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Diseño de Biodigestores

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ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN

  • Introducción

    • Importancia de la Biomasa en la generación de energía
    • Desarrollo histórico de los Biodigestores (Marco Internacional y Nacional)


  • Factores determinantes en el proceso de generación del biogás

    • Reacciones bioquímicas en la formación del biogás
    • Sustrato
    • Proceso
    • Biodigestor

  • Características del Biogas
  • Presentación de caso (Biodigestor Industrial granja avícola)
  • Análisis porcentual de costos de inversión

I.  INTRODUCCION

Posibilidades de obtención de energía a través del uso de la BIOMASA





El ciclo de la BIOMASA en el BIODIGESTOR







BIODIGESTORES: Desarrollo histórico internacional.

1776 Volta descubre el metano (CH4) en el gas de los pantanos
1869 Por primera vez se utiliza el Biogas (metano) en un hospital de Bombay - India
ASIA
  • 120,000 pequeños biodigestores sin calefacción en la India
  • Más de 7 millones de biodigestores sin calefacción en la China
  • Número considerable de biodigestores en otros países asiáticos
EUROPA

Alemania:

  • Pequeño boom entre 1973 y 1985 como resultado de la crisis energética
  • Propósito principal: generación de energía y protección del medio ambiente

Antigua RDA

  • Pocas plantas pero con capacidades muy grandes (16,000 m3 de fermentador)

Fuente: UNI. Hohenheim



LOS BIODIGESTORES EN EL PERÚ

Número de Biodigestores Instalados en el Perú

  • Piura ......................3
  • Lambayeque............2
  • Cajamarca..............47
  • Amazonas................1
  • Ancash....................2
  • Lima.......................7
  • Arequipa...............18
  • Junin......................1
  • Cuzco ....................1
  • Madre de Dios..........2
  • Huanuco................3
  • Pucallpa.................1
  • Tacna..................14
  • Moquegua..............2
  • Puno.....................2
    Total =106

    Predominio de Artesanales Chinos
    (Excepto Biodigestor De Electro Perú- Huacho 250 m3


  • Fuente: Seminario Internacional “Las Energias renovables y el desarrollo de resgiones rurales”. Universidad nacional San Antonio Abad – Cusco / U. de Lima
Razones de Éxito o fracaso de los Biodigestores en el país



II. FACTORES DETERMINANTES EN EL PROCESO DE GENERACIÓN DE BIOGÁS

Reacciones bioquímicas en la formación del BIOGAS

  Componentes orgánicos
 
FASE HIDROLITICA Moléculas Macro
Carbohidratos- Grasas -Proteínas
Moléculas Micro
Azucares simples, ácidos grasos, aminoácidos
Ácidos carbónico, Orgánicos, Alcoholes, Dióxido de carbono
 
FASE METANOGENICA Ácido Acético, Hidrogeno, Dióxido de carbono, Metanol
 
FASE DE FORMACION DE METANO BIO GAS
(Metano, Dióxido de carbono)

Fuente: Hohlfeld/ SASSE - 1986



Factores Determinantes

SUSTRATO PROCESO DIGESTOR
  • Composición
  • Relación C/N
  • Existencia de bacterias formadoras de metano
  • Temperatura
  • Concentración
  • Tiempo de permanencia del substrato en el Biodigestor
  • Valor de pH
  • Mezclado e intensidad del agitado
  • Condiciones
  • Anaeróbicas
  • Dimensionamiento Diseño
  • BACTERIAS - PROCESO DE FERMENTACION
     
    CANTIDAD DE BIOGAS   CALIDAD DE BIOGAS


    Fuente: Lipp GMBH



    Primer Factor: SUSTRATOS


    TIPOS DE SUSTRATOS
    (RESIDUOS Y EFLUENTES) A TRATAR EN UN BIODIGESTOR

    • Efluentes municipales
    • Efluentes agrícolas/pecuarios/pesqueros
    • Efluentes industriales


    • Residuos
      • Líquidos
      • Semi-sólidos
      • Sólidos
    Importancia de la Relación carbono Nitrógeno en los sustratos:

