El biogas

John Dalton (1766-1844), collecting marsh gas with youngsters nearby Manchester, England

Hidrocarburos

Metano.-

Fórmula EstructuralHH C H HFórmula MolecularCH4Propiedades físicasEs menos denso que el agua y soluble en disolventes apolares. Posee un átomo de carbono, su punto de fusión es -182.5 ° C y su punto de ebullición es de -161,6 ° C.Propiedades químicasEs bastante inerte debido a la elevada estabilidad de los enlaces C-H y a su baja polaridad. No se ve afectado por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato. Sin embargo la combustión es muy exotérmica aunque tiene una elevada energía de activación.AplicacionesTambién se le denomina gas de los pantanos   En las minas de carbón suele formar mezclas explosivas con el aire, y se le da el nombre de gas grisú.  El peligro del gas grisú no sólo se debe a los efectos mecánicos y térmicos de la explosión, sino también al enrarecimiento del aire por escasez de oxígeno (asfixia), y además, por la formación del monóxido de carbono (CO) que es altamente tóxico.

Tipo de materia primaLas materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro a los excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, alimenticias en general), restos de cosechas y basuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas. El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores).Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechos industriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestos enumerados o bien un post tratamiento aeróbico Las sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado, compostado) a fin de liberar las sustancias factibles de ser transformadas de las incrustaciones de lignina .En lo atinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependerá fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos. Los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentan grandes diferencias. Esto es debido al sinnúmero de factores intervinientes que hacen muy difícil la comparación de resultados. Como norma se deberá tomar en cuenta que a raíz de estar trabajando en un medio biológico sólo los promedios estadísticos de una serie prolongada de mediciones serán confiables siempre y cuando figuren las condiciones en las cuales fueron realizadas las pruebas.En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies animales son variables de acuerdo fundamentalmente al peso y al tipo de alimentación y manejo de los mismos. Cuando se encare un proyecto específico se recomienda realizar una serie de mediciones en el lugar donde se emplazará el digestor. A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércol producido por distintos tipos de animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando como referencia el kilogramo de sólidos volátiles.

ESPECIE PESO VIVO kg ESTIERCOL/día

l/kg.S.V. %CH4

Cerdos 50 4,5 - 6 340 - 550 65 - 70 Vacunos 400 25 -40 90 - 310 65 Equinos 450 12 - 16 200 - 300 65 Ovinos 45 2,5 90 - 310 63 Aves 1.5 0,06 310 - 620 60

Caprinos 40 1,5 110 - 290 -

Temperatura del sustrato

Para que se inicie el proceso se necesita una temperatura mínima de 4º a 5º C y no se debe sobrepasar una máxima de alrededor de 70ºC . Se realiza generalmente una diferenciación en tres rangos de temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan en cada una de ellas.

BACTERIAS RANGO DE TEMPERATURAS SENSIBILIDAD

Psiccrofílicas menos de 20ºC ± 2ºC/hora Mesofílicas entre 20ºC y 40ºC ± 1ºC/hora Termofílicas más de 40ºC ± 0,5ºC/hora

La actividad biológica y por lo tanto la producción de gas aumenta con la temperatura. Al mismo tiempo se deberá tener en cuenta que al no generar calor el proceso la temperatura deberá ser lograda y mantenida mediante energía exterior. El cuidado en el mantenimiento también debe extremarse a medida que aumentamos la temperatura, dada la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas. Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger un determinado rango de temperaturas para el funcionamiento de un digestor ya que a pesar de incrementarse la eficiencia y producción de gas paralelamente aumentará los costos de instalación y la complejidad de la misma. Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termofílicas poseen generalmente sistemas de calefacción, aislamiento y control los cuales son obviados en digestores rurales económicos que trabajan a bajas temperaturas. La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debe permanecer la biomasa dentro del digestor para completar su degradación (Tiempo de retención Hidráulica, TRH). A medida que se aumenta la temperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuencia se necesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad de biomasa. Prerrequisitos necesarios para iniciar el proceso La fermentación anaeróbica involucra a un complejo número de microorganismos de distinto tipo los cuales pueden ser divididos en tres grandes grupos principales. La real producción de metano es la última parte del proceso y no ocurre si no han actuado los primeros dos grupos de microorganismos. Las bacterias productoras del biogas son estrictamente anaeróbicas y por lo tanto sólo podrán sobrevivir en ausencia total de oxígeno atmosférico.

El biogas es un combustible.

