = 𝑄0 · 97% 𝑄𝑠 = 𝑄0 ∙ 97%

Laguna Cubierta

Mezcla Completa

4,63

_

Laguna Cubierta

Mezcla Completa

OBSERVACIONES

Tipo de

Biodigestor

Tipo Laguna

Cubierta o Tipo

Mezcla Completa

Laguna Cubierta

Mezcla Completa

14 9,41 9,13 _ 9,13 9,13 3.333

3,16 1.15312 3,29 3,19 3,16

4,63 1.6918 4,78 4,63 _

7 3,47 3,37 3,33 _ 3,33 1.217

2.317

5.6581 16,14 15,66 _15,50 15,50

3 6,55 6,35 _ 6,35 6,35

Caud

al d

e Sa

lida

del B

iodi

gest

or c

on

1% M

enos

Tip

o

Lagu

na C

ubie

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Prod

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ón d

e

Dig

esta

to e

n

(m3 /

día)

Prod

ucci

ón d

e

Dig

esta

to e

n

(m3 /

año)

PredioQ0 Qe Qs=Qe

Dat

os

Caudal Entrada

(Sustrato) (m3/día)

Caudal Salida (Digestato)

(m3/día) (m3/día) (m3/año)

Caud

al A

flue

nte

de

Entr

ada

a

Dec

anta

dor

Caud

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trad

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iodi

gest

or c

on

3% M

enos

Caud

al d

e Sa

lida

del B

iodi

gest

or

Mez

cla

Com

plet

a

Qs≠Qe PPDD PPDA

Tabla N°06: Cálculos de Volumen del Digestato

Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

El potencial de producción de biogás se puede realizar mediante una diversidad de métodos teóricos descritos en

la literatura relacionada a estudios de Biogás, sin dejar de lado unos cuantos más del orden de los métodos

prácticos entre los que destacan ensayos de la laboratorio y plantas piloto construidas. En este módulo se

explicaran solo tres métodos, uno teórico y otros 2 prácticos, a fin de poder dar una resolución en base a sus

diferencias de parámetros y datos que cada uno considera para su desarrollo.

5.1. ESTIMACIÓN POR METODO N°1, TEÓRICO

Potencial de producción de biogás en base a los purines generados y la Demanda Química de Oxígeno (DQO) en

el mismo. Se basa en un balance de masas entre la materia orgánica que entra al digestor y la que sale de él. En

la estimación, se consideran diversos parámetros, los que son ilustrados tanto en figura N°01, como en la figura

N°02:


Entrada (𝑄0 - Sustrato): Materia efectiva saliente del proceso de decantación y entrante al proceso de digestión.

Los parámetros DQO y 𝑄0 son conocidos y definen la 𝐶𝐷0 (carga diaria de entrada), la cual sufre cambios en el

digestor.

Digestión: Proceso en el cual se produce la remoción de la DQO en base al rendimiento (70 %). Como

subproductos de la digestión, se obtienen una fase líquida conocida como digestato y una gaseosa, conocida

como biogás.

Salida (Digestato): Materia resultante en fase líquida del proceso de digestión e independiente de la eficiencia

del proceso. En general no presenta mayores cambios en términos de volumen y masa (propiedades físicas),

aunque sí variaciones en su aspecto (color, olor y propiedades químicas como concentraciones de DQO, ST y SV,

entre otras). En definitiva, solo afecta aspectos en torno a su calidad.

Salida (Biogás): Materia resultante en fase gaseosa del proceso de digestión, la cual es altamente dependiente de

la eficiencia del proceso. Dejando fuera factores constructivos asociados al diseño del digestor, el factor

temperatura es uno de los más influyentes y es quien determina la eficiencia bacteriológica o actividad relativa

(Ar), directamente relacionada al rendimiento de remoción (Y).


Figura N°01: Esquema de Ecuaciones Balance de Equilibrio de MasasMétodo N°2 Teórico:

SALIDA (Digestato)

Caudal Salida : Q1 = (Q0)

Concentración : S1 = (CD1/Q1)

Carga Diaría : CD1 = (Q0 * (1 - Y) * S0)

DIGESTOR

ENTRADA (Sustrato) Rendimento Remoción : Y = 70%

Remoción (DQO) : (CD0 * Y) = (Q0 * S0 * Y)

Caudal Entrada : Q0 = (Q0 * (100% - 3%)) Rendim. Producc. : Rdt = 0,35(Nm3CH4/Kg DQO)

Concentración : S0 = (X) (Kg DQO/m3)

Carga Diaría : CD0 = (Q0 * S0)

SALIDA (Biogás)

Producción Metano : (Producc. CH4) = (Q0 * S0 * Y * Rdt)

Producción Biogás : [((Producc. CH4) * 100)/(60,98%)]

% Eficiencia Bacteriana (%EB) o (Ar): (%EB a 13°C)=20% y (%EB a 35°C)=100%

Producción Biogás Ajustada al %Ar : [((Producc. Biogás) * 100)/(%Ar)]


Factor (Ar): Actividad bacteriológica (mesofílica)

encargada de la producción de metano. Refleja

la relatividad de la producción en base a la

temperatura del medio en que se desenvuelve.

El Factor Ar se puede entender como la

eficiencia bacteriológica (%EB) de producción de

metano, donde 100% corresponde a la

eficiencia a 35°C. La figura N°02 muestra la

pérdida de rendimiento en la actividad

metanogénica fuera del rango de 32°C a 40°C.

Un ejemplo de cálculo mediante este método

se muestra en la tabla N°07.

Figura N°02: Gráfico Eficiencia Bacteriológica o Actividad Relativa (Ar)

Fuente: (Adaptado de Henze, Harremoes, 1983).


