trabajo de investigacion valorizacion energetica

8/16/2019 Trabajo de Investigacion Valorizacion Energetica

1/53

1

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE LAS EXCRETAS DE GANADO VACUNO

AUTOR

JORGE LUIS PAIVA PARRAGUEZ

Chiclayo, Julio del 2014


2/53

2

DEDICATORIA

A Dios todopoderoso por darme fuerza,

Inteligencia y vida para culminar este trabajo.

A mis padres Jorge Y Marina, por

Su apoyo constante y paciencia

Que ayudaron también en el desarrollo

De este trabajo.


3/53

3

“He aquí te permito usar estiércol de bueyes

En lugar de excremento humano para cocer tu pan”

Ezequiel, 4:15 (RVR, 1960).


4/53

4

ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 6

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................................... 6

CAPÍTULO II ........................................................................................................................................ 8

2. LA BIOMASA ................................................................................................................................ 8 2.1. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA ...................................... 9

2.2. ASPECTOS AMBIENTALES DEL CONSUMO DE BIOMASA ...................................... 10

2.3. LA DIGESTIÓN ANAEROBIA ............................................................................................. 11 2.3.1. FASES DE LA FERMENTACIÓN ANAEROB IA ..................................................... 11

2.4. FACTORES INFLUYENTES EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA. ................................... 16 2.4.1. TIPO DE MA TERIA PRIMA ......................................................................................... 16

2.4.2. LA TEMPERATURA .......................................................................................................... 17

2.4.3. TIEMPO DE RETENC IÓN ........................................................................................... 18

2.4.4. RELACIÓN CARBONO /NITRÓGENO ...................................................................... 19

2.4.5. CONTROL DEL PH ...................................................................................................... 19

2.4.6. VELOCIDAD DE CARGA VOLUMÉTRICA .............................................................. 20

2.4.7. CONTENIDO DE SÓLIDOS ........................................................................................ 20

2.4.8. AG ITACIÓN- MEZCLADO .......................................................................................... 20

2.4.9. INHIBIDORES ................................................................................................................ 21

2.5. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ALIMENTOS PARA VACAS LECHERAS. 21

2.5.1. INTRODUCC IÓN ........................................................................................................... 21

2.5.2. FORRAJES .................................................................................................................... 22

2.5.3. CONCENTRADOS ........................................................................................................ 22

2.5.4. MINERALES Y VITAMINAS ........................................................................................ 23 2.6. LA DIGESTIÓN EN LA VACA .............................................................................................. 24

2.7. EL ESTIÉRCOL BOVINO ..................................................................................................... 25 2.7.1. FACTORES QUE AFECTAN EL CONTENIDO DE NUTRIENTES DEL

ESTIÉRCOL. ................................................................................................................................... 25

2.8. BIODIGESTOR....................................................................................................................... 27 2.8.1. CARACTERISTICAS DE UN B IODIGESTOR ......................................................... 28

2.8.2. IMPORTANCIA DE UN BIODIGESTOR ................................................................... 29

2.8.3. TIPOS DE BIODIGESTORES ..................................................................................... 30

2.9. VENTAJAS DEL USO DE BIODIGESTORES .................................................................. 34

2.10. SELECCIÓN DEL BIODIGESTOR ................................................................................. 34

2.11. BIOGAS .............................................................................................................................. 35 2.12. FERTILIZANTE (BIOABONO) ........................................................................................ 37

CAPÍTULO III. CÁLCULOS.............................................................................................................. 38

3.1. ANÁLISIS ELEMENTAL ...................................................................................................... 38

3.2. ESTIMACION DE LA MÁXIMA PRODUCCIÓN TEÓRICA DE METANO ........................ 41 3.2.1. ECUACION DE BUSHWELL ....................................................................................... 41

3.2.2. COMPOSICIÓN ELEMENTAL DEL ESTIÉRCOL DE VACA ................................... 41

3.3. ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE B IOGÁS PRODUCIDO ......................................... 43

3.4. DISTRIBUCION DE LA ENERGÍA DISPONIBLE PA RA USO ELÉCTRICO ............. 47

3.5. ACERCA DEL BIOGAS OBTENIDO .................................................................................. 48

3.6. CONVERSION DEL BIOGAS EN ELECTRICIDAD ........................................................... 48

3.7. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 51


5/53

5

CAPITULO IV. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 52

CAPITULO V. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 53


6/53

6

I. INTRODUCCIÓN

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

A partir de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente

Humano en 1972 en Estocolmo, ha crecido la conciencia sobre el deterioro delmedio ambiente y sus consecuencias, en la cumbre de la Tierra en Río deJaneiro en 1992 la mayoría de los jefes de estado se sintieron comprometidoscon la problemática del medio ambiente. El informe “Nuestro Futuro común”

presentado en 1987 por la comisión Brundtland introdujo el término “desarrollosostenible” el cual se convirtió en la base de cinco documentos de acuerdo dela Cumbre de la Tierra. Después de la Conferencia de Río, el concepto dedesarrollo sostenible se ha vuelto fundamental a nivel nacional e internacional yse define como aquel desarrollo que “puede satisfacer las necesidades del

presente sin comprometer la capacidad de futuras generaciones para satisfacersus propias necesidades” .(López A. 2009), en 1997 surge el protocolo de Kiotocomo un acuerdo internacional en el ámbito de las Naciones Unidas, que tratade frenar el cambio climático de origen antropogénico, siendo uno de losobjetivos principales la reducción los gases que aceleran el calentamientoglobal.

Ramírez (2010) menciona que los procesos agrícolas como el cultivo de arrozinundado en agua, la fermentación entérica en los animales y ladescomposición de los desechos de estos, emiten CH4; se estima que 470

millones de TM/año ingresan en la atmósfera por actividades antropogénicasde los cuales el 17% corresponde a actividades ganaderas; según laspredicciones se estima que para el año 2100 esta cantidad de CH4 liberado seincremente en un 120%.

Gonzáles y Sandoval (2005), mencionan que la cría y engorde de bovinos parala producción de carne y leche, está ocasionando graves problemasmedioambientales y sanitarios. Si bien esta actividad viene realizándose desdehace siglos atrás, donde el medio ambiente era capaz de soportar la descargade residuos provenientes de la actividad ganadera, actualmente la producción

debido a la demanda, se ha intensificado de tal manera, que se ha desatadouna verdadera preocupación ambiental.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que aproximadamente lamitad de la población mundial (tres mil millones de personas) queman leña,estiércol, carbón y otros combustibles tradicionales dentro de sus hogares, parapreparar alimentos, calentar agua y para calefacción.

En la mayoría de los casos, la mala ventilación y la combustión ineficiente deestos combustibles generan un humo gris y espeso que satura el aire, hace

insoportable respirar y llena los ojos de lágrimas. En estas condiciones es fácilver las paredes y techos cubiertos de hollín.


7/53

7

La combustión de estos materiales genera una mezcla peligrosa de cientos decontaminantes –principalmente monóxido de carbono y partículas pequeñas-entre los que también se encuentran óxidos de nitrógeno, benceno, butadieno,formaldehído, hidrocarburos poliaromáticos y muchos otros productos químicosnocivos para la salud. Cuando se usa carbón, en el aire también pueden estarpresentes contaminantes adicionales como el azufre, el arsénico y el flúor.

Este ambiente letal causa más de 1.5 millones de defunciones al año,principalmente de niños pequeños y sus madres, quienes pasan más tiempo enlas cocinas.

El aire contaminado en el interior de las viviendas crea problemas respiratorioscomo EPOC (enfermedades pulmonares obstructivas crónicas, por ejemplobronquitis crónica), problemas de irritación en ojos y cataratas; además, seaumenta el riesgo de neumonía y otras infecciones agudas de las víasrespiratorias inferiores.

El uso de carbón duplica el riesgo de cáncer de pulmón, en particular en lasmujeres. Por otra parte, algunos estudios han vinculado la exposición al humoen el interior de las viviendas con asma, tuberculosis, resultados adversos delembarazo, en particular el peso bajo al nacer, cardiopatía isquémica,enfermedad pulmonar intersticial, y cáncer nasofaríngeo y laríngeo. Se sabeque estas partículas pueden causar inflamación de las vías respiratorias y lospulmones, y deteriorar la respuesta inmunitaria.

Se estima que a diario, las mujeres y sus hijos pequeños inhalan cantidades dehumo equivalentes al consumo de dos paquetes de cigarrillos al día.

La solución a este problema debe enfocarse en hacer de la cocina un entornosin hollín, mediante el uso de estufas más eficientes, con mejores condicionesde ventilación, pero haciendo más asequibles sistemas que funcionen conGLP, queroseno y biogás.


8/53

8

CAPÍTULO II 2. LA BIOMASA

La biomasa es toda aquella fracción biodegradable de los productos, losdesechos y los residuos procedentes de la agricultura, de la silvicultura y de las

industrias conexas (incluidas las sustancias de origen animal), así como lafracción biodegradable de los residuos industriales y municipales. Por suscaracterísticas físico-químicas y caloríficas, la biomasa puede ser un recursointeresante para la producción de energía (calor y electricidad) ybiocombustibles.

Los tipos de biomasa más comunes son las siguientes:

Tabla N°01. Tipos de biomasa.

Categoría (según su origen) SubcategoríasForestal o Natural Residuos generados en la gestiónforestal.Residuos de la industriaagroalimentaria.

Agrícola Residuos agrícolas.Residuos de la industriaagroalimentaria.