Entre los combustibles fluidos, se encuentran los líquidos como el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y los gaseosos, como el gas natural o los gases licuados de petróleo (GLP), representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gasóleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustión interna

MARCO TEÓRICOLa reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible. La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente mas habitual. La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma

genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar .Un combustible es una sustancia capaz de reaccionar con el oxígeno del aire con desprendimiento de energía térmica apta para producir trabajo mecánico. La mayoría de los combustibles pueden clasificarse dentro de una de estas tres categorías: sólidos (carbón mineral, carbón vegetal y madera entre otros), hidrocarburos líquidos (petróleo y algunos de sus derivados como la gasolina) o hidrocarburos gaseosos (gas natural, propano, entre otros). Existen varias propiedades que caracterizan a los combustibles, dependiendo de su composición físico-química. Una de las más importantes para el proceso de combustión es el poder calorífico, cantidad que representa el calor desprendido debido a la combustión completa del combustible por unidad de masa (o volumen). El poder calorífico se denomina superior (HHV1) cuando el agua resultante de la combustión se asume líquida (condensada) en los productos de la combustión e inferior (LHV2) cuando el agua resultante de la combustión se supone en estado de vapor con los demás productos de la combustión. Por lo tanto la diferencia entre el HHV y el LHV es igual por definición al calor de condensación del vapor de agua resultante de la combustión del combustible.proceso de combustiónLa combustión se define como el proceso de reacciones químicas de oxidación que desprenden calor. Para que se lleve a cabo se requiere además del combustible la presencia del comburente y la energía de activación. El comburente es el oxidante (contiene el Oxígeno) y la energía de activación es la cantidad de energía que hay que aportar a la mezcla de combustible y comburente para que se inicie la combustión.Cuando se quema un combustible hidrocarburo, utilizando la cantidad exacta de Oxígeno, el Carbono y el Hidrógeno se oxidan produciendo únicamente dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Durante este proceso la masa de cada elemento permanece sin variación, situación que se conoce como combustión estequiométrica y que constituye la base de cualquier cálculo teórico. Por ejemplo, la combustión del metano (CH4) está regida por la ecuación:CH4 + O2 CO2 + 2H2O En este caso 1 mole de CH4 produce un mole de CO2 y dos de H2O, o lo que es lo mismo, 16 g de CH4 reaccionan para producir 44 g de CO2 y 36 g de H2O (Ver Anexo 2).Sin embargo, en la práctica se halla que no es posible obtener combustión completa, suministrando el aire teórico requerido. Así pues, es necesario alimentar aire en exceso a la reacción (factor lambda), dependiendo del tipo de combustible:

Para combustibles sólidos: 40 a 150% de exceso de aire (lambda 1,4 – 2,5)Para combustibles líquidos: 25 a 60% de exceso de aire (lambda 1,25 – 1,6)Para gases: 10 a 40% de exceso de aire (lambda 1,1 – 1,4).

En este caso se tiene una combustión completa con exceso de aire. En la medida en que se disponga de información acerca de la tecnología utilizada para llevar a cabo la combustión, se podrá alcanzar mayor precisión en el valor del factor lambda. Para especificar el equipo de combustión se han de aplicar criterios de selección relativos al combustible y en particular a la aplicación concreta. Una vez establecido el equipo requerido, para cada tipo de quemador se puede trazar una curva de exceso de aire en función de la carga o demanda de calor, que permita establecer con precisión el exceso de aire requerido. Para el cálculo del aire requerido, del poder calorífico y del volumen de gas quemado el desarrollo de la metodología descrita a continuación, contempló la composición elemental de los combustibles sólidos y líquidos, es decir, porcentaje en peso de cada uno de sus elementos componentes (Carbono, Hidrógeno, Azufre, Cloro, Oxígeno, Flúor) y la composición en volumen de los combustibles gaseosos, es decir, porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes (metano, propano, etc.).Es importante tener en cuenta que el CO2 es el más común de los gases de efecto invernadero y su mayor fuente la constituye la quema de los combustibles fósiles. Cuando estos combustibles se queman, gran parte del contenido de carbón se emite como CO2 y en menor proporción como CO, CH4 y otros hidrocarburos que finalmente se oxidan a CO2 en un periodo de aproximadamente 10 años. En este hecho reside la importancia de contar con un método que permita el cálculo de las emisiones de este contaminante.Sin embargo, la combustión real produce además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros compuestos como ácido fluorhídrico (HF), ácido clorhídrico (HCl), óxidos de azufre (SO2), cuya estequiometría y óxidos de nitrógeno (NOx). En relación con éstos últimos hay que señalar que en la mayoría de los procesos de combustión el oxígeno se suministra como aire, que se considera compuesto de 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno. El nitrógeno reacciona efectivamente con el oxígeno mediante una serie de relaciones altamente dependientes de las condiciones de reacción, lo que hace difícil su predicción teórica.Una vez establecidos los productos de la combustión y su concentración en el gas quemado es posible, mediante la definición de su poder calorífico, precisar los factores de emisión correspondientes.Combustibles gaseosos

