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Biodigestores

Un biodigestor es un sistema sencillo de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.En su forma simple es un contenedor (llamado reactor) el cual está herméticamente cerrado y dentro del cual se deposita material orgánico como excremento y desechos vegetales (exceptuando los cítricos ya que éstos acidifican). Los materiales orgánicos se ponen a fermentar con cierta cantidad de agua, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en fósforo, potasio y nitrógeno. Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor.El proceso de biodigestión se da porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos en los excrementos que al actuar en el material orgánico produce una mezcla de gases (con alto contenido de metano) al cuál se le llama biogás. El biogás es un excelente combustible y el resultado de este proceso genera ciertos residuos con un alto grado de concentración de nutrientes el cuál puede ser utilizado como fertilizante y puede utilizarse fresco, ya que por el tratamiento anaeróbico los malos olores son eliminados.

Definición

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Biodigestores

En las grandes urbes, los residuos sólidos orgánicos son un gran problema ya que éstos son dispuestos en rellenos sanitarios los cuáles rompen el ciclo natural de descomposición porque contaminan las fuentes de agua subterránea debido al lavado del suelo por la filtración de agua (lixiviación) y también porque favorece la generación de patógenos.Los residuos orgánicos al ser introducidos en el biodigestor son descompuestos de modo que el ciclo natural se completa y las basuras orgánicas se convierten en fertilizante y biogás el cual evita que el gas metano esté expuesto ya que es considerado uno de los principales componentes del efecto invernadero.La utilización de biogás puede sustituir a la electricidad, al gas propano y al diesel como fuente energética en la producción de electricidad, calor o refrigeración. En el sector rural el biogás puede ser utilizado como combustible en motores de generación eléctrica para autoconsumo de la finca o para vender a otras. Puede también usarse como combustible para hornos de aire forzado, calentadores y refrigeradores de adsorción. La conversión de aparatos al funcionamiento con gas es sencilla.La producción de biogás es permanente, aunque no siempre constante debido a fenómenos climáticos.

Ventajas

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Biodigestores

Existen dos tipos generales de biodigestores: el sistema Hindú y el Chino.El biodigestor hindú fue desarrollado en la India después de la segunda guerra mundial en los años 50, surgió por necesidad ya que los campesinos necesitaban combustible para los tractores y calefacción para sus hogares en época de invierno, luego cuando terminó la guerra se volvió a conseguir combustibles fósiles por lo que dejaron los biodigestores y volvieron a los hidrocarburos. Como India es pobre en combustibles se organizó el proyecto KVICK (Kaddi Village Industri Commision) de donde salió el digestor Hindú y el nombre del combustible obtenido conocido como biogas. Este digestor trabaja a presión constante y es muy fácil su operación ya que fue ideado para ser manejado por campesinos de muy poca preparación.El biodigestor chino fue desarrollado al observar el éxito del biodigestor Hindú, el gobierno chino adaptó esta tecnología a sus propias necesidades, ya que el problema en China no era energético sino sanitario. Los Chinos se deshicieron de las heces humanas en el área rural y al mismo tiempo obtuvieron abono orgánico, con el biodigestor se eliminan los malos olores y al mismo tiempo se obtiene gas para las cocinas y el alumbrado. El biodigestor chino funciona con presión variable ya que el objetivo no es producir gas sino el abono orgánico ya procesado.

Historia

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El biogás es un gas de origen biológico, cuyos principales componentes son el metano (CH4), el bióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono y otros gases en menor medida, que se producen como resultado de la fermentación anaeróbica (ausencia de aire) de la materia orgánica provocada por grupos de microorganismos (bacterias).

Definición

En forma natural se encuentra una gran variedad de residuos orgánicos que pueden producir biogás, tales como desechos de animales (vacas, cerdos, aves), residuos agrícolas, vegetales como: como hojas, paja pastos, basura domestica y excretas humanas.El metano es un gas combustible, incoloro e inodoro cuya combustión produce fuego de color azul y no contamina; es el principal integrante del gas natural al 90%. El biogás por su alto contenido en metano, es una magnífica fuente de energía que puede utilizarse para generar calor, cocinar, iluminar, bombear agua, operar motores y maquinaria agrícola o generar energía eléctrica.

