Plantas de biogás: diseño, construcción y operación

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(1)I. PLANTAS AS çDE 1 DISEÑO. ••'. CONSTRUCCION Y OPERACION. -.. r. __ 1 ;•• •,. : • .'. -; •. •.. ___ •. 1. r. 1, -.

(2) o - coP. -. PLANTAS IDOAS DISEÑO, CONSTRUCCION Y OPERACION. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES TECNOLOGICAS. 1I.

(3) Esta Cartilla es el resultado del Proyecto de Investación sobre "OBTENCION DE BIOGAS A PARTIR DE DESECHOS ORGANICOS", realizado por el INSTITUTO DE INVESTIGACIONES TECNOLOGICAS, con el auspicio de COLCIENCIAS y el apoyo financiero de la OEA.. Impreso po: 1 DITORA GUADALUPE LID A. A.A. 29765 - Tel.: 2690788 Bogotá, D.E. - Colombia.

(4) Pág. CAPITULO III - PLANEACION, DISEÑO Y EVALUACION DE PLANTAS DE BIOGAS. .......................... PROCEDIMIENTO ...................................... 1. Selección del Sitio ................................... Definición del Tamaño ................................ 2. 2.1. Usos del Biogás ................................. 2.2. Disponibilidad y Consumo de Materia Prima ........... Dmcnsiones de la Planta .............................. 3. INTERPRETACION GENERAL. 4 41 44 44 46 47 49 52. CAPITULO IV - CONSTRUCCION Y OPERACION DE LAS PLANTAS DE BIOGAS. A. B.. C.. D. E.. E.. ........................... ........................... Sistemas que utilizan estiércol de res ................. 1. 2. Sistemas con residuos vegetales .................... Operación del Biodigestor ............................. Puesta en marcha (arranque) de la planta .............. Problemas de Operación .............................. Rutina de Mantenimiento ............................ Sobre las l(neas de conducción ..................... 1. Sobre la Planta .................................. 2. Seguridad .......................................... Secuencia de la construcción Rutinas de Carga y Descarga. 71 80 80 si 83 83 86 88 88 89 93. CUADROS No. 1 2. .............. ..................... Composición y Caracier(sticas del Biogás Composición Típica del efluente. 12 '4.

(5) P ¿íg. 3 4 6 7. Producción específica de Biogis . Recomendaciones sobre diámetro de tuberi'as de conducción de Biogís ................................... Indice de consumo de gas ......................... Producción de Biogás a partir de distintos materiales .. 24 34 48 51. 9 10 11. Dimensiones generales indicativas de plantas de Biogis con tanque cilíndrico ................................ Dimensiones generales indicativas de plantas de Biogis con tanque semiesférico .............................. Consumo de Materiales. Digestor con tanque semiesférico Consumo de Materiales. Digestor con Tanque cilíndrico Necesidades (le Mano de Obra. Digestor semiesférico ...... 59 60 61 62. 12 13. Costo (le una planta de Biogis ...................... Costo de com bu sil b les tradicionales ................... 64 69. 8. 58. FIGURAS Producción de Biogás. Alternativas de uso para los productos del proceso .................................. 10. El Biogís corno combustible ......................... 13. 3. Componentes fundamentales de una planta de Biogís .. 26. 4. Digestor. Alternativas de Construcción ................. 29. Tanque de descarga ............................... 30. 6. Campana flotante para almacenamiento de Gas .......... 32. 7. Esquema típico de una linea de conducción de Gas ....... 8. Válvulas para Gas ................................. 33 36. 9 10. Accesorios para la purificación del Gas ................ 37. Ubicación de la Planta ............................. 45. 11. Tanque cilíndrico (Modelo No. 1). Dimensiones principales........................................... 55. ¡2. Campana metálica. Dimensiones principales ............. 56. 13. Tanque semiesférico, (Modelo No. 2). Dimensiones geicrales......................................... 57.

(6) P iíg. 14 Preparación del terreno. .. 72. 15. Excavación del foso ............................... 73. 16. Tanques de carga y descaiga ......................... 74. 17. Construcción del piso .............................. 75. ¡8. Estructura y construcción de las paredes del digestor. .. 76. 19 Construcción de un tanque semiesférico ................ 77. 20 Campana Almacenamiento de Gas ..................... 78. 21. 7(,). Suspensión de la campan(............................

(7) Las características de la geografía colombiana, aunadas a la limitación de recursos económicos, hacen muchas veces impráctico y oneroso satisfacer con las fuentes convencionales (electricidad, derivados del petróleo) utilizadas en forma centralizada, las necesidades energéticas de las áreas rurales. Pero la riqueza de los campos en Biomasas de todo tipo permite identificar alternativas pira que estos sectores solucionen, en calidad de autoproductores, su necesidad básica de suministro de energía. La utilización de la Biomasa, y específicamente de la planta de Biogás para producir energía, no constituye ninguna novedad. En los países asiáticos esta tecnología ha sido explotada cori éxito durante varias generaciones y en Colombia se registran algunas experiencias muy valiosas que permiten pensar en el sistema como una solución válida. Con esta convicción, el Instituto de Investigaciones Tecnológicas quiere incorporarse al esfuerzo nacional de buscar alternativas a los problemas energéticos característicos de algunas regiones del país, presentando este manual sobre el diseño, construcción y overación de plantas de Bioriós del tipo unifam ¡liar. El documento recoge las experiencias del ItT sobre la materia, acumuladas durante más de tres años de investgación, las cuales se desarrollaron con el valioso so'orte técnico y económico de COL CIENCIAS y de la Organización de los Estados Americanos - OEA. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES TECNOLOG/CAS Bogotá - Colombia. 7.

(8) . ' ás y sus Aplicaciones Las áreas rurales se caracterizan por disponer de grandes cantidades de desechos provenientes de las actividades agrícolas y pecuarias que allí se desarrollan. El estiércol de los animales, la pulpa del café, la paja del arroz, las hojas, los residuos de la cocina y los demás materiales orgánicos similares pueden, teóricamente, ser convertidos en energía y en abono que retorna a la tierra de donde fue tornado por las plantas. Esta transformación de los residuos prácticamente inútiles en nuevos productos, se logra mediante un proceso bioquímico conocido como la Digestión Anaeróbica de la Materia Orgánica.. 1. EL PROCESO DE DIGESTION ANAEROBICA En la naturaleza existen microorganismos (las bacterias) que se alimentan de residuos como los mencionados anteriormente. Si estos microorganismos se desarrollan en ausencia del aire (condición anaeróbica), al alimentarse con materia orgánica la transforman en gas y en un lodo rico en nutrientes que puede ser utilizado corno abono, e incluso como alimento para animales (Figura No. 1). La transformación es ciertamente un proceso complicado,pues las bacterias requieren de un ambiente propicio muy especial, primero para sobrevivir y luego para multiplicarse hasta alcanzar una población suficiente para que su acción sea apreciable. Estas condiciones son: a). La ausencia de aire, para cumplir con el requisito de condición anaeróbica que permite la supervivencia de los microorganismos.. b). Las características del medio (llamado también el substrato) donde crecen y se multiplican las bacterias. Aquí es importante destacar las siguientes: - La terriperatura, que experimentalmente se ha determinado, debe ser mayor a los 20°C para lograr una buena producción. 9.

(9) o Lf u o —J. w o o Llj. 1-J. z. >. w o. OL,. :D00. Zj. Tw a-. 10. •3 :. . . . ._j. o.

(10) - El tipo de material que se está procesando, pues está demostrado que no todos los residuos orgánicos dan el mismo rendimiento. - El grado de acidez (conocido como pH). Si el ambiente es muy ácido, o lo contrario, puede causar la muerte de los microorganismos. En vista de la importancia de estas variables, y de su relación con la producción, ellas serán tratadas con algún detalle en los apartes siguientes.. 2. BENEFICIOS DE LA DIGESTION ANAEROBICA Los beneficios de la Digestión Anaeróbica deben mirarse desde un triple punto de vista: El gas, que puede utilizarse para producir energía; el fertilizante, que por sus características constituye un abono orgánico de calidad comparable a los tradicionalmente empleados en el campo, como la gallinaza o el estiércol de res, y el control de la contaminación que se origina por la descomposición espontánea e incontrolada de la materia orgánica. 2.1. E! Biogás Se da este nombre a la mezcla gaseosa producida por la descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. La composición típica del biogás se indica en el Cuadro 1. Corno puede verse, una alta proporción de la mezcla corresponde al Metano (C11 4 ),LIn gas combustible que permite la utilización de este producto con fines energéticos. En este sentido, el Biogás puede ser de gran utilidad en el campo ya que por su poder calorífico (4500 a 6500 kilocalorías/metro cúbico) puede emplearse con cierta ventaja para reemplazar combustibles tradicionales que cumplen la misma función (Figura 2). De hecho, hasta hace no poco tiempo los equipos instalados en Colombia lo fueron con este único fin, prestando poca atención a los aspectos de producción del abono y control ambiental. 2.2. Producción de Abono Orgánico Además del Biogás, el proceso de digestión anaeróhica deja como residuo un lodo compuesto por el material no atacado por las bacterias y por el material digerido por éstas. Este lodo, conocido también como el ef!ucnte, constituye un fertilizante orgánico de muy buena calidad, como se demuestra en el Cuadro 2 donde se indica la composición para diferentes materias primas empleadas. Como el proceso sólo remueve los gases generados (CH 4 , CO 2 h 2 S) en el lodo deben conservarse los nutrientes originales contenidos en la mate11.