Otras industrias Residuos de instalacionesagropecuarias.(Afluentes ganaderos).Residuos de la industria textil y de la

piel.Residuos municipales Fracción orgánica de los RSU

(residuos sólidos urbanos).Cultivos energéticos

Históricamente, la biomasa forestal y los residuos de los cultivos agrícolas, hansido utilizados para la producción de calor a nivel particular (como combustiblespara hogares residenciales, panaderos, herreros, etc). Sin embargo, ladependencia energética, el incremento de los precios de las materias primas de

origen fósil y la lucha contra el cambio climático ha impulsado la utilización deesta energía renovable a nivel industrial, siendo además interesante porquepresenta unas características físico-químicas y energéticas que permiten sumezcla en sistemas de producción de energía descentralizados. (SuberoPérez, E.2010).

En líneas generales puede decirse que la biomasa sólida debería destinarse aaplicaciones térmicas más o menos convencionales, la biomasa líquida sedestinaría se destinaría a su utilización en vehículos, y los derivados gaseososde la biomasa a la producción de electricidad en sistemas de cogeneración.

(Elías Castells, X.2005).


9/53

9

2.1. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA

A grandes rasgos las diversas transformaciones de la biomasa puedenenglobarse en los siguientes grupos de transformaciones:

2.1.1. Combustión directa:Corresponde al sistema tradicional de la combustión de la biomasa en hogaresu en modernos hornos de lecho fluidizado. El producto es un gas inerte (CO 2 yH2O).

2.1.2. Vías termoquímicas:

En determinadas condiciones de temperatura y presión, la biomasa sólida setransforma en otros subproductos sólidos, líquidos y gaseosos más adecuadosa la aplicación que se desee. Estas trasformaciones, gracias al nivel

tecnológico alcanzado, están sustituyendo a la anterior. Los productosresultantes son, en su mayoría, gases y, en algunas transformaciones tambiénaparecen sólidos.

2.1.3. Vías bioquímicas:

Como gran elemento diferenciador de las anteriores hay que destacar el hechode que se producen a temperatura ambiente o cercana a ella. Están integradaspor las transformaciones anaeróbicas y las fermentaciones alcohólicas. En esteúltimo apartado merece destacarse la producción de bioalcohol (etanol) a partir

de materiales azucarados.

Figura N°01. Transformaciones energéticas de la biomasa.


10/53

10

2.2. ASPECTOS AMBIENTALES DEL CONSUMO DE BIOMASA

La gran ventaja de la biomasa es su carácter de energía renovable lo que, alcontrario de las energías convencionales, le confiere una singularidad de fuentede energía inagotable a escala humana.

Otro aspecto común a todas las biomasas es que presentan un balance de CO2 neutro, lo que significa que el uso de biomasa como recurso energético nocontribuye a aumentar la proporción de CO2 en la atmósfera.

Incluso para algunos casos, como puede ser, el de los cultivos energéticos, elbalance suele ser negativo.

En el caso de la combustión de la biomasa, si esta se lleva a cabo con lasmínimas precauciones, los gases generados no son tóxicos.

Además, las cenizas generadas pueden usarse como fertilizantes naturales.

También debe valorarse el hecho de que su uso no provoca ningún tipo deimpacto por actividad extractiva. Tampoco su transporte y manipulación sonespecialmente conflictivos. (Elías Castells, X.2005).


11/53

11

2.3. LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

La descomposición anaerobia (en ausencia total de oxígeno o nitratos) de lamateria orgánica produce un gas combustible. Este gas contiene una altaproporción en metano (CH4 en concentración superior al 60% en el gas), con

una potencia calorífica inferior del orden de 5500 Kcal/m3, y se designausualmente como biogás.

Las instalaciones especialmente diseñadas para optimizar este proceso sedesignan como “digestores de metano”, “plantas de biogás” o simplemente

“reactores anaerobios”.

Este tipo de fermentación, anaerobia con producción de metano, no es másque un tipo de fermentación catalizada por bacterias específicas y de la cual setienen primeras noticias a través del científico italiano Volta (1776), quién

descubrió la formación de gas combustible sobre pantanos, lagos y aguasestancadas, y que relacionó con la cantidad de materia orgánica depositada ensu fondo. No fue hasta 1868 en que se definió las reacciones comoconstituyentes de un proceso microbiológico.

Mediante el proceso de digestión anaerobia puede tratarse un gran número deresiduos:

Residuos agrícolas y ganaderos.

Fangos de depuradoras biológicas.

Residuos industriales orgánicos. Aguas residuales municipales e industriales.

Fracción orgánica de residuos sólidos urbanos.

2.3.1. FASES DE LA FERMENTACIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia está caracterizada por la existencia de tres fasesdiferenciadas en el proceso de degradación del sustrato (término genérico paradesignar, en general, el alimento de los microorganismos), interviniendodiversas poblaciones de bacterias.

Poblaciones bacterianas:

1) Bacterias hidrolíticas – acidogénicas.2) Bacterias acetogénicas.3) Bacterias homoacetogénicas.4) Bacterias metanogénicas – hidrogenófilas.5) Bacterias metanogénicas – acetoclásticas.

Se identifican cinco grandes poblaciones bacterianas, las cuales actúan

catalizando tres procesos consecutivos: hidrólisis, acidogénesis (formación


12/53

12

de ácidos) y metanogénesis (formación de metano), constituyendo cuatroetapas, las cuales se describen a continuación.

a) Etapa hidrolítica(1):

Los compuestos orgánicos complejos, como lípidos, proteínas e hidratos decarbono, son despolimerizados, por acción de enzimas hidrolíticas, enmoléculas solubles y fácilmente degradables, como azúcares, ácidos grasosde cadena larga, aminoácidos, alcoholes, etc. Se trata de un procesoenzimático extracelular, y las bacterias responsables de su generación sonlas bacterias hidrolítico – acidogénicas.

Las proteínas son hidrolizadas por proteasas en, peptonas,péptidos yaminoácidos. Los aminoácidos producidos son degradados a ácidosvolátiles, dióxido de carbono, hidrógeno, amonio y sulfuro reducido. Ejemplo

de bacterias hidrolíticas son las enterobacterias, bacterias aerotolerantes como las bacterias del ácido láctico, y las bacterias anaerobias estrictascomo Clostridium, Bacteroides, Propionibacterium y Selenomonas.

La hidrólisis depende de varias variables como pH, temperatura,concentración de biomasa, tipo de materia orgánica y tamaño de partículaesto debido fundamentalmente a la disponibilidad de superficie para laadsorción de las enzimas hidrolíticas. El pre- tratamiento físico-químicocuyo principal efecto es la reducción del tamaño de las partículas, produceun aumento en la tasa de hidrólisis y si esta fase es la limitante del proceso

anaerobio, supone un beneficio para el proceso general, produciendomenos tiempos de retención y tamaños de reactores menores. En general latasa de hidrólisis aumenta con la temperatura independiente del sustratoutilizado, y disminuye cuando existe en la composición del sustrato una altacantidad de lignina, este compuesto es altamente refractario a ladegradación anaerobia, afectando la biodegradabilidad del sustrato.

Las bacterias hidrolíticas o fermentativas son responsables de la generaciónde monómeros que estarán disponibles para el siguiente grupo de

bacterias.Si la materia base es compleja, la fase hidrolítica es relativamente lenta. Loscarbohidratos por ejemplo, se utilizan para ser convertidos más rápidamentevía hidrólisis a los azúcares simples y para ser fermentados posteriormentehasta ácidos grasos volátiles. (AGV)

b) Etapa acidogénica(1):

Los compuestos solubles obtenidos de la etapa anterior se transforman enácidos grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles), esto es, ácidos

acético, propiónico, butírico y valérico principalmente, compuestosorgánicos simples por ejemplo: etanol, metanol, glicerol, acetona.Las


13/53

13

concentraciones específicas de los productos formados varían con el tipo debacterias y las condiciones del cultivo, tales como la temperatura y PH.Bacterias acidogénicas comúnmente encontradas en digestores incluyenespecies de Butyrivibrio, Propionibacterium, Clostridium, Bacteroides,Ruminococos Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococos y

Enterobacterias.

c) Etapa acetogénica(2 y 3):

Mientras que algunos productos de la fermentación pueden sermetabolizados directamente por los organismos metanogénicos (H2 yacético), otros (etanol, ácidos grasos volátiles) deben ser transformados enproductos más sencillos, acetato y H2 a través de las bacteriasacetogénicas.

La acetogénesis ocurre con la fermentación de carbohidratos, donde elacetato es el producto principal, además de que se generan otros productosmetabólicos. El resultado es una combinación de acetato, dióxido decarbono e hidrógeno, por un grupo de bacterias que aportanaproximadamente el 54% del hidrógeno que se utilizará en la formación demetano. La función de estos microorganismos en el proceso de la digestiónanaerobia es ser donantes de hidrógeno, CO2 y acetato para las bacteriasmetanogénicas.

Existen dos tipos de microorganismos que producen acetato, las bacterias

homoacetogénicas capaces de producir ácido acético a partir de hidrógenoy dióxido de carbono y las bacterias Acetogénicas las que metabolizan losproductos terminales de la etapa acidogénica.

Bajo condiciones normales, la presencia del hidrógeno en la solución inhibela oxidación, por lo tanto el papel del hidrógeno como intermediario es deimportancia crítica para las reacciones de digestión anaerobia. La reacciónprocede solamente si la presión parcial del hidrógeno es bastante baja parapermitir la conversión termodinámica.

La transición del substrato del material orgánico a los ácidos orgánicos enetapa ácida causa que el PH disminuya. Esto es benéfico para las bacteriasacidogénicas y acetogénicas que prefieren un ambiente levamente ácido(PH de 4.5 a 5.5) y son menos sensibles a los cambios en la corrienteentrante de alimentación, pero es negativo para las bacterias implicadas enña etapa siguiente de metanogénesis.