Tabla N°07: Resultados Aplicación de Método N°1, Teórico

Mezcla Completa104,463,6 60,98 104,4 35,0 100

60,98 54,2 13,0 20,0 10,83 Laguna Cubierta

181,8 0,3514 9,41 9,13 20,529 187,5 70,0

12 3,29 3,19 30,500 97,3 70,0 94,4 0,35 33,0

60,98 246,4 35,0 1000,35 150,3 246,4 Mezcla Completa8 4,78 4,63 95,512 442,6 70,0 429,3

7 3,47 3,37 25,604 86,2 70,0 83,7 0,35 29,3 60,98 48,0 13,0 20,0 9,60 Laguna Cubierta

266,03 6,55 6,35 75,244 477,7 70,0 463,4 0,35 162,2

Q0 Q0 S0 CD0 Y (%) CD0*Y

Cá

lcu

lo R

em

oci

ón

de

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QO

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3C

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Me

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CH

4)

Rdt Nm3CH4

/día

OBSERVACIONES

Laguna Cubierta

Mezcla Completa

Nm3/día

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ció

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en

el

Bio

gá

s

Pro

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cció

n d

e

Bio

gá

s

% CH4 Nm3/día °T (°C)

20,0 63,45552,7 0,35 193,4 60,98 317,2 13,0

60,98 266,0 35,0 100

Estimaciones de Entrada

(Sustrato)

Estimaciones en

BiodigestorDa

tos

Ca

ud

al

Afl

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Bio

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(%E

B)

o (

Ar)

Estimaciones de Salida (Biogás)

Tipo de

Biodigestor

Tipo Laguna

Cubierta o Tipo

Mezcla

Completa(%Ar)

1 16,14 15,66 50,428 789,6 70,0


5.2. ESTIMACIÓN POR METODO N°2, PRÁCTICO

Potencial de producción de biogás a partir de un proyecto de referencia existente, consistente en un biodigestor

del tipo laguna cubierta. Los datos recogidos de dicho proyecto se resumen a continuación.

Factor de producción real - 𝐹𝑝𝑟 = 7,3 [𝑚𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠3

𝑚𝑅𝐼𝐿𝑒𝑠3 ]

Tiempo de retención hidráulica - TRH=100 días.

NOTA: Este método considera una condición potencial de producción de biogás basada en un factor resultante

de una toma de mediciones en la estación primaveral de la Región de Los Lagos.

En la estimación se consideraron los siguientes parámetros:


• Temperatura (T): El biodigestor de referencia presenta una temperatura de operación aproximada en

primavera de 13°C. Se establece un rango aplicable según la temperatura de operación entre: (11 < T°C < 17).

• Número de Vacas: Purines generados por un promedio anual de 100 vacas en ordeña y de los procesos de

higienización del lavado de equipos y sala de ordeña.

• Solidos Totales (ST): En base a la toma de muestras. Sólidos totales - ST=17.320,0mg/L.=1,732%. Se establece

un rango aplicable según la concentración de sólidos entre: (5.000 < ST (mg/L) < 45.000) o (0,5 < ST (%) < 4,5).

NOTA: Este método no aplica a sustratos mezclados y co-digeridos con otros residuos como es el caso de predios

con aporte de Suero y tampoco a sustratos con altas concentraciones de sólidos (ST), como lo son los candidatos

a digestores de tipo mezcla completa, ya que los valores resultan poco representativos. Los resultados obtenidos

con este método se a continuación.


Tabla N°08: Resultados Aplicación de Método N°2, Práctico

APLICAN

No Aplica _35,0 Mezcla CompletaSí No Aplica14 9,41 9,13 7,3 66,7 2,26

No12 3,29 3,19 7,3 23,3 4,24 Aplica 23,3 Laguna Cubierta13,0Aplica

Laguna Cubierta

8 4,78 4,63 7,3 33,8 15,35

13,0

No Aplica _ Mezcla Completa

Aplica7 3,47 3,37 7,3 24,6 1,42

35,0No Aplica

No

No

Aplica 24,6

35,0No Aplica No AplicaNo3 6,55 6,35 7,3 46,3 10,27 _ Mezcla Completa

Laguna Cubierta13,0Aplica AplicaNo1 16,14 15,66 7,3 114,3 3,64

T (°C)

RE

SU

LTA

DO

S

Pro

du

cció

n d

e

Bio

gá

s a

l D

ía.

114,3

Rango de

concentración de

sólidos totales en

Porcentaje

[0,5 < ST(%) < 4,5]

Rango de

Temperatura de

Operación en

Porcentaje

[11,0 < T(°C) < 17,0]

Ap

ort

e a

la

Me

zcla

de

Otr

os

Re

sid

uo

s

SUERO

Análisis Comparativo y Aplicabilidad del Método

Da

tos

Estimaciones Producción de

Biogás OBSERVACIONES

Ca

ud

al

Afl

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nte

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De

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(m3S

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Me

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ucc

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/m3S

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rato

)

Pro

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Bio

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ía

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ón

de

Só

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os

To

tale

s e

n

(mg

/L)

Tipo de

Biodigestor

Predio

Tipo Laguna

Cubierta o Tipo

Mezcla CompletaQ0 Q0 FpR (m

3/día) ST(%)

Te

mp

era

tura

Pro

me

dio

de

Op

era

ció

n

(m3/día)


5.3. ESTIMACIÓN POR METODO N°3, PRÁCTICO

Potencial de producción de biogás a partir de la cantidad de purines pre-definida por una mezcla constituida por

(% de fecas y orines más un % agua) y la aplicación de un factor de producción de testeo experimental de un

biodigestor de laboratorio tipo batch de mezcla completa.

Factor de producción real - 𝐹𝑝𝑟 = 15 − 30 [𝑚𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠3

𝑚𝑃𝑢𝑟𝑖𝑛𝑒𝑠3 ]

Tiempo de retención hidráulica - TRH=40 días.

NOTA: Es de mencionar que este método en particular considera un potencial de producción de biogás basado

en un factor resultante de una toma de mediciones en dos digestores experimentales, uno para simular

biodigestores con mezcla de materia orgánica fecal más agua, y otro para simular uno con mezcla de materia

fecal co-digerida con suero más agua. Con ello, se logra representar un año promedio, al ponderar por la

producción estimada de fecas y orines en una mezcla igual o similar a la antes descrita.


En la estimación se consideraron los siguientes parámetros:

• Temperatura (T°C): 35°C. Se establece un rango aplicable según la temperatura de operación entre: (33,0 <

T°C <37,0).

• Solidos Totales (ST): Se establece un rango aplicable a partir de una muestra de referencia . 45.000 < ST

(mg/L) < 200.000 o 4,5 < ST (%) < 20,0.

• Porcentaje Mezclas: A partir de dos testeos simulados para biodigestores de tipo mezcla completa, uno para

predios con altas concentraciones de sólidos (ST) y otro para predios con co-digestión de Suero.

