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Autor: Favio Antonio Carmona; Julio Enrique Orozco; Raúl Botero Botero y Carlos Hernández. Universidad EARTH, Costa Rica
El petróleo es un combustible ampliamente utilizado a nivel mundial para la generación de energía eléctrica. Sin embargo, el petróleo es un recurso no renovable, por lo cual es necesario que se desarrollen, evalúen y utilicen fuentes alternas de producción de energía eléctrica.
Este proyecto desarrolla, implementa y ofrece otra opción energética apta para las zonas rurales de bajos recursos económicos, donde se pueda generar la energía eléctrica requerida a base de biogás, obtenido como producto de la fermentación de desechos orgánicos contaminantes (excrementos animales y humanos, desechos vegetales, etc.) por medio del biodigestor de polietileno de bajo costo (Figura 1).
1).Válvula de salida
2).Almacenamiento de biogás
3).Nivel del agua mezclada con desechos orgánicos
Figura 1. Biodigestor de polietileno de bajo costo.
Objetivos
- Difundir la producción de biogás a partir de desechos orgánicos, mediante el biodigestor de polietileno de bajo costo y la utilización de este biogás para la generación de energía eléctrica en las zonas rurales de América Tropical.
- Definir la metodología para la adaptación de motores de gasolina de cuatro tiempos o diesel al uso de biogás.
Metodología
Motor de gasolina:
La metodología para la adaptación del motor de gasolina consistió en la elaboración de una pieza que permitiera la introducción de una mezcla de biogás -aire al cilindro del motor (Figura 2), para lo cual se utilizaron materiales de PVC en su mayoría, ya que estos son de fácil obtención y de bajo costo.
Para la realización de la prueba del uso de biogás en el motor de gasolina de cuatro tiempos, se utilizó un motor marca Honda de 5 HP (3,7 kwh), modelo GX 140 MAX, de 144 cm3 (Figura 2).
1).Tubo de entrada de biogás
2).Válvula de admisión de aire
3).Tubo de entrada de aire
4).Válvula de admisión de biogás
5).Entrada al motor de la mezcla aire – biogás
Figura 2:
a) Pieza para adaptar un motor de gasolina de cuatro tiempos al uso de biogás,
b) Motor de gasolina de uatro tiempos con pieza conectada en la posición del purificador de aire
Motor Diesel:
La metodología para la adaptación del motor diesel de cuatro tiempos al uso de combustible mixto (diesel-biogás-aire) fue similar a la utilizada en el motor de gasolina de cuatro tiempos. En las pruebas se utilizó un motor de tractor marca Lamborghini de 35 hp, modelo Runner K4F-D, de 350 cm3 (Figura 3).
1).Entrada de biogás
2).Entrada de aire
3).Entrada al motor de la mezcla aire – biogás
4).Válvula reguladora de entrada de biogás
Figura 3:
a) Pieza de adaptación para el uso de biogás en motor diesel
b) Tractor con motor diesel con pieza incorporada
Resultados
Motor de Gasolina:
Se puede observar el tipo y cantidad de materiales utilizados y la disposición de cada uno de ellos en la pieza elaborada para la introducción de la mezcla aire-biogás a través del purificador de aire de cada tipo de motor. De acuerdo con esta figura, se puede notar que el principio fundamental de la pieza lo representa la T de PVC, la cual sirve de mezclador de biogás-aire (Figuras 2 y 3).
Con la utilización de biogás, se logró sustituir el 100 % del combustible gasolina, por lo cual, de acuerdo con el Cuadro 1, cada hora de uso del motor con biogás, permite ahorrar 2.213,59 ml de gasolina. El consumo de biogás fue de 0,55 m3/hora, lo que significa, que con este tipo de motor, 1 m3 de biogás equivale a 4,025 litros de gasolina.
Cuadro 1. Datos de consumo de combustible del motor de gasolina de cuatro tiempos
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Tipo de
Combustible |
Cantidad inicial de prueba (mL) |
Cantidad final (mL) |
Consumo total (mL) |
Tiempo
Minutos |
Consumo (mL/Hora) |
|
Gasolina |
1.000 |
50 |
950 |
25,75 |
2.213,59 |
Motor Diesel
En el Cuadro 2 se puede notar que la mayor sustitución de combustible diesel por biogás, se obtuvo cuando el motor trabajó en la velocidad mínima (74,07 % y 70,37 %, Cuadro 2). En cambio, cuando el motor diesel se trabajó con 1.500 RPM se sustituyeron cantidades menores de combustible diesel (64,96 % y 64,23).
Cuadro 2. Datos de consumo y sustitución de combustible por biogás en el motor diesel.