(11) Cuadro No. 1 PRODUCCION DE BIOGAS COMPOSICION Y CARACTERISTICAS DEL BlOCAS. 1. COMPOSICION OUIMICA Metano (CH4):. 50-70. Dióxido de Carbono (CO2):. 30-50. Nitrógeno (N2). O— 3. Hidrógeno (H2). 0— 1. Acido Sulfhídrico (H, S). 0— 1. Monóxido de Carbono (CO). 0— 1.5. Agua (H2O). 2.. .JJ. Trazas. CARACTERISTICAS Densidad. 1.09 kg/m3. Solubilidad en agua. Baja. Presión crítica. 673.1 Psia 11. Temperatura crítica:. 82.5°C.2J. Poder calorífico. 4.500 a 6.500 Kcal/m3. Normalmente más del 60%. J Corresponden al Metano, su principal componente. 12. ii.

(12) Figura No. 2 PRODUCCION DE BlOCAS EL BIOGAS COMO COMBUSTIBLE. 1 Unm3 de. j. SUSTITUYE A:. Biogas. -. 0.61 litros de gasolina. -. 0.55 litros de ACPM. -. 0.58 litros de kerosene (petróleo). -. 0.5 a 1.5 kg. de leña. 0.74 kg de carbón vegetal. 2-. 1.43 kwh de energía eléctrica. Is. 13.

(13) Cuadro No. 2 COMPOSICION TIPICA DEL EFLUENTE. FUENTE ITEM. (13) (2). 1/. 2/. Sólidos totales (ST,) %. 2.6. Sólidos volátiles (SV, %). 1.1. Carbór, %. 0.84. Celulosa, % Hemicelulosa, %. 0.08. Cenizas, %. 0.85. Lignina, %. 1.02 1.5. 1.7. pH. 7 -8.5. 8.2. Potasio ( K ) % Fósforo ( P). 0.7. /. 4/ 9.4. 0.37. 2.62-2.64. Nitrógeno. (20). (19) 3/. 4.9. 0.06. 0.1 7.8. 1.8. 0.5. 6J 28 - 36 ppm 3 - 9 % ppm 3.. 0.6. jJ. Efuente de la Digestión Anacróbca de estiércol de res, diluido con agua en proporción 1 a 1.. 21. Efluente de la t Digestión Anaeróbica de estiércol de pollo, diluido hasta una. J. concentración del 10 - 11 % de ST. 3/. Efluente de la Digestión Anacróbica de estiércol de res diluido a una concentración del4% deST.. 4J. Efluente de la Digestión anaeróbica de estiércol. 5J Como K20 J Como Fosfato. 14.

(14) ia p ria. m Estos quedan en forma más concentrada, y pueden ser absorbidos más fácilmente, mejorando las características fertilizantes del material. La aplicación del efluente al suelo le trae beneficios similares a los que se alcanzan con cualquier materia orgánica. Es decir, que actúa como mejorador de las características físicas, facilitando la aireación, aumentando la capacidad (le retención de humedad, la capacidad de infiltración (le agua y la capacidad (le intercambio catiónico. Además, actúa como fuente de energía y nutrientes para el desarrollo de los núcleos microbianos que mejoran la solubilidad de los compuestos minerales del suelo. En este sentido, presenta ventajas sobre el uso directo de la materia orgánica, como lo demuestran las experiencias adelantadas por varios investigadores. Se ha encontrado, por ejemplo, que la aplicación del efluente de Biodigestores que operan con estiércol de res, en ensayos comparativos con uso directo del estiércol, ha mejorado los rendimientos agrícolas del maíz, en un 28%, del arroz en 10-14%, del algodón en 24.7% y del trigo en 12.5-16%. Ello se debe en parte a la mayor facilidad de absorción de los nutrientes, y a la mayor riqueza del efluente: Contiene 1.5% de nitrógeno contra 0.75% del estiércol, y 0.7% de K 2 O contra 0.4% de la materia prima. Esta situación hace que el efluente sea más efectivo que muchos de los abonos orgánicos químicos utilizados normalmente.. 2,3. La Digestión Anaeróbica y el Control de la Contaminación La materia orgánica es contaminante debido a que las bacterias que la destruyen para alimentarse, absorben el oxígeno del agua en la cual se descarga. En estas condiciones, las bacterias pueden llegar a remover tanto oxígeno que la vida aeróbica desaparece y las aguas mueren. Por esta razón no es conveniente desechar los residuos directamente en ríos, quebradas o depósitos de agua. Tampoco se deben esparcir por el suelo para que se descompongan libre y espontáneamente en contacto con el aire, pues el proceso da lugar a la aparición de microorganismos de alto riesgo para la salud, como los virus del polio, las salmonellas que causan enfermedades estomacales, los acaries y otros. • Los problemas enunciados por una disposición libre de los desechos, son evitables mediante la digestión anaeróbica. Esta tiene la ventaja de r.educir los olores molestos producidos por la descomposición, y la carga contaminante (denominada Demanda Bioqu 'mica (le Oxígeno - DBO) propia de la materia orgánica. Además, por desarrollarse en ausencia de oxígeno, el proceso reduce a niveles seguros en menor tiempo, los microorganismos que p ueden causar enfermedades en personas y animales. 15.

(15) CONTENIDO Píg. PRESENTACION CAPITULO 1 - EL BIOGAS Y SUS APLICACIONES 1. 2.. ....................... El Proceso de Digestión Anaeróbca Beneficios de la Digestión Anaeróbica ..................... ...................................... .................... Contarni......................................... 2.1. El Biogás 2.2. Producción de Abono Orgánico 2.3. La Digestión Anaeróbica y el Control de nación. 9 9 II 11 11. ld. 15. CAPITULO II - PRINCIPIOS TECNICOS DE LA B lOCO N VERSION. ..................................... 1 .1 . Incidencia de las Caracterisiicas del Material ........... 1.2. Necesidades de Adecuación de los Materiales ........... 1.3. El Potencial de Generación de Biogis ................. 1.4. Costos de la Materia Prima ......................... 1_a Planta de Biogis .................................. 2.1. El Digestor ..................................... 2.2. Sistemas de Carga y Descarga ....................... 2.3. Almacenamiento del Gas ......................... 2.4. Equipos o facilidades Complementarias ............... Variables del Proceso de Fermentación ................... Mate¡ Ms Primas. 3. 17 20 20 20 20 25 27 27 31 33 38.

(16) 'pios Técnicos de la Bioconversión 1. MATERIAS PRIMAS En el proceso de producción de Biogás, se trata de utilizar como materias primas los materiales de desecho. En general, se utilizan desechos orgánicos de origen:. vacas Cualquier residuo gallinas orgánico puede transformarse en biods cerdos. conejos caballos cabras. vi Depósito de estiércol. a). Animal: Residuos de explotaciones avícolas y pecuarias.. b). Excrementos humanos.. c). Desechos vegetales: Residuos de explotaciones agrícolas.. d). Aguas negras y residuos industriales orgánicos..

(17) De acuerdo con lo expresado anteriormente, se deduce que no existen restricciones al uso de las materias primas, distintas a su origen orgánico. Es suficiente que haya disponibilidad de material de desecho en cantidades tales que garanticen un volumen determinado de producción de gas, y Que el material p ueda ser utilizado en condiciones económicas ventajosas. En este sentido la recolección, el procesamiento, el almacenamiento y el transporte de las materias Primas a la planta de producción, son variables que deben ser tenidas en cuenta. Sin embargo, no todos los residuos se comportan de igual manera ante la digestión anaeróbica: Unos (el estiércol, por ejemplo) producen más gas que otros (los residuos vegetales) debido a las diferencias en su naturaleza. Por esta razón al seleccionar la materia prin ia es importante conocer la producción específica de Biogás, es decir, la c antidad de gas generado por unidad de material empleado en el proceso. Esta variable afecta en proporción inversa el tamaño del equipo requeridc para obtener un volumen determinado de Biogs.. Al seleccionar la Materia Prima tenga en cuenta: - la cantidad disponible las necesidades de gas - la p 'c fue in de ea.. 18.