NOTA: Este método no aplica a sustratos con temperaturas no controladas y estabilizadas, y mucho menos a

temperaturas bajas, como la de los sistemas psicrofílicos y tampoco a sustratos con baja concentraciones de

sólidos (ST) como lo son los candidatos a digestores de tipo laguna cubierta, ya que los valores resultan poco

representativos.


Imagen N°03: Testeo de Muestras en Biodigestor Experimental (Laboratorio Biotecsur)


Los resultados de las estimaciones vía este método se ilustran a continuación.

Tabla N°09: Resultados Aplicación de Método N°3, Práctico

APLICAN

Ap

ort

e a

la

Me

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de

Su

ero

(m

3/d

ía)

Suero

0,0

0,0

2,26 Aplica 35,0

4,24 No Aplica 13,0

Aplica 169,5 Mezcla Completa14 3,600 6,78 25,0 169,5 Sí2,05

No Aplica _ Laguna Cubierta12 0,858 1,03 20,0 20,6 No0,0

15,35 Aplica 35,0 Aplica 44,9 Mezcla Completa8 1,870 2,24 20,0 44,9 No0,0

1,42 No Aplica 13,0 No Aplica _ Laguna Cubierta7 0,688 0,83 20,0 16,5 No0,0

3 2,146 2,58 20,0 51,5 No

13,0 No Aplica _ Laguna Cubierta

10,27 Aplica 35,0 Aplica 51,5 Mezcla Completa

Tipo de

Biodigestor

RE

SU

LTA

DO

S

Pro

du

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n d

e

Bio

gá

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l D

ía.

[33,0< T(°C) <37,0] (m3/día)

1 4,102 4,92 20,0 98,5 No 3,64 No Aplica

Predio

Da

tos

Estimaciones Producción de Biogás Análisis Comparativo y Aplicabilidad del Método OBSERVACIONES

Pro

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Pro

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n d

e

Bio

gá

s a

l d

ía

Tipo Laguna

Cubierta o Tipo

Mezcla CompletaFecas y

Orines (m3/día) FpTE (m

3/día) SUERO ST(%) [4,5< ST(%) <20,0] T (°C)

Ap

ort

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la

Me

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de

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os

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(mg

/L)

Rango de

concentración de

sólidos totales en

Porcentaje

Te

mp

era

tura

Pro

m.

Op

era

ció

n

Rango de

Temperatura de

Operación en

Porcentaje

Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA

PLANTA DE BIOGÁS

Antes de iniciar cualquier tipo de cálculo, estimación o dimensionamiento, se debe determinar el sistema de

digestión que se utilizará o tipo de biodigestor. Este se selecciona mediante un diseño adecuado y ajustado a su

propio potencial, necesidades reales y normativa vigente y aplicable a cada caso de estudio. Entre los parámetros

fundamentales se destaca el porcentaje de Sólidos Totales (ST) o (materia seca) y Sólidos Volátiles (SV).

6.1. SISTEMAS DE DIGESTIÓN (tipos de biodigestores)

En reducidas cuentas los dos tipos más frecuentemente encontrados en instalaciones de plantas pequeñas son

dos y se enumeran a continuación:

• Tipo Laguna Cubierta.

• Tipo Mezcla completa.


PLANTA DE BIOGÁS

6.1.1. Tipo o Sistema por Laguna Cubierta

Este tipo de sistemas se caracteriza por ser efectivos en el tratamiento de purines y por operar con un sustrato

líquido con bajas concentraciones de materia sólida, permitiendo una operación en la mayoría de los casos por

rebalse tanto en su ingreso, como en su salida del sistema. Esto lo hace un sistema de bajo costo debido

principalmente a la ausencia de un sistema de calefacción y agitación. Presenta condiciones psicrofílicas en un

rango de temperaturas de entre 10°C a 25°C (Temperatura ambiente).

Mientras más baja la temperatura, mayor será el TRH, algunos autores recomiendan TRH superior a 50 o 60 días

para condiciones psicrofílicas y, aunque en particular no existe límite superior, no se recomienda TRH superiores

a 100 días ya que la producción de biogás cae considerablemente. Estos sistemas no contemplan sistema de

agitación a causa de la inexistencia de un sistema de calefacción, por ende, no hay necesidad de homogenizar la

temperatura de la mezcla con agitación.


PLANTA DE BIOGÁS

6.1.1. Tipo o Sistema por Laguna Cubierta


PLANTA DE BIOGÁS

6.1.2. Tipo o Sistema por Mezcla Completa

Este tipo de sistemas se caracterizan por ser efectivos en la producción de biogás y por operar con un sustrato

líquido con una considerable concentraciones de materia sólida, restringiendo su operación. Es un sistema de

alto costo que requiere un sistema de calefacción, agitación e impulsión. Presenta condiciones mesofílicas entre

un rango de 25 a 37°C (Temperatura controlada).

La operación a mayores temperaturas posibilita la reducción del Tiempo de Retención Hidráulica (TRH). Mientras

más alta la temperatura, menor será el TRH. Se recomienda un TRH de entre 25 a 30 días para condiciones

mesofílicas y, aunque en particular no existe límite superior, no se recomienda TRH superiores a 40 días, ya que la

producción de biogás cae considerablemente.


PLANTA DE BIOGÁS

6.1.2. Tipo o Sistema por Mezcla Completa


PLANTA DE BIOGÁS

6.1.3. Selección del biodigestor

En la selección de uno u otro se debe considerar lo siguiente:

Sólidos totales (materia seca) y sólidos volátiles: De acuerdo al contenido de materia seca del purín en cada

predio, se debe considerar el ajuste de ST a un valor adecuado para los diferentes tipos de biodigestor, siendo 2%

para laguna cubierta y 6% para mezcla completa (USDA, 2009), considerando que el porcentaje de SV no varía.

De esta manera, en los casos que presenten valores altos (mayores a 4,5%) de materia seca, se seleccionaron

para mezcla completa, mientras que los de bajo porcentaje de materia seca (menores a 4,5%), para laguna

cubierta. Cuando los ST son superiores al valor objetivo, el ajuste de ST se logra diluyendo el purín con agua, y no

utilizando un separador para reducir la cantidad de sólidos, ya que se pretende utilizar la mayor cantidad de

sólidos posibles, aumentando la producción de biogás. En caso contrario, cuando el purín está muy diluido, se

ajusta el contenido de ST reduciendo el uso de agua mediante, por ejemplo, un mejor uso y gestión de este

recurso. Estos ajustes afectan el volumen de purines generados, aumentando o disminuyendo dicho volumen

según sea el caso.


