31 julio 2010

Algunas consideraciones técnicas sobre las plantas de biogas (I)




Un nuevo artículo en el que continuamos explicando detalles técnicos para la construcción de plantas de biogás, un sistema sencillo con buenas aplicaciones en áreas rurales. Se consigue producir energía a la vez que se reducen los gases de efecto invernadero emitidos a la atmósfera.


Una planta de biogás consta de dos componentes: un digestor (o tanque de fermentación) y un receptor de gas. El digestor es un recipiente cilíndrico a prueba de agua o cilíndrico-cubo con una entrada por la que introduce la mezcla líquida para que tenga lugar la fermentación. El receptor de gas es normalmente un recipiente de acero hermético que flota como una bola en la mezcla de fermentación, corta el aire al digestor (anaerobiosis) y recoge el gas generado. En la siguiente figura se muestra uno de los diseños más ampliamente utilizado. La campana que recibe el gas está equipada con una salida de gas, mientras que el digestor dispone de un tubo de rebosadero para llevar el lodo en un pozo de drenaje.




Para la construcción de plantas de biogás, los criterios importantes son: (a) la cantidad de gas necesaria para un uso o usos específicos, y b) la cantidad de material disponible para el procesamiento de residuos. Otras consideraciones técnicas a tener en cuenta son el diseño de los lotes (alimentación periódica) o continuo compartimentado (alimentación diaria y en ambos casos pueden ser plantas verticales u horizontales.

Los reactores digestores se construyen de ladrillo, cemento, hormigón y acero. El digestor se construye con Hypalon Neopreno de 0,55 mm de espesor laminado y reforzado con nylon. La bolsa está equipada con una entrada y una salida de PVC. El coste del digestor y el captador de gas (ambos combinados en una bolsa) es sólo el 10 por ciento del de un digestor de acero de hormigón. En las zonas rurales, toda la instalación se completa en cuestión de minutos. Un agujero en la tierra con capacidad para la bolsa, se llena dos tercios con aguas residuales. La producción de gas infla totalmente la bolsa, que está provista de un compresor para aumentar la presión del gas.

Materias primas

Las materias primas pueden ser obtenidas a partir de una variedad de fuentes - desechos de animales y aves de corral, residuos del suelo y de cosecha, residuos de procesamiento de alimentos y papel, materiales tales como plantas acuáticas, algas filamentosas, algas marinas, etc. Diferentes problemas encontramos en cada uno de estos residuos con respecto a la recogida, transporte, procesamiento, almacenamiento, utilización de residuos y uso final. Los residuos procedentes del sector agrícola, como paja, heno, bagazo de caña, maíz y rastrojos de plantas, necesitan ser triturados a fin de facilitar su flujo en el reactor digestor, así como para aumentar la eficacia de la acción bacteriana. El material vegetal procedente de plantas suculentas da un rendimiento mayor que el de las plantas secas, de aquí que arbustos y herbáceas necesitan un proceso de semi-secado.

El almacenamiento de materias primas en espacios confinados húmedos durante más de diez días inicia la acción de bacterias anaerobias que, aunque provoca cierta pérdida de gas, reduce el tiempo para que el digestor comience a ser operacional.

Contenido de sólidos en afluentes

La producción de biogás es ineficiente si los materiales de fermentación son demasiado diluidos o concentrados, dando como resultado respectivamente que la producción de biogás y la actividad de fermentación sean insuficientes. La experiencia ha demostrado que en la materia prima (residuos domésticos, aves de corral y el estiércol) la relación de agua debe ser 1:1. Esa mezcla corresponde a una concentración de sólidos totales de 8 - 11 % en peso.

Cargando

El tamaño del digestor depende de la carga, que está determinada por el contenido de sólidos en la entrada, el tiempo de retención, y la temperatura del digestor. Las tasas de carga óptima varían de acuerdo con el tipo de digestor y sus lugares de ubicación. Las mayores tasas de carga se consiguen cuando la temperatura ambiente es elevada. En la práctica la tasa de carga es una expresión de (a) el peso del total de sólidos volátiles (TVS) que se añade por día y por unidad de volumen del digestor, o (b) el peso de TVS añadido por día y por unidad de peso de las TVS en el digestor. Este último principio se utiliza normalmente para el buen funcionamiento del digestor.

Siembra

La práctica común consiste en la siembra con una población adecuada tanto de la formación y las bacterias ácido-metanogénicas. La digestión activa de lodos de una planta de aguas residuales constituye la "semilla" ideal de material. Como pauta general, el material de siembra debe ser dos veces el volumen de la lechada del estiércol fresco durante la fase de puesta en marcha, con una disminución gradual de la cantidad añadida durante un período de tres semanas. Si el digestor acumula ácidos volátiles como consecuencia de la sobrecarga, la situación puede ser subsanada por la resiembra, o por la adición de cal u otro álcali.

pH

Un bajo pH inhibe el crecimiento de las bacterias metanogénicas y la generación de gas y a menudo es el resultado de la sobrecarga. Un rango de pH adecuado para la digestión anaerobia es 6,0 a 8,0; y la digestión eficiente se produce con un pH cercano a la neutralidad. Un estado ligeramente alcalino es una indicación de que las fluctuaciones de pH no son demasiado drásticas. Un pH bajo se puede subsanar mediante dilución o adición de cal.

Temperatura

Con una flora mesófila, la digestión mejora a temperaturas entre 30 y 40 º C, con los termófilos, el rango óptimo es de 50 a 60 º C. La elección de la temperatura que debe utilizarse es influenciada por consideraciones climáticas En general, no existe una regla fija, pero para la estabilidad óptima del proceso, la temperatura debe ser cuidadosamente regulada en un estrecho rango de temperaturas de funcionamiento. En climas cálidos, sin heladas, los digestores pueden operar sin calor adicional. Como medida de seguridad, son práctica común enterrar los digestores en el suelo por las propiedades aislantes ventajosas de los mismos, o utilizar una cubierta de invernadero. Las necesidades de calefacción y, en consecuencia los costes, se pueden minimizar con el uso de materiales naturales como hojas, serrín, paja, etc, que son compostados en lotes en un compartimiento separado del digestor,

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