(18) ¿Puedo usar cualquier desecho para producir odos los Residu os rtan distinto. Unos es que otros.. biogás? [ ¿Cuáles son mejores? ¿S e puede hacer algo con los otros?. a. fr,. Los que tengan una relación carbono/nitrógeno entre 25 y 30, como el estiércol. Los vcgetales se Ynezclan con e.çticrcol.. 19.

(19) /. 1. Incidencia de las Características del Material Las bacterias p roductoras de gas se alimentan principalmente del Carbono y del Nitrógeno presente en la materia orgánica. Aunque estos dos elementos se encuentran en cualquier residuo de este tipo, aparecen siempre en proporciones variables. 'Jale decir entonces, que materiales diferentes tendrán también contenidos distintos de Carbono y Nitrógeno, y por lo tanto la relación Carbono/Nitrógeno (C/N) será también diferente. Las experiencias de muchos investigadores han concluido que los mejores materiales para producir Biogás son aquellos que poseen una relación C/N entre 25 y 30. Este requisito lo cumplen casi todos los excrementos de los animales. No as( los vegetales, que deben mezclarse con estiércol para ajustar la relación dentío del límite deseado. Tal labor incrementa las necesidades de mano de obra destinada a las labores de recolección de las materias primas, formulación y preparación de ¡as mezclas apropiadas, lo cual las coloca en desventaja.. 1.2. Necesidades de Adecuación de los Materiales Antes de iniciarse el proceso, hay necesidad de adecuar la materia prima para lograr las mejores condiciones del substrato y permitir así el desarrollo y la acción de las bacterias. La preparación previa a que se someten los materiales depende de su naturaleza.. 1.3. El Potencial de Generación de Biogós Se refiere al volumen de gas teóricamente obtenible de una materia prima, en función de rendimiento (Producción específica) y de la cantidad disponible. Aunque el producido no puede juzgarse independientemente de las variables de proceso, la experiencia ha confirmado que la relación Carbono/Nitrógeno está ligada directamente a la producción. Entre mayor sea esta relación y su ajuste al intervalo recomendado (25 a 30), mayor será la producción por unidad de materia útil. Esta es una de las razones por las cuales el estiércol animal constituye la materia prima de mayor difusión. Hechas las aclaraciones anteriores, en el Cuadro No. 3 se incluye un listado de las materias primas utilizadas comunmente, junto con la relación C/N y un estimativo de la producción potencial.. 1.4. Castos de la Materia Prima Aunque el Kiogás se genera a Partir de desechos, las macrias primas tendrán un costo que deberá contabilizarse en el momento de evaluar económicamente el sistema. Dichos costos se originan: 20.

(20) EL ESTIERCOL DE LOS ANIMALES ES EL MATERIAL MAS FACIL DE PROCESAR. /. 1. Se recolecta en el establo o en ci Potrero.. 2. La cantidad que se va a procesar s lleva al tanque de preparación.. 3. El estiércol se mezcla con una cantidad igual de agua en el tanque de preparación, revolviendo con una pala hasta homogenizar toda la ni asa. -. 21.

(21) EL PROCESAMIENTO DE LOS DESECHOS VEGETALES EXIGE TAREAS ADICIONALES DE PREPARACION ANTES DEL USO. 1. El primer paso será la recolección de los residuos en el lugar donde se producen (El beneficiadero de café, el campo de cultivo).. )i Los desechos recolectados se llevan al sitio donde van a ser utilizados y se guardan bajo techo, en un espacio bien aireado.. 3. El material se almacena al aire durante dos semanas. Cada dos días es conveniente voltear la oila para favorecer la aireación. Si los residuos se secan demasiado, hay que rociarlos con agua hasta que adquieran su humedad natural.. 22. rG.

(22) 4. La cantidad que se va a procesar se lleva al tanque de preparación.. S. Se añaden 2 partes de estiércol fres-. co por una parte de residuo vegeta¡ y se mezcla con una cantidad igual de agua.. +. Liifli 1. LLJ Estiércol fresco. Residuo vegetal. Agua. 23.

(23) Cuadro No. 3 PRODUCCION ESPECIFICA DE BIOGAS. MATERIAL. 24. RELACION CARBONO—NITROGENO (C: N). PRODUCCION APROXIMADA (m3!kg). 1.. Estiércol de res. 20 -25. 25-50. 2.. Estiércol de equinos. 20-25. 25-45. 3.. Estiércol de cerdo. 13 - 15. 70- 110. 4.. Estiércol de ovinos. 29. 50-90. 5.. Excrementos de aves. 15. 40-45. 6.. Excrementos humanos. 7.. Hojas pastos. 8- 10 35. 55 30-40.

(24) a). En el acopio del material, cuando hay necesidad de recolectar los desechos por no encontrarse dentro de los límites del lugar de uso.. b). En el acondicionamiento, cuando los materiales requieren tratamientos previos a su utilización con el fin de alcanzar las condiciones exigidas para su procesamiento. Estas labores preliminares consisten normalmente en la reducción de tamaño, mezcla, prefermentación y son propias del uso de residuos vegetales.. Tanto el acopio como el acondicionamiento gravan los costos al incrementar las necesidades de mano de obra y de almacenamiento. Por esta razón, se trata siempre de dar preferencia a los materiales que requieran el mínimo de elaboración previa. Tales condiciones se encuentran comunmente en el estiércol de los animales, circunstancia que explica en parte su amplia difusión Cfl los sistemas de Biogás.. 2.. LA PLANTA DE BIOGAS. Una planta de Biogásde diseño sencillo está conformada básicamente por los siguientes elementos (Figura No. 3): a). El Digestor o Reactor donde se lleva a cabo el proceso de fermentación anaeróbica del material.. b). El almacenamiento del Biogás, que recibe el gas generado y proporciona al sistema la condición de aislamiento del aire.. c). Los tanques de carga y de descarga por donde respectivamente se alimenta la materia prima y se extrae el material ya procesado (efluente).. d). Las facilidades para conducción del gas al lugar de uso.. 25.

(25) Figura No. 3 COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UNA PLANIA DE BIOGAS. Conducción de gas. 15. 26.

(26) 2. 1. El Digestor Es un tanque de cualquier forma y tamaño, definido por el diseño de la planta en función de las variables del proceso, ambientales y de utilización del sistema. Al especificar que puede tomar cualquier forma se está indicando que se utilizan tanques cilíndricos, rectangulares, esféricos o semiesféricos, dependiendo de las preferencias del usuario y de las facilidades que se tengan para su construcción. Sin embargo, desde el punto de vista físico y del proceso no se recomienda emplear tanques rectangulares: Requieren mayor cantidad de materiales de construcción y crean dentro de la masa en digestión zonas de diferente composición y temperatura que impiden obtener el mayor provecho del sistema Estos inconvenientes se obvian utilizando tanques limitados por superficies curvas (Figura No. 4), ya sea cilíndrico (Modelo No. 1) o semiesférico (Modelo No. 2).. 2.2. Sistemas de Carga y Descarga. rw1 Tanque de descarga. La alimentación se prepara en el tanque de carga,. y se introduce al Digestor por la parte inferior a través de un tubo de PVC dirigido hacia la línea central del tanque. 27.

(27) La descarga se efectúa por el erecto de vasos comunicantes: Al cargar el Digestor, la presion del material oue entra expulsa por el tubo de descarga una cantidad igual de material ya procesado (o agotado). Salida de. 11. material. Tanque de descarga. Tubo de PVC de 4" a ()'. Se localiza por debajo del nivel de carga. Por esta razón el tubo de descarga puede ser remplazado por un rehozadero. Sin embargo, esta solución no es recomendable ya que buena parte del material alimentado saldría sin ser procesado. Re hoz adero. 111 28.

(28) Figura No. 4 DIGESTOR -. ALTERNATIVAS DE CONSTRUCCION Biodigestor Hindú Tradicional. Modelo 1. Tiiique Semiesférico. Modelo 2.

(29) Figura No. 5 TANQUE DE DESCARGA. Tapón (Tubo de PVC) removible. 7. Drenaje del tanque N Paredes en ladrillo empañetadas con cemento pulido.. Los tanques de carga y descarga son generalmente de forma rectangular, se construyen en ladrillo común y su superficie interna debe ir pulida. La Fig. 5 es un ejemplo de construcción de los tanques.. 30. -..