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Combustible |
Velocidades del motor |
Posición de pieza |
Cantidad inicial |
Retorno |
Cantidad final |
Consumo |
Tiempo |
Sustit. |
|
----RPM---- |
----------------mL------------------ |
-Horas- |
-%- |
|
Diesel |
Mínimo |
* |
3.000 |
360 |
2.100 |
540 |
1 |
0,00 |
|
1.500 |
* |
3.000 |
160 |
1.470 |
1.370 |
1 |
0,00 |
|
Diesel + biogás |
Mínimo |
** |
3.000 |
440 |
2.420 |
140 |
1 |
74,07 |
|
1.500 |
** |
3.000 |
420 |
2.100 |
480 |
1 |
64,96 |
|
Mínimo |
*** |
3.000 |
390 |
2.450 |
310 |
1 |
70,37 |
|
1.500 |
*** |
3.000 |
370 |
2.140 |
490 |
1 |
64,23 | * Sin uso de biogás
** Biogás directo: aire perpendicular
*** Aire directo: biogás perpendicular
El motor diesel de un vehículo la mayoría del tiempo trabaja a altas revoluciones (≥1500 RPM). En el experimento se utilizaron dos posiciones de ingreso de biogás al motor, de las cuales, según el Cuadro 2, la de mayor sustitución es la que tiene la entrada del biogás de forma directa al motor (64,96 %).
Conclusiones
En el funcionamiento de motores de gasolina de cuatro tiempos, el carburador funciona como conductor de la mezcla aire-biogás, pero a la vez permite la utilización exclusiva de cualquiera de los dos combustibles (gasolina o biogás), de acuerdo a la necesidad y disponibilidad.
En el caso de los motores diesel, el principio de adaptación al biogás, es similar al del motor de gasolina de cuatro tiempos, con la única diferencia de que en los motores diesel no es necesario encontrar una mezcla adecuada de biogás-aire, debido a que en estos motores se trabaja con una mezcla de diesel-biogás-aire. En la medida que aumenta el consumo de biogás, el consumo de la mezcla aire - diesel disminuye.
Autor: Favio Antonio Carmona; Julio Enrique Orozco; Raúl Botero Botero y Carlos Hernández. Universidad EARTH, Costa Rica
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 DISCUSIONES SOBRE ESTE TEMA.
 
| 15/08/2007 |
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Interesante artículo profesor Botero, de ante mano le quiero dar las gracias por enesñarnos alternativas prácticas de bajo costo, como es el caso de la utilización de biogas como fuente de energía ya que dicha alternativa funciona muy bien comuniadades pobres.
La universidad EARTH tiene un módulo de experiencia de trabajo que liga a los estudaintes con las comunidades aledañas al campus, estuve trabajando en dicho módulo durante 4 meses instalando biodigestores, les comento que fue una experiencia satisfactória ya que los biodigestores funcionaron exitosamente después de aplicar constantemente excretas con agua (1:6), producto del lavado de los corrales, este proceso dura aproximadamente 30 días para obtener el biogas.
Nuevamente le agredezco por este aporte a la humanidad profesor Raúl Botero B.
Saludos, éxitos.
Atte. Julio Sánchez | Respuesta Chequeada por Engormix.com  |
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| 24/08/2007 |
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Estimado profesor Botero y foristas, estoy indagando en el tema y como primer paso mi necesidad es la de conocer si la cama de pollo es considerada un buen producto para lograr biogas y si es así como puedo obtener información del proceso, los rindes,y calidad del bogas.
Entiendo por lo que leí en el foro, ya lo menciono el profesor Botero, que hay otros articulos que hablan del tema de biogas ¿saben de alguno que trate este tema de la cama de pollo?
Gracias a usted y buena semana |
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| 25/08/2007 |
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Estimado Ingeniero Fernandez:
Muchas gracias por su mensaje. No he encontrado información en la literatura sobre la utilización de las excretas de aves para la producción de biogás, pero si he podido ver varios ejemplos prácticos de su uso en fincas, con excelentes resultados. La cama aún no la he visto utilizar y creo que no debe ser un buen material, puesto que contiene fibra que es difícil de digerir en corto tiempo por las bacterias, dentro del biodigestor.
Lo que he visto, hasta ahora, es que mantienen las aves en jaulas con piso de malla metálica, elevadas del suelo. Las aves defecan y la excreta cae al piso y de allí la lavan con agua y la introducen a los biodigestores. Ví un biodigestor esta semana en una granja que no tiene más que 100 aves encerradas, entre gallinas, pollos, patos y pavos, y su biodigestor de 12 metros cúbicos de fase líquida y de flujo continuo les funciona bien, produciendo 4 metros cúbicos de biogás por día.
