Reconstrucción de un biodigestor (página 2)

Partes: 1, 2

Entre los inconvenientes relacionados con
la producción y uso del biogas podemos
señalar (4):

El biogás liberado a la atmósfera, localmente, desplaza al
aire y, como
consecuencia, los niveles de oxígeno son menores, restringiendo la
respiración. Esto hace necesario ventilar
los lugares donde se encuentran los biodigestores para evitar
riesgos de
asfixia y explosión.
La construcción de biodigestores conlleva
una serie de dificultades técnicas: el digestor debe encontrarse
cercano a la zona donde se recoge el sustrato de partida y a la
zona de consumo,
debe mantenerse a una temperatura
constante y cercana a los 35 ºC (puede encarecer el
proceso de
obtención en climas fríos).
Es posible que, como subproducto, se obtenga
SH2, el cual es tóxico y corrosivo,
dependiendo del sustrato de partida y de la presencia o no de
bacterias
sulfatorreductoras. La presencia de SH2 hace que se
genere menos CH4, disminuyendo la capacidad calorífica del biogás y
encareciendo el proceso, por la necesidad de
depurarlo.
Los resultados económicos no se pueden
generalizar, pues cambiarán de acuerdo a las
circunstancias de cada lugar.

En Cuba existe un
elevado potencial para la producción de biogás a
partir de vertimientos biodegradables (residuos urbanos e
industriales), así como de los restos de cosechas y el
estiércol obtenidos como resultado de la producción
agropecuaria del país, los cuales no se aprovechan en su
totalidad.

La producción de biogás a partir de estos
desechos podría contribuir al mejoramiento del medio
ambiente, obteniendo, adicionalmente, el beneficio
energético que representa el uso del gas producido
como alternativa al empleo de
combustibles convencionales. El biogás puede ser utilizado
en la producción de energía
eléctrica, para su combustión en motores o en la
cocción de alimentos, con lo
que se obtendría, además, un beneficio
económico. El efluente obtenido de la digestión
anaerobia de estos residuos puede ser utilizado como una fuente
de materia
orgánica que, aplicado al suelo, contribuye
a elevar su fertilidad y a revertir el impacto ambiental
negativo causado por el uso indiscriminado de la maquinaria
agrícola.

En la provincia se construyeron algunos biodigestores
para la producción de biogás, de diferentes
capacidades, y una planta a escala industrial
"Vacugas", la cual se encuentra actualmente fuera de servicio,
debido a dificultades en la conductora de agua potable y
la reparación de los pisos del cebadero de
toros.

Los digestores de biogás construidos en el
área de actividades de la ganadería
no funcionan por diferentes causas, entre las que se encuentran
los defectos constructivos y el abandono por los usuarios, debido
a que en su mayoría fueron concebidos para el alumbrado de
las vaquerías y éstas fueron electrificadas
posteriormente.

Los bajos niveles de producción y uso de
biogás en nuestra provincia en la actualidad, unido a la
crisis
energética internacional y los limitados recursos con que
cuenta el país para la adquisición de combustibles
convencionales en el mercado
internacional, exigen que se adopten medidas para el rescate de
esta importante fuente energética, aprovechando las
innumerables fuentes de
material biodegradable que existen en nuestro territorio
(cebadero de toros, vaquerías, industrias de
producción de azúcar
y sus derivados, porcinos y empresas
agrícolas en general).

Para ello, ante la escazes de financiamiento
para acometer nuevas inversiones,
la recuperación de las instalaciones construídas en
años anteriores, que se encuentran actualmente en estado de
abandono, constituyen un importante aporte al esfuerzo
energético del país. Es por ello que nos propusimos
como objetivo:

Recuperar y poner en funcionamiento la planta de
biogás existente en la Vaquería No. 3 de la empresa
pecuaria Ruta Invasora.

Para lo cual debimos solucionar el
problema: cómo recuperar y poner en
funcionamiento el biodigestor, con los recursos disponibles en la
empresa.