ClasificaciónSe denominan combustibles gaseosos a los hidrocarburos naturales y a los fabricados exclusivamente para su empleo como combustibles, y a aquellos que se obtienen como subproducto en ciertos procesos industriales y que se pueden aprovechar como combustibles.La composición de éstos varía según la procedencia de los mismos, pero los componentes se pueden clasisificar en se pueden clasificar en gases combustibles (CO, H2, (HC)) y otros gases (N2, CO2, O2).Los combustibles gaseosos se clasificacan en:Combustibles gaseosos naturalesCombustibles gaseosos manufacturadosNos interesa conocer el porcentaje de los componentes que integran los gases. Se usan para estos los mismos procedimientos que para el análisis de los gases de combustión.Exste otra clasificación de los combustibles gaseosos que se refiere a su grado de intercambiabilidad. Esto nos permite clasificar los combustibles gaseosos en familias, que son 3: 1ª, 2ª, 3ª.Propiedades y ventajas de los combustibles gaseosos

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El poder calorífico, una de las propiedades más importantes de un combustible, se expresa para los combustibles gaseosos por unidad de volumen en condiciones normales. El valor del poder calorífico va a variar mucho dependiendo del tipo de gas que estemos manejando, y por lo tanto, en función de los componentes del combustible que estemos manejando. Los componentes no combustibles de un combustible van a bajar el rendimiento calorífico de la combustión. Sin embargo, a pesar de esto, a veces, un combustible de calidad inferior pero que sea subproducto de un proceso industrial puede ser más ventajoso económicamente.Recordamos que existen dos clases de poder calorífico:Poder calorífico superior, que es el que se libera al realizar la combustión de una unidad de volumen de gasPoder calorífico inferior, que es igual que el anterior, pero sin tener en cuenta el calor de condensación del agua producida en la combustión.Las unidades del poder calorífico son Kcal/m3; Btu/ft3; Cal/LLa unidad de volumen puede ser:Nm3: En condiciones normales: Volumen medido a PN: 1 atm TN: 0ºCSm3: En condiciones estándar: Volumen medido a PS: 1 atm TS: 15’6ºCPara expresar la energía liberada en una combustión se usa la TERMIATERMIA=2500 calPara calcular el poder calorífico de un combustible gaseoso hay que conocer la composición del mismo (proporción de componentes). Conociendo los calores de combustión de los componentes individuales resulta relativamente sencillo calcular el poder calorífico del combustible:

Otra propiedad importante del combustible es el calor específico. Se define éste como la cantidad de calor requerida para que la unidad de masa de gas aumente su temperatura 1ºC. Las unidades son cal/gºC; Kcal./KgºC; Btu/lbºF. Pero lo cierto es que al aumentar la temperatura existe una dilatación; es por ello que se definen los siguientes calores específicos:Calor espefícico a volumen constante (Cv)Calor específico a presión constante (Cp)Cv es menor que Cp, ya que hay que tener en cuenta el trabajo de expansión que hay que realizar. Hay una relación entre estos dos valores:Cp/CvGas monoatómico: 1,67Gas diatómico: 1,40Gas triatómico: 1,33Otra característica importante de los combustibles es su intercambiabilidad. Se dice que dos gases son intercambiables cuando distribuidos bajo la misma presión en la misma red y sin cambios de regulación producen los mismos resultados de combustión (el mismo flujo calorífico) y la llama presenta la misma e idéntica posición y el mismo comportamiento también.Es imposible en la realidad que dos gases sean intercambiables al 100%; lo que se mira realmente es que prácticamente sean intercambiables. Existen unos diagramas de intercambiabilidad en los que de un modo rápido se puede ver si un gas es intercambiable con otro (diagramas de Delbourg)3.- COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE GASEOSOEn la combustión de un combustible gaseoso es fácil deducir que la mezcla con el comburente se realiza de una manera fácil. El modo en que básicamente se realiza la combustión es igual que para un combustible sólido o líquido. Se sigue utilizando, en general, el aire como comburente, aunque a veces se usa el oxígeno. Es necesario en este caso el uso de quemadores, que es donde se va a producir la mezcla combustible comburente. La combustión es rápida, pero no instantánea. Es necesario un tiempo de mezcla para facilitar la reacción. La combustión es, como sabemos, una reacción de oxidación. La llama es la fuente de calor de esta reacción. En todo proceso de combustión hay 3 condiciones que se deben cumplir:1)   Para que puede iniciarse y propagarse la combustión, hace falta que simultáneamente el combustible y el comburente esté mezclado en cierta proporción y que la temperatura de la mezcla sea localmente superior a la temperatura de inflamación2)   Para que la combustión se mantenga debe ocurrir queLos productos originados en la combustión de evacúen a medida que se producenLa alimentación del comburente y del combustible sea tal que se cumplan las condiciones expuestas hasta ahora (1)3)   Para que la combustión se realice en buenas condiciones se debe cumplir que:El aire empleado en la combustión sea el correspondiente a una combustión completa sin exceso de aireaire empleado = aire mínimoDebe haber una determinada turbulencia y un tiempo determinado

Características de la combustión de gasesTemperatura de ignición: La temperatura de ignición es la mínima temperatura a la que puede iniciarse y propagarse la combustión en un punto de una mezcla aire gas. El autoencendido de una mezcla aire gas se produce sobre los 650-700ºC.