Como ejemplos de bacterias acetogénicas, cabe mencionarSyntrophobacter wolinii, que descompone el ácido propiónico, oSyntrophomas wolfei, que descompone el ácido butírico. Los ácidos valéricoy butítico son descompuestos por las mismas especies. En el grupo de


14/53

14

bacterias acetogénicas se incluyen las homoacetogénicas, capaces deproducir ácido acético a partir de hidrógeno y dióxido de carbono,pertenecientes a los géneros Acetobacterium, Acetoanaerobium, Acetogenium, Clostridium o Eubacteriu.

d) Etapa metanogénica (4 y 5):

Constituye la etapa final del proceso, en el que compuestos como el ácidoacético, hidrógeno y dióxido de carbono son transformados en CH4 Y CO2 .

La metanogénesis es muy sensible a los cambios de PH y prefieren unambiente neutro a levemente alcalino. Si se permite que el PH baje a 6.5,las bacterias metanogénicas tendrían pocas posibilidades de desarrollarse.

La metanogénesis es la que controla el proceso de digestión anaerobia

porque las bacterias metanogénicas tienen una tasa de crecimiento muchomás lenta que las bacterias en la acidogénesis. Por lo tanto, la cinética delproceso entero se puede describir por la cinética de la metanogénesis.

Se distinguen dos tipos principales de microorganismos, los que degradanel ácido acético (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y los queconsumen hidrógeno (metanogénicas hidrogenófilas). La principal vía deformación del metano es la primera, con alrededor del 70% del metanoproducido, de forma general. Sólo microorganismos de los génerosMethanosarcina y Methanothrix son capaces de producir metano a partir de

ácido acético. Otros géneros a los que pertenecen microorganismosmetanogénicos, en este caso son Methanobacterium, Methanococos,Methanobrevibacter o Methanogenium, entre otros.

La naturaleza y la composición química del sustrato condiciona lacomposición cualitativa de la población bacteriana de cada etapa, demanera que se establece un equilibrio fácilmente alterable cuando algúntóxico no permite el desarrollo de alguna de las poblaciones.

Mientras que en las fases de hidrólisis – acidogénesis los microorganismos

involucrados suelen ser facultativos, para la tercera fase losmicroorganismos son estrictos, y con tasas máximas de crecimiento delorden de 5 veces menores a las acidogénicas. Esto significa que si lasbacterias metanogénicas tienen algún problema para reproducirse yconsumir los ácidos, estos se acumularán, empeorando las condicionespara los microorganismos responsables de la producción de metano.

Asimismo, las tasas de conversión del sustrato en biomasa bacteriana sondel orden de 4 veces inferiores a las tasas correspondientes a sistemasaerobios de eliminación de materia orgánica, lo cual implica que el proceso

anaerobio es, en líneas generales, lento, necesitándose varias semanas,


15/53

15

incluso meses, de puesta en marcha para conseguir un equilibrio estableentre las poblaciones.

Figura. N°02. Fases de la fermentación anaerobia.

Tabla.N°02. Diferencia entre la fase acidogénica y la fase metanogénica.

FASE ACIDOGÉNICA FASE METANOGÉNICABacterias facultativas. (Pueden viviren presencia de bajos contenidos de

oxígeno.)

Bacterias anaeróbicas estrictas. (Nopueden vivir en presencia de

oxígeno).Reproducción muy rápida. Reproducción lenta.Poco sensibles a los cambios deacidez y temperatura.

Muy sensibles a los cambios deacidez y temperatura.


16/53

16

2.4. FACTORES INFLUYENTES EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA.

Como todo proceso biológico, la digestión anaerobia debe ser controlada,pues existen diversos factores que influyen considerablemente en el éxito ono de la misma. Un desbalance en algunos de estos factores puede

provocar la ruptura del equilibrio entre las comunidades microbianas y porconsiguiente el no funcionamiento del sistema, la no producción de biogás yfertilizante. A continuación se relacionan los factores de mayor importanciaque influyen en este proceso formativo.

2.4.1. TIPO DE MATERIA PRIMA.

Las materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro alos excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas de laindustrias( producción de alcohol, procesado de frutas, lácteos etc), como

los efluentes de determinadas industrias químicas.

El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono ynitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibriosales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro,manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel, entreotros).

Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodoscloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Las

sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechablesy por lo tanto deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado,compostado) a fin de liberar las sustancias factibles de ser transformadasde las incrustaciones de lignina.

En lo concerniente a estiércoles de animales la degradación de cada uno deellos dependerá fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación quehayan recibido los mismos.

En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies

animales son variables de acuerdo fundamentalmente al peso y al tipo dealimentación y manejo de los mismos. Cuando se encare un proyectoespecífico se recomienda realizar una serie de mediciones en el lugardonde se emplazará el digestor.

A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobrecantidades de estiércol producido por distintos tipos de animales según elpeso y el rendimiento en gas de los mismos.


17/53

17

Tabla N°3. Estiércol producido por las distintas especies animales yrendimiento en gas.

ESPECIE Kg deEstiércol/100kg

de Peso vivo

Pesoanimal

(Kg)

Estiércoldiario (Kg)

%CH4

Vacunos 8 400 32 60Cerdos 4 70 2.8 65-70Cabra 4 60 2.4 63

Caballos 7 350 24.5 65

2.4.2. LA TEMPERATURA Es una variable muy importante ya que a medida que aumenta latemperatura también aumenta la actividad metabólica de las bacterias

especialmente en la etapa metanogénica donde la actividad incrementa conla temperatura, requiriéndose menor tiempo de retención para que secomplete el proceso de fermentación.

Tabla N°4. Rangos de temperatura para la fermentación anaeróbica.Rangos en °C.

Fermentación Mínima ptimo MáximoPsicrofílica 4 – 10 15 -20 25 – 45Mesofílica 15 – 18 25 – 33 50 – 60Termofílico 25 - 30 37 -65 75 - 80

La mayoría de los digestores convencionales funcionan en la gama mesófila,es decir, entre 15 y 33°C, optimizándose el proceso entre los 25 y 33°C. Ambaspoblaciones anaerobias psicrofílicas y mesofílicas son encontradas en lanaturaleza, el los sedimentos inferiores de los lagos y zonas pantanosas o enlos estómagos de animales herbívoros.

Las poblaciones termofílicas no son tan comunes en el ambiente natural,aunque la digestión anaerobia puede ocurrir en la gama termofílica de entre 37°

- 65°C, con un óptimo en las proximidades de los 55°C.

La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debepermanecer la biomasa dentro del digestor para completar su degradación(Tiempo de retención hidráulica, THR). A medida que se aumenta latemperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuencia senecesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad debiomasa.


18/53

18

Figura N°03. Temperatura relacionada con el Tiempo de retenciónHidráulica, TRH.

2.4.3. TIEMPO DE RETENCIÓN

Se define como el tiempo que el substrato está sometido a la acción de los

microorganismos en el reactor. Cabe indicar que este parámetro sólo puedeser claramente definido en los sistemas discontínuos, donde el tiempo deretención coincide con el tiempo de permanencia del substrato dentro deldigestor. En los digestores contínuos, como funcionan en condicionesestacionarias, la variable tiempo definida en el reactor discontínuo sereemplaza por el tiempo de residencia, que se define como el valor en díasdel cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria.

El tiempo de residencia indica, por tanto, el tiempo que el substratopermanece en término medio en el digestor. Este parámetro está

íntimamente ligado con el tipo de substrato y la temperatura del mismo. Laselección de una mayor temperatura implicará una disminución en lostiempos de retención requeridos y, consecuentemente, serán menores losvolúmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen dematerial.

El límite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de lasbacterias metanogénicas debido a que la continua salida de efluente deldigestor extrae una determinada cantidad de bacterias que se encuentranen el líquido. Esta extracción debe ser compensada por la multiplicación delas bacterias que permanecen dentro del reactor.


19/53

19

Tabla N°5. Tiempos de retención.

Temperatura °C Días10 5520 25

25 2030 10

Por esta razón en los últimos años se han buscado diseños de cámaras dedigestión que procuran lograr grandes superficies internas sobre las cuales sedepositan como una película las bacterias u otros sistemas que logran retenera las bacterias metanogénicas pudiéndose lograr de este modo T.R. menores.

2.4.4. RELACIÓN CARBONO/NITRÓGENO

Para el desarrollo del proceso se necesita, además de una fuente de carbono yenergía, la presencia de una serie de nutrientes minerales (nitrógeno, azufre,fósforo, potasio, calcio, magnesio, etc), los principales son el nitrógeno yfósforo, el nitrógeno debe estar en forma reducida (NH3 o nitrógeno orgánico).

En el medio a digerir debe haber una relación adecuada entre nutrientes parael desarrollo de la flora bacteriana. La relación C/N debe estar comprendidaentre 20/1 y 30/1, si el contenido del nitrógeno es muy alto, la producción de lasbacterias se inhibe debido a la alta alcalinidad. Para relaciones C/N menores;por ejemplo 8:1, inhiben la actividad bacteriana por excesivo contenido deamonio.

Normalmente, la FORSU (fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos),los residuos ganaderos y los fangos de depuración de aguas residualespresentan nutrientes en las proporciones adecuadas. Sin embargo, en ladigestión de ciertos residuos industriales puede ser necesario la adición dedichos elementos o bien un post-tratamiento aeróbico.

2.4.5. CONTROL DEL PH

Es de vital importancia para el sistema, ya que una disminución del PH puedetraer como resultado la inhibición del crecimiento de las bacteriasmetanogénicas, ello hace que disminuya la producción de metano y aumente elcontenido de dióxido de carbono y se produzcan olores desagradables por elaumento del contenido de sulfuro de hidrógeno.