PLANTA DE BIOGÁS

En complemento con lo anterior, es posible determinar de manera teórica el tipo de biodigestor a utilizar. Para

ello se debe:

Estimación preliminar del tamaño del biodigestor asumiendo para todos los casos un digestor de laguna

cubierta trabajando en el rango psicrofílico de temperatura.

Selección del TRH acorde al rango psicrofílico, por ejemplo, 90 días.

Análisis sobre la factibilidad en la implementación de un digestor de mezcla completa en base a tres

parámetros: la cantidad de ST en el sustrato (Alta o Baja Concentración), tipo de sustrato a utilizar (aporte de

otros residuos con altos niveles de metanización, co-digestión) y el tamaño del biodigestor (alta o baja

capacidad volumétrica).

A continuación, se presenta un ejemplo:


PLANTA DE BIOGÁS

Tabla N°10: Datos y Parámetros para Selección del Tipo de Biodigestor

Suero

Quesos

ST (mg/L) ST (%)Tipo Laguna

< 4,5%

Mezcla C.

> 4,5% (Kg/día)

Tipo Laguna

(No aporta)

Mezcla C.

(Sí aporta)

Generación

día (m3/día)

Capacidad

(m3)

Tipo Laguna

< 2000m3

Mezcla C.

> 2000m3

36.415

153.450

14.180

102.650

22.583

42.370

3,642

10,265

1,418

15,345

4,237

2,258

Cumple

Cumple

Cumple

Alta o Baja Concentración Solidos Totales

Parametro Restrictivo

(Lag. =No ; Sí= Mezc. C.)

Cumple

Aporte de Otros Residuos

Cumple


(Lag. < 4,5% > Mezc. C.)

Cumple

Cumple

Concentración

Solidos Totales

Cumple

Cumple

Cumple

Cumple

0

0

0

0

0

2.050

Cumple

Alta o Baja Capacidad Volumetrica Biodigestor

Capacidad Biodigestor

(Considera TRH=90días)


(Lag. <2000m3> Mezc. C.)

16,1419 1.452,8 Cumple

6,5451 589,1 Cumple

3,4726 312,5 Cumple

4,7774 430,0 Cumple

Cumple

9,4137 847,2 Cumple

Da

tos

Predio

1

3

7

8

12

14

Selección de Sistema, Tipo: (Laguna o Mezcla Completa)

3,2889 296,0


PLANTA DE BIOGÁS

Evaluación: El cumplimiento de tan solo un parámetro para un biodigestor del tipo laguna cubierta conlleva a la

clasificación para mezcla completa. Cabe destacar que la evaluación de cada caso involucra la puntuación de cada

concordancia (cumple) con un valor numérico =1 y la inconcordancia =0 (no cumple). La evaluación tras este

análisis queda de manifiesto a continuación. Tabla N°11: Evaluación para Selección del Tipo de Biodigestor

Tip. Lagun.

< 4,5%

Mezcla C.

> 4,5%

Tip. Laguna

(No aporta)

Mezcla C.

(Sí aporta)

Tipo Laguna

< 2000m3

Mezcla C.

> 2000m3

Da

tos

Resumen Selección de Sist. Tipo: (Laguna o Mezcla Compl.)

Alta o Baja

Concentración (ST)

Aporte de Otros

Residuos (SUERO)

Alta o Baja Capacidad

Volumétrica

Predio


(Lag. <4,5% > Mezc. C.)


(Lag. =No ; Sí= Mezc. C.)


(Lag. <2000m3>Mezc. C.)

Cumple1 Cumple Cumple

Cumple3 Cumple Cumple

Cumple

8 Cumple Cumple Cumple

7 Cumple Cumple

0

12 Cumple Cumple Cumple 1 1

14 Cumple Cumple Cumple

1 1

0 1

1 1

0 1

1

Alt

o o

Ba

jo

(ST

)

Tipo Laguna Tipo Mezcla Completa

Evaluación de los Sististemas

Ap

ort

e d

e

(SU

ER

O) ∑ de

Para-

metros

Alt

a o

Ba

ja

Ca

pa

cid

ad

Ap

ort

e d

e

(SU

ER

O)

Alt

o o

Ba

jo

(ST

)

∑ de

Para-

metros

Alt

a o

Ba

ja

Ca

pa

cid

ad

1 3 0 0 0 0

1 2 1 0 0 1

1 3 0 0 0 0

1 2 1 0 0 1

1 3 0 0 0 0

1 2 0 1 0 1

Co

ncl

usi

ón

Laguna

Mezcla C.

Laguna

Mezcla C.

Laguna

Mezcla C.


PLANTA DE BIOGÁS

6.2. TIPOS DE UNIDADES BÁSICAS O PRINCIPALES SEGÚN SISTEMA DE DIGESTIÓN

6.2.1. Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta

Se describe como un sistema de 4 etapas: separación, digestión, almacenamiento y aprovechamiento.

Separación: Método físico por decantación en el cual se realiza una retención hidráulica de RILES por un

determinado periodo con el fin de separar las fases y eliminar los elementos no deseados para la biodigestión.

Como resultado del proceso se obtienen 3 fases, dos sólidas (superior e inferior) y una líquida (intermedia).

Proceso realizado en un estanque decantador.

Digestión: Proceso de metanización mediante bacterias psicrófilas a temperaturas de operación entre 10°C a

25°C, dependiendo de las condiciones climáticas particulares de la zona y estación del año. Se realiza al interior

de un biodigestor anaerobio sellado herméticamente considerando Tiempos de Retención Hidráulica (TRH)

extensos (>50 días).


PLANTA DE BIOGÁS

Almacenamiento: Para cada uno de los productos resultantes.

a. Digestato: (subproducto): Se almacena en un estanque de acopio contiguo al biodigestor con un volumen

dado por un TRH de entre 30 a 60 días. Una vez alcanzada la capacidad máxima, debe ser vaciado y

regado en praderas para dar paso a una nueva producción.

b. Biogás: (producto): Acumulado en el mismo biodigestor mediante su cubierta flexible que opera como

gasómetro. Su capacidad es limitada, posibilitando el almacenamiento de 2 a 3 días de producción.