- Límites de inflamabilidad: Se entienden estos como los porcentajes de aire y gas que presentan una mezcla de ambos para que pueda iniciarse y propagarse la combustión de dicha mezcla. Normalmente se expresa en porcentaje de gas combustible en la mezcla. Tanto el exceso se combustible como de comburentes son perjudiciales para la combustión, fuera de los límites de inflamabilidad.

La llama se define como el medio gaseoso en el que se desarrollan las reacciones de combustión; aquí es donde el combustible y el comburente se encuentran mezclados y en reacción.La llama puede adoptar diferentes formas, según el medio técnico, y también la forma del quemador. Esto es así porque el quemadro es donde se pulveriza el combustible para que entre en contacto con el aire. El frente de llama es la zona qe marca la separación entre el gas quemado y el gas sin quemar. Aquí es donde tienen lugar las reacciones de oxidación principales. El espesor del frente de llama puede ir desde menos de 1mm hasta ocupar totalmente la cámara de combustión. La propagación de la llama es el desplazamiento de ésta a través de la masa gaseosa. Se efectúa esta propagación en el frente de llama. La velocidad de propagación va a depender de la transmisión de calor entre la llama y las zonas contiguas (gases quemados y no quemados). Cuando los gases sin quemar alcanzan la temperatura de ignición, entonces empezarán a sufrir la combustión. Para que la llama comience y quede estable, se debe estabilizar el frente de llama. Para ello, se debe coordinar la velocidad de escape de gases y de propagación de la llama con la entrada de comburente (aire) y combustible. Para que tenga lugar la combustión es necesario que se alcance la temperatura de ignición, que es aquélla a la cual la mezcla combustible/comburente no se extingue, aunque retiremos la llama de encendido. La inflamabilidad de una mezcla gaseosa se define como la capacidad de propagarse a su través la llama iniciada en uno de sus puntos. Solo se habla de inflamabilidad a temperaturas inferiores a la de ignición. La inflamabilidad depende de la velocidad de propagación de la llama. La mezcla estequimétrica combustibles/comburente es siempre inflamable, debido a la alta temperatura que se alcanza. Hay dos composiciones combustibles/comburente que nos dan los límites de inflamabilidad:

Límites de inflamabilidad

Inferior: [combustible] < [estequiométrica]Superior: [combustible] > [estequiométrica]

Estas composiciones límite dependen de las condiciones externas, como pueden ser la presión o la geometría de la cámara de combustión. Además de los límites de inflamabilidad, también se definen estas otras magnitudes:

Intervalo de la temperatura de la llama: Está definida por una temperatura máxima y otra mínima, que coinciden con el instante final y con el instante de encendido de la combustión. Los productos quemados tienen una temperatura comprendida dentro de este intervalo.

       Intervalo de presiones: Se define de manera análoga a la interior

El efecto pared, es la no observación de la llama en la proximidad de paredes y cuerpos debido a los intercambios de calor con éstos.

Clasificación de las llamas

Las llamas se clasifican en 3 grupos ateniéndonos a los parámetros para un combustible líquido.

1. Mezcla combustible comburente2. Velocidad de la mezcla de combustible3. Posición de la llama respecto a la boca del quemador

a. Mezcla combustible comburente

Llama de premezcla: La mezcla de los dos fluidos se realiza parcial o totalmente antes de alcanzar la cámara de combustión

Llama de difusión: (sin mezcla previa) El combustible y el comburente se mezcla justo en el momento de la combustión

b. Velocidad de la mezcla de combustible

Laminar: Los fenómenos de mezcla y transporte ocurren a bajas temperaturas Turbulento: Las velocidades de la mezcla aire/combustible es elevada. La mezcla vaporizada suele salir

silbando y en forma de torbelino

c. Posición de la llama respecto a la boca del quemador

Llama estacionaria: El combustible se va quemando poco a poco al pasar por una determinada parte del sistema. Este es el tipo de llama ideal desde el punto de vista industrial

Llama explosiva libre: Es la que está en movimiento

Forma., color y temperatura de la llama

La forma que presenta una llama depende del medio técnico que prepara el combustible/comburente; es decir, depende del quemador utilizado, ya que éste es el encargado de pulverizar y repartir el combustible. Si la combustión es buena, la llama no será opaca, negruzca,... El color negro lo van a dar los inquemados.

La temperatura que va a alcanzar la llama dependerá de: Composición y porcentaje del comburente Velocidad global de la combustión. Ésta depende de

o Reactividad del combustible

o Forma y eficacia del sistema de combustión

o Temperatura inicial de los reactivos

Se deberán tener en cuenta también los calores sensibles de los reactivos. Al llegar y sobrepasar los 2000ºC, los gases de combustión se pueden descomponer, dando lugar por ello a otros compuestos que pueden afectar a la combustión y a la llama. Definiciones relativas a la temperatura de combustión

Temperatura adiabática de combustión

También se denomina temperatura teórica de combustión o temperatura de combustión calorimétrica. Es la temperatura que se obtendría en una combustión estequiométrica con mezcla perfectamente homogénea y en un tanque que nos permita evitar cualquier pérdida de calor al exterior.