Cada grupo de microorganismos involucrados en la degradación anaeróbicatiene un rango de PH óptimo para su crecimiento, para los microorganismosacidogénicos el PH es alrededor de 6, para los microorganismos acetogénicosy metanogénicos el PH óptimo es alrededor de 7.


20/53

20

2.4.6. VELOCIDAD DE CARGA VOLUMÉTRICA

Con este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargadodiariamente al digestor. Este valor tiene una relación de tipo inversa con eltiempo de retención, dado que a medida que se incrementa la carga

volumétrica disminuye el tiempo de retención.

2.4.7. CONTENIDO DE SÓLIDOS

La movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del substrato se vecrecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de sólidos y porlo tanto puede verse afectada la eficiencia y producción de gas.

Mediciones realizadas utilizando mezclas de estiércoles de animales en aguahan determinado que para digestores continuos el porcentaje de solidos optimo

oscila entre el 8% y el 12%.2.4.8. AGITACIÓN- MEZCLADO

Los objetivos buscados con la agitación son: remoción de los metabolitosproducidos por las bacterias metanógenas, mezclado del substrato fresco conla población bacteriana, uniformar la densidad bacteriana y evitar la formaciónde espacios “muertos” sin actividad biológica, distribución uniforme de ca lorpara mantener la temperatura homogénea, favorecer la transferencia de gasesy evitar la formación de espumas o la sedimentación.

En la selección del sistema, frecuencia e intensidad de la agitación se deberánrealizar las siguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra unequilibrio simbiótico entre varios tipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrioen el cuál el metabolito de un grupo específico servirá de alimento para elsiguiente implicará una merma en la actividad biológica y por ende unareducción en la producción de gás.

Como conclusión en la elección de un determinado sistema se tendrá siemprepresente tanto los objetivos buscados como el perjuicio que pueda causar unaagitación excesiva debiéndose buscar un punto medio óptimo.

La agitación puede ser mecánica o neumática a través del burbujeo de biogásrecirculado a la presión adecuada. Los métodos de agitación utilizados vandesde los más simples que consisten en un batido manual hasta sofisticadoscon equipos que involucran agitadores a hélice.


21/53

21

2.4.9. INHIBIDORES

Existen una gran cantidad de sustancias que pueden inhibir la digestiónanaeróbica. Los porcentajes más favorables de sólidos totales en el medio defermentación, deben estar entre 5 y 10%, ya que valores de 15% en adelante

tienden a inhibir el proceso.

Si la biomasa es rica en nitrógeno, se puede producir un exceso de amonio queinhibe el proceso. Otros inhibidores son los metales pesados, que actúan sobrelos microorganismos metanogénicos. Además, algunas sustancias, comoantibióticos y detergentes en determinadas concentraciones, pueden inhibir elproceso. En la tabla se muestra los valores de concentración inhibidora de losinhibidores más habituales. Estos valores son orientativos, ya que las bacteriasse pueden adaptar con el tiempo a las condiciones más desfavorables.

Tabla N°6. Valores de las concentraciones de inhibidores comunes.

Inhibidores Concentración InhibidoraSO4 5000 ppmNaCl 40 000ppmCu 100 mg/mlCr 200 mg/lNi 200 - 500 mg/l

Detergente sintético 20 – 40 mg/lNa 3500 – 5500 mg/lK 2500 – 4500 mg/l

Ca 2500 – 4500 mg/lMg 1000 – 1500 mg/l

2.5. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ALIMENTOS PARAVACAS LECHERAS.

2.5.1. INTRODUCCIÓN

Los alimentos se clasifican en las siguientes categorías:

Forrajes.

Concentrados.

Minerales y Vitaminas.

Esta clasificación es un poco arbitraria y no es tan importante, lo importante essaber cuáles alimentos se encuentran disponibles, su valor nutritivo y losfactores que afectan su utilización en una ración.


22/53

22

2.5.2. FORRAJES

En general, los forrajes son las partes vegetativas de las gramíneas o de lasleguminosas que contienen una alta proporción de fibra.

Los forrajes pueden ser pastoreados directamente, o cosechados ypreservados como ensilaje o heno.

Las características generales de los forrajes son las siguientes:

Volumen: El volumen se encuentra limitado por lo que puede comer lavaca, no olvidar que los alimentos voluminosos son esenciales paraestimular la rumia y mantener la salud de la vaca.

Alta fibra y Baja energía: Los forrajes pueden contener de 30% hasta

90% de fibra. En general, cuanto más alto es el contenido fibra, másbajo es el contenido de energía del forraje.

Contenido de proteína variable: Según la madurez, las leguminosaspueden tener 15 a 23% de proteína cruda, las gramíneas contienen 8 a18% de proteína cruda.

Desde un punto de vista nutricional, los forrajes pueden variar desde seralimentos muy buenos (pasto joven y suculento, leguminosas en su etapa

vegetativa) a muy pobres (pajas).

2.5.3. CONCENTRADOS

Usualmente “concentrado” se refiere a:

Alimentos que son bajos en fibra y altos en energía.

Los concentrados tienen alta palatabilidad y usualmente son comidosrápidamente.

En contraste con los forrajes, los concentrados no estimulan la rumia.

Cuando el concentrado forma más de 60-70% de la ración puedeprovocar problemas de salud.

Considerando que las vacas solo pueden comer cierta cantidad cada día, losforrajes solos no pueden suministrar la cantidad requerida de energía yproteína. El propósito de agregar concentrados a la ración de la vaca lecheraes el de proveer una fuente de energía y proteína para suplementar los forrajesy cumplir con los requisitos del animal. Generalmente, la máxima cantidad deconcentrados que una vaca puede recibir cada día no debe sobrepasar 12 a14kg.


23/53

23

2.5.3.1. Ejemplos de alimentos concentrados

Granos de cereales:

(cebada, maíz, sorgo, arroz, trigo) son alimentos de alta energía para las vacaslecheras, pero son pobres en proteína. Granos de cereales aplastados o rotos

son fuentes excelentes de carbohidratos fermentables (almidón) lo cualaumenta la concentración de energía en la dieta. Sin embargo, demasiadograno de cereales en la dieta reduce la masticación (rumia), interfiriendo con lafunción del rumen y reduciendo el porcentaje de grasa en la leche.

Harina de gluten de maíz:

Producida por la molienda húmeda del almidón de maíz. Es una fuenteexcelente de proteína y energía. Los salvados de granos de cereales (arroz ytrigo) agregan fibra a la dieta y contienen de 14 a 17% de proteína. El salvadode trigo es una buena fuente de fósforo y funciona como laxativa.

Raíces y tubérculos:

(zanahoria, mandioca, remolacha, papas y nabos) son usualmentepalatables y buenas fuentes de carbohidratos fácilmente fermentables perobajos en proteínas (menos del 10%).

Alimentos que contienen proteínas de origen animal:

(harinas de carne o hueso, de plumas y de pescado) usualmente sonresistentes a la degradación en el rumen y pueden servir como buenas fuentesde fósforo y calcio.

2.5.4. MINERALES Y VITAMINAS

Los minerales y vitaminas son de gran importancia en la nutrición. Lasdeficiencias de los mismos pueden resultar en pérdidas económicas grandes.

En vacas lactantes, los macro-minerales de principal importancia son el Clorurode sodio (Na Cl), Calcio (Ca), fósforo (P), y a veces Magnesio (Mg) y Azufre(S).

La suplementación mineral de la dieta de la vaca lechera es usualmente entre ay 150g/vaca/día. Una mezcla de minerales que contiene calcio, fósforo oambos puede ser requerida según los ingredientes de la ración. Los forrajesverdes usualmente contienen bajos niveles de fósforo en relación con lasnecesidades de la vaca. El ensilaje de maíz contiene poco calcio y fósforo yrequiere suplementación con ambos minerales.


24/53

24

2.6. LA DIGESTIÓN EN LA VACA

Cuando una vaca come, mastica solo lo suficiente para tragar la comida. Esta

pasa a los dos primeros estómagos, el rumen y el retículo.El rumen o panza es el estómago más grande, junto con el retículo tienen unacapacidad de 200 litros en animales adultos. Aquí se lleva a cabo lafermentación del alimento por medio de microorganismos que se encargan dehacer digeribles la fibra y los carbohidratos de los forrajes.

Cuando la vaca se siente llena deja de comer. Luego devuelve a la boca bolasde comida medio masticadas, llamados bolos alimenticios, la vaca los vuelve amasticar (a esto se le llama rumia) y después los vuelve a tragar.

Las partículas pequeñas del alimento pasan al omaso o libro donde sonmolidas en partículas más finas. En el abomaso o cuajar se agregan enzimas alalimento para llevar a cabo la digestión propiamente dicha, aquí el proceso esigual al de animales no rumiantes, pasando después a los intestinos paraseguir procesos de digestión y absorción de nutrientes.

Figura N°04. Esquema de la digestión en la vaca.


25/53

25

2.7. EL ESTIÉRCOL BOVINO

En general en las deyecciones de los mamíferos se distinguen una parte

líquida y una parte sólida: orina y heces. Normalmente se le llama estiércol alas deyecciones sólidas. La parte líquida representa el 30% del materialexcretado, mientras que la parte sólida es del orden del 70%.

El contenido de elementos del estiércol se puede expresar en “base fresca” oen “base seca”, osea sobre el total de agua más la materia seca del material, o

descontando la cantidad de agua.

Como portador de nutrientes, el estiércol puede contener todos los elementosnecesarios para las plantas, pero su composición varía según los siguientes

factores: especie animal, edad del animal, dieta del animal, tipo de materialacompañante del estiércol, manejo y almacenamiento del estiércol.

A continuación se presentan datos de cantidades de nutrientes de un estiércolbovino.