Aprovechamiento: Consumo de los productos de la digestión.

a. Digestato: Utilizado como bio-fertilizante.

b. Biogás: Aprovechamiento para generación térmica, eléctrica o ambas en simultáneo (co-generación)

dependiendo del potencial de generación de biogás para cada predio en particular.


PLANTA DE BIOGÁS

Criterio de utilización de biogás

Aprovechamiento térmico: Uso del biogás en una caldera para reemplazar de forma total o parcial los consumos

de agua caliente principalmente para higienización de salas y equipos.

Aprovechamiento eléctrico: Utilización de equipos de generación de eléctrica para autoabastecer los consumos

existentes y, en caso de presentar excedentes, inyectar a la red.

Producción de biogás Utilización del biogás

≤ 25 [m3/día] Térmico

> 25 [m3/día] Potencial para generación eléctrica. Evaluación caso a caso dependiendo de los consumos existentes y el nivel de inversión requerido.


PLANTA DE BIOGÁS

Tabla N°12: Ejemplo Cálculo de Distribución de Volumen de Biogás

_ _ 0,03 _

_ _ 0,03 _

200 1 0,03 6,0

_ _ 0,03 _

Cant

idad

de

Bio

gás

a U

sar

en (

m3 /d

ía)

Cald

era

Agu

a

Calie

nte

Núm

ero

de

Vec

es e

n U

so

Bio

gas

para

cale

ntar

1 L

t.

Agu

a a

80°C

(Lts)N°

/día (m3/Lt) BELÉc.

_ _ 0,03 _

Bio

gás

Des

tina

do

Gen

erac

ión

de

Ener

gía

(m

3/dí

a)

(%)

Porc

enta

je d

e

Prod

ucci

ón q

ue s

e

Usa

en

Gen

erac

ión

PredioPPPBD Kcal/Kg Kcal/m

3 BGLP

Dat

os

Biogás para

Generador Eléc.

Pro

ducc

ión

de

Bio

gás

(m3 /d

ía)

Cant

idad

de

Bio

gás

a U

sar

en (

m3 /d

ía)

BGEBGE

/PPPBD

OBS.

Tipo de Biodigestor

Tipo Laguna

Cubierta o

Tipo Mezcla

Completa

(%)

Porc

enta

je d

e

Prod

ucci

ón d

e

Bio

gás

%PPPBD

DATOS

Ener

gía

que

Entr

ega

un

1m3

Bio

gás

Estimaciones Biogás

Reemplazo Eléctrico

DATOS

1 88,9 12.000 5600 _ 88,9 100%

_ 143,7 90,5%

Laguna C.

Mezcla C.3 158,7 12.000

100%

_ 11,1 65%7 17,1 12.000100% _ 5600

100%8 145,6 12.000 5600 _ 145,6100% _ _ _ 0,03 _

62,3%12 17,1 12.000 5600 6,4 10,6Laguna C. 3,000 _ 0,03

14 136,9 12.000 5600 _ 112,9 82,5%Mezcla C. _ 200 0,03 24,04

Laguna C.

Mezcla C.

Estimaciones Biogás para

Reemplazo GLP

Producción

Promedio

Ener

gía

que

Entr

ega

un

1Kg

GLP

Cons

umo

GLP

Gen

erac

ión

Agu

a Ca

lient

e

Kg/día

_

_

100%

100%

100% 5600

(Lts) (m3/Lt) BLEÑA

_ 0,03 _

Estimaciones Biogás

para Reemplazo LEÑA

DATOS

Cant

idad

de

Bio

gás

a U

sar

en (

m3 /d

ía)

Cald

era

Vap

or

o A

gua

Cal.

Bio

gas

para

cale

ntar

1 L

t.

Agu

a a

80°C

Núm

ero

de

Vec

es e

n U

so

N°

/día

_

250 0,03 15,0

_ 0,03 _

_ 0,03 _

2

__

_

_


PLANTA DE BIOGÁS

Equipos principales sistema de Laguna Cubierta

Nombre equipo Cantidad Observaciones

Estanque Decantador 2 Biodigestor 1 Cámara de Registro 4 a 5 Estanque de Acopio 1 Caldera a biogás 1 Recuperador de calor (intercambiador) 1 Solo para generación eléctrica Generador de Energía Eléctrica 1 Solo para generación eléctrica Estación de Filtrado 1 Solo para generación eléctrica Sala de Máquinas 1 Solo para generación eléctrica Sala Tableros de Fuerza 1 Solo para generación eléctrica


PLANTA DE BIOGÁS

Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta Sin Generación Eléctrica


PLANTA DE BIOGÁS

Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta Con Generación Eléctrica


PLANTA DE BIOGÁS

6.2.2. Sistema de Digestión Tipo Mezcla Completa

Se describe como un sistema de 5 etapas, recepción, digestión, almacenamiento, filtrado, y aprovechamiento.

Recepción: Se realiza en un estanque que contempla agitación periódica y suave, permitiendo solo una leve

separación de 3 fases, resultando una fase superior e inferior sólidas y una intermedia líquida. A diferencia del

proceso de separación por decantación, en la recepción se busca solo la separación de la materia solida más

gruesa y producir un mezclado de la materia sólida diluible u homogenizable en la fase líquida a fin de que sea

ingresada en el biodigestor como sustrato.

Digestión: Proceso de metanización mediante bacterias mesófilas a temperaturas de operación entre los 25°C a

45°C. Se realiza en el interior de un digestor anaerobio herméticamente sellado con Tiempos de Retención

Hidráulica de entre 20 a 40 días, razón por la cual su volumen es menor que los de laguna cubierta, pero requiere

una estructura de soporte debido a que contempla agitación.


PLANTA DE BIOGÁS

Almacenamiento: Para cada uno de los productos resultantes.

a. Digestato (subproducto): Se almacena en un estanque de acopio contiguo al biodigestor con un volumen

dado por un TRH de entre 30 a 60 días. Una vez alcanzada la capacidad máxima, debe ser vaciado y

regado en praderas para dar paso a una nueva producción.

b. Biogás (producto): Acumulado en el mismo biodigestor mediante su cubierta flexible que opera como

gasómetro. Su capacidad es limitada, posibilitando el almacenamiento de 2 a 3 días de producción.