    RELACION CARBONO NITRÓGENO (C/N) DE DIVERSOS SUSTRATOS

    SUSTRATO RELACION C/N
    Orina 0.8
    Excreta de vacuno 10 - 20
    Excreta de Porcino 9 - 13
    Excreta de Gallina 5 - 8
    Excreta de caprino / ovino 30
    Excreta de Humanos 8
    Paja de cereales 80 - 140
    Paja de maíz 30 - 65
    Gras fresco 12
    Desperdicios de verduras 35
    Fuente: BARNETT  


    VALORES DE GENERACIÓN DE BIOGÁS SEGÚN DIFERENTES SUSTRATOS

    SUSTRATO GENERACION DE GAS
    (L/Kg. Biomasa seca)
    PROMEDIO
    (L/Kg. Biomasa seca)
    Excreta de Porcino 340 - 550 450
    Excreta de vacuno 150 - 350 250
    Excreta de Aves 310 - 620 460
    Guano de caballo 200 - 350 250
    Guano de oveja 100 - 310 200
    Guano de establo 175 - 320 225
    Paja de cereales 180 - 320 250
    Paja de maíz 350 - 480 410
    Paja de arroz 170 - 280 220
    Gras fresco 280 - 550 410
    Gras de elefante 330 - 560 415
    Bagazo 140 - 190 160
    Desperdicios de verduras 300 - 400 350
    Jacintos 300 - 350 325
    Algas 380 - 550 460
    Lodos de aguas servidas 310 - 640 450


    Fuente: OEKOTOP


    Segundo Factor: PROCESO

    Sistemas industriales

    • Pré-tratamento del sustrato
    • Generacion de Biogas
    • Recuperación y almacenamiento del biogás

    Rangos de Temperatura y Tiempo de fermentación Anaeróbica


    FERMENTACION MINIMO OPTIMO MAXIMO TIEMPO DE FERMENTACION  
    Psycrophilica 4-10 °C 15-18°C 25-30°C Arriba de 100 días  
    Mesophilica 15-20 °C 28-33°C 35-45°C 30-60 días  
    Thermophilica 25-45°C 50-60°C 75-80°C 10-15 días  

    Fuente: OEKOTOP
    Rango de valores de pH en la generación de BIOGAS

    Valor pH Característica
    7 – 7.2 OPTIMO
    Menor de 6.2 Retardo por acidos
    Mayor a 7.6 Retardo por amonios

    Fuente: OEKOTOP



    Tercer Factor: BIODIGESTORES

    BIODIGESTOR SIN HOMOGENIZADOR (Modelo Artesanal)





    MODELO CLASICO DE UN BIODIGESTOR EUROPEO (tecnología actual)


    Autor: Peter Cremer - Alemania




    III. CARACTERISTICAS DEL BIOGAS

    CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS

    El BIOGAS está compuesto en un 50 a 70% de METANO y un 30 a 50% de dióxido de carbono, además de contener hidrógeno sulfurado y otros gases de menor importancia.

    PRODUCCION Y COMPOSICION TEORICA DEL BIOGAS

    SUBSTRATO PRODUCCION DE GAS
    (L/Kg. de materia seca)
    CONTENIDO DE METANO
    (CH4) %
    CONTENIDO DE
    CO2 %
    Carbohidratos 800 50 50
    Proteínas 700 70 30
    Grasas 1,200 67 33



    ENERGÍA EQUIVALENTE (en Volumen) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES




    USOS del Biogas en actividades productivas




    ENERGÍA EQUIVALENTE (valor energético) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES

    VALORES BIOGAS* GAS NATURAL GAS PROPANO GAS METANO HIDROG.
    Valor Calorífico (Kwh/ m3) 7.0 10 26 10 3
    Densidad (Kq/m3) 1.08 0.7 2.01 0.72 0.09
    Densidad con respecto al aire 0.81 0.54 1.51 0.55 0.07
    Limite de explosión (% de gas en el aire) 6-12 5-15 2-10 5-15 4-80
    Temperatura de encendido 687 650 470 650 585
    Máxima velocidad de encendido en el aire (m/s) 0.31 0.39 0.42 0.47 0.43
    Requerimiento teórico de aire (m3/m3) 6.6 9.5 23.9 9.5 2.4