En muchos casos llega con valorar de modo aproximado el calor liberado para determinar la temperatura adiabática de combustión. Esta temperatura aumenta con la potencia calorífica del combustible y disminuye con la capacidad calorífica de los productos de combustión.

Temperatura máxima teórica de la llama

Es la temperatura que se alcanza cuando la cantidad de aire empleada en la combustión es la cantidad estequiométricamente necesaria para ello. Se trata de un valor ideal, ya que las condiciones estequiométricas son imposibles de conseguir en la realidad.Las temperaturas máximas de la llama son en 200-300ºC inferiores a la temperatura máxima teórica de la llama.Si estamos utilizando combustible gaseoso con capacidad calorífica baja, para conseguir elevar la temperatura de combustión, habrá que precalentar la mezcla antes de que llegue a la temperatura de combustión.

En la llama se distinguen 3 zonas, que son: Reductora: También se llama dardo primario. Existe aquí un defecto de oxígeno. Es la zona más interior Oxidante: Hai exceso de oxígeno. Se llama también dardo primario. Es la zona más exterior y no está tan

claramente definida como la reductora. Normal: Es la zona que queda entre una y otra

Medidas y análisis de los gases de combustión

Los gases de combustión se evalúan cualitativa y cuantitativamente. Mediante el análisis de estos gases vamos a poder saber si la reacción de combustión va bien o mal. Podemos conocer también la energía que se está produciendo y cuanta se puede estar perdiendo. Para todo esto, lo primero es tomar muestras de los gases de combustión. La toma de muestras se realiza principalmente de dos maneras:

Por aspiración Por filtro

En ambos casos, se recogen los gases para llevarlos a analizar. Estas muestras se recogen tanto en conductos intermedios como en la mismas chimenea de salida de gases. Los puntos en los que tomamos la muestra vienen condicionados por lo que queramos exactamente de esa muestra. Hay que tener en cuenta que la composición de los gases va variando desde la salida de la cámara de combustión hasta que sale por la chimenea.

Puntos de interés para la toma de muestras En el hogar nos interesa tomar muestras porque esto nos permite conocer el rendimiento de la combustión. En cada elemento de la instalación: evaluamos de esta manera el rendimiento de cada uno de los elementos. Conductos de salida de gases de la chimenea En la parte baja de la chimenea

Los dos últimos elementos considerados pertenecientes a la chimenea nos permiten evaluar las perdidas por gases del generador en su conjunto. El hecho de evaluar los distintos elementos del generador nos permiten evitar distintos fallos, como pueden ser la entrada incontrolada de aire.

Ensayos a realizar a los gases de combustión1. Medida de las temperaturas: Controlamos de este modo la temperatura de combustión. Se usan para este cometido pirómetro, sontas termoeléctricas,... La eleacción del equipo va a depender de la disponibilidad, del punto en el que haya que medir, de la precisión requerida,...

2. Determinación de la composicón de gases: Esta puede ser cualitativa y cuantitativa. Los principales componentes en una combustión son el CO2, SO2, H2O, O2,N2.

3. Medida del caudal: Esta medida debe coincidirnos con la determinación teórica de productos y reactivos que hayamos hecho.El mayor componente de los gases de combustión va a ser el CO2. Otro elemento tamnbién bastante importante va a ser el H2O. Si la combustión fuera incompleta también aparecería CO. El SO2 aparece debido a al contenido en azufre del combustible. También van a aparecer inquemados sólidos, como es el caso del carbón y hollín. También aparece el N2, que es inerte en la reacción, y también debe a aparecer el O2 que no reacciona del aire.

Métodos. Para medir los inquemados sólidos (carbono que queda sin quemar, hollín), se usan los papeles Ringleman, que en realidad lo que miden es la opacidad de los humos. También se puede usar la escala Bacharah (por círculos)

Acondicionamiento de biogás

El biogás producido por la planta se pueden utilizar tal como es, es decir, sin tratamiento adicional / acondicionado.

La reducción del contenido de humedad del biogás, que suele ser completamente saturado con vapor de agua. Esto implica el enfriamiento del gas, por ejemplo, por el enrutamiento a través de una tubería subterránea, de modo que el vapor de agua excedente se condensa en la parte baja de la temperatura. Cuando el gas se calienta de nuevo, disminuye su contenido relativo de vapor . El "secado" de biogás es especialmente útil en relación con el uso de contadores de gas seco, que de otra manera finalmente se llenan de agua condensada.

