Diseño de Biodigestores

ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN

• Introducción
  
  
  • Importancia de la Biomasa en la generación de energía
  • Desarrollo histórico de los Biodigestores (Marco Internacional y Nacional)
  
  
• Factores determinantes en el proceso de generación del biogás
  
  
  • Reacciones bioquímicas en la formación del biogás
  • Sustrato
  • Proceso
  • Biodigestor
    
• Características del Biogas
• Presentación de caso (Biodigestor Industrial granja avícola)
• Análisis porcentual de costos de inversión
  

I.  INTRODUCCION

Posibilidades de obtención de energía a través del uso de la BIOMASA





El ciclo de la BIOMASA en el BIODIGESTOR 







BIODIGESTORES: Desarrollo histórico internacional.

1776	Volta descubre el metano (CH4) en el gas de los pantanos
1869	Por primera vez se utiliza el Biogas (metano) en un hospital de Bombay - India
ASIA	120,000 pequeños biodigestores sin calefacción en la India Más de 7 millones de biodigestores sin calefacción en la China Número considerable de biodigestores en otros países asiáticos
EUROPA	Alemania: Pequeño boom entre 1973 y 1985 como resultado de la crisis energética Propósito principal: generación de energía y protección del medio ambiente Antigua RDA Pocas plantas pero con capacidades muy grandes (16,000 m3 de fermentador)

Fuente: UNI. Hohenheim



LOS BIODIGESTORES EN EL PERÚ

Número de Biodigestores Instalados en el Perú

• Piura ......................3
• Lambayeque............2
• Cajamarca..............47
• Amazonas................1
• Ancash....................2
• Lima.......................7
• Arequipa...............18
• Junin......................1
• Cuzco ....................1
• Madre de Dios..........2
• Huanuco................3
• Pucallpa.................1
• Tacna..................14
• Moquegua..............2
• Puno.....................2
  Total =106
  
  Predominio de Artesanales Chinos
  (Excepto Biodigestor De Electro Perú- Huacho 250 m³


Fuente: Seminario Internacional “Las Energias renovables y el desarrollo de resgiones rurales”. Universidad nacional San Antonio Abad – Cusco / U. de Lima

Razones de Éxito o fracaso de los Biodigestores en el país



II. FACTORES DETERMINANTES EN EL PROCESO DE GENERACIÓN DE BIOGÁS 

Reacciones bioquímicas en la formación del BIOGAS 

	Componentes orgánicos
FASE HIDROLITICA	Moléculas Macro Carbohidratos- Grasas -Proteínas
	Moléculas Micro Azucares simples, ácidos grasos, aminoácidos
	Ácidos carbónico, Orgánicos, Alcoholes, Dióxido de carbono
FASE METANOGENICA	Ácido Acético, Hidrogeno, Dióxido de carbono, Metanol
FASE DE FORMACION DE METANO	BIO GAS (Metano, Dióxido de carbono)

Fuente: Hohlfeld/ SASSE - 1986 



Factores Determinantes

SUSTRATO	PROCESO	DIGESTOR
Composición Relación C/N Existencia de bacterias formadoras de metano	Temperatura Concentración Tiempo de permanencia del substrato en el Biodigestor Valor de pH Mezclado e intensidad del agitado	Condiciones Anaeróbicas Dimensionamiento Diseño
BACTERIAS - PROCESO DE FERMENTACION
CANTIDAD DE BIOGAS		CALIDAD DE BIOGAS

Fuente: Lipp GMBH



Primer Factor: SUSTRATOS

TIPOS DE SUSTRATOS
(RESIDUOS Y EFLUENTES) A TRATAR EN UN BIODIGESTOR

• Efluentes municipales
• Efluentes agrícolas/pecuarios/pesqueros
• Efluentes industriales
  
  
• Residuos
  • Líquidos
  • Semi-sólidos
  • Sólidos

Importancia de la Relación carbono Nitrógeno en los sustratos: 

RELACION CARBONO NITRÓGENO (C/N) DE DIVERSOS SUSTRATOS 

SUSTRATO	RELACION C/N
Orina	0.8
Excreta de vacuno	10 - 20
Excreta de Porcino	9 - 13
Excreta de Gallina	5 - 8
Excreta de caprino / ovino	30
Excreta de Humanos	8
Paja de cereales	80 - 140
Paja de maíz	30 - 65
Gras fresco	12
Desperdicios de verduras	35
Fuente: BARNETT