(30) 2.3. Almacenamiento del Gas. El gas producido por el Digestor se almacena con el fin de tener disponible una cantidad suficiente en el momento en que se requiera.. Gas .ui. PELIGRO Gases inflamables. Se puede utilizar cualquier recipiente hermético (Neumáticos de carro, bolsas plásticas selladas, otros similares) separado del Digestor.. Almacenamiento de cas Otros sistemas colocan el almacenamiento directamente sobre la boca del Digestor. En estos casos es conveniente utilizar campanas flotantes metálicas que permiten disponer del gas a una presión constante. Uno de estos sistemas está indicado en la Figura No. 6. Digestor. 31.

(31) Figura No. 6 CAMPANA FLOTANTE PARA ALMACENAMIENTO DE GAS. 0-. 1 - Anillo de sujeción 2 - Tapa cónica en lámina de 1/8' 3 - Niple de salida ¿Refuerzos en ángulo 6 - Cuerpo cilíndrico en lámina de 118" 7 - Placas def lectoras para agitar la masa 8 - Orificios para tapones roscados.. fflá.

(32) 2.4. Equinos o Facilidades complementarias Estos se reducen a la línea de conducción del gas, con sus accesorios correspondientes.. 2.4.1. Línea de Conducción La Línea de conducción está esquematizada en la Figura No. 7 para una instalación típica. Sus dimensiones dependen: a). Del flujo de gas que se desea transportar y. b). De la distancia existente entre la planta y el lugar de. LISO.. Estas dos variables se utilizan con la ayuda del Cuadro No. 4 para fijar el diámetro de tubería adecuada a los deseos del consumidor y a las características del diseño. Por ejemplo, en el caso de que el Biodigestor se encontrara emplazado a 50 metros de la cocina, y el propietario deseara transportar 16 pies cúbicos/hora, se recomendaría utilizar tubería de 3/4" para los orimeros 25 metros de recorrido, y tubería de 1/2" para los 25 metros restantes. Vale La pena mencionar que las plantas de Biogás utilizan casi siempre manguera de PVC, debido a cue este material no es afectado por la acción M Acido sulfhídrico. La manucra de PVC irá preferiblemente enterrada o recubierta para evitar el deterioro (cristalización) por ¡<a solar. De lo contrario, se colocará elevada para evitar daños físicos causados por Dersonas o animales.. 2.4.2. Accesorios Una línea (le Biogás debe ir provista de los siguientes accesorios.. Figura No. 7. •.. ESQUEMA TIPICO DL UNA LINEA DE CONI)UCCION DE GAS. 33.

(33) Cuadro No. 4 RECOMENDACIONES SOBRE DIAMETRO DE TUBERIAS DE CONDUCCION DE BIOGAS. FLUO DESEADO (Pies ¡hora) 16. DISTANCIA AL LUGAR DE USO 25 m. 50 m. 150 m. 100 m. 1/2" ]os 25 m: 3/4" --. 3/4". 3/4". 1/2". -- Resto:. O. 100 m: 1" - Resto: 314". 314. 24. 1/2. 3/4. 32. 3/4". 1,1. 48. 3/4". 3/4". los 75 m: 1" 3/4" Resto:. 64. 3/4". 1". 1°s SO ni: 1 1/2" Resto: 1". 1°s 100 m: 1" - Resto: 3/4" --. 1" 105. 100m: 1 1/2" - Resto: 1". FUENTE: Anil K. Dhussa. Designing biogas distribution system Bionergy, Renews 2, 1983.. 1. s.

(34) 2.4.2.1.. Válvulas. Se utilizan mínimo dos válvulas para gas (Figura No. 8). La primera o principal irá instalada inmediatamente después del gasómetro, al comienzo de la conducción y sobre el niple de salida. La segunda se monta al final de la línea, en el lugar de USO. Estas válvulas, cuyo tamaño debe ser compatible con el diámetro de la tubería, deberán estar construidas en acero inoxidable o en PVC para evitar la corrosión por el Acido Sulfhídrico. 2.4.2.2. Trampas • El gas debe ser purificado antes del uso. La p urificación, en los casos en que el uso se reduce a calefacción, alumbrado o cocción de alimentos, tiene por objeto eliminar o disminuir el contenido de Acido Sulfhídrico para proteger de la corrosión los equipos, y a la reducción del contenido de agua presente en el gas como resultado del proceso de digestión. La Figura No. Y da una idea aproximada de los accesorios re q ueridos para realizar estas operaciones y de su colocación en la línea. a). Trampas de Acido Sulfhídrico. Están constituidas por un recipiente relleno con material de hierro finamente dividido formando un lecho poroso a través del cual debe circular el gas para que reaccione con el metal y se deposite en el lecho. La condición de porosidad se alcanza utilizando corno relleno virutas de hierro o esponjillas de cocina de marca comercial. Estos materiales tienen la ventaja de ser de bajo costo y de oponer poca resistencia al, flujo de gas, aspecto importante en razón de las bajas presiones que se manejan en este tipo de Sistemas. La forma del recipiente y las características del material utilizado para su construcción dependen del gusto del propietario de la planta. El único requisito es el de que sean completamente herméticos para evitar fugas de gas. Así, es posible encontrar, en plantas en operación, trampas: -. Rectangulares construidas en hierro o en acero, pintadas con el mismo material empleado en el enlucimiento y protección de la campana.. - Cilíndricas, en acero. Estas sé constru y en a partir de secciones de tubería estándar de 2" o más. Al igual que las anteriores, reuuieren de pintura interior y exterior para protegerlas de la corrosión. 35.

(35) Figura No. 8 VALVULAS PARA GAS. 1 - Válvula de esfera en acero inox. o PVC. 2 - Tubo de acero o de PVC roscado. 3-. Abrazadera.. 4-. Manguera de PVC.. 36.

(36) Figura No. 9 ACCESORIOS PARA LA PURIFICACION DEL GAS TRAMPA DE ACIDO SULFIDRICO Y DE LLAMA Gas. . de cocina. Reducc pvC (rc. Gas. 37.

(37) - Cilíndricas, en PVC. Se construyen también a partir de tubería estándar, o se arman utilizando accesorios (en Y) de PVC disponibles en el mercado. No requieren pintura protectora pero deben en lo posible no exponerse a los rayos del sol. La trampa de sulfhídrico actúa también como trampa de llama no sólo por la presencia del relleno sino por el mayor diámetro del recipiente con relación a la línea de conducción. b) Trampas de Agua El agua arrastrada por el gas se separa cuando la corriente encuentra en su trayectoria una expansión brusca y una contracción posterior. Para lograr este propósito será suficiente instalar sobre la línea un accesorio idéntico a las trampas de sulfhídrico, con la diferencia de que no se necesitará el relleno de material de hierro. Las trampas están provistas de un grifo de purga por donde se debe evacuar periódicamente el agua depositada en el fondo.. 3. VARIABLES DEL PROCESO DE FERMENTACION Para que el proceso tenga un desarrollo adecuado deben tenerse en cuenta estos aspectos:. 1. Ausencia de aire en el tanque (Digestor).. 38.

(38) 2. Las áreas geográficas más apropiadas para instalar una planta de Biogás son aquellas cuya temperatura media es ma y or de 21 oc (climas cálidos).. 3. El tiempo de residencia es la permanencia de una carga de material en el Digestor. - Para estiércol de animales se utilizan tiempos de 30 días cuando la temperatura es alta (26 - 280C).. C-:Z> ENTRADA \'--'\"Y. -. 'XÇ/. Los residuos vegetales requieren más tiempo (45 días) para lograr una buena producción de gas.. SALIDA. 39.

(39) _:.øiuipø*n:_i_ arieituri,i.iisenu y Év Plantas de Biogás INTERPRETACION GENERAL. 1. PLANEACION. Permite obtener las características del sistema, como base para proceder a realizar la evaluación económica del mismo.. 41.

(40) 2 DISEÑO (CALCU LOS). _RL)_ 3 EVALUACION. Tamaño materiales. 1. ¿dónde la instalo?. 1. 1. ¡. Determina las implicaciones económicas y el atractivo de instalar la planta de Biogás.. II. 1. 42. Complementa la etapa anterior en el sentido de suministrar información adicional útil para conocer los costos en función de las necesidades de materiales y cantidad de obra.. 1/7.

(41) 4. EJECUCION. Si los resultados de la etapa anterior son satisfactorios, el usuario podrá proceder a instalar ci sistema.. 5. OPERACION. Es el período del disfrute de la planta, durante el cual se reciben los beneficios de la instalación.. \k 43.