% de la materia seca ppmN P K Ca Mg S Mn Fe B Cu Zn Mo1.3-2.7

0.5-0.6

1.5-2.4

1.3-1.6

0.5-0.6

0.3 6 200-222

20-83

16-28

83-90

2-6

2.7.1. FACTORES QUE AFECTAN EL CONTENIDO DE NUTRIENTESDEL ESTIÉRCOL.

1) Especie animalEn general, el estiércol de aves es más rico en todos los nutrientes,especialmente en P, que el estiércol de cerdos y el de bovinos.

2) EdadLa deyección de animales adultos es más rica en nutrientes que las deanimales jóvenes, pues en estos hay más asimilación de nutrientes.

3) DietaLa alimentación que reciben los animales se refleja en la composicióndel estiércol que dejan. Animales alimentados con dietas balanceadas yricas en nutrientes como N,P o K dejarán deyecciones más ricas en esosnutrientes.También hay que considerar que en muchos sistemas de producciónanimal se suministra raciones o concentrados, especialmente a las aves,parte de las cuales son luego eliminadas en las deyecciones. En estetipo de producción es común el suministro de sales como NaCl y

sustancias como hormonas, vitaminas, antibióticos, etc, de las quetambién se elimina una fracción. En algunos países se ha constatado


26/53

26

acumulación de Cu, Zn, Na, etc, e incluso metales pesados provenientesde la alimentación que reciben los animales.Otros acompañantes del estiércol que pueden suministrar distintoselementos, son por ejemplo, pesticidas para controlar insectos, parásitosentre otros.

4) Formas de recolección, almacenamiento y tratamiento del estiércolLas formas en que se junte y se almacene el estiércol influye en el tipode pérdidas de nutrientes que pueden ocurrir, especialmente en N.También existen pérdidas importantes de N según el método deaplicación (incorporado o en superficie).

Una de las prácticas más comunes es apilar el estiércol para aplicarlocuando se tenga cierto volumen. Fundamentalmente el estiércol se apilaen forma sólida. Se recomienda ubicar la pila en superficies

impermeables, con paredes laterales, y taparlas con nylon para que nose pierdan nutrientes por arrastre en caso de que llueva.

Como ya fue mencionado, la mejor estrategia para reducir pérdidas de Nes incorporar el estiércol en el suelo, o en caso de mantenerloalmacenado, agregarle superfosfato común en cantidades del orden de25 a 50 kg/ton de estiércol.

Para residuos como: estiércol, orina, y aguas usadas en la higiene del

corral y sala de ordeñe, existen distintos sistemas de almacenamiento.Se pueden almacenar en represas de agua llamadas lagunas(aeróbicas y anaeróbicas), en bioesterqueras o en biodigestores. Estosúltimos realizan una digestión anaeróbica de los residuos. Tampoco haypérdidas de N y además se produce metano, que puede seraprovechado como combustible. Las principales desventajas de este tipode almacenamiento se refieren al alto costo inicial, a los numerososfactores a manejar y a los riesgos por la producción de gases tóxicoscomo el ácido sulfhídrico, e inflamables como el metano.

5) Cantidades a aplicarPara lograr una mejora importante de las propiedades físicas del suelo,se aplican cantidades muy grandes, superiores a las 10 ton/ha.

En los suelos donde existen graves problemas de degradación física,con bajo porcentaje de materia orgánica, una buena medida podría seragregar estiércol de ave con cáscara de arroz. La cantidad a agregar deeste material está en función del grado de degradación del suelo,pudiendo agregarse hasta 30 ton/ha. Cuanto más cáscara de arroz seagregue, se mejoran más las propiedades físicas del suelo durante un

plazo más largo.


27/53

27

Debido a todos los factores que influyen en el contenido de nutrientesdel estiércol, y principalmente de N, es necesario analizar cada estiércolsi se quiere saber su composición.

2.8. BIODIGESTOR

Un digestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma mássimple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor),dentro del cual se deposita material orgánico a fermentar (excrementos deanimales y humanos, desechos vegetales, etcétera) en determinadadilución de agua para que se descomponga, produciendo gas-metano yfertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.

Figura N°05. Biodigestor contínuo de estructura flexible.

El esquema superior es un dibujo del perfil de un biodigestor para teneruna idea básica de su concepto.

Partes básicas de un biodigestor:

Slurry Inlet: entrada de lodo líquido por la tubería entrada delbiodigestor.

Slurry Oulet: salida de lodo líquido por la tubería de salida delbiodigestor.

Gasholder: cámara de colección de biogás. Biogas Oulet: tubería de salida de biogás. Slurry: mezcla estiércol + agua.

Este biodigestor, posee una tubería de entrada a través del cual se suministrala materia orgánica (por ejemplo, estiércol animal o humano, las aguas sucias

de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y unatubería de salida en el cual el material ya digerido por acción bacteriana


28/53

28

abandona el biodigestor. Los materiales que ingresan y abandonan elbiodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente.

El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera laenergía química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en

biogás.

La duración de la reducción del material biológico depende de losmicroorganismos especiales y de sus temperaturas óptimas del crecimiento.Los principales componentes del biogás son el metano CH4 y el dióxido decarbono CO2. Aunque la composición del biogás varía de acuerdo a la biomasautilizada, su composición aproximada se presenta a continuación:

Metano (CH4): 40-70% volumen Dióxido de carbono (CO2): 30-60%

Sulfuro de hidrogeno (H2S): 0-3% Hidrógeno (H2): 0-1%

El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere lascaracterísticas combustibles del mismo, un combustible bastante limpio yeficiente que puede ser utilizado directamente. El valor energético del biogáspor lo tanto estará determinado por la concentración de metano- alrededor de20 a 25 MJ/m3, comparado con 33 – 38MJ/m3 para el gas natural.

Por otro lado, los residuos de la fermentación (efluentes), contienen una alta

concentración de nutrientes y materia orgánica, lo cual los hace suceptibles deser utilizados como un excelente fertilizante que puede ser aplicado en fresco,ya que el proceso de la digestión anaerobia elimina los malos olores y laproliferación de moscas. Otra ventaja es la eliminación de agentes patógenospresentes en las heces, lo cual significa que el efluente líquido puede serutilizado para regadío de cualquier tipo de cultivos.

2.8.1. CARACTERISTICAS DE UN BIODIGESTOR

Para una buena operación, es necesario que el digestor reúna las siguientes

características:

Hermético, para evitar fugas del biogás o entradas de aire.

Térmicamente aislado, para evitar cambios bruscos de temperatura.

El contenedor primario de gas deberá contar con una válvula deseguridad.

Deberá tener acceso para mantenimiento.


29/53

29

2.8.2. IMPORTANCIA DE UN BIODIGESTOR

Dado que el deterioro del medio ambiente ha venido creciendo cada vez más,urge buscar alternativas de reciclaje del estiércol de los animales,principalmente el proveniente de los cerdos y del ganado, el que por sus

componentes tiene mayor poder contaminante y es más difícil de degradar.

Por ejemplo la importancia que tiene los biodigestores tubulares plásticos porsus características constructivas y por su bajo costo son una alternativa paraintegrar las excretas y otros residuos orgánicos a los sistemas de producción,ya que normalmente éstos se pierden, se mal utilizan o se convierten encontaminantes del medio ambiente y, por consiguiente, en un peligro para lasalud de las plantas, animales y del mismo hombre. El proceso de biodigestiónes un método eficiente y de bajo costo para la producción de energía renovabley limpia.

A través de esta tecnología que procesa el estiércol de los animales, se puedeproducir combustible (biogás) y abono orgánico (efluente). Este último es unfertilizante de alta calidad y de fácil aplicación, reduciendo así la contaminacióngenerada por el estiércol que de otra manera quedaría expuesto a la interperieo depositado directamente junto a otros residuos generados en los sistemasagropecuarios, sin ser utilizados eficientemente.


30/53

30

2.8.3. TIPOS DE BIODIGESTORES

De acuerdo al método de carga utilizado se distinguen dos tipos genéricos debiodigestores:

2.8.3.1. BIODIGESTORES DE FLUJO DISCONTINUO: se carganuna vez y quedan cerrados por un tiempo fijo te retenciónhasta que haya terminado el proceso de fermentación y nohaya producción de gas. En esas plantas al comienzo haymucha masa orgánica y pocas bacterias y al final tienenmuchas bacterias y poca masa orgánica. La operacióninvolucra principalmente cargar un biodigestor quepermanecerá cerrado son sustrato, un inoculante y en

algunos casos, una base para mantener el pH casi neutral.El digestor es sellado, y la fermentación se realiza entre 30y 180 días, dependiendo de la temperatura ambiente.Durante este periodo, la producción de gas aumentapaulatinamente hasta un máximo y luego declina. Estafermentación se puede realizar con un contenido en solidosorgánicos de 6 a 10%.

Figura 06. Biodigestor Discontínuo.


31/53

31

2.8.3.2. BIODIGESTORES DE FLUJO CONTÍNUO: los digestoresde flujo continuo son cargados y descargados en formaperiódica, por lo general todos los días. Cualquier tipo deconstrucción es apropiada para una planta continua, peroel material de fermentación debe ser fluido y uniforme.

Existen muchos diseños y formas según su estructura, entre los cuales puedencitarse, como los de mayor uso, tres tipos: de estructura sólida fija, deestructura sólida móvil y de balón de plástico.