Las tareas acometidas para darle
solución al problema fueron:

Búsqueda y recopilación de información acerca de la
producción y uso de biogás, relacionada con las
características de los materiales
biodegradables, de los procesos que
ocurren en el biodigestor, así como el empleo del
biogás y del efluente obtenido de la digestión
anaerobia, y los posibles métodos
de recuperación de la instalación.
Limpieza del biodigestor y de sus
alrededores.
Defectado del biodigestor (filtraciones de
líquido hacia el manto freático y hermeticidad de
la campana).
Sellaje del biodigestor y construcción de los
elementos que forman la red de distribución y uso del gas
producido.
Carga y puesta a punto del biodigestor.
Adaptación de fogones Pike para la
combustión de biogás.
Comprobación del funcionamiento del sistema.

Las hipótesis a comprobar en
nuestro trabajo
trabajo fueron las siguientes:

Las principales causas de roturas del biodigestor
están relacionadas con la agresividad de los procesos
que ocurren en su interior, originadas por la mala
explotación del sistema.
Es posible adoptar una tecnología viable para la
recuperación y puesta en funcionamiento del biodigestor,
con los recursos disponibles en la empresa.
Es posible utilizar el biogás como combustible
para la cocción de alimentos con el uso de fogones Pike
adaptados.
La producción de biogás contribuye a
satisfacer las necesidades de combustible para la
cocción de alimentos de familias que residen en
áreas cercanas a las vaquerías, elevando la
calidad de
vida de los beneficiarios.

REPARACIÓN Y PUESTA A PUNTO DEL
BIODIGESTOR.

La planta de biogás objeto de reparación
fue construida a finales de la década del ’80, con
el objetivo de
proporcionar el combustible necesario para el funcionamiento de
un motor de
combustión interna que movería la bomba de
vacío que accionaría el equipo de ordeño
mecanizado de la vaquería 3, de la Empresa Pecuaria "Ruta
Invasora", perteneciente al Ministerio de la Agricultura.
Esta planta no produjo los resultados esperados ni se mantuvo su
uso prolongado debido a la no asimilación de la
tecnología, por poseer corriente
eléctrica la unidad, y por no ser necesaria para los
habitantes cercanos, en aquel momento. La reparación y
puesta a punto se hace por la necesidad social de estos
habitantes actualmente.

Reparación del
biodigestor.

La reparación de esta planta abandonada
contó con las siguientes operaciones:

Limpieza de los alrededores del digestor: se
realizó por medio de la recogida de piedras y basura, la
chapea y el decepe manual, con
el objetivo de crear las condiciones necesarias para trabajar
adecuadamente en el lugar y eliminar pequeños arbustos
que pudieran ocasionar daños a los neumáticos
de tractores y automóviles que se utilizarían
en la zona. El tiempo
empleado para esta labor fue de 8 hombres-horas.
La prueba se realizó durante dos días
con resultados satisfactorios. La campana mostraba un buen
estado de conservación, a pesar del tiempo de uso, y
de no estar recubierta con ningún material
anticorrosivo. Después de la prueba de hermeticidad la
campana se extrajo totalmente del biodigestor.
Prueba de hermeticidad de la campana: para ello se
elevó la campana almacenadora hasta su máxima
altura sobre el estiércol viejo que contenía el
biodigestor, con el uso de un tractor YUMZ-6M grúa con
el objetivo de hacer una prueba de hermeticidad a la campana.
Se abrió la llave del depósito de gas para
hacer más fácil el levantamiento de la campana
y se cerró cuando la misma estuvo a su máxima
altura.
Se trabajó del modo siguiente: se extrajo
el agua de
la superficie, se coloco la soga amarrada a los conductos de
entrada del afluente y salida del efluente, sujetando la
tabla encima de la soga, en el interior del digestor, para
poder
descender extrayendo el estiércol. Para ello fue
necesario empujar con las manos las cubetas para poder
llenarlas, ya que el estiércol forma una masa compacta
y húmeda. Al llegar al tope de la campana almacenadora
de gas, que sirvió de apoyo, para continuar el trabajo
de limpieza se colocó un apoyo en el fondo del
digestor para continuar el trabajo desde esa
posición.
Prueba de hermeticidad del biodigestor: se
realizó llenándolo con agua hasta su
máxima altura, dejándolo Después de la
extracción del estiércol, se limpió el
fondo, el cual se encontraba altamente desgastado,
aparentemente por la acción ácida de la mezcla que
existía en su interior. Para esta labor se empleo
agua, y una frazada para extraer el agua junto con los restos
del fondo del biodigestor, utilizando las cubetas. El tiempo
empleado fue de 3 hombres-horas.
Limpieza interior del digestor: se realizó con
el objetivo de comprobar si el mismo se encontraba apto para
su utilización. Dentro del biodigestor se encontraba
una capa de agua, con
una profundidad de 90 cm, debajo de la cual había
estiércol con una alta consistencia. La limpieza se
realizó con la participación de dos hombres,
durante un tiempo de 8 horas, utilizando para su trabajo
sogas, cubetas con una capacidad de 20 litros y una tabla
para descender al interior del digestor.
La extracción del agua se realizó con
los medios
explicados anteriormente, empleándose un tiempo de 7
hombres-horas.
reposar durante siete días, al término
de los cuales se comprobó el nivel de agua en el
digestor. Con esto comprobamos que el biodigestor tenía
filtraciones, aparentemente por el fondo, ya que el resto del
mismo se observaba en buen estado. Para esta prueba se
utilizó el agua de alimentación de la
vaquería, haciéndola llegar por medio de una
manguera, tomando un tiempo de llenado de 4 horas.
Sellaje del fondo del biodigestor: para ello se
efectuaron los siguientes pasos:

Nivelación de las irregularidades del
fondo.
1. Sellaje por medio de una capa de concreto, con las siguientes proporciones:
  cemento1½ saco; polvo de piedra, 4 cubetas de 20
  litros; gravilla, 4 cubetas de 20 litros. Estas partes se
  mezclaron y se vertieron desde la superficie del
  biodigestor, formándose una capa de concreto de dos
  a cinco pulgadas de espesor, dependiendo de las
  irregularidades; después se realizó un pase
  de flota y uno de llana, y un espolvoreado de cemento.
  Los pases de llana y flota se terminaron sujetándose
  de una soga fijada Fabricación y adaptación
  de accesorios: se fabricaron y adaptaron accesorios tales
  como: apaga fuegos, receptor de líquido,
  derivaciones, adaptación de fogones Pike, entre
  otros.
Se le incorporó a la campana, en su interior,
tubos soldados a 1200 desde su borde exterior
inferior hasta su centro superior con el objetivo de romper la
costra de estiércol que se formaría con el
funcionamiento al apoyo de la campana.
Al día siguiente se vertió una fina
capa de agua que se dejo correr por las paredes del
biodigestor, con el objetivo de obtener un mejor fraguado del
concreto, lo que se extendió por un espacio de tiempo de
5 días.

del biodigestor.

Se instalaron los soportes que sujetarían el
tubo de PVC que conduciría el biogás
.
Apaga fuegos: se elaboró con un filtro de
combustible diésel, al cual se le soldó un tubo
de entrada y salida de ¾ de pulgada, que ajustan
perfectamente a la manguera plástica utilizada. La
cavidad se llenó con alambre procedente de enrollados de
equipos eléctricos, haciéndolos un ovillo e
introduciéndolos a presión
en el filtro .
Receptor de líquido: se hizo utilizando un
pequeño tanque, al cual se le hicieron tres orificios
uno en su parte inferior y dos a cada lado del tanque ubicados
uno en la parte superior y otro a ¾ partes de la
longitud a partir del extremo superior .
Derivaciones en T: se hicieron con tubos de ¾
de pulgadas.
Adaptaciones de los fogones Pike para el
funcionamiento con biogás: se logró haciendo
estancas todas las uniones en la tubería de combustible
y expansionando la boquilla a un diámetro de 1 mm. Se
colocó un tapón de madera en el
quemador del gasificador, ya que éste es
innecesario.
Soportes: para los soportes de los tubos de PVC se
utilizaron tubos galvanizados, a los cuales se le soldaron
ganchos para apoyar la manguera. Estos tubos fueron soldados a
las cabillas que forman parte de la estructura
metálica de los postes de concreto de este tipo de
vaquería.
Para la conducción del gas del
gasómetro al receptor de líquido se utilizaron
mangueras de goma, por ser estas flexibles.