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Definición

De manera natural se produce en pantanos y/o en cuerpos de agua ricos en materia orgánica la cual está expuesta a la acción digestiva de microorganismos. Pero también en los tiraderos de basura o rellenos sanitarios pueden ser fuentes para producirlo.El biogás es una alternativa viable para los lugares aislados donde otros energéticos no llegan.Las plantas de biogás resuelven también al mismo tiempo problemas ambiéntale, al convertir los desechos que hacen proliferar larvas, roedores e insectos, en materia aprovechable.Este tipo de instalaciones se adapta perfectamente a las condiciones de los medios rurales por su sencilla construcción, operación y mantenimiento.Dicho gas fue descubierto en 1667 y en 1808 Humprey Davy inició la experimentación con él. Para 1884 Pasteur y Gayón reportaron que la fermentación de estiércol producía un gas que podía utilizarse para calentar e iluminar. Por lo que a partir de 1896 el biogás fue usado en el alumbrado de una calle de Exeter, Inglaterra siendo su primera aplicación importante.

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Usos

En estos casos la potencia mecánica provista por el eje del motor es aprovechada para generar electricidad a través d un generador. Simultáneamente y por medio de una serie de intercambiadores de calor ubicados en los sistemas de refrigeración (agua y aceite) del motor y en la salida de los gases de escape, se recupera la energía térmica liberada en la combustión interna. De este modo se logra un mejor aprovechamiento de la energía.La difusión de estos sistemas estará condicionada por la rentabilidad final. Sin embargo representa la utilización más racional del biogás ya que se obtiene una forma de energía extremadamente dúctil como la electricidad al mismo tiempo que una fuente de calor muy necesaria para la calefacción de digestores en zonas frías.

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Definición

Para la obtención del biogás se requiere un biodigestor, el cual es un depósito hecho en el suelo que se tapa con material flexible con capacidad para contener gases como es el caso del plástico. Requiere de un tubo alimentador, un tubo para la salida del gas y una válvula de seguridad, ya que no debe existir ninguna fuga.El diseño de un biodigestor depende de la cantidad y tipo de desechos que se disponga, de las condiciones climáticas, así como de los materiales de construcción del sitio.Las dimensiones de un biodigestor varían en que la primera condición es que se pueda disponer de una cantidad mínima de desechos que permita producir el biogás que cubra las necesidades que se pretenden.Para cocinar durante unas 5 horas en una estufa de 2 quemadores, tomando un consumo de 0.5 m3/hora, se requerirán 2.5m3 de biogás; y para producirlo se necesitan 42 kg de estiércol de vaca fresco al día. Esta cantidad se puede recolectar de 4 o 5 vacas no estabuladas.

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Tratamientos Blandos

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Tratamientos Duros

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Composición

Se llama biogás a la mezcla constituida por metano CH4 en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. El biogás mezclado con aire puede ser quemado en un amplio espectro de artefactos descomponiéndose principalmente en CO2 y H2O. El requerimiento de aire mínimo sería del 21% pero esta cifra debe ser aumentada para lograr una buena combustión.La relación aire-gas puede ser ajustada aumentando la presión del aire, incrementando la apertura de la válvula dosificadora de gas (el biogás requiere de una apertura 2 a 3 veces mayor a la utilizada por el metano puro y modificando la geometría del paso de aire desde el exterior).Debido al contenido de dióxido de carbono, el biogás tiene una velocidad de propagación de la llama lenta, 43 cm/seg y por lo tanto la llama tiende a escaparse de los quemadores.La presión para un correcto uso del gas oscila entre los 7 y los 20 mbar. Se debe tener especial cuidado en este aspecto debido a que se deberán calcular las pérdidas de presión de salida del gasómetro (adicionándole contrapesos en el caso de gasómetros flotantes).