    Fuente: Lipp / GMBH
    * Biogas: 70% CH4, 28% CO2 y “% otros gases



    IV. PRESENTACION DE CASO

    Biodigestores instalados actualmente






    Vista aérea del Biodigestor de concreto armado mostrando diversos componentes





    PREPARACIÓN DEL SUSTRATO




    Trampa de Sustrato




    Homogenizadores con sistema de calefacción




    Agitador visto exteriormente





    Válvulas de seguridad del Biodigestor y sistema de comando de la calefacción





    Sistema de desulfatado





    Vista aerea del biodigestor de concreto armado y dos silos de recepcion de gas





    Vista interior de una bolsa de recepción de gas




    Puerta del silo mostrando la bolsa de gas






    Turbinas para el transporte del biogas a los lugares de consumo




    Lámparas Criadoras





    V. EVALUACION ECONOMICA

    CONSIDERACIONES PREVIAS

    • Los costos de inversión varían entre un biodigestor y otro

    • Variables: Tipo de digestor, Tipo de sustrato, sistema de calefacción, sistemas de agitación, tratamiento de los afluentes, sistema de desulfatado, entre otros.

    • Analizaremos un estudio estadístico efectuado en Alemania en el año 1997 por la Asociación de Biogás de dicho país, en función a 100 Biodigestores de diferente tamaño para determinar de manera porcentual el costo de inversión de sus diferentes elementos.

    ANALISIS PORCENTUAL DE LA INVERSION



    Esperamos con esta experiencia, haber dado el primer paso ……..ahora les toca a ustedes

    MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION


    ANEXO
    Con la intención de unificar criterios entre los foristas interesados en el tema de los biodigestores, deseo poner en conocimiento de Uds. una tabla de valores de generación de biogas de los diferentes sustratos. Para ver la tabla de de valores - TS: CLICK AQUI
     
    Autor/es
    Lima, Perú
    Tec. Mecánico
    (125741)
    (220)
    Re: Diseño de Biodigestores
    30/06/2011 | Hola saludos:
    Me parece muy importante un biodigestor .... Mi consulta seria con los desechos de una cabaña de cerdos de aproximadamente 100 animales , podria abastecer a un biodigestor que cantidad de Biogas ontendria?
    Esperando su respuesta me despido saludos y gracias.
    (2)
    (0)
    Pablo Infantes Chávez
    down arrow
    Lima, Lima, Perú
    Tec. Mecánico
    Re: Diseño de Biodigestores
    30/06/2011 | Hola Einer: paraece que el sistema se encuentra con fallas.
    Bueno , el cerdo evacua el 2% de su peso en excretas el 12 % de este peso es sustancia orgánica seca , que s la que se va a convertir en biogas,, por cada kilo de sustancia orgánica seca se genera entre 340 y 420 litros de biogas, con este dato puedes calcular el volumen de biogas que podrías generar.
    Saludos
    Pablo
    (2)
    (0)
    Oskar
    down arrow
    Barcelona, Cataluna, España
    Técnico Agropecuario
    Re: Diseño de Biodigestores
    19/07/2011 | Sr. mi nombre es Oskar, soy nacido en Argentina , estudie en la Universidad Nacional de Lujan ,UNLu. Bs As .y este sistema fue lo que cejudo el seguir la carrera de agronomìa , mas el plan de estudio de aquella época .
    Ahora vivo en España en Barcelona y estoy escribiendo un proyecto de empresa de construcciones e digestores para el pequeño y medianos productores y donde se produzca un una cantidad de materia orgánica de forma regular y el subproducto re elaborado,y aprovechado , y bueno haber encontrado esta pagina me a causado mucha alegría ,es una herramienta y en ella hay experiencia de trabajo desde el llano .
    Quería así presentarme antes uds. de la forma mas simple y respetuoso .Sin mas saluda atte su servidor Oskar
    (1)
    (0)
    down arrow
    Reino Unido
    Re: Diseño de Biodigestores
    09/08/2011 | Hola,

    Primeramente felicitarle por este elaborado artículo, es de lo mas útil que he encontrado en la net y me esta ayudando mucho con el proyecto que tengo en mente. Gracias por su gran aportación.