2.8.3.2.1. DE ESTRUCTURA SOLIDA FIJA (Cúpula fija, Chino).

Este reactor consiste en una cámara de gas firme construida de ladrillos,piedras u hormigón. La cima y fondos son hemisféricos y están unidos porlados rectos. La superficie interior está sellada por muchas capas delgadas de

mortero para hacerlo firme. La tubería de la entrada e recta y los extremosnivelados. Hay un tapón en la cima del digestor que facilita el limpiado. Seguarda el gas producido durante la digestión bajo la cúpula. Se producenpresiones de gas considerables, que crean fuerzas estructurales bastantegrandes y que son el motivo de la forma hemisférica de la cima y el fondo delbiodigestor.

La principal ventaja de esta instalación es su elevada vida útil, que puede llegara 20 años, siempre que se haga un mantenimiento sistemático.

Figura N°07. Biodigestor de estructura sólida fija (Chino).


32/53

32

2.8.3.2.2. BIODIGESTOR DE ESTRUCTURA SOLIDA MOVIL(Cúpula flotante, Indio).

Este biodisgestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero perodespués reemplazado por fibra de vidrio reforzado con plástico (FRP) para

superar el problema de la corrosión. Normalmente se construye la pared delreactor y fondo de ladrillo, aunque a veces se usa refuerza de hormigón. Serecoge el gas producido bajo una bóveda flotante que sube y baja unida a unaguía central. Su principal ventaja es que se puede conseguir una presiónconstante de gas añadiendo algún peso en la cúpula.

Figura.N°08. Biodigestor Indio.

Figura N°09. Biodigestor de cúpula flotante.


33/53

33

2.8.3.2.3. BIODIGESTOR DE ESTRUCTURA FLEXIBLE(TUBULAR DE PLASTICO).

La alta inversión que exige construir un biodigestor de estructura fija resulta unfactor limitante para los pequeños ganaderos de escasos recursos. En América

Latina, Asia y África se usa comúnmente un reactor de estructura de plástico(polietileno) flexible. En este digestor el gas se acumula en la parte superior dela bolsa, parcialmente llena con biomasa en fermentación; la bolsa se vainflamando lentamente con una presión de operación fija.

Figura. N°10. Biodigestor de estructura flexible.

Figura N°11. Biodigestor de estructura flexible en operación.


34/53

34

2.9. VENTAJAS DEL USO DE BIODIGESTORES

Reducción de la producción de gas metano. El excremento es estadonatural expulsa grandes cantidades al espacio de este gas, que es uno

de los más perjudiciales para la capa de ozono. Evita los malos olores entre 90 y 100%.

Se evita la contaminación de suelos y agua. Los excrementosconstituyen uno de los elementos más contaminantes de nuestro medioambiente.

Se evita la tala de árboles para ser utilizados como combustible. Losbiodigestores son una de las grandes posibilidades para evitar la taladesmedida.

La producción de fertilizante orgánico; es una opción para cambiar laagricultura por una orgánica, el efluente del biodigestor es una excelentealternativa.

No se produce humo; este es uno de los malos que afectan la salud delas mujeres del campo.

2.10. SELECCIÓN DEL BIODIGESTOR

Se selecciona el modelo tubular plástico por que ofrece las siguientes ventajas: Los costos de instalación de los biodigestores plásticos son mucho

menores que el establecimiento de otros tipos de biodigestores; comolos de cemento. De ahí que la recuperación de los costes tenga lugar enun periodo más corto de tiempo y su rentabilidad sea mayor.

Son más eficientes que los biodigestores de cemento, ya que requierenmenor volumen líquido para producir una unidad de gas.

Una vez instalados los biodigestores plásticos son de muy fácil manejo ymantenimiento lo que garantiza una larga vida útil. Según la experiencia,

la vida útil de este tipo de biodigestores se puede prolongar más allá delos diez años, bajo buen mantenimiento y cuidado.

Se ahorra mano de obra, pues la misma persona que atiende el ganadopuede atender el biodigestor sin utilizar tiempo extra.


35/53

35

2.11. BIOGAS

El producto principal de la digestión anaerobia es el biogás, mezcla gaseosa demetano (40 a 70%) y dióxido de carbono (30 a 60%), con pequeñasproporciones de otros componentes (nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, sulfuro de

hidrógeno) como se muestra en la tabla siguiente, y cuya composición dependetanto de la materia prima como del proceso en sí. Aunque la composición delbiogás depende de muchas variables, es posible determinar un rango típico desus componentes.

TABLA N°07.

Composición típica de Biogás producido en la Digestión Anaerobía.

Gas Formula Porcentaje% Densidad (Kg/m3)

Metano CH4 50-70 0.717CO2 CO2 30-40 1.917Nitrógeno N2 1-2 1.250Hidrógeno H 5-10 0.090Sulfuro deHidrógeno

H2S Trazas 1.539

TABLA N°08

Propiedades de la composición estándar de Biogás

Composición 55-70% Metano30-45% Dióxido de carbonoTrazas de otros elementos

Energía contenida 6.0-6.5 Kwh/m3 Equivalente en

combustible0.6-0.65 L.petróleo/m3 biogás

Temperatura de ignición 650-750°CPresión crítica 75.89 bares

Temperatura crítica -82.5°CDensidad normal 1.2 Kg/m3

Masa molar 16.043 Kg/Kmol

La materia orgánica, constituye el sustrato fundamental para la producción debiogás. El material de fermentación puede ser de origen animal, tales comoestiércol de ganado vacuno, cerdos, ovejas, caballos, aves, otras de origenvegetal, tales como pulpa de café, hojas de papa, desechos de banana,remolachas, cascarilla de arroz y otras; desechos de cultivos acuáticos como

algas marinas, maleza acuática y de origen doméstico, aguas residuales deletrina y cocina.


36/53

36

El biogás es un poco más liviano que el aire y posee una temperatura deinflamación de alrededor de los 700°C, la temperatura de la llama alcanza870°C. Entre más largo es el tiempo de retención, más alto es el contenido demetano, y con esto el poder calorífico. Con tiempos de retención cortos elcontenido de metano puede disminuir hasta un 50%. Con un contenido demetano mucho menor del 50%, el biogás deja ser inflamable.

El poder calorífico del biogás es de 5500 kcal/m3 , es decir, 1m3 de biogáspuede reemplazar 0.46kg de gas propano, 0.71kg de gasolina, todo estodependiendo del porcentaje de metano existente en el gas.

TABLA N°09. COMBUSTIBLES TIPICOS Y SU PODER CALORIFICO.

Combustible Poder calorífico inferior Poder calorífico superiorPetróleo 1000 kcal/kg 10500kcal/kg

8850 kcal/lts 9293 kcal/ltsGas natural 8300 kcal/m3 9300kcal/m3 Gas licuado 10950 kcal/kg 11951kcal/kgLeña seca 4600 kcal/kg 5200 kcal/kg

Biogás 5500 kcal/m3 6000 l/m3


37/53

37

2.12. FERTILIZANTE (BIOABONO)

En el proceso de fermentación se remueven sólo los gases generados (CH4,CO2, H2S) que representan del 5 a 10% del volumen total del material de carga.Se conservan en el efluente todos los nutrientes originales (N,P,K) contenidos

en la materia prima, que son esenciales para las plantas.

El residuo orgánico que se obtiene en los procesos de digestión anaerobia, esun lodo fluido, de excelentes propiedades fertilizantes, el cual está constituidopor la fracción orgánica que no alcanza la fermentación y por el materialagotado. Su contenido de materia orgánica, composición química y otraspropiedades dependen de las características de la materia prima utilizada yfactores ambientales.

En el mercado de los abonos, el fertilizante obtenido en la planta de biogás

compite con los fertilizantes químicos; ya que permite un ahorro de la cantidadde otros abonos convencionales sin disminuir la productividad, no deja residuostóxicos en el suelo y además presenta un aumento de la productividad alcompararla con la de suelo no abonados.

La composición del fertilizante (bioabono) en promedio tiene 8.5% de materiaorgánica, 0.8% de nitrógeno, 0.04% de fósforo, 0.14% de potasio y un pH de7.5.

El bioabono sólido o líquido no posee mal olor a diferencia del estiércol fresco,

tampoco atrae moscas y puede aplicarse directamente al campo en formalíquida, en las cantidades recomendadas; o bien, el bioabono sólido puededeshidratarse y almacenarse para usarlo posteriormente, sin embargo en elproceso de deshidratación puede haber pérdidas por volatilización de hasta605 de nitrógeno.

TABLA N°10. COMPARACIÓN ENTRE DIFERENTES FERTILIZANTESQUÍMICOS Y BIOABONOS

Fertilizante químico BioabonoGran velocidad de absorción Absorción de nutrientes lentaNutrientes no se acumulan Efecto acumulativo de los nutrientesContaminación ambiental Mínima contaminación


38/53

38

CAPÍTULO III. CÁLCULOS.

3.1. ANÁLISIS ELEMENTALEs un tipo de técnica que determina la composición química del combustible, yen dicho análisis se obtiene el contenido en peso de cada elemento químico

que entra en su composición. Es muy utilizada, ya que conocer estainformación es de gran ayuda para prever el comportamiento del combustiblesólido en los pretratamientos (condiciones de almacenamiento, dificultad demolienda, abrasividad), saber cómo se va a comportar el proceso decombustión (facilidad de ignición, especies gaseosas producidas, formación deinquemados) o conocer su propensión a convertirse en escoria y suciedad. Hoyen día muchos laboratorios disponen de equipos de ensayo modernos y carosque realizan el análisis elemental de forma fácil, fiable y rápida.

Este análisis se emplea para la determinación rápida del Carbono (C),Hidrógeno (H), Nitrógeno (N), y Azufre elemental (S), en muestras orgánicas einorgánicas, sólidas o líquidas, volátiles y no volátiles, medidos en porcentajerespecto al peso. Siendo esta técnica necesaria para completar balances demateria y energía de la combustión, así como para realizar una aproximacióndel poder calorífico del combustible.