Reciba mi cordial saludo,
Raúl Botero Botero |
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| 27/10/2007 |
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Ing. Josue H. Milla
Camaricultura/tropical Larva Camaron
Choluteca - Honduras |
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Ing. Botero, excelente tema y de muchísima importancia debido a la tendencia progresiva del cuidado al medio ambiente. Ing. ¿es posible usar desechos de camarón, como ser cabeza, cáscara o el mismo camarón de desecho, para la producción de CH4? En mi región existe una gran cantidad de este recurso y también un costo altísimo de combustible fósil... Sería una alternativa idónea para esto. De antemano muchísimas gracias. | | Respuesta Chequeada por Engormix.com |
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| 21/01/2008 |
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Jorge Montero
Planificador Ambiental/ing. Civil/
San Jose - Costa Rica |
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El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) tiene varios proyectos piloto de producción de biogas, utilizando varios sustratos, y varios de utilización del gas como combustible de un generador eléctrico. Ahí pueden contactar con el Ing. Agr. Miguel Víquez encargado del proyecto.
Jorge Montero. | | Respuesta Chequeada por Engormix.com |
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| 27/03/2008 |
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Francisco Romero Sanchez
Veracruz-Llave - México |
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Soy estudiante de ingeniería química y mi papa es productor de leche, en el rancho no hay electricidad y actualmente estamos pensando en poner una tina enfriadora de leche no estoy muy familiarizado con el tema así que agradecería que se me enviara información mas especifica para poner una planta generadora de electricidad así como el manejo del biogás para introducirlo a un motor de gasolina |
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| 22/04/2008 |
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Gabriel Santiago
Puebla - México |
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que tal primero felicitarlos por trabajar en estos proyectos y que sigan adelante con esto.
me gustaria mas informacion sobre los avances y problematica de biodigestores
soy estudiante de ingenieria y me agradaria aportar para mejorar este tipo de proyectos. |
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| 24/04/2008 |
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stevens damian
Estudiante/-
Misiones - Argentina |
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quisiera saludar a todos los del foro.
La parte q no me queda clara es sobre la reducción de potencia de un motor dual (diesel-biogás), porque según algunos autores disminuye la potencia hasta un 70% mientras que otros aclaran que sólo lo hace entre 5 y 10%.
Entonces cuál es la eficiencia real o la disminución de potencia del motor dual, ya que si disminuye un 70% la potencia es muy difícil obtener rentabilidad al comprar un motor de 100 KW que te genere 30 KW de potencia máxima.
Otra duda es con respecto al cálculo de potencia máxima que necesita tener mi motor en función del caudal de biogás.
¿como se que motor comprar en función de un determinado caudal de biogás diario, sabiendo q voy a sustituir hasta un 70% de diesel por biogás?
Desde ya agradezco su atención y si es posible una respuesta a la brevedad. |
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| 24/04/2008 |
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Alberto Elias
Queretaro de Arteaga - México |
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tambien puede funcionar con motores de dos tiempos? por ejemplo con algun motor de podadora o los motores de los gocart
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| 26/04/2008 |
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Felicitaciones y un cordial saludo al Dr. Botero.
Ante tan interesante articulo y su posterior discusión en el foro me atrevo a plantear los siguientes comentarios con el temor de cometer equivocaciones que ya sabrán perdonar y corregir:
1- Construimos un biodigestor siguiendo las indicaciones al pie de la letra que aparecen en el siguiente enlace con un éxito rotundo, por tal razón les recomiendo usar este instructivo si están buscado información sobre como se construye un biodigestor, realmente es a prueba de dummies:
http://www.corantioquia.gov.co/docs/ventanilla/CARTBIODIG.pdf
Adicionalmente vean este vídeo y su segunda parte, mas fácil imposible:
http://www.youtube.com/watch?v=hjoSNv_plZQ
2- La finca esta dedicada principalmente a la produccion porcícola, toda la porquinaza se lava sobre una zaranda con malla 200, la materia sólida que no pasa la malla se seca y se usa para la engorda de novillos y el agua con los sólidos finos se usa para cargar el biodigestor.
3- El gas resultante, después de ser filtrado y secado como indica el profesor Botero en sus intervenciones, es usado para calefacción en los cubiles de las parideras, para iluminación usando lámparas de capuchón parecidas a las usadas en las lámparas Coleman de gasolina blanca, para alimentar la estufa de la cocina y el calentador de paso de los baños, para generar electricidad con una planta similar a la del articulo y para una estufa industrial donde se tuesta la solla que se usa para complementar la dieta de los cerdos. no se si ya hicieron la cuenta de cuanto dinero nos ahorramos en energía eléctrica y combustibles. En general el gas natural se puede usar en cualquier gasodomestico con unas muy pequeñas modificaciones.
4- Hay algunos equipos que requieren mayores presiones de gas para funcionar que la que provee el biodigestor por si solo, la solución es un simple compresor con un cilindro de almacenamiento.
5- Como la inquietud del señor Juan F. Uribe sobre el bajo acceso de los campesinos al Internet es tan importante como cierta yo le hago la siguiente propuesta: Construya un biodigestor en su finca e invite a los campesinos vecinos a ver todo el proceso para que aprendan, imprima algunas copias del manual que cito arriba y regalelas recomendando que impriman ellos mismos algunas para sus amigos, me cuenta si le funciona.
un cordial saludo y felicitaciones por este foro tan interesante
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