    Yo soy un estudiante de biotecnología, y estoy enfrascado con un amigo en un proyecto relacionado con los biodigestores, producción de biogas, electricidad y calefacción.
    Estamos construyendo un pequeño digestor (60L) equipándolo con sensores de todo tipo e incluso un sistema de agitación.
    Nos seria de gran ayuda si nos pudiera facilitar alguna fuente de información donde podamos extraer datos sobre la cantidad de agua a añadir y como calcular la relación C/N de los residuos puesto que nuestro proyecto no se basa en residuos de la industria ganadera, principalmente residuos domésticos, que pueden ser muy variados y en diferentes proporciones.

    Le agradezco de antemano su atencion,
    Atentamente, Kevin Leonardo
    (0)
    (0)
    Re: Diseño de Biodigestores
    21/09/2011 | HOLA
    SOY ENTUSIASTA EN ENERGIAS RENOBABLES, SOY TECNICO EN ELECTRONICA , LO QUE ME DA CONOCIMIENTOS BASICOS PARA VARIOS PROYECTOS, DESDE PANELES SOLARES HASTA REGULADORES DE VOLTAJE PARA EFICIENCIA EN EL HOGAR...


    MI PREGUNTA ES...

    HICE UN REACTOR DE 100 GLS, TIENE 75% AGUA DE ESO 20% ES MATERIA FECAL HUMANA Y ORGANICOS ...DESECHOS DE COSINA

    PUEDE FUNCIONAR ASI MI REACTOR.......SACARA METANO........SINO

    QUE ES LO QUE PUEDO USAR PARA SACAR EL MEJOR PROBECHO....


    MUCHAS GRACIAS POR LA ESPUESTA...

    (0)
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    Re: Diseño de Biodigestores
    10/10/2011 | saludo a los foristas, e investigado sobre biogestores y en verdad es importante que tomemos muy en serio el tema sobre todo el medio rural, ya que noexisten enpotramiento para los desechos y son perjudiciales al ambiente, mi pregunta es ¿ biogestores de las dimenciones aqui señaladas no estan al alcanse de aquellos que quieren tener sus espacios y el contorno de sus vecinos libre de contaminaciòn, lo mejor y mas viable es presentar biogestores de facil construcciòn y manejo, me gustaria conocer mas sobre ellos, aqui les dejo mi correo ya que nesecito mucha informaciòn para contruir uno y empesar a difundirlo, Gracias. la-caporal@gmail.com
    (0)
    (0)
    Gladys Curay
    down arrow
    Quito, Pichincha, Ecuador
    Ing. Civil
    Re: Diseño de Biodigestores
    14/10/2011 | muy importante para ,i porque esoy trabajndo en una area donde se va ha utilizar el agua para riego y abrevadero para animales, pero lo que mas me motiva es que quiero impulsar a los habitantes de las comunidades a organizarse para utilizar estos sistemas de descontaminacion del aire y del agua.
    (0)
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    Re: Diseño de Biodigestores
    02/11/2011 | saludos cordiales ING. pablo chavez
    muy interesantes sus comentarios sobre los biodigestores
    me interesa instalar un biodigestor para la produccion de enrgia electrica en las afueras de la ciudad para una zona ejidal pero se me ha dificultado saber que motor voy a usar y cuanta energia electrica voy a producir si produzco 20m3 de biogas o como se calcula o que provea de una formula gracias por su atencion
    (0)
    (0)
    Pablo Infantes Chávez
    down arrow
    Lima, Lima, Perú
    Tec. Mecánico
    Re: Diseño de Biodigestores
    03/11/2011 | Hola David: la verdad es para darte una opinión deseo saber sobre todo tu biodigestor.
    A grosso modo te puedo decir que si generas 20 m3 de biogas y si su contenido de metano es de aproximadamente de 60 % podrias producir alrededor de 40 Kwh.
    saludos
    Pablo Infantes
    (1)
    (0)
    Re: Diseño de Biodigestores
    16/11/2011 | Hola buenas tardes, estoy empezando un proyecto, de una casa autosustentable, y como parte de mi proyecto es instalar un biodijestor, asiq ue si alguien sabe de los materiales las capacidades, y demás datos serán muy bien recibidos.
    Att: Ing Bruno Mollina
    (0)
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