Filtrado: Proceso en el cual se retienen las trazas de gases no deseados en el biogás con el propósito de:

a. Eliminar ciertas trazas que son corrosivas para el equipo de generación eléctrica (grupo electrógeno).

b. Aumentar la concentración de metano al eliminar gases inertes o no deseados, aumentando el poder

calorífico del biogás y, por ende, su calidad.

Aprovechamiento: Consumo de los productos de la digestión.

a. Digestatoto: Utilizado como bio-fertilizante.

b. Biogás: Aprovechamiento para generación eléctrica o co-generación. Dependiendo de los consumos

particulares de cada caso, puede considerar adicionalmente la generación de energía térmica.


PLANTA DE BIOGÁS

Equipos principales sistema de Mezcla Completa

Nombre equipo Cantidad Observaciones

Estanque de Recepción 1 Biodigestor 1 Cámara de Registro 4 a 5 Estanque de Acopio 1 Recuperador de calor (intercambiador) 1 Generador de Energía Eléctrica 1 Estación de Filtrado 1 Sala de Máquinas 1 Sala Tableros de Fuerza 1 Sistema de agitación 1 Sistema de calefacción por loza radiante 1 Dependiendo de los consumos térmicos Caldera a biogás 1 Dependiendo de los consumos térmicos


PLANTA DE BIOGÁS

Figura N°13: Sistema de Digestión Tipo Mezcla Completa


PLANTA DE BIOGÁS

6.3. DIMENSIONAMIENTO DE CADA UNIDAD POR TRH

Una vez seleccionado el sistema a utilizar, se puede estimar el volumen del biodigestor en función del TRH.

𝑇𝑅𝐻 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟

𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎=

𝑉

𝑄𝑒

Tipo de Sistema Tiempo de Retención Hidráulica (TRH)

Laguna Cubierta 100 días Mezcla Completa 40 días


PLANTA DE BIOGÁS

Tabla N°13: Ejemplo cálculo de volúmenes de Biodigestores para cada predio

DATO

(L x A)S

(m)

(52x10)

(L x A)I

(m)

(55x13)

(13x11,5)

(14x13)

(13x9)

(11x10)

(12x10)

(10x8,5)

122

ф M : (m) ф S : (m) ф I : (m)

25,8 28,8

62

106

85

3,0 (9x7)14 Mezcla Com. 9,41 9,13 40 365 12,5 15,5 9,5 (15x13)

3,0 (8x7)12 Laguna Cub. 3,29 3,19 100 319 11,6 14,6 8,6 (14x13)

3,0 (7x3)8 Mezcla Com. 4,78 4,63 40 185 8,9 11,9 5,9 (10x6)

7 Laguna Cub. 3,47 3,37 100 337 3,0 (8x17)112 12,0 15,0 9,0 (11x10)

3 Mezcla Com. 6,55 6,35 40 254 3,0 (7x5,5)10,4 13,4 7,4

1 Laguna Cub. 16,14 15,66 100 1.566 3,0 (49x7)

Capa

cida

d

Vol

umét

rica

de

los

BIo

dige

stor

es

Predio

Tipo Laguna

Cubierta

o

Tipo Mezcla

CompletaQ0 Qe TRH V : (m

3) h : (m)

Prof

undi

dad

Esta

ndar

Bio

dige

stor

Áre

a M

edia

Supe

rfic

ie e

n (m

2)

Bio

dige

stor

es

A : (m2)

522 22,8

Biodigestor REDONDO

Larg

o y

Anc

ho

Med

io

Bio

dige

stor

(L x A)M

(m)

Dat

os

OBS.Caudal Entrada

(Sustrato)

Tipo de

Biodigestor

Caud

al A

flue

nte

de

Entr

ada

a

Dec

anta

dor

Caud

al d

e En

trad

a

a B

iodi

gest

or c

on

3% M

enos

Tiem

o en

(dí

as)

de r

eten

ción

Hid

rául

ica

Volumen

(Biodigestor)Dimensiones de los (Biodigestores)

Diá

met

ro

Med

io

Bio

dige

stor

Diá

met

ro

Supe

rior

Bio

dige

stor

Diá

met

ro

Infe

rior

Bio

dige

stor

Biodigestor RECTANGULAR

Larg

o y

Anc

ho

Infe

rior

Bio

dige

stor

Larg

o y

Anc

ho

Supe

rior

Bio

dige

stor


PLANTA DE BIOGÁS

En este manual se ejemplifican las dimensiones del biodigestor para dos casos: piscinas o estanques enterrados

de forma circunferencial y rectangular. Para ello, es necesario conocer previamente el concepto de Talud.

Talud: Se define matemáticamente como la relación entre la altura y la basa de una pendiente

𝑻𝒂𝒍𝒖𝒅 = 𝑻 =𝑩𝒂𝒔𝒆

𝑨𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂=𝒃

𝒉= 𝒃:𝒉

(b/h)

Forma rectangular

El cálculo puede ser realizado por la siguiente expresión:

𝑉 =ℎ

3· 𝐿 · 𝐴 + 𝐿 − 2 · ℎ · 𝑇 · 𝐴 − (2 · ℎ · 𝑇) + 𝐿 · 𝐴 · 𝐿 − (2 · ℎ · 𝑇) · 𝐴 − (2 · ℎ · 𝑇


PLANTA DE BIOGÁS

Forma circunferencial

𝑉 = 𝑉∅𝑆 −𝑉∅𝑆 − 𝑉∅𝐼

2= 𝜋 · 𝑟∅𝑆

2 · ℎ −𝜋 · 𝑟∅𝑆

2 · ℎ − 𝜋 · 𝑟∅𝐼2 · ℎ

2

Donde,

𝑉∅𝑆: Volumen del cilindro según diámetro superior sin talud

𝑉∅𝐼: Volumen del cilindro según diámetro inferior sin talud

Talud = 1:1

NOTA: Para el cálculo o dimensionamiento de los estanques de acopio se debe realizar el mismo procedimiento.

Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

Esta Guía contempla el cálculo o la estimación de variables como la energía total contenida, potencia nominal,

generación eléctrica y generación térmica, dichas variables serán individualizadas a continuación.

7.1. Cálculo de Energía Total Contenida y Potencia Nominal

Se debe entender por Energía Total Contenida (𝐸𝑇𝐶) como la energía total disponible con la que cuenta un

combustible antes de ser combustionado. Dicha energía es la máxima teórica, la cual será aprovechada

parcialmente dependiendo de la eficiencia del equipo. Por lo tanto, para 1m3 biogás con 61% de metano (CH4)

tendremos el desarrollo de la siguiente expresión Expresión para la Energía Total Contenida en el Biogás, ilustrada

a continuación:

𝐸𝑇𝐶[𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎] = 𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠

𝑚3

𝑑í𝑎· 𝑚 %𝐶𝐻4 · 𝑃𝐶𝐼 [

𝑘𝑊ℎ

𝑁𝑚3 𝐶𝐻4]

Donde,

𝐸𝑇𝐶: Energía Total Contenida en el biogás

𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠: Caudal diario de producción de biogás

𝑚: Porcentaje de metano contenido en el biogás

𝑃𝐶𝐼: Poder calorífico inferior del metano


Tabla N°14: Ejemplo cálculo de Energía Total Contenida

DATOS

Sí

No

Sí

PRO

YECT

OS

QU

E A

PLIC

AN

PAR

A G

ENER

ACI

ÓN

ELÉ

C.

Sí o No

Sí

Sí

No

DATOS

232,8 55% 432,1 49,5%26,7%3 Mezcla C. 87,65 1,8 90%

144,0

67,4

884,6

873,0

9,96

9,96

9,96

182,9 55%

17,2 55%

143,7

64,6

685,9 339,5 49,5%26,7% 90%14 Mezcla C. 112,9 68,87 1,8 90%9,96

32,0 49,5%26,7% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 1,8 90%9,96

437,9 49,5%26,7% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 1,8 90% 236,0 55%

33,4 49,5%26,7% 90%7 Laguna C. 11,1 6,77 1,8 90% 18,0 55%

90% 49,5%26,7%

90%

1 Laguna C. 88,9 54,19 1,8 90%

%

(GT/ETC)BGE

Con %CH4

(60,98%)KWh/m

3 (%)PE GE%

(GT/ETC)GTETC

KWh/N

m3CH4

(%)PE

55% 267,2539,89,96

(%)

Porc

enta

je e

n

Rel

ació

n a

Ener

gía

Tota

l Con

teni

da

Dat

os

OBS.Estimaciones de Generación

Térmica

Ran

go d

e

Prod

ucci

ón

Eléc

tric

a (%

)Por

cent

aje

Prod

ucci

ón

Efec

tiva

(%)P

orce

ntaj

e

Gen

erac

ión

Térm

ica

(%)P

orce

ntaj

e

Prod

ucci

ón

Efec

tiva

Predio

Tipo

Laguna

Cubierta o

Tipo

Mezcla

(%)

Porc

enta

je e

n

Rel

ació

n a

Ener

gía

Tota

l Con

teni

da

%

(GE/ETC)

Tipo de Biodigestor

Bio

gás

Des

tina

do

Gen

erac

ión

de

Ener

gía

(m

3 /día

)

Met

ano

Pres

ente

en la

Pro

ducc

ión

de B

iogá

s D

iari

a DATOS

Gen

erac

ión

Eléc

tric

a en

(Kw

he/d

ía)

Biogás Destinado Generación

Ener

gía

Tota

l

Cont

enid

a B

iogá

s

en (

KW

h/dí

a)

(PCI

) Po

der

Calo

rífi

co

Infe

rior

(CH

4)

Estimaciones de Generación

Eléctrica

Gen

erac

ión

Térm

ica

en

(Kw

ht/d

ía)


A partir de la Energía Total Contenida es posible calcular la Potencia Nominal Teórica de la instalación:

𝑃𝑛𝑜𝑚 [𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶 [

𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎

]

24 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎

]=𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠

𝑚3

𝑑í𝑎· 𝑚 %𝐶𝐻4 · 𝑃𝐶𝐼 [

𝑘𝑊ℎ𝑁𝑚3 𝐶𝐻4

]


]

Donde,

𝑃𝑛𝑜𝑚: Potencia nominal

NOTA: Decreto N°119, Reglamento de seguridad de Plantas de Biogás. Título III, Capítulo I, Artículo 78.


Tabla N°15: Ejemplo Cálculos de Potencia Nominal

DATOS

Sopl

ador

de

Bio

gás

Predio

Laguna

Cubierta o

Mezcla

Completa BGE%CH4

(60,98%)

KWh/N

m3CH4

Pnom.

KWh

/m3

PRO

YECT

OS

QU

E A

PLIC

AN

(PA

RA

AU

TOCO

NSU

MO

)

Tipo de Biodigestor

Bio

gás

Des

tina

do

Gen

erac

ión

de

Ener

gía

(m

3/dí

a)

Met

ano

Pres

ente

en la

Pro

ducc

ión

de B

iogá

s D

iari

a

Pote

ncia

Nom

inal

Cont

enid

a B

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s

en (

KW

h/hr

)

DATOS

Gen

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ión

Eléc

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a (K

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/hr)

(%)

Porc

enta

je e

n

Rel

ació

n a

Pote

nc.

Nom

inal

Con

teni

da

DATOS (Potencias)

Tota

l Pot

enci

a en

Aut

ocon

sum

o K

W

Dat

os

OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de

Generación Eléctrica

Estimaciones de Potencia

Eléctrica para Autoconsumo

(%)

en R

elac

ión

a

Elec

tric

. Gen

erad

a

%(PEA

/GEH)

Sí/N

o

1 Laguna C. 88,9 2,26 9,96 22,5 1,8 90%

(%)PE GEH

%

GEH/PNCKW KW PEA

No6,0 26,7% 0 0 0 0%

6,9 71,1% Sí1,8 90% 9,7 26,7% 6,0 0,53 Mezcla C. 143,7 3,65 9,96 36,4

0 0% No

8 Mezcla C. 145,6 3,70 9,96 36,9 1,8

1,8 90% 0,7 26,7% 0 007 Laguna C. 11,1 0,28 9,96 2,8

70,2% Sí90% 9,8 26,7% 6,0 0,5 6,90,4

12 Laguna C. 10,6 0,27 9,96 2,7 1,8 0% No90% 0,7 26,7% 0 0 00

5,0 0,5 5,9 77% Sí0,414 Mezcla C. 112,9 2,87 9,96 28,6 1,8 90% 7,6

Bio

gás

Des

tina

do

Gen

erac

ión

de

Ener

gía

(m

3/hr

.)