(42) PROCEDIMIENTO. La pancación se realiza para resolver los siguientes interrogantes:. a). ¿Dónde (en qué sitio) conviene instalar la planta? ¿Cuál será el tamaño apropiado de cada lino de los elementos componentes?. c). ¿Qué dimensiones tendrá cada elemento para satisfacer el tamaño propuesto?. Para llegar a la respuesta deberán hacerse algunos cálculos sencillos, corno los ilustrados a continuación:. 1. SELECCION DEL SITIO El lugar de instalación debe cumplir varios requisitos (Figura No. 10). ¿En qué sitio de la finca instalo mi planta?. No debe estar próximo a corrientes o nacimientos de agua.. La distancia mínima a lugares muy calientes o donde haya llama debe ser de 30 metros.. Localizarla cerca al lugar donde se producen los residuos utilizados como materia prima.. 44.

(43) < z -J Q -. 1/! 1)1. Z w .. o. u. 45.

(44) -. Construirla cerca de la cocina para no tener que comprar mucha tubería de gas.. -. Ubicarla en un sitio que reciba el sol durante la mayor parte del d(a.. -. Evitar las zonas con tráfico continuo de personas o animales.. Una vez seleccionado el sitio, deben medirse las siguientes distancias: -. Al lugar de uso del gas. metros. -. Al depósito de materia prima. metros. -. Al sitio de uso del abono. metros. -. A la fuente de agua más próxima. -. metros. 2. DEFINICION DEL TAMAÑO Antes de decidir sobre el tamaño de la planta deben tenerse en cuenta dos aspectos:. ¿&IjILl. a) La utilización Biogás.. que se ciará al. h) La cantidad de materia prima disponible.. 46.

(45) 2. 1. Usos del Biogós El Biogás se utiliza para producir energía, y esta energía sirve para: -. Cocinar los alimentos. - Alumbrado -. Calefacción y refrigeración. -. Como combustible para motores de explosión.. Una indicación del consumo por estos conceptos se encuentra en el Cuadro No. 5. Para establecer las necesidades del Biogás se procede así: -. Primero se identifican los usos deseados (cocción de alimentos, iluminación..... .... ..) y el número de unidades de uso.. -. Luego se multiplica el número de unidades de uso por el consumo unitario según el Cuadro No. 5. Esta operación daría el consumo diario.. Por ejemplo: Si se decide que el Biogás se utilizará solamente para cocinar, el procedimiento sería:. x o.6 m' /persona - cli'a = 3.6 m 3/día. No. de personas atendidas Unidades de uso. Consumo por persona (Cuadro No. 5). Consumo total diario. 47.

(46) Cuadro No. 5 INDICES DE CONSUMO DE GAS. EQUIPO. CARACTERISTICAS ICONSUMO PROMEDIO. L. Ilum i nación. Lámpara de 100 bujías. 0.13 m3/hr. 2.. Horno. Horno doméstico. 0.44 m3lhr. 3.. Refrigerador. Tamaño medio y quemador con inector de 01 .lmm. 0.077 m3/hr. 4.. Motor. Ciclo Otto. 0.45 m3/HP—hr. 5.. Calentador de gas. Hasta 20 gal. de capacidad. 0.80 m3/ciclo. 6.. Incubadora. 7.. Cocción de alimentos. 0.60m31m3—hr Estufa a gas. 0.6 m3persona_d(a*. Referencia: Empresa Brasileira de Assistencia Técnica e exterisao rural. Manual TécnicoConstruco e operaço de Biodigestor Modelo Chinés. Brasilia, marzo de 1981. Estimado por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas, con base en datos del Balance Energético Rural de Colombia.. 48.

(47) Los consumos no previstos se cubren utilizando un factor de seguridad. Normalmente se exige que la planta produzca diariamente un 20% más del consumo diario previsto. Es decir:. ¿ Ysi llega otro comensal?. Producción diaria = Consumo diario x 1.2. En el ejemplo anterior la producción sería entonces de 4.3 m 3 . La diferencia (0.7 m 3 ) cubre consumos imprevistos o fallas de producción debidas a factores ambientales.. 2.2. Disponibilidad y Consumo de Materia Prima Se debe hacer un inventario aproximado de los residuos potencialmente utilizados para producir biogás.. 100 kg de estiércolRes dl + 20 kg de exciemen cerdo +. . Total: 200 kg/día. 49.

(48) INVENTARIO DE MATERIAS PRIMAS. -. Estiércol de res. -. Estiércol de cerdo. -. Estiércol de caballo. -. Gallinaza. kg/d. Total. kgid. La disponibilidad en kg/día puede estimarse multiplicando el número de animales por la producción diaria, así: Vacunos:. Estabulados. Porcinos:. 2 kg/día.. Equinos:. 10 kg/día.. Aves:. 0.08 kg/día.. 20 kg/ día; semiestahulados - 10kg/día.. Tengo 200 k y necesito 12Ipor día... Me alcanza!. La disponibilidad y el consumo (o las necesidades) deben compatibilizarse para que no vaya a faltar materia prima. La primera (disponibilidad) se calculó en el paso anterior. Las necesidades se obtienen dividiendo la producción de gas por la producción unitaria leída en el Cuadro No. 6. Producción de gas. Producción unitaria. = Necesidades de materia prima 111.

(49) Cuadro No. 6 PRODUCCION DE BIOGAS A PARTIR DE DISTINTOS MATERIALES. MATERIAL. J. 20°C. 26-28°C. 30°C. 1.. EstiércoLde res 1. 12 - 15. 22-25. 27-30. 2.. Estiércol de cerdo 2J. 20-25. 40-50. 60-70. 3.. Estiércol de equinos 3J. -. 20- 50. -. 4.. Mezcla de café y estiércol fresco 1J. -. 0.5- 1.5. -. Mezclas pulpa/estiércol (digerido) jJ. -. 18-20. -. 5.. j. PRODUCCION (Litros/kg—día). Resultados de la experimentación del IIT en laboratorio y planta piloto.. 2J. Ludwig Sasse. La Planta de Biogás. Bosquejo y Detalle de plantas sencillas. Dt. Zentrum Für ent. Technologies gate. Wiesbaden. 1984.. 3J. Emp. Brasileira de Ass. Tech. e Ext. Rural. Manual Técnico Construco e operaço de Biodigestor modelo Chines. Brasilia. 1961.. 51.

(50) 3. DIMENSIONES DE LA PLANTA. Pues muy fdci4 primero hay que definir el volumen del digestor y de la campana. Me gustaría instalar una planta de biogé.s.. Luego se fijan. Pero no sé qué hacer. las dimensiones de ambas para la construcción. El volumen del Digestor y eldel almacenamiento de gas deben definirse antes de fijar las dimensiories. 52.

(51) Si la materia prima es el estiércol y el Biogís se usa para cocinar, los volúmenes del Digestor y de la campana ser(an:. Volumen del Digestor. Número de personas atendidas. Volumen Almacenamiento. l2. 20 m3. rn. .. .. 0 2!. íV\. 24 m .. 5.5 m3. 53.

(52) Ahora sí se deciden las dimensiones.. Las dimensiones principales y la forma de calcularlas se muestran en las Ficuras .Vos. Ji a 13.. !! calculo de las dimensiones es importante oraUc cor ellas se ouede consumo de :2,:'Cer :at( , rwles v el costo e fa tlan ';adros V. 7a ¡O). cómo se' cuánto. ?flC. cuesta?. A. Antes de proceder a construir la planta es conveniente tener una idea de los costos. Esto puede lograrse bien sea a través de cotizaciones, o realizando el cálculo aproximado que se indica en losCuadros 7 y 8.. 54.

(53) Figura No. 11 TANQUE CILINDRICO (MODELO No. 1) DIMENSIONES PRINCIPALES. Va Volumen de Digestor Ho Altura del tanque Do : DiSmetro (2 Ro) hF Altura del fondo nico Hc : Altura de la Campana (nlmocenomiento de gos) -.. VO : TTRD2 HD+ h/3 Tí Ro2hF hE : 0.18 Ro Utflizando ¿ngulo de mclinacidn de 100 Ho : 3 Ro Ro : 0.54 ( y o) "3. NOTA : Se puede utilizar un fondo plono.En este coso se tendría VDIl RO2 Ha. Ro. í y o \I,2 t liNo). Ro Do. -I 55.