Para hacer estancas las uniones de la
instalación se utilizaron cámaras de bicicletas y
de autos
sujetadas con alambre (se puede utilizar alambre de hierro o de
cobre).

Como reducido de la tubería a los fogones se
utilizaron teteras de ordeño mecanizado. El tubo
utilizado fue de ¾ de pulgada y una longitud de 150 m
con un costo actual
de 3.70 $ el metro.

Para realizar el trabajo se utilizaron los siguientes
instrumentos y materiales: segueta manual, hilo grafitado,
anillas de cobre, tornillo de banco y llaves
españolas.

Puesta a punto del
biodigestor.

Para la puesta a punto de un biodigestor fue necesario
que se estabularan todas las vacas de la vaquería en una
nave, para recoger todo el estiércol posible.

Al digestor se le introdujo la campana almacenadora de
gas, y se empezó a llenar con el material a digerir, en
proporción de1:1 de estiércol y agua bien
mezclados. Esta mezcla se realizó en un tanque de 220
litros. El llenado del biodigestor se extendió por un
tiempo de 5 días, vertiéndole todo el
estiércol que tuviera condiciones para ser fermentado, es
decir, que estuviera libre de tierra y que
fuera estiércol fresco. La cantidad diaria de
estiércol oscilaba entre 4-4,5 tanques de 220 litros
diarios. Se culminó cuando el tubo de efluente
comenzó a verter estiércol.

A los siete días de realizada la carga, el
digestor comenzó a producir biogás,
levantándose la campana. Este biogás, acumulado
primeramente, no fue utilizado de inmediato, debido al peligro
que trae aparejado el hecho de que el biogás se encuentra
mezclado con aire, lo que le impide arder correctamente,
provocando que se apague la llama del fogón y que a
continuación comience la emisión de biogás a
la atmósfera, con peligro de explosión. A los 10
días comenzó a utilizarse el biogás en la
cocción de alimentos.

Nivel de producción del
biodigestor.

Calculo del volumen del
biodigestor (Vd).

donde: D: diámetro del digestor
(m).

h: altura útil del digestor
(m).

Calculo del volumen de carga diaria
(VCD): para abastecer al digestor con una mezcla de
1:1 de estiércol y agua.

donde: TR: tiempo de retención
(días).

Cantidad de agua y estiércol: El
volumen de carga obtenido corresponde a 125 kg de mezcla
agua-excemento por día, es decir, 62,5 kg de agua + 62,5
kg de estiércol.
Cálculo del volumen de gas que
producirá el biodigestor diariamente: considerando
que con 10 kg de estiércol se puede producir 0,36
m3 de gas por día, con 62,5 kg de
estiércol (diarios) se producirán 1,91
m3 de biogas (1).

El poder calórico del biogás es de 6
kW/m3, lo cual equivale, más o menos, a medio
litro de diesel. El poder calórico aprovechable depende
del rendimiento de los quemadores o de los aparatos. El
rendimiento es bueno si un litro de agua hierve
rápidamente. Este proceso es más largo si el
quemador no está bien regulado; en tal caso el rendimiento
es bajo. El suministro de aire influye considerablemente sobre el
rendimiento. Una presión de gas de hasta 200 mm de columna
de agua (0,02 kg/cm2), es la más apropiada para
cocinar. Las lámparas necesitan unos 100 mm de columna de
agua de presión (1).

La evaluación
del pH del
efluente de la planta, tomado en seis días diferentes,
arrojó como valor medio
del pH de 7,06 (desviación típica, 0,04 y C.V., 0,5
%), por lo que se encuentra dentro del rango exigido (6,6-7,6),
no comportando problemas para
la instalación.

Impacto social de la puesta a punto
del biodigestor.