A continuación se hace una breve descripción de la importancia que tiene enaplicaciones de combustión la realización del análisis elemental (C,H, N y S) dela muestra:

Carbono e hidrógeno: Permite estimar la cantidad de CO2 y H2O que seva a formar como resultado de su combustión. El carbono procede de lafracción orgánica e inorgánica del combustible, mientras que elhidrógeno, está presente en la fracción orgánica en forma de humedady agua de deshidratación o en la constitución de silicatos de la materiamineral. La regularización del mercado de emisiones de CO2, ha hechonecesario la estimación de estas emisiones con el fin de cumplir lasnuevas directivas medioambientales que imponen un pago porderechos de emisión o bien la instalación de medidas de regulación y

captura del CO2. Nitrógeno: Influye en la formación de óxidos de nitrógeno, regulados

también por las directivas medioambientales al contribuir con el efectoinvernadero, destruir la capa de ozono y provocar lluvia ácida. De losóxidos de nitrógeno que se emiten a la atmósfera en las instalacionesde combustión, aproximadamente el 80% son debidos al nitrógenoelemental contenido en el combustible que se oxida a NO2, NO3 o N2O.Sin embargo, no existe una correlación simple entre el nitrógenoconstituyente del combustible y los óxidos de nitrógeno emitidos en los

gases de combustión, dependiendo fuertemente de la concentración deoxidante y la temperatura alcanzada durante la combustión.


39/53

39

Azufre (S): El contenido en azufre del combustible es responsable de laformación de óxidos (SO2 Y SO3 ) muy contaminantes para la atmósfera(lluvia ácida) y puede producir problemas de operación en las calderas(corrosión y ensuciamiento).

Oxígeno: El contenido en oxígeno tradicionalmente se calcula pordiferencia de la suma de los porcentajes de carbono, hidrógeno,nitrógeno y azufre, aunque existen métodos para su determinacióndirecta.

La técnica para llevar a cabo el análisis elemental de un combustible sólido sebasa en la combustión completa de una muestra colocada en una cápsula deestaño mediante una corriente de helio enriquecido con oxígeno (Temperaturaentre 950 y 1200°C). La oxidación se consigue mediante la circulación de lamezcla de gases a través de una zona con un catalizador oxidante y otra con

cobre puro. Los catalizadores reducen los óxidos de nitrógeno y el anhídridosulfúrico formados en la combustión. Los compuestos oxidados formados(CO2, H2O, N2, SO2) son arrastrados por una corriente de gas inerte o gasportador (He) a través de un horno de reducción hasta el valorador, que nosindica la concentración de cada uno de los componentes individuales de lamezcla.

Figura N°04. Analizador Elemental (C,H, N y S), Europea Elemental Analizer.


40/53

40

Figura N°05. Analizador Carlo Erba 1108, para la determinación de (C, H, N, Sy O) con un rango de detección desde 0.05% hasta 99.95%.


41/53

41

3.2. ESTIMACION DE LA MÁXIMA PRODUCCIÓN TEÓRICA DE METANO

3.2.1. ECUACION DE BUSHWELLLa ecuación de Bushwell provee el cálculo estequiométrico de los productosprovenientes de la descomposición anaeróbica de un material orgánico

genérico de composición química C H O N S.

+ 14 4 − ℎ − 2 + 3 + 2

→ 18 4 + ℎ − 2 − 3 − 2 +18 4 − ℎ + 2 + 3 + 2 + +

3.2.2. COMPOSICIÓN ELEMENTAL DEL ESTIÉRCOL DE VACA

Tomando valores de la página web: https://www.ecn.nl/about-ecn/ del centro deInvestigación Energética de los Países Bajos (ECN) el cual es el mayor institutode investigación de la energía en los Países Bajos con 500 miembros depersonal.

ANÁLISIS ELEMENTAL % Peso (base húmeda) %Peso (base seca)Carbono 39.09 45.39

Hidrógeno 4.61 5.35Nitrógeno 0.83 0.96 Azufre 0.25 0.29

Oxígeno 26.68 30.98Total 100.00 100.00VALORES

CALORÍFICOSMJ/Kg

Poder Calorífico Inferior 13.61 16.19Poder Calorífico

Superior14.95 17.36

Para poder obtener los subíndices de Bushwell:

. .

= 3.78 ℎ = 5.35

= 0.068 = 0.009

= 1.936

https://www.ecn.nl/about-ecn/https://www.ecn.nl/about-ecn/https://www.ecn.nl/about-ecn/https://www.ecn.nl/about-ecn/


42/53

42

.....+ 14 43.78−5.35−2×1.936+3×0.068+2×0.009 +

→ 18 4×3. 78+5. 35−2×1. 936−3×0. 068−2×0. 009 +

18 4×3. 78−5. 35+2×1. 936+3×0. 068+2×0. 009 +

0.068 + 0.009

..... + 1.53 → 2.047 + 1.733 +0.068

+0.009 2.047 + 1.733 + 0.068 + 0.009 = 3.857 → 100%

3.857 → 100% 1.733 → %

= . % 3.857 → 100%

2.047 → % = . %

3.857 → 100% 0.068 → %

= . % 3.857 → 100%

0.009 → % = 0.23%

Sumando porcentajes: 53.07+44.93+1.76+0.23=99.99%.


43/53

43

Hallando porcentajes de CO2 y CH4 sin N Y S.

# moles % biogásCO2 1.733 45.846CH4 2.047 54.15

Sumatoria 3.78 99.996%

Esta es la composición del Biogás producido en la digestión anaerobia delresiduo.

3.3. ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE BIOGÁS PRODUCIDO3.3.1. CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE ESTIÉRCOL

El ganado vacuno produce diariamente unos residuos de excrementos de 10 a40 Kg/animal. Consideremos una producción según nuestro medio de

20Kg/animal.

Para el caso de un rebaño de unas 5 cabezas de ganado los cálculos serían:

# de cabezas de ganado Cant. Deestiércol(Kg)/animal

Cant. Deestiércol(Kg)/día.

05 20 100

3.3.2. CÁLCULO DE LA MATERIA A DIGERIR

Para obtención de biogás: La mezcla de estiércol y agua deberá ser de1:4.

Para la obtención de biol primordialmente: La mezcla deberá ser 1:3.

Agua para la dilución: 100×4 = 400 . Considerando que 1Kg(EF)=1L(EF).

Carga de entrada al biodigestor (agua + excrementos): 100+400=500L.

Materia seca en el excremento: = 100 × 0.17 = 17 ó

í . Carga de sólidos volátiles diarios: = 17 × 0.77 = 13.09 ó áí . 3.3.3. CÁLCULOS DE VOLUMEN:

= + = × 0.75 = × 0.25

= /3


44/53

44

Dónde:

= =

= íVolumen del líquido:

= 500×20 í = 10 000 Volumen del gas:

= 10 0003 = 3333

Volumen total:

10 000 +3333=13333 litros= aprox 13.33m3.

Teniendo en cuenta los siguientes datos de diseño:

3.3.4. DATOS BÁSICOS DE DISEÑO – BIOGÁS DE ESTIÉRCOL DE

GANADO VACUNO.

1 Kg de estiércol fresco EF 0.17 Kg de sólidos totales ST1 Kg de sólidos totales ST 0.77 Kg de sólidos volátiles SV1 Kg de solidos totales ST 0.30 m3 de biogás @ (35C y Pr.Atm)1 Kg de sólidos totales ST 0.25 m3 de biogás @ (30C y Pr. Atm)1 Kg de sólidos totales ST 0.20 m3 de biogás @ (25C y Pr. Atm)1 Kg de sólidos totales ST 0.16 m3 de biogás @ (22C y Pr. Atm)1 Kg de sólidos totales ST 0.10 m3 de biogás @ (18C y Pr. Atm)

3.3.5. TIEMPO DE RETENCIÓN

Según la tabla 05 el tiempo de retención será: 20 días.


45/53

45

LUEGO PARA ESTIMAR EL VOLUMEN DE GAS PRODUCIDO:

500 = 100 é + 400 . Multiplicando los subíndices por el peso atómico:

3.78 × 12 = 45.36 5.35 ×1 = 5.35

1.936×16 = 30.976 0.068 × 14 = 0.952 0.009 × 32 = 0.288

= 82.926 100%

% = 45.36/82.926 % = 0.5469 × 100%

% = 54.69% Hallando el carbono en 500kg de residuo húmedo:

100×0.17=17 kg sólidos/día.17×0.77=13.09 kg sólidos volátiles/día.

% de carbono en el residuo sólido volátil:

13.09×0.5469 = 7.15 . Suponiendo que el % de Carbono biodegradado es de 25%:

7.15× = 1.78 á.

Multiplicando esta cantidad de carbono por el % de carbono en el residuo:

1.78 × 0.5469 = 0.9735

0.9735 × (1612) = 1.298 = 1.3

1 → 16

→ 1300


46/53

46

= 81.25

81.25 × 22.4 1 = 1820 = .

Como sabemos esta cantidad de metano representa el 54.15% del Biogás porlo tanto:

1.82 → 54.15% → 45.846%

= . Á Á: . /í

Sabemos que:

Fogón para cocinar alimentos de origen animal o vegetal:

.

3.36á1 í ×

30 í1 = 100.8

á

El fogón consume:

300

ℎ × 1

10

= 0.3

ℎ á

Si suponemos que el fogón trabaja 4horas:

0.3ℎ ×

4ℎí = 1.2

áí ×

101 = 1200

áí

Nos queda: 3.36m3-1.2m3= 2.16m3 de Biogás.

2.16á× 221á ×1ℎ3.6 = 13.2.

Sabemos que la eficiencia eléctrica es de 35%:

13.2 × 35100 = 4.62 í

í .