(54) Figura No. 12 CAMPANA METAL ICA —DIMENSIONES PRINCIPALES. Va : Volumen del almacenamiento he Altura topo cénico He : Altura de lo campana Re : Rodio de lo campana 0.18 Re he R Ro - 0.075 Va :1TRC2HC+. -k-1 Rc2hc. He : V ....1/3 11 Rc2hc 11 Rc2. 56.

(55) TANQUE SEMIESFERICO (MODELO No. 2DIMENSIONES GENERALES. He. Re. Volumen del digestor He. Altura. de lo campano. Ro Rodio del tanque ,.mi-esfrico dio del cilindro Re. v : 2/3 11' Ro3+ 113 it RO 2 hr tlTRc2Kc V. 2.2829. TF R +. TT. Re2 He. He y Re dependen del tamaño del Almacenamiento. Altura del fondo conico (0.18 Ro. 57.

(56) Luacro No. 1 DIMENSIONES GENERALES INDICATIVAS DE PLANTAS DE BIOGAS CON TANQUI- CILINDRICO yertos serían los Resultad<). d& los Cálculos cuando. DI ( ESTOR 12. 20. 24. 30. R D(m). 1.10. 1.30. 1.40. 1.45. HD (m). 3.20. 3.80. 4.00. 4.40. h (m). 0.20. 0.23. 0.25. 0.26. W 11p (ht/día). 400. 660. 800. 980. VD(m 3 ). CAMPANA 12. VD(m 3 ). se escoge una Planta Cilíndrica . . . .. HD hf Ro. BASES DE CALCULO: 20. 24. 30. MATERIA PRIMA. Estiércol de res. Va (m 3 ). 2.6. 4.5. 5.5. 6.5. TIEMPO DE RESIDENCIA:. 30 días. Re (m). 0.95. 1.20. 1.30. 1.35. PRODUCCION DE BlOCAS. 0.022 m 3 /kg de estiércol. he (m). 0.17. 0.21. 0.23. 0.24. USO DLL BlOCAS:. Cocción de alimentos (sustituye a la leña). Hc (m). 0.90. 0.95. 1.00. 1.10. CONSUMO DE BIOGAS:. 0.6 m3fpersoria-día. No. çfersonas atendidas. 6. 10. 12. 15. 1 IEMPO DIARIO DE COCC ION:. 5 horas.

(57) Cuadro No. 8 DIMENSIONES GENERALES INDICATIVAS DE PLANTAS DE BlOCAS CON TANQUE SEMIESFERICO DIGESTOR VD(m 3 ). 12. 20. 24. 30. RD (m). 1.10. 1.30. 1.35. 1.50. Hc (m). 0.90. 0.95. 1.00. 1.10. Re (m). 1.05. 1.30. 1.40. 1.45. hi (m). 0.20. 0.23. 0.14. 0.27. Wmp (lit/día). 400. 660. 800. 980. • O éstos, senu erca. L&HC RF. CAMPANA VD (m 3 ). 12. 20. 24. 30. Va (m 3 ). 2.6. 4.5. 5.5. 6.5. Re (m 3 ). 0.95. 1.20. 1.30. 1.35. lic (m). 0.17. 0.21. 0.23. 0.24. He (m). 0.90. 0.95. 1.00. 1.10. No. personas atendidas. 6. 10. 12. 15. BASES DE CALCULO MATERIA PRIMA. Estiércol de res. TIEMPO DE RESIDENCIA:. 30 días. PRODUCCION DE BIOGAS. 0.022 m3. USO DE BlOCAS:. 0.6 m3/persona-día. TIEMPO I)IARIO DE COCCION: 5horas. ¡.

(58) CudUlo No. 9. reducen a los materiales y a la mano de obra empleada en la construcción. Ellos dependen del tamaño de la planta y de la forma del Digestor.. O LOS COStOS SC. CONSUMO DE MATRIALFS DIGESTOR CON TANQUE SEMIESFLRICO. MATERIAL. UNIDAD. 12m3. V. 1.. Ladrillo común. Unidad. 1.300. 2.. Mortero 1:3. m3. 6. m. 3.. Recebo o triturado. 4.. Piedra media zonga. m3. 1. S.. Impermeabilizante. kg. 8. 6.. Tubería galvanizada 3" 0 HR. m. 6.50. 7.. Poleas 3" 0. Unidad. 2. S.. Tubería PVC Sanitaria 4" 0. m. /. 9.. Lámina acero campana. Kg. 10.. Válvulas para gas. Unidad. 2. 11.. Manguera negra 3"O. ni. 30. 4. *. VD = m 3. 4.5. 4. b. V. = m3.

(59) Y para los Digestores con tanque cilíndrico, el consumo de materiales sería: Cuadro No. 10 CONSUMO DL MATERIALES DIGESTOR CON TANQUE CILINDRICO. MATERIAL. UNIDAD. VD = 12 m 3 VD=. 1.. Ladrillo común. Unidad. 2.000. 2.. Mortero 1:3. ni 3. 10. 3.. Recebo o triturado. m3. 4.5. 4.. Piedra media zonga. m3. 1. 5.. Impermeabilizante. Kg. 10. 6.. Tubería galvanizada 3" 0 HR. m. 6.50. 7.. Poleas 3" 0. Unidad. 2. 8.. Tubería PVC Sanitaria. m. 7. 9.. Lámina acero campana. Kg. 10.. Válvulas para gas. Unidad. 2. 11.. Manguera negra 3" 0. ni. 30. VD.

(60) Lamano (1 obra también se puco calcular. Cuadro No. 11 NECESIDADES DE MANO l)L OBRA DIGESTOR SEMIESFERICO. ACTIVIDAD. Calificación Mano de. Obra 1.. Preparación terreno y excavación. 2.. Construcción. Indice Técnico. CONSUMO ( DIAS - HOMBRE. días- h/m 3 VD12m3. Obrero. 0.8. 9.6. 2.1. Oficial. Albañil. 2.5. 30. 2.2 Ayudan te. Obrero. 17. 20.4. VD m 3 VDm3.

(61) La mano de obra1 también se puede calcular. L. Cuadro No. 11 —A NECESIDADES DE MANO DE OBRA DIGESTOR CILINDRICO (Continuación). ACTIVIDAD. 1. 2.. Preparación terreno y excavación. Calificación Mano de Obra. Indice Técnico días - ti. CONSUMO ( DIAS HOMBRE VI) = 12 rn 3 '1D = m 3. Obrero. 1.2. 2.1. Oficial. Albañil. 3. 3.6. 2.2 Ay udante. Obrero. 2. 24. 14.5. Construcción. V 1) = rn 3.

(62) 'ara ello, debe conseguirse en la, fereter(as, depósitos de materiales, laeres de r.oldadura, ls niormación que sparece en ci Cuadro No. 12.. A/sos' sí. 1. sepu€d. a»» n. idea. ç(Y. 0r'CO. costo. dt. Cuadro No. 12 COSTO DE UNA PLANTA DE 8 lOGAS. TAMAÑO DE LA Pl ANTA. CONCEPTO. UNIDAD. ¼. MATERIALES 1. Ladrillo común. Unidad. 2, Mortero 1:3. te3. TAMAÑO DE LA PL iN1 A 3, Recebo o triturado 4. Piedra media conga. Furvru del Digestor. m. Impermeabilizante. Kg. 6.. TuberlaGaivanizada3" OHR. m. 7.. Poleas. Unidad. Volumen del Digest. VoIsien,Imacenarn-ento m3. nr3. 8. TuberlaPVC4"6. 9.. m. Lámina acero. lO. Válvulas gas. Unidad. H. Mangueras 3" 0. m. 12.. Trampas. Unidad. 13.. Pintura campana. Litros. Al. Subtotal materiales. A2 Transporte (10% Al) A3 Total materiales B. MANO DEOBRA 1.. Preparación y excavación. 2.. Construcción 2.1. Oficial. 1)-FI. 2.2. Ayudante. 13—FI. B.. Subtotal Mano d.- Obra. C.. Ssibtotal(A3+lll). O.. Imprevistos (7%rle C. E.. Inversión total lcr-U). 64. D—H. CONSUMO UNITARIO. Precio Unitario COSTO TOTAL (5/Unidad) ($).

(63) Çeno... ¿y me cano y o con. Las ventajas que se pueden obtener de una planta de Biogás son múltiples.. k. No habrá necesidad de seguir tumbando árboles para conseguir la leña, y la mano de obra que se utilizaba para este trabajo se puede dedicar a otras labores.. Tampoco será necesaFio seguir comprando abono orgánico para los cultivos. La planta de Biogás da suficiente abono, y de muy buena calidad, para remplazar la gallinaza u otros productos similares.. 65.