El impacto social que ha tenido el empleo de esta
tecnología en estas familias es de relevante importancia,
ya que las mismas actualmente no necesitan ningún tipo de
combustible para cocinar sus alimentos. Por este concepto ahorran
más de un litro diario de combustible diesel, una lata de
carbón (según sea su origen) y leña. Las
desventajas de estos combustibles, con respecto al biogás,
son las siguientes:

producción de humos, de hollín, y de
olores desagradables,
alto costo,
necesitan más tiempo que el biogás para
su puesta en funcionamiento,
afectan el medio ambiente y,
en ocasiones, general dependencia de suministros externos, como
es el caso del diesel.

Cocinando con biogás, estas familias gozan de las
siguientes ventajas:

ahorro de combustibles más costosos, como el
keroseno, el carbón o la leña;
economizan tiempo y trabajo,
el biogás es un combustible que arde bien y no
desprende humo como, el carbón o la leña;
además, ensucia menos la cocina y los
alimentos,
los residuos de la producción de gas
constituyen un excelente fertilizante.

CONCLUSIONES

La principal rotura que se detectó en el
biodigestor fue el desgaste del fondo, causado por la
acción ácida de la mezcla de estiércol y
agua.
La aplicación de la tecnología
propuesta permitió recuperar la capacidad productiva del
biodigestor.
La adaptación de los fogones Pike
permitió utilizar el biogás para cocinar los
alimentos en las viviendas cercanas al biodigestor, con un
sensible mejoramiento de la calidad de vida
de sus moradores.
La reconstrucción de esta planta ha satisfecho
las necesidades de combustible para la cocción de
alimento de dos de las tres familias existentes en la
vaquería, beneficiándose un total de seis
personas, obteniendo la unidad un excelente fertilizante para
sus áreas de autoconsumo.

RECOMENDACIONES

Emplear la tecnología propuesta en la
recuperación de otros biodigestores que se encuentren
abandonados en la provincia.
Utilizar hornillos de barro para conservar el calor
generado por la combustión del biogás durante la
cocción de los alimento, lo que proporcionaría un
importante ahorro de
tiempo y combustible en la unidad.
Revisar periódicamente la instalación,
con el objetivo de eliminar posibles salideros que pueden
provocar mal funcionamiento del biodigestor, elevado consumo de
combustible, peligro de explosiones y emisión de
gases de
efecto
invernadero a la atmósfera.
Realizar sistemáticamente las operaciones de
mantenimiento y conservación necesarias
para mantener de la planta en pleno funcionamiento.
Pintar la campana del biodigestor, lo que
aumentaría la vida útil de la misma. En estos
momentos la campana no se encuentra protegida contra corrosión, por falta de la pintura
adecuada.
Difundir la producción y uso del biogás
en todas las zonas rurales de la provincia y el país
donde existan condiciones adecuadas para ello (biomasa para
alimentar los biodigestores, condiciones locales para la
construcción y explotación de la
instalación).

BIBLIOGRAFÍA

Energías renovables. Difusión de la
tecnología del biogás en Colombia Cali;
Ed (S.N) 1987. 135 pág.
FAO. El biogás 2. Producción y
utilización. Roma , 1986, 57
pág.
Hernández, C.A. Biogás. Segundo Forum
Nacional de Energía. Ciudad de la Habana, 1987. 132
pág. .
Folleto Energías Ecológicas. Tipos.
Dirección Provincial de Economía y Planificación. Área
Energética. 2003

Biografía Autor:

Jesús Alegrias Díaz nació en la
provincia y municipio Ciego de Ávila donde curso los
estudios superiores en la especialidad Mecanización de la
Producción Agropecuaria, trabajando el tema de las
energías
alternativas en el transcurso de la carrera, especialmente el
tema de plantas de
biogás continuándolo después de graduado,
obteniendo reconocimientos en eventos de
Ciencia y
Técnica realizados en la provincia por los resultados
obtenidos. Actualmente se desempeña como profesor de la
facultad de ingeniería de la Universidad de
Ciego de Ávila.