Composición y propiedades de biogás, STP (0 ° C, 1013 mbar),

Constituyentes y propiedades CH4 CO2 H2 H2S 60% de CH4 /40% de CO2

65% de CH4 /34 C02% /1% restante

Fracción de volumen (%) 55-70 27-44 1 3 100 100

Valor calorífico neto (kWh / m³) 9,9 -- 3,0 6,3 6,0 6,8

Umbral de encendido (% en aire) 5-1S -- 4-80 4-45 6-12 7,7 a 23

Temperatura de ignición (° C) 650-750 -- 585 -- 650-750 650-750

(Crit.pressure bar) 47 75 13 89 75-89 75-89

Crit. Temp. (° C) -82,5 31,0 -240 100,0 -82,5 -82,5

De gas / aire densidad de relación 0,55 2,5 0,07 1,2 0,83 0,91

Espec. el calor, (CP KI / m³ ° C) 1,6 1,6 1,3 1,4 1,6 1,6

Propagación de la llama (cm / s) 43 -- 47 -- 36 38

Reducción del contenido de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede ser necesaria si el biogás se encuentra con una una cantidad excesiva, es decir, más del 2%, y se va a utilizar para alimentar un motor. Dado que, sin embargo, la mayoría de biogás contiene menos de 1% de H2S, la desulfuración es normalmente innecesaria, sobre todo si se va a utilizar para el funcionamiento de un motor estacionario.

La capacidad de absorción de la masa de purificación depende de su contenido de hidratos de hierro: los lodos de hierro que con<<tienen 5-10% de Fe (OH)3 puede absorber alrededor de 15 g por kg de azufre sin que se regenere y aproximadamente 150 g / kg a través de la regeneración repetitivas. Es un hecho muy significativo que muchos tipos de suelos tropicales (lateritas) son naturalmente ferricos y, por tanto, adecuado para su uso como purificador del biogas.

La reducción del contenido de dióxido de carbono (CO2) Es muy complicado y costoso. En principio, las emisiones de CO2 pueden ser eliminadas por absorción en la leche de cal, pero esta práctica produce "mares" de pasta de cal y por lo tanto se debe descartar, sobre todo en relación con plantas de gran escala, para el cual sólo los procesos de alta

tecnología, como microscreening son dignos de consideración. CO2 "lavado" rara vez es aconsejable, salvo con el fin de aumentar la capacidad de embotellado individuales para el almacenamiento a alta presión.

aparatos de biogás

El biogás es un gas pobre que puede, en principio, utilizarse como cualquier otro combustible de gas para uso doméstico y industrial, el requisito principal es la disponibilidad de los quemadores de biogás diseñado especialmente o modificando los aparatos de consumo. Las diferencias relativamente grandes en la calidad del gas de diferentes plantas, e incluso de una y la misma planta (la presión del gas, la temperatura, el valor calorífico, etc) debe darse la debida consideración. El corazón de cualquier aparato de gas es el quemador. En la mayoría de los casos, quemadores tipo admosfericos la operación es en el aire premezclado / combustible de gas. Debido a las complejas condiciones del flujo, los ajustes deben ser inscritos en forma experimental.

Esquema de un quemador de biogás y sus partes. 1 tubo de gas, 2 de cierre de flujo de gas / válvula reductora, 3 Jets (f = 1.2 mm), 4 cámara de mezcla de gas y aire de combustión, 5 consumo de aire de combustión de control, 6 cabeza del quemador, 7 Inyector (Fuente: Sasse 1984 )

En consecuencia, la modificación y adaptación de los quemadores de tipo comercial es un asunto de experimentación. Con respecto a los quemadores de butano y propano, es decir, los tipos más fácilmente disponibles, se ofrecen las siguientes indicaciones:

- / Gas butano y propano tiene hasta 3 veces el valor calorífico de biogás y casi el doble de su velocidad de propagación de llama.

- Conversión de biogás siempre resulta en valores más bajos de rendimiento.

Modificación de las medidas prácticas incluyen:

- Ampliación de la sección transversal de inyección por un factor de 2-4 en el fin de aumentar el flujo de gas

- Modificación de la combustión de suministro de aire, especialmente si tiene un controlador de aire de combustión - el aumento del tamaño de las aberturas de reacción (evitar si es posible) El objetivo de todas estas medidas es lograr un país estable, compacto, de la llama ligeramente azulada.

Comparación de los diferentes quemadores de biogás comercializados internacionalmente compilado. Procedentes de diversas fuentes)

Cocinas de gas / estufas de GAS

Cocinas de biogás y de las estufas deben cumplir con varios requisitos básicos:- Funcionamiento sencillo y fácil de- La polivalencia, por ejemplo, para ollas de varios tamaños, para cocinar y asar .- Fácil de limpiar- Coste aceptable y fácil de reparar- Buenas propiedades de combustión, las llamas estables, es decir, de alta eficiencia- Aspecto atractivo

Una cocina es algo más que un quemador. Debe satisfacer cierta estética y los requisitos de utilidad, que pueden variar ampliamente de una región a otra región. Por lo tanto, no hay tal cosa como un quemador de biogás para todo el año.Los datos de campo muestran que el 2-quemadores de llama estable son el tipo más popular (cf. fig. 5.31).