(64) Todo lo anterior se traduce en ahorro y beneficios económicos. Esto es fácilmente demostrable, con el siguiente cálculo.. 1 M..

(65) Primero se calculan los costos de operación y mantenimiento (Mano de obra + mantenimiento y repuestos). Las labores de recolección de materia prima, preparación de la mezcla, alimentación del Digestor e inspección toman entre 730 días y 1465 días al año, dependiendo de si se trabaja con estiércol o con residuos vegetales. Costo mano de obra por año $. Se usa un obrero no calificado. Para mantenimiento y repuestos se asigna una partida anual equivalente al 5% del valor de la planta.. Costo anual de mantenimiento y repuestos. $. COSTO DE OPERACION Y MANTENIMIENTO: $i AÑO. Si se quiere conocer el costo del Biogás basta dividir este costo anual por la producción que se obtendría en el año.. 67.

(66) Como la inversión debe amortizarse anualmente, se cargará el costo adicional equivalente al 10% del valor de la planta Cargas de Capital s. Así, el costo anual será la suma de los costos de operación y mantenimiento, más las cargas de capital.. Costo total anual. Y ahora los beneficios. _i. 68.

(67) El consumo de leña, carbón u otros productos, así stos sean tomados de la propia finca, significa un gasto, tal como se indica en el Cuadro No. 13.. a. Cuadro No. 13 COSTO DE COMBUSTIBLES TRADICIONALES. Número de personas atendidas. FUENTE DE ENERGIA. COSTO CONSUMO CONSUMO UNITARIO UNITARIO TOTAL/DIA ($). 1.. Leña. 3.2 kg. 2.. Carbón vegetal. 0.8 kg. 3.. Carbón mineral. 3.4 kg. 4.. Otros - Querosene. COSTO TOTAL ($). 0.4 lts.. 69.

(68) Si se compara este costo con el del Biogás, seguramente este último será más costoso.. Sin embargo, no debe olvidarse que la planta está produciendo abono y que éste tiene un valor.. Planta = Biogas ± Abono. El valor del abono puede obtenerse a partir del precio de la gallinaza.. Precio de la Precio del = gallinaza abono ($/kg) $/kg ). Si se efectúa este cálculo se concluirá que el Biogás se obtiene prácticamente gratis. 70.

(69) Lu JúÍ. UIUI U. Plantas de Biogás A. SECUENCIA DE CONSTRUCCION En la práctica, el propietario de la Planta podrá adelantar por SI' mismo, o con la ayuda de un maestro albañil, la construcción del Biodigestor y sus anexos. Pero deberá contratar la fabricación de la campana puesto que ésta reauiere de equipo más especializado (cortadora, dobladora, soldadura eléctrica). Atendiendo a lo dicho y en vista de las posibilidades del común de los habitantes de las áreas rurales, en la secuencia gráfica presentada a continuación (Figuras Nos. 14 a 21) se indican los pasos que deben seguirse en la construcción de la planta. Los planos incluidos en el Anexo constituyen una ayuda valiosa para la construcción.. 71.

(70) Figura No. 14 P RE PA RAC ION. 1. Seleccionar el sitio apropiado 2. Limpiar el terreno 3. Alistar los elementos para la demarcación y trazado.. 4. Demarcar el foso para el digestor y para tanques de carga y descarga utilizando las estacas y la pita. Al hacer la demarcación aumentar en uros 30 centímetros las dimensiones calculadas.. Estacas de madera. 5. Con una barra o herramienta equivalente, trazar los límites de la obrá antes de comenzar la excavación.. Pita o cabuya. Barra o equivalente. o k. /. 0. /. /. / /. 72. Trazo de tanquc de carga dec,irga.

(71) Figura No. 15 EXCAVACION. 1. Excavar simúltaneamente el foso para el digestor y los de colocación de los tubos de carga y descarga. 2. A una profundidad igual a la Jtura (le la campana; conformar una pestaña de 25 cm que soporte el depósito de gas.. Altura de la campana /. /. Pestaña 4-25cm-+. LLI. Piso 73.

(72) Figura No. 16 TANQUES DE CARGA Y DESCARGA. -.. 0.15 1 cm.. 10cm.. Ladrillo (tolete) común Pañete en mortero 1:3 impermeabilizado ® Concreto simple ® Tubo de descarga, en PVC Sanitaria. 74.

(73) Figura No. 17 CONSTRUCCION DEL PISO. 1.. El piso se construye sobre una base de recebo o triturado compactado de unos 20 cm de espesor.. 2.. Se coloca enseguida una capa de unos 12 cm de piedra media zonga.. 3.. La piedra debe cubrirse con una capa de 3 cms de mortero 1: 3.. 4.. El piso debe estar perfectamente pulido.. 3cm. 12 cm. (. Recebo o triturado compactado Piedra media zonga Mortero 1:3 Superficie pulida. 75.

(74) Figura No. 18 ESTRUCTURA Y CONSTRUCCION DE LAS PAREDES DEL DIGESTOR. a). TANQLL CILINDRICO (Modelo 1). TOLETE COMUN DIMENSIONES CARACTERISTICAS. 76.

(75) Figura No. 19 CONSTRUCCION DE UN TANQUE SEMILSFERIC(). Soporte de madera para los ladrillos del tanque Apoyo central en madera Caja para acople al apoyo central.

(76) -1. Figura No. 20 CAMPANA ALMACENAMIENTO DE GAS. REFUERZO DEL CILINDRO. -ónica en lámina de acero de 118 rzos del cono, en dngulo ro Retuerros del cilindro en ángulo de acero Cuerpo cilíndrico en lámina de acero de 1/8 Dellectores en limina de acero de 118 para agitación. REFUERZO DEL )NO.

(77) z u ZLLJ z J). 79.

(78) B. RUTINAS DE CARGA Y DESCARGA 1.. Sistemas que utilizan estiércol Je res. al Cerciorarse de que los tapones del tanque estén en su sitio y llenarlo con estiércol hasta la mitad de su volumen.. Tapón de carca. Tapón de drenaje h) Añadir agua fresca hasta que el tanque esté lleno.. c) Agitar hasta obtener una mezcla homogénea.. Tapón de carga d) Quitar el tapón del tanque de carga. La mezcla entrará al Digestor y simultáneamente se descargará una cantidad igual de abono por el otro conducto (descarga).. 80.

(79) 2.. Sistemas con residuos vegetales. a) Los sistemas con residuos vegetales funcionan mejor cuando se utilizan dos Digestores: Uno de estiércol y otro para los vegetales.. Residuos vegetales. Gas. G s a. Digestor (le estiércol ¡anque de mezcla. Digestor de pulpa de café. h) Preparar, por separado, los residuos vegetales y el estiércol, utilizando los proced im lentos descritos.. c) Alimentar el Digestor de estiércol,. con solamente este material. Se utiliza un volumen de carga para este Digestor.. Estiércol i Agua. r7 D¡g,,Ctr. Un volumen de éstiercoi y agua. f. Estiércol digerido. l^ 1 1. 81.

(80) (1) Añadir al tanque de mezcla dos volúmenes de residuos vegetales ya preparados (mitad residuos y mitad agua) y agitar.. Residuo vegetal (2 volúmenes). Abono Estiércol digerido (un volumen). 82. Digestor de Residuos vegetales (3 volúmenes). VI.

(81) C. OPERACION DEL BIODIG ESTOR 1.. Puesta en marcha (arranque) de la Planta. a) Se prepara la carga en el tanque respectivo, siguiendo el procedimiento descrito. Deben prepararse tantas cargas cuantas se necesiten para llenar el Digestor.. b) Una vez lleno l Digestor, se coloca la campana sobre el tanque, en su posición definitiva más baja.. Antes. ! ltvi. Ii. Después. 83.

(82) c) Es conveniente (no necesario) agitar el sistema una vez al (lía para facilitar la salida del gas. Para ello, se imprime a la campana con la mano un ligero movimiento circular repetido varias veces hacia adelante y hacia atrás.. ible de ;u spen Si O fl. d) Cuando la campana comience a elevarse (lo cual sucede entre las 2 y las 4 semanas siguientes al arranque), se tiene producción de gas. Este gas se deja escapar al aire con el fin de purgar el sistema.. En producción. Después de la descarga. Ii&. 84.

(83) e) La operación anterior se repite durante una semana. Cumplido este plazo, la planta está lista para operar.. E ^^-1 f) Iniciar en este momento la carga diaria y también el uso del gas y del abono que se produzca.. 85.