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Usos

Las cocinas y calentadores son fácilmente modificables, agrandando el paso del gas de los quemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace promisoria e interesante su utilización a gran escala.Las lámparas a gas tienen una muy baja eficiencia y el ambiente donde se las utilice debe estar adecuadamente ventilado para disipar el calor que generan.Las heladeras domésticas constituyen un interesante campo de aplicación directo del biogás debido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24 horas del día lo cual minimiza la necesidad de almacenaje del gas. Estos equipos funcionan bajo el principio de la absorción (generalmente de ciclo amoníaco refrigerante - agua absorbente). Recientemente se han desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas lo que abre un importante campo de aplicación directa y rentable del mismo.Los quemadores infrarrojos comúnmente utilizados en la calefacción de ambientes (especialmente en criadores y parideras) presentan como ventaja su alta eficiencia lo cual minimiza el consumo de gas para un determinado requerimiento térmico.El biogás puede ser utilizado en motores de combustión interna tanto a gasolina como diesel. El gas obtenido por fermentación tiene un octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace muy adecuado para su uso en motores de alta relación volumétrica de compresión, por otro lado una desventaja es su baja velocidad de encendido.

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Usos

En los motores de Ciclo Otto el carburador convencional es reemplazado por un mezclador de gases. Estos motores son arrancados con nafta y luego siguen funcionando con un 100% de biogás con una merma del la potencia máxima del 20% al 30%.A los motores de Ciclo Diesel se les agrega un mezclador de gases con un sistema de control manteniendo el sistema de inyección convencional. De esta manera estos motores pueden funcionar con distintas proporciones de biogás diesel y pueden convertirse fácil y rápidamente de un combustible a otro lo cual los hace muy confiables. El gasoil no puede ser reemplazado en los motores funcionando a campo del 85% al 90%, debido a que la autonomía conseguida menor comparada con la original.La proporción de H 2 S en el biogás causa deterioros en las válvulas de admisión y de escape de determinados motores obligando a un cambio más frecuente de los aceites lubricantes. El grado de deterioro en los motores varía considerablemente y los resultados obtenidos experimentalmente suelen ser contradictorios.Los motores a biogás tienen amplio espectro de aplicación siendo los más usuales el bombeo de agua, el picado de raciones y el funcionamiento de ordeñadoras en el área rural. El otro uso muy generalizado es su empleo para activar generadores de electricidad.Un párrafo aparte merecen los sistemas de cogeneración. Dichos sistemas buscan la mayor eficiencia en el aprovechamiento de la energía contenida en el biogás.

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Usos

Cantidad de energía utilizada y producida por Biogás.

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Componentes de Sistema

La selección de los materiales de construcción tiene una gran importancia y por lo tanto deben satisfacer los siguientes requerimientos: - Resistencia a los esfuerzos de origen mecánico y térmico. - Resistencia al ataque químico. - Posibilidad de ser moldeado y/o construido localmente. - Disponibilidad local. - Compatibilidad ambiental.

Las características físicas de los materiales son fácilmente calculables no así los aspectos de disponibilidad y de posibilidad de operar con ellos pus varía según el país o región. Por este motivo se deberá realizar un análisis particular para cada caso antes de tomar una determinación definitiva. Este último punto es de decisiva importancia debido a que la construcción y reparación deberán ser realizadas por gente idónea de la zona.

Sistema de acarreo o alimentación: Deben ser tales que aseguren una provisión de materia prima en forma rápida evitando su descomposición aeróbica y la pérdida de su temperatura (efluentes industriales). De este modo se tendrá un material con su pleno potencial. Cámaras de carga: El sustrato generalmente se almacena en una cámara de carga antes de su ingreso. Dependiendo del digestor esta cámara deberá ser capaz de almacenar un volumen equivalente a dos días de carga. Estará provisto de un sistema de alimentación de agua para realizar las diluciones del material y algún mecanismo o instrumento de agitación para homogeneizar la carga. Conductos, canales y bombas: Podemos diferenciar claramente la existencia de dos fluidos muy distintos en el proceso anaeróbico, a saber el biogas (gaseoso) y el sustrato (semi líquido); antes, durante y después de la digestión.