El consumo de biogás para cocinar recopiladas de diversas fuentes

Para ser cocidos: El consumo de gas Tiempo

11 Agua 30-40 l 8-12 min

51 agua 110-140 l 30-40 min

31 de caldo ~ 60 l / h

Arroz 1 / 2 kg 120-140 l ~ 40 min

1 / 2 kg de legumbres 160-190 l ~ 60 min

1 tortilla (fritos) 10-20 l ~ 3 min

Los Quemadores de llama única y cocinas ligeras tienden a ser consideradas como soluciones coyunturales a la falta de alternativas adecuadas. Las Cocinas de biogás requiere la instalación con la protección adecuada contra el viento. Antes de utilizar cualquier cocina, el quemador debe ser cuidadosamente ajustado, es decir: - Para recordar, llama azulada,- La llama debe ser auto-estables, es decir, las zonas sin llama deben volver a encender automáticamente el plazo de 2 a 3 segundos. Mediciones de prueba se debe realizar para optimizar la configuración del quemador y minimizar el consumo. La eficiencia física de un quemador de gas ,rangos de 0,6 a 0,8.

Pruebas para cocinas de biogás / ------------------------------------------1. El consumo de gas para la calibracion de la temperatura (punto de ebullición a fuego lento la temperatura -95 ° C), es decir, la cantidad de gas necesaria por unidad de tiempo para mantener una temperatura del agua de 95 ° C------------------------------------------2. Prueba estándar de cocinaEsta prueba determina cuánto gas es necesaria para cocinar una comida estándar, por ejemplo, 500 g de arroz y 1000 g de agua, la comida estándar no se especifica de acuerdo a la dieta básica regional de

Esquema de una lámpara de biogás. 1 pipa de gas, 21 válvulas de corte, 22 válvula de ajuste, 3 de suministro de aire primario (ajustable), 4 cámara de mezcla, 5 cuerpo incandescente - el gas del manto, el 6 de cabeza de porcelana, 7 reflector de disco duro, 8 de vidrio

Lámparas de biogás

La luz emitida por una lámpara de biogás es el resultado de incandescencia, es decir, el intenso calor inducido por la luminosidad de los metales especiales, los llamados "tierras raras", como el torio, cerio, lantano, etc, a temperatura de 1000 - 2000 ° C .

Con 400-500 ml, los valores del flujo máximo que se puede lograr con lámparas de biogás son comparables a las de una bombilla normal de 25-75 W de luz. con rangos de eficiencia luminosa 1,2 a 2 Im / W. En comparación, con la eficiencia global de una bombilla de luz llega a 3-5 Im / W, y que varía de una lámpara fluorescente de 10 a 15 lm / W.

El desempeño de una lámpara de biogás depende puesta a punto del cuerpo incandescente (capa de gases) y la forma de la llama en la boquilla, es decir, el cuerpo incandescente debe ser rodeada por el interior (= caliente central) de la llama con el mínimo consumo de gas. Si el cuerpo incandescente es demasiado grande, podra aparecer manchas oscuras, y si la llama es demasiado grande, el consumo de gas será demasiado alto. La pantalla refleja la luz hacia abajo, y el vidrio evita la pérdida demasiado rápida de calor.

La experiencia práctica demuestra que las lámparas de tipo comercial a gas natural o de glp y las de biogas, no están óptimamente diseñados para las condiciones específicas de la combustión de biogás (fluctuante o de baja presión, variando la composición del gas). Las deficiencias más frecuentemente observadas son:

- Excesivamente grandes secciones de la boquilla- Manguitos excesivamente grande- Sin posibilidad de cambiar el inyector - Falta o deficiente control de aire de combustión.

Tales inconvenientes dan como resultado del consumo de gas innecesariamente alto y de poca luz…. Ahora se tendran en cuenta al momento de comprar o instalar una lampara.

Las lámparas de biogás son controlados mediante el ajuste del suministro de gas y aire primario. El objetivo es hacer que el manto al quemar el gas, de un brillo uniforme y constante, con murmullo- pulverización (sonido de la quema, que fluye de biogás). Para comprobar los criterios, coloque el cristal de la lámpara y espere 2 a 5 minutos, hasta que la lámpara ha llegado a su temperatura normal de funcionamiento. Las lámparas de comparación en el cuadro 5.20 operan a una presión de gas de 5 a 15 cm columna de agua. Si la presión es más abaja, el manto no se iluminará, y si la presión es demasiado alta (sistemas fijos de la cúpula), el manto puede romperse.

Ajuste de una lámpara de biogás requiere de dos pasos consecutivos:

1. precontrol de la oferta de biogás y de aire primario, sin el manto, en un principio que resulta en una llama alargada, con un núcleo interno largo;

2. el ajuste fino con el cuerpo incandescente en su lugar, lo que resulta en un cuerpo incandescente brillante , junto con otro ajuste ligero del suministro de aire (generalmente más).