(84) íi ç. D. PROBLEMAS DE OPERACION. -O. ¡. 1. Los prollcnias d_' operacu)n en una planta de Biois e marii 1 icStafl Por la disminución de la produccin. Esta se evidencia, a sir vez, en los cambios Je altura (hacia arriba) que experimenta 1,1 campana: Ascenso mn ción.. lento: baja produc-. No hay asLeriso. Pr oduc. ion nula.. La disminución en la producción puede estar ocurriendo porque se ha formado una costra de material seco en Li parte superior del tanque, la cual impide la salida del gas.. •. Costra de material seco. Cuando la formación no es muy severa, el problema se soluciona haciendo girar la campana hacia adelante y hacia atrás.. Si después (le agitar el sistema se encuentra que la produccion no mejora, debe suponerse que la reacción se acidifico que las bacterias no encuentran el ambiente propicio para multiplicarse. Este problema es frecuente cuando se trabaja con residuos veet ales. 86.

(85) En estos casos, se procederá así:. No alimentar l digestor. • Suspender la alimentación durante, por lo menos, una semana.. 2. Si la si tuac ion no mcj oua podrá reanudarse la alimentación utilizando, para formular la mezcla, en lugar de agua fresca, agua con cal.. La lechada de cal se puede preparar utilizando 1 lb. de cal por cada 5 galones (le agua.. 3 Si la situación persiste, es necesar desocupar el Digestor, lavarlo int namcntc y volver a comenzar con arranque de la planta.. El tratamiento se aplica hasta cuando la producción se reactive. 87.

(86) E. RUTINA DE MANTENIMIENTO El mantenimiento de la planta está dirigido a garantizar la operación del sistema en condiciones normales y a minimizar los riesgos implícitos en el manejo del combustible. La rutina que debe cumplirse es sim p le, reduciéndose en la ma y oría de los casos a las siguientes acciones:. 1.. Sobre las 1 (neas de Conducción 1 ns:ecc:6n p eriódica (preferiblemente todos los días en el memen(o de efectuar la carga) de la línea de s.as en las uniones, válvulas, aconles y demás accesorios para detectar fu gas. Si éstas se presentan, debe erocederse de inmediato a su reparación, cambiando las p iezas o sellando los escapes con pc2antc comercial para PVC o con esina e pó x ¡ e a. 1. gas /. b) Purgar periódicamente las trampas de agua y de ácido sulfhídrico, utilizando el grifo de drenaje de la respectiva caja. Aguade purga. / //I\\. 88. c) Revisar semanalmente el relleno de la caja de ácido sulfhídrico. Si el relleno está "gastado", iemplazarlo por material nuevo para garantizar el correcto funcionamiento de la trampa.

(87) 2.. Sobre la Planta. mantenga la planta despejada da un aspecto agradable, yfunciona mejor. (. Los sitios aledaños a la instalación deben estar despejados, libres de maleza, arbustos y obstáculos que interfieran con las operaciones que allí se realizan, o que eviten la incidencia directa de los rayos del sol.. El Biodi g estor debe limpiarse inierria mente cada dos años. Para realizar esta operación se procederá as(:. 89.

(88) Suspender la carga diaria. No más al¡mentación. UN A los 15 d(as aproximadamente: - Cerrar válvula de gas y desconectar la linea de conducción.. - Dejar escapar el gas abriendo la válvula y quitando los tapones de la campana.. 0 1. 1, -0. fr i. 90. (;1s. -.

(89) Colocar piedras hasta elevar la campana. Levantar la campana desequilibrando el sistema con la ayuda de piedras u otros elementos colocados sobre la contrapesa.. 0. 7. w ,HM1,1 -. Seguridad. Colocar un bloque grueso de madera sobre la boca del Digestor. Íj. Desocupar. Desocupar el Digestor utilizando un balde de plástico o una bomba, si la hay. El contenido del Digestor se usa como abono.. Abono. 91.

(90) Estos son los elementos necesarios para efectuar una buena limpieza. r7p7BPilldet. Guantes Plásticos. Botas de. Cepillo duro (no metálico). cho. Cuerda de segunda. Lavar las paredes, el fondo y la campana con un cepillo de cerdas duras (no metálicas) y agua. Al final se retiran con el balde las aguas de lavado. Inspeccionar el tanque para descubrirfiltraciones. Si las hay, proceder a su reparación.. ¡ Se aplican 1 tres manos Pintar la camnana. Para ello se utilizará una pintura sintética o bituminosa ce color negro o rojo. Es conenienre no utilizar pinturas al aceite porque se deteriora muy rápidamente.. Proceder a montar la planta, y a su puesta en marcha siguiendo los procedimientos indicados. 92.

(91) F. SEGURIDAD 1.. No colocar (introducir) en el Digestor, bajo ninguna circunstancia, fertilizantes fosfatados. Las condiciones de ausencia de aire producen compuestos de fósforo altamente tóxicos.. 2.. Limpieza del Digestor: usar guantes y botas de caucho.. 3.. No hacer llama en las cercanías del Digestor. Chequeo continuo para detectar escapes por válvulas y tuberías.. 4.. Lugar (le uso del gas: Buena circulación de aire.. Si hay escapes (detectables por fuerte olor a huevos podridos), abrir puertas y ventanas y abstenerse de fumar y de hacer fuego hasta tanto no se haya superado la emergencia.. S.. La concentración de Biogás en un espacio cerrado puede producir intoxicación o desmayos por falta de oxígeno. De presentarse esta situación, se procederá así: Retirar al paciente del Sitio del peligro y colocarlo en lugar ventilado. - Dar respiración artificial y masaje cardíaco, si es necesario. - Trasladar al paciente al hospital o puesto de salud más cercano.. 6.. No encender el gas antes de la trampa de llama.. 7.. No usar el gas inmediatamente después de retirar el efluerite del Digestor de su tanque de almacenamiento. Al realizar esta operación de descarga puede producirse eventualmente un efecto de presión negativa que puede tener las siguientes consecuencias: - Devolver la llama al Digestor, provocando una explosión. - Introducir aire al Digestor, lo cual sería nocivo para el proceso. Por ello se recomienda compensar el sistema alimentando al Digestor una cantidad igual (carga diaria) al volumen de efluente retirado del tanque. Efectuada esta operación se deja transcurrir un tiempo prudencial (no más de 1/2 hora) para que se restablezca la presión positiva antes de usar el gas.. 8.. Chequear continuamente las válvulas y las líneas de conducción para detectar escapes de gas. Este chequeo puede efectuarse en el momento ole producirse la carga diaria. 93.

(92) 9.. Es conveniente mantener cubiertos Tos tanques de carga y descarga, con el fin de evitar accidentes de personas o animales,y la entrada de materiales extraños. Para el efecto se puede utilizar una tapa removible de madera o de cualquier otro material disponible.. 10.. Teniendo en cuenta los riesgos descritos, parece apropiado instruir a Tos niños en el manejo y los peligros potenciales del sistema y en lo posible mantenerlos alejados del Sitio de instalación.. 94.

(93) tozs t. ;4UN.'JWWVIT. -. 20. -. CAMPANA. ALMACENAMIENTO DE GAS. -REFUERZQ, DE LA iZPA.

(94) Soporte tubero de. 43Qm 95 3HR. iuI. L°. ©. I1. Guayo de acero 3o 120. 15,. 7 ©. Ø 4 • PVC. 4 - Aronento de Gol B - Poleos C - Tubo de mígo O. Tubo de descargo. E - Tanque de carga F - Tanque de descargo - Soporte SiSternO contrapeso FI - Válvula poro gas - Contrapeso J - Manqueo flecible conIct01jO o lo (neo principal de g - Digestor( Reactor) L - Tope de la ccwnpono. Bote &i p*d.o rrmdo y rnOr$efo 1 3. 10193. Recebo o triturado. PLANTA 0€ 8MAS CON TANQUE CILINDRICO (MODELO 1) Volumen del digestor 12 m4 Almacenamiento de Gas 26 m3.

(95) 1. TT. -III. .1. ,s5. 00. so. H. 1. •1.*r L,q..do. —. — (. _I1l. -. AIo,ocenoo,eMo de Sos. 9 - Poleos C - lito deCo,qo -------------------. onfl --. D - TubD de de5c90. rff IAm. - Tanque de ço E - Tanque de deoctYQa & - Soporte sistema contrapesa H - Válvula para Gas 1. COflTmpei.a. J - Mon9.o fInie conectar o lo líneapnnccool de gas K-. (R.octo,). L - Top, de lo comporto. c,t. t00. &0. PLANTA DE 8)OGAS CON TANQUE SEMIESFERICO (MODELO 2) jcO.lmOn. lI d. cstc,. Ainctcror,en?c de. d5. 2 6e3.

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