SELECCIÓN DEL MATERIAL, EQUIPO Y CARACTERISTICAS A CONSIDERAR

A lo largo del presente apartado se describirán brevemente algunas de las características que tendrá el biodigestor, además de que material y equipos serán seleccionados para cubrir determinados aspectos presentes en el dispositivo.

71  TANQUE: Para poder elaborar el tanque, entre otros materiales, se prefiere utilizar acero tipo SA-285, ya que este material es utilizado para fabricación de tanques, calentadores, entre otros dispositivos, y que para la aplicación que daremos, cumplirá sin problemas las presiones y temperaturas a las que pueda ser sometido.

Otra opción es crear un tanque subterráneo como obra civil, pero para efectos de costo, construcción y condiciones en que este trabajará, es conveniente utilizar la metalurgia. También será necesario fabricar tapas para el biodigestor, las cuales preferentemente deben de cumplir con las exigencias a las que se somete al resto del tanque, es decir, ser fabricadas del mismo material.

Recubrimiento anticorrosivo. Debido a que el acero del tanque estará sometido constantemente a residuos orgánicos en descomposición, es muy importante recubrir el interior del tanque con algún material anticorrosivo. Un anticorrosivo es un producto químico que se utiliza para proteger alguna superficie metálica de la corrosión. La corrosión es un proceso químico que degrada los metales hasta convertirlos en oxido, haciendo que pierden sus propiedades térmicas, mecánicas, etc.

Es necesario utilizar material anticorrosivo que proteja la estructura contra residuos orgánicos, puesto que no necesitamos algún otro tipo de protección. Es posible encontrar algunos distribuidores de productos químicos que ofrecen las propiedades necesarias para el uso que le daremos.

Recubrimiento térmico. Aunque el proceso anaeróbico no se efectuará a muy altas temperaturas, es importante considerar recubrir el exterior del tanque con algún material térmico. Básicamente para evitar que las temperaturas del exterior, o el viento disminuyan la temperatura interior, retardando el proceso de digestión.

72  BOMBAS: Para la descarga del biodigestor, así como para la extracción de biogás del sistema, es indispensable utilizar bombas. Es posible prescindir de una bomba para la extracción de gas, puesto que este tiende a salir del recipiente, aunque es recomendable el uso para poderlo lograr con mayor eficiencia y menor tiempo y desperdicio.

No es posible descargar el biodigestor de una forma manual. Para poder efectuar esta labor de mejor manera es completamente necesario auxiliarse de una bomba. Debido a que el material de descarga de la bomba es un tanto viscoso e incluso puede tener algún residuo sólido inorgánico, el tipo de bomba a utilizar es una bomba inatascable.

El uso común de una bomba inatascable es para aguas negras. Son bombas horizontales de una sola etapa con aspiración axial y descarga tangencial. Impulsor en voladizo hidráulicamente equilibrado.

Están disponibles también en construcción vertical de pozo húmedo. Su diseño permite desmontar las partes giratorias de la bomba sin desmontar cañerías de succión ni descarga utilizando un acoplamiento con distanciador. Como se aprecia en la figura, el cuerpo de la bomba y el motor eléctrico no deben ser removidos para desarmar la bomba para inspección y reparación. Esto permite conservar la alineación inicial.

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 CARGA Y DESCARGA: El biodigestor de ninguna manera puede

considerarse un sistema cerrado. Tendrá un conducto de carga, esto es, donde será llenado por residuos orgánicos listos para la transformación; un conducto de descarga, donde el material una vez extraídas las propiedades energéticas, será desechado del sistema, pero aprovechado como abono para las plantas (pues aunque ha perdido capacidad energética, las propiedades nutrimentales siguen presentes); y el conducto de salida, que es por donde saldrá el biogás generado listo para ser almacenado, distribuido y/o utilizado. Estos conductos, serán hechos por tubería PVC, puesto que tiene unas propiedades excelentes para este fin. Además de tubería, también son necesarios accesorios tales como válvulas, niples, coples, etc. Para la correcta selección de dicho material, además de basarse en las normas ASTM, es posible auxiliarse de un software llamado Spears, que ayuda al usuario a encontrar el equipo adecuado de acuerdo a las necesidades que vayan surgiendo. El uso de este tipo de bomba permitirá descargar el biodigestor cuando el ciclo anaeróbico haya sido completado, para nuevamente cargar y recomenzar el proceso.

 CONTROL Y SENSORES DE VALVULAS: Previo a instalar los sensores y

válvulas, hay que diseñar una estructura general para controlar el sistema. En este caso, utilizaremos un Controlador Lógico Programable, mejor conocido como PLC por sus siglas en inglés (Programmable Logic Controller).Emplear un PLC permite automatizar muchos de los procesos que se llevarán a cabo, requiriendo el mínimo de supervisión, el mínimo de error y el funcionamiento de los sensores de manera óptima).