El ajuste está en su mejor nivel cuando las partes oscuras del cuerpo incandescente han desaparecido. Un luxómetro

puede ser utilizado para el control objetivo de la adaptación de la lámpara.

motores de combustible a biogas

Consideraciones básicas

Los siguientes tipos de motores son, en principio, bien adaptados para operar con el biogás:

- Motores diésel de cuatro tiempos: Un motor diesel se basa en el aire y lo comprime en una proporción de 17: 1 bajo una presión de aproximadamente 30-40 bar y una temperatura de 700 ° C. La carga de combustible inyectado se inflama en sí. Potencia de salida se controla mediante la variación de la cantidad inyectada de combustible, es decir, la toma de aire se mantiene constante (el llamado control de la mezcla).

- motores de encendido de 2 tiempos: Un motor de encendido por chispa (motores de gasolina) se basa en una mezcla de combustible (gasolina o gas) y la cantidad requerida de aire de combustión. La carga se enciende mediante una bujía en una relación de compresión comparativamente baja entre 8: 1 y 12: 1. El control de potencia se realiza variando la ingesta de la mezcla a través de un acelerador

Los Diesel de cuatro tiempos y motores de explosión están disponibles en versiones estándar, con potencias que van de 1 kW de potencia a más de 100 kW. No son adecuados al biogas:

los motores de 2 tiempos en que la lubricación se logra mediante la adición de aceite al combustible líquido, y de motores muy grandes y de lento-funcionamiento (menos de 1000 rpm) los motores que no están integradas en grandes series, costosos y requieren equipos de control complicado.

Términos y definiciones esenciales

El conocimiento de los siguientes términos relativos a los motores de combustión interna es necesaria para comprender el contexto:

Cilindrada es el volumen (cm ³, l) desplazados por un pistón en un cilindro de un solo golpe, es decir, entre el fondo y. Muerto Superior posiciones Canter (BDC y TDC, respectivamente). La cilindrada total (Vtot) comprende la cilindrada (Vs) y el volumen de compresión (VC), es decir, Vtot = Vs + Vc.

La relación de compresión (E) es la relación entre el máximo para el volumen mínimo de espacio cerrado por el pistón, es decir, antes de la compresión (Vtot) en comparación con el final de la carrera de compresión (Vc). La relación de compresión puede ser utilizado para calcular la presión y la temperatura de la mezcla de combustible comprimido (E = Vtot / Vc).

La eficiencia (RL = Pc / Pf) es la relación entre la potencia aplicada al cigüeñal (PC) y la cantidad de energía introducida con el combustible (Pf = V x PCI).

Ignición y la combustión: El punto combustion (diesel: punto de inflamación; motor de explosión: Punto de encendido) está programada para asegurar que la presión máxima se alcanza poco después de que pasa el émbolo del punto muerto superior (aprox. 10 ° - 15 ° de ángulo del cigüeñal) . Cualquier desviación de chispa óptima, punto de ignición conduce a una pérdida de potencia y eficiencia, y en casos extremos, incluso el motor puede sufrir daños. La chispa / punto de ignición se elige sobre la base de la evolución temporal de la combustión, es decir, la velocidad de combustión, y depende de la presión de compresión, tipo de combustible, la combustión de aire / combustible y la velocidad del motor. El tiempo de ignición (combustión) debe ser tal que la mezcla aire / combustible se quema totalmente al final del ciclo de combustión, es decir, cuando la válvula de escape se abre, ya que parte del contenido energético del combustible de otro modo se perdería.

Para la gasolina y el gasóleo, los motores de combustible, el aire de manera óptima / combustible está situado en algún lugar dentro de la gama d = 0,8 a 1,3, con potencia máxima a 0,9 y la máxima eficiencia (y de escape limpio) en el 1,1. La potencia de salida es controlada por variación de la ingesta de la mezcla y, por tanto, la presión eficiente y final del cilindro volumétrico, a través de la válvula reguladora. Los motores diesel necesitan un aire relación de d = 1,3 a plena carga y de 4 a 6 con poca carga, el consumo de combustible es decir, se reduce, mientras que la entrada de aire se mantiene constante.

La conversión de motores diesel

Los motores diesel han sido diseñados para un funcionamiento continuo (10 000 o más horas de funcionamiento). Básicamente, ellos están bien adaptadas para la conversión de biogás de acuerdo a cualquiera de los dos métodos:

El enfoque de doble combustible

Excepto por la adición de un gas / aire cámara de mezcla en el tubo de admisión (en su caso, el filtro de aire puede ser usado como una cámara de mezcla), el motor diesel sigue funcionando sin modificarse. El combustible diesel de inyección todavía se enciende, mientras que la cantidad inyectada se reduce automáticamente por el regulador de velocidad, dependiendo de la cantidad de biogás que se introduce en la cámara de mezcla. El suministro de biogás es controlado por la mano. La ingesta máxima de biogás deberá mantenerse por debajo del punto en el que el motor empieza a tartamudear. Si eso sucede, el gobernador se cierra por demasiado biogas y por ello ha rechazado la toma de diesel hasta el momento de encendido que ya no es constante. Normalmente, 15 a 20% de gasóleo es suficiente, lo que significa que hasta el 80% del combustible