47/53

47

3.4. DISTRIBUCION DE LA ENERGÍA DISPONIBLE PARA USO ELÉCTRICOArtefacto # de artefactos Pot. Nominal #horas de

trabajoKwh/día Kwh/Mes X

0.3317kwh/mesFocos

ahorradores5 0.02Kw 5h/día 0.5kwh/día 15kwh/mes S/. 4.97/mes

Televisión 1 0.08Kw 5h/día 0.4Kwh/día 12Kwh/mes S/. 3.98/mesPlanchaEléctrica.

1 1kw 0.5h/día 0.5Kkwh/día 15Kwh/mes S/. 4.97/mes

EquipoEstereofónico 1 0.06Kw 4h/día 0.24Kwh/día 7.2Kwh/mes S/. 2.39/mes

Electrobomba 1 0.37Kw 0.5h/día 0.185Kwh/día 5.55Kwh/mes S/. 1.84/mesLavadora 1 0.80Kw 1.5h/día 1.2Kwh/día 7.2Kwh/mes S/. 2.39/mes

Consumo diario 3.025Kwh/díaConsumomensual

61.95Kwh/mes

Costo al Mes S/. 20

La granja ganadera “Galindo” tiene una facturación eléctrica de S/. 25 mensuales, de los cuales el Biogás puede cubriralrededor de S/20, suponiendo esto un ahorro del 80% en costos de energía eléctrica.


48/53

48

3.5. ACERCA DEL BIOGAS OBTENIDOEl biogás como la palabra bien lo define, es un gas generado a partir de unproceso biológico. El mismo fue descubierto a finales del siglo XVIII, cuando elcientífico italiano Alessandro Volta colectó muestras de gas de pantano(formado por la descomposición de la materia orgánica depositada en lospantanos) e investigó sobre sus propiedades inflamables.

Actualmente el biogás es producido por la digestión anaerobia, que es unproceso tecnológico simple, con bajos requerimientos energéticos, en el que sefermenta materia orgánica de un gran rango de tipos (excrementos deanimales, desechos de cocina, aguas negras y residuales de la industria, entreotros).

Además de metano CH4, también contiene CO2, sulfuro de hidrógeno H2S,agua en forma de vapor H2O, restos de hidrógeno H2, nitrógeno N2, amoniacoNH3, y oxígeno O2. Todos los gases combinados forman el biogás.

El metano, pertenece a la familia de los hidrocarburos. Algunos dicen que es“primo hermano” del propano (gas que muchos hogares e industrias usan adiario), mientras que los otros gases CO2,H2O, H2S y otros) simplementeinfluyen en la dilución del gás.

Una granja lechera (50 animales en ordeño) o una porcina (con 60 cerdos enfinalización), pueden producir cerca de 300kg de excreta diaria. Utilizando undigestor anaeróbico pude producir fácilmente cerca de 10m3 de biogás por día.

La variación en la composición del biogás, varía entre muchos factores por: larelación C:N del sustrato, nivel de pH del digestor, efectos negativos delproceso de fermentación, variaciones en los tiempos de fermentación,variaciones en los tiempos de retención y en el tipo y composición del sustrato,temperatura del digestor, entre otros.

3.6. CONVERSION DEL BIOGAS EN ELECTRICIDADEn los años 70’s Harolds Bates inundó los titulares con la noticia de que suvehículo se movía con excreta de pollo, aunque luego se demostró que los

rendimientos que prometía no eran posibles, sembró la idea de la utilización debiogás como combustible para motores de combustión interna.

Dado lo anterior, en la actualidad, poder convertir biogás en electricidad tienecierta facilidad. Existen varios métodos para hacerlo, nos concentraremos enlos motores de combustión interna de chispa.


49/53

49

FIGURA N°06. Partes de un motor de combustión interna.

Se debe partir del concepto de que una PLANTA es un máquina que convierteun combustible, tal como la gasolina, hidrógeno, o biogás, en electricidad. Unaplanta está conformada por un motor de combustión interna (energía mecánica)y un generador (energía eléctrica).

El motor de combustión interna, de manera muy general, está integrado por lospistones, válvulas, bujías, cámara de explosión, bielas y cigüeñal. Sufuncionamiento radica en introducir un combustible en la cámara de explosión,con la relación de aire: combustible adecuada y realizar una explosión delmismo. Esta impulsaría el pistón para abajo en forma lineal. Gracias a la bielaque conecta el pistón con el cigüeñal, está energía mecánica lineal, setransforma en una energía rotativa.

Ahora bien, el generador, en términos muy simples, es un aparato queconvierte la energía mecánica rotativa, en electricidad . Un generadorbásicamente fuerza electrones en la dinamo para crear corriente continua(inducción electromagnética).

Por lo tanto el biogás se convierte en energía mecánica, gracias a un motor decombustión interna, y dicha energía mecánica a través de un generador, es

convertida en electricidad.


50/53

50

El biogás es un excelente combustible porque:

Tiene un alto rango de octanaje (poca probabilidad de autoignición).

Deja poco o ningún depósito de carbono en los cilindros o pistones.

Se mezcla mejor con el aire (en comparación líquido-gasolina),

resultando en una mejor detonación en el cilindro.

¿Cómo aprovechar el biogás en una granja lechera o porcina?

Actualmente, la posibilidad de generar energía eléctrica con biogás, debesustentarse en el análisis de su factibilidad económica, la cual estará ligada a lahabilidad del diseñador/asesor del proyecto, de hacerlo rentable. Si la granjatiene el volumen mínimo requerido de residuos orgánicos; estos se puedenconvertir en biogás, para generar electricidad en la granja lechera o porcina.

Cada caso es independiente. En dos proyectos, no importa si la cantidad deresiduos orgánicos es la misma, existen factores que los hacen, más fácil odifícil al aprovecharlos en la finca como energía.

Se considera que existen 6 factores que están involucrados en elaprovechamiento del residuo orgánico para la generación eléctrica. Estos son:

1. Tecnología para la producción de biogás.2. Cantidad y calidad de biogás disponible o acumulado.3. Consumo eléctrico.

4. Costo de la electricidad.5. Distanciamiento entre la fuente de biogás y el uso de la electricidad.6. Eficiencia del generador eléctrico.

FIGURA N°10. Planta eléctrica para biogás. Marca GENERAC.


51/53

51

3.7. CONCLUSIONES Mediante la fermentación metanogénica o digestión anaeróbica

podemos tratar residuos de animales o vegetales y obtener biogás yfertilizante.

Una de las características principales de la digestión anaeróbica es laetapa metanogénica, por ser la etapa limitante del proceso debido a queen esta etapa la reproducción de bacterias es muy lenta, y son muysensibles a los cambios de acides y temperatura.

Un mal manejo de los factores que influyen en la Digestión Anaerobia,puede lograr la ruptura del equilibrio entre las comunidades microbianasy por consiguiente se inhibe la digestión anaeróbica.

El biogás obtenido, con un 53% de CH4, el cual le da las característicasde un gas combustible que tiene un valor energético de 20-25 MJ/M3,comparado con 33-38MJ/m3, para el gas natural, se puede utilizar endiferentes formas como combustión directa para el consumo doméstico ytambién para el uso industrial.

El cálculo y diseño básico se realizó teniendo en cuenta la cantidad deestiércol a tratar diariamente, que fue de 100kg de estiércol por día paraun rebaño de 5 vacas que produce aproximadamente 20 kg de estiércolpor animal.

La rentabilidad económica de un proyecto para la generación de biogásy su conversión en electricidad, se ve afectado por seis factores, loscuales deben ser analizados en la granja. En términos generales, se

estima que con 700kg de estiércol diario (o más), el proyecto tendrá untiempo de retorno menor a cinco años.

La limpieza del biogás es importante para garantizar la vida útil de laplanta.

En caso de establecerse un proyecto de digestión anaeróbica, con arasde aprovechar el biogás, se deben instalar los biodigestores, lo máscerca posible de la planta.


52/53

52

CAPITULO IV. RECOMENDACIONES

Realizar estudios más exhaustivos referentes al diseño de biodigestores,especialmente para zonas donde las temperaturas son bajas.

Realizar el diseño de los biodigetores chino e indio para ver las

diferencias y cómo influyen los factores de la digestión anaerobia. Realizar investigaciones en cuanto al proceso y producción de biogás, a

partir de diferentes sustratos.

Hacer una evaluación económica con respecto al diseño debiodigestores.


53/53

53

CAPITULO V. BIBLIOGRAFIA Xavier Elías Castells. (2005). Tratamiento y Valorización Energética de

Residuos.

Jaime Martí Herrero. (2008). Guía de diseño y manual de instalación debiodigestores.

Cofre, C. (2001). Guía para la construcción y Operación de una Plantade Biogás, alimentada con lodos residuales de la Industria Carnea, Tesispara Optar al Título de Constructor Civil, Universidad Austral de Chile.

Amanda Isabel Pazmiño, Z. (2012). Diseño, construcción e implantaciónde un biodigestor anaerobio de flujo continuo para el tratamiento de

estiércol bovino en la finca “Rancho Santa Esther” del sector “La Delicia”parroquia Tulcán, Provincia del Carchi, Ecuador.

Red Mexicana de Bioenergía. (2012). Producción de Biogás en México.

Cuéllar, A.; Webber, M. (2008). Cow power: the energy and emissionsbenefits of converting manure to biogás. Texas, EEUUU.

Anaerobic Treatment of Cattle Manure for Biogas Production. Omar,

Ghazi, Yunus. Department of Chemical and Environmental Engineering,Faculty of Enginnering, University Putra Malaysia, Selangor, Malaysia.

trabajo de investigacion valorizacion energetica

Documents