VALORES DE GENERACIÓN DE BIOGÁS SEGÚN DIFERENTES SUSTRATOS 

SUSTRATO	GENERACION DE GAS (L/Kg. Biomasa seca)	PROMEDIO (L/Kg. Biomasa seca)
Excreta de Porcino	340 - 550	450
Excreta de vacuno	150 - 350	250
Excreta de Aves	310 - 620	460
Guano de caballo	200 - 350	250
Guano de oveja	100 - 310	200
Guano de establo	175 - 320	225
Paja de cereales	180 - 320	250
Paja de maíz	350 - 480	410
Paja de arroz	170 - 280	220
Gras fresco	280 - 550	410
Gras de elefante	330 - 560	415
Bagazo	140 - 190	160
Desperdicios de verduras	300 - 400	350
Jacintos	300 - 350	325
Algas	380 - 550	460
Lodos de aguas servidas	310 - 640	450

Fuente: OEKOTOP


Segundo Factor: PROCESO

Sistemas industriales

• Pré-tratamento del sustrato
• Generacion de Biogas
• Recuperación y almacenamiento del biogás

Rangos de Temperatura y Tiempo de fermentación Anaeróbica 

FERMENTACION	MINIMO	OPTIMO	MAXIMO	TIEMPO DE FERMENTACION
Psycrophilica	4-10 °C	15-18°C	25-30°C	Arriba de 100 días
Mesophilica	15-20 °C	28-33°C	35-45°C	30-60 días
Thermophilica	25-45°C	50-60°C	75-80°C	10-15 días

Fuente: OEKOTOP 
Rango de valores de pH en la generación de BIOGAS 

Valor pH	Característica
7 – 7.2	OPTIMO
Menor de 6.2	Retardo por acidos
Mayor a 7.6	Retardo por amonios

Fuente: OEKOTOP



Tercer Factor: BIODIGESTORES

BIODIGESTOR SIN HOMOGENIZADOR (Modelo Artesanal) 





MODELO CLASICO DE UN BIODIGESTOR EUROPEO (tecnología actual) 

 
Autor: Peter Cremer - Alemania




III. CARACTERISTICAS DEL BIOGAS

CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS

El BIOGAS está compuesto en un 50 a 70% de METANO y un 30 a 50% de dióxido de carbono, además de contener hidrógeno sulfurado y otros gases de menor importancia. 

PRODUCCION Y COMPOSICION TEORICA DEL BIOGAS 

SUBSTRATO	PRODUCCION DE GAS (L/Kg. de materia seca)	CONTENIDO DE METANO (CH4) %	CONTENIDO DE CO2 %
Carbohidratos	800	50	50
Proteínas	700	70	30
Grasas	1,200	67	33

ENERGÍA EQUIVALENTE (en Volumen) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES 

 


USOS del Biogas en actividades productivas 




ENERGÍA EQUIVALENTE (valor energético) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES 

VALORES	BIOGAS*	GAS NATURAL	GAS PROPANO	GAS METANO	HIDROG.
Valor Calorífico (Kwh/ m3)	7.0	10	26	10	3
Densidad (Kq/m3)	1.08	0.7	2.01	0.72	0.09
Densidad con respecto al aire	0.81	0.54	1.51	0.55	0.07
Limite de explosión (% de gas en el aire)	6-12	5-15	2-10	5-15	4-80
Temperatura de encendido	687	650	470	650	585
Máxima velocidad de encendido en el aire (m/s)	0.31	0.39	0.42	0.47	0.43
Requerimiento teórico de aire (m3/m3)	6.6	9.5	23.9	9.5	2.4

Fuente: Lipp / GMBH
* Biogas: 70% CH4, 28% CO2 y “% otros gases



IV. PRESENTACION DE CASO

Biodigestores instalados actualmente

 




Vista aérea del Biodigestor de concreto armado mostrando diversos componentes





PREPARACIÓN DEL SUSTRATO




Trampa de Sustrato




Homogenizadores con sistema de calefacción




Agitador visto exteriormente





Válvulas de seguridad del Biodigestor y sistema de comando de la calefacción





Sistema de desulfatado





Vista aerea del biodigestor de concreto armado y dos silos de recepcion de gas





Vista interior de una bolsa de recepción de gas




Puerta del silo mostrando la bolsa de gas






Turbinas para el transporte del biogas a los lugares de consumo




Lámparas Criadoras





V. EVALUACION ECONOMICA

CONSIDERACIONES PREVIAS

• Los costos de inversión varían entre un biodigestor y otro
  
• Variables: Tipo de digestor, Tipo de sustrato, sistema de calefacción, sistemas de agitación, tratamiento de los afluentes, sistema de desulfatado, entre otros.
  
• Analizaremos un estudio estadístico efectuado en Alemania en el año 1997 por la Asociación de Biogás de dicho país, en función a 100 Biodigestores de diferente tamaño para determinar de manera porcentual el costo de inversión de sus diferentes elementos.

ANALISIS PORCENTUAL DE LA INVERSION 

 

Esperamos con esta experiencia, haber dado el primer paso ……..ahora les toca a ustedes