BGE

por hora

3,7

6,0

26,7%4,7

0,5

6,1

Bom

ba e

n

sist

ema

de

cale

facc

ión

KW

0

0,4

0,4

(%)P

orce

ntaj

e

Prod

ucci

ón

Efec

tiva

Agi

taci

ón e

n

Dec

anta

dor

y

Bio

dige

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(PCI

) Po

der

Calo

rífi

co

Infe

rior

(CH

4)

Ran

go d

e

Prod

ucci

ón

Eléc

tric

a


7.2. Generación de Energía

Para calcular la energía teórica total generada, ya sea eléctrica o térmica, se debe incorporar el concepto de

eficiencia de los equipos. En generación eléctrica, la eficiencia de generación corresponde a aproximadamente

un 30%, mientras que para la térmica, corresponde a cerca de un 85%. En el caso de cogeneración, la eficiencia

global del sistema es cercana al 85%, donde la eléctrica representa un 30%, mientras que la térmica un 45%

adicional. Resulta importante mencionar que dicha eficiencia depende exclusivamente de los equipos utilizados y

es entregada por el fabricante en las especificaciones técnicas.

Donde,

𝐸𝑒: Energía eléctrica teórica generada

𝐸𝑡: Energía térmica teórica generada

𝜂𝑒: Eficiencia equipo de generación eléctrica

𝜂𝑡: Eficiencia equipo de generación térmica

𝐸𝑒𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎= 𝐸𝑇𝐶

𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎· 𝜂𝑒[%]

𝐸𝑡𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎= 𝐸𝑇𝐶

𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎· 𝜂𝑡[%]


Luego, tanto la potencia eléctrica y térmica se pueden expresar mediante las siguientes expresiones:

𝑃𝑒[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶


· 𝜂𝑒[%]


]

𝑃𝑡[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶


· 𝜂𝑡[%]


]

Donde,

𝑃𝑒: Potencia eléctrica del equipo de generación

𝑃𝑡: Potencia térmica del equipo de generación


Tabla N°16: Ejemplo cálculos de Energía y Potencia Eléctrica Tabla N°17: Ejemplo cálculos de Energía y Potencia Térmica

DATOS

Sí205,8 8,6 55% 90% 339,5 49,5%14 Mezcla C. 112,9 68,87 9,96 685,9 24,0 30%

32,0 49,5% No24,0 30% 19,4 0,8 55% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 9,96 64,6

437,9 49,5% Sí24,0 30% 265,4 11,1 55% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 9,96 884,6

0,8 55% 90% 33,4 49,5% No7 Laguna C. 11,1 6,77 9,96 67,4 24,0 30% 20,2

10,9 55% 90% 432,1 49,5% Sí3 Mezcla C. 143,7 87,65 9,96 873,0 24,0 30% 261,9

49,5% Sí30% 161,9 6,7 55% 90% 267,2

GT%

(GT/ETC)Sí o No

1 Laguna C. 88,9 54,19 9,96 539,8 24,0

hrs/día (%)Ne Ee Pe

%

(GT/ETC)(%)PE

Predio

Tipo

Laguna

Cubierta o

Tipo

Mezcla BGE

Con %CH4

(60,98%)

KWh/N

m3CH4

ETC

Ge

ne

raci

ón

Té

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n

(Kw

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día

)

(%)

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ón

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l D

ía

(%)P

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en

taje

de

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ca

(%)P

orc

en

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Ge

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raci

ón

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ctiv

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ía T

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l

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en

(K

Wh

/día

)

DATOS

Ge

ne

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ón

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ía E

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en

(K

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Elé

ctri

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(K

w)

DATOS

Da

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OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de Generación

Eléctrica


Térmica

PR

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RA

GE

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RA

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.

Tipo de Biodigestor

Bio

gá

s D

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do

Ge

ne

raci

ón

de

En

erg

ía

(m3/d

ía) DATOS

Sí308,7 12,9 55% 90% 339,5 49,5%14 Mezcla C. 112,9 68,87 9,96 685,9 24,0 45%

32,0 49,5% No24,0 45% 29,1 1,2 55% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 9,96 64,6

437,9 49,5% Sí24,0 45% 398,1 16,6 55% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 9,96 884,6

1,3 55% 90% 33,4 49,5% No7 Laguna C. 11,1 6,77 9,96 67,4 24,0 45% 30,3

16,4 55% 90% 432,1 49,5% Sí3 Mezcla C. 143,7 87,65 9,96 873,0 24,0 45% 392,8

49,5% Sí45% 242,9 10,1 55% 90% 267,2

GT%

(GT/ETC)Sí o No

1 Laguna C. 88,9 54,19 9,96 539,8 24,0

hrs/día (%)Nt Et Pt

%

(GT/ETC)(%)PE

Predio

Tipo

Laguna

Cubierta o

Tipo

Mezcla BGE

Con %CH4

(60,98%)

KWh/N

m3CH4

ETC

Ge

ne

raci

ón

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(Kw

ht/

día

)

(%)

Po

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H4)

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s D

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ía T

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l

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nte

nid

a B

iog

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(K

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)

DATOS

Ge

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ón

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érm

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(K

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OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de Generación

Térmica


Térmica

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Tipo de Biodigestor

Bio

gá

s D

est

ina

do

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raci

ón

de

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(m3/d

ía)


7.3. Determinación de Potencia Instalada

Para determinar la potencia instalada, se debe considerar el tiempo de operación de los equipos. Ello viene dado

por diversos factores, entre los que se encuentra la demanda total de energía, periodos punta que se busca

reducir, sistemas de almacenamiento de energía (térmica principalmente), entre otros.

𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶


· 𝜂𝑡[%]

𝑇𝑓 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎

]

Donde,

𝑇𝑓: Tiempo de funcionamiento diario.

Pablo Bahamonde Burgos

[email protected]

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