 CONTROL DE TEMPERATURA: Para el proceso anaeróbico, es importante mencionar la influencia de la temperatura a la cual se efectúa el proceso. El proceso anaerobio se produce en la naturaleza en un amplio rango de temperaturas, que van desde 0º a 97ºC (Muñoz-Valero et al., 1987). La eficiencia del proceso, no obstante, es muy diferente en función de la

74 temperatura del medio. Se habla de tres rangos principales de temperatura, psicrofílico (por debajo de 25ºC), mesofílico (entre 25 y 45ºC) y termofílico (entre 45ºC y 65ºC), siendo la tasa máxima específica de crecimiento mayor conforme aumenta la temperatura Dentro de cada rango de temperatura, existe un intervalo en que dicho parámetro se hace máximo. La solubilidad de los gases NH3, H2S y H2 desciende al aumentar la temperatura,

favoreciéndose la transferencia líquido-gas, y por tanto desapareciendo más rápidamente del medio acuoso. Esto supone un efecto positivo, dada la toxicidad sobre el crecimiento de los microorganismos anaerobios de los citados compuestos. Una posible desventaja de este fenómeno es que el descenso de la solubilidad del CO2, que implicará un aumento del pH en los reactores termofílicos, lo que en condiciones de alta concentración de amonio puede ser negativo.

La solubilidad de la mayoría de las sales aumenta con la temperatura. Las sales orgánicas son más solubles a altas temperaturas, por lo que la materia orgánica es más accesible para los microorganismos, y aumenta la velocidad del proceso. Sin embargo, si se trata de compuestos tóxicos, al aumentar su solubilidad con la temperatura serán potencialmente más tóxicos, lo que puede explicar parcialmente la mayor inhibición de determinados compuestos orgánicos en el rango termofílico, como los ácidos grasos de cadena larga.

Además, la temperatura influye directamente en determinados equilibrios químicos, con gran influencia sobre el proceso anaerobio, como los del amonio-amoníaco libre o ácidos grasos volátiles ionizados-no ionizados. En general, con la temperatura se favorecen las formas no ionizadas, que resultan más tóxicas para los microorganismos. La viscosidad de los líquidos y semisólidos disminuye al aumentar la temperatura, lo que implica menores requerimientos energéticos para la mezcla (agitación).

75 Para conservar una buena temperatura, es posible mezclar los residuos orgánicos con agua caliente (aunque tratándose de no desperdiciar energía, el agua puede ser calentada mediante energía solar) para así facilitar la digestión, y poder repetir el proceso mayor cantidad de veces en un periodo de tiempo más reducido.

Las temperaturas óptimas para la generación de gas son entre 29.44 y 40.56 °C, así como entre 48.89 y 60°C. El primer rango de temperatura es fácilmente alcanzable con agua tibia, lo que requerirá menor tiempo de calentamiento y de utilización energética. Para poder controlar y monitorear la temperatura a la que se está llevando a cabo el proceso, será necesario utilizar algún sensor térmico. Las características de este sensor serán evaluadas al momento del diseño, ya que hay que determinar las características térmicas de operación del sistema y la forma de controlar la temperatura ante una contingencia o perturbación.

 CONTROL DE PRESION: Antes de seleccionar equipo para el control de la presión interior de la instalación, es menester seleccionar el nivel de presión al que se producirá el trabajo.

Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración. Existen cuatro tipos de sensores de medición de presión: absoluta, diferencial, relativa y de vacío y rangos de presión desde ±1,25 kPa.a 17 bar.

 CONTROL DE NIVEL: Para evitar tener problemas con una sobrecarga en el biodigestor, es necesario manejar este a una capacidad máxima del 60% de volumen en sólidos orgánicos. Con estos niveles existe espacio

76 suficiente para el gas generado que no se ha descargado aun, evitar sobre presión en el interior del recipiente, y que además no se llegue al punto en que la materia ya no genera más biogás, derivando en el desperdicio de energía.

Para poder controlar este nivel sin necesidad de abrir el tanque (lo cual derivaría en la entrada de oxígeno al medio que retrasa la biodigestor, además de que puede existir fugas de biogás al ambiente) se utilizaran sensores ultrasónicos, cuyo objetivo es detectar la proximidad de materia hacia este medio. Cuando detecta una proximidad previamente determinada, mandará una señalización que indicará que el tanque se encuentra en su nivel óptimo y en este punto debe dejar de cargarse.

 USO Y ALMACENAMIENTO DEL BIOGAS: Una vez generado el

combustible, se requiere determinar que se hará con él. Usualmente se emplean tuberías para transportarlo, o se almacena en tanques para distribuirlo. La implementación de este sistema requiere constante alimentación, esto es, que conforme el gas se vaya generando, se ha de utilizar para satisfacer la demanda energética. Pero esto no significa que no deba de almacenarse o buscar algún medio de almacenamiento y transporte, puesto que el gas no será generado con la velocidad con la que será empleado.

Entonces se requerirá crear un medio de almacenamiento del biogás para emplear esta energía mientras nuevo combustible va siendo generado. El sistema de salida del biodigestor será el encargado de llenar el tanque de gas, y a la salida del tanque se tendrá la planta de generación eléctrica. Es por esto que adicional al diseño del biodigestor, hay que diseñar un sistema de almacenamiento de gas. Las características de presión, temperatura y capacidad de los tanques de gas están especificadas en la NOM-001-SEDG-1996 Plantas de almacenamiento para Gas L.P. Diseño y construcción. Y aunque no se utilizará gas LP, las

77 características de seguridad de este gas son confiables al ser aplicados a otro tipo de gas más liviano y con menor cantidad energética.

3.1.2.1.4 LA CONEXIÓN Y LA CARGA

CONEXIÓN

El presente proyecto pretende abarcar las etapas principales del proceso, como lo fue la selección de la alternativa de generación y el diseño del biodigestor, de este punto se considera hasta la conexión, aunque el proyecto es bastante viable e incluso puede llegar hasta la puesta en servicio, solo abarca criterios de conexión; no obstante si se realiza un estudio más detallado esta puede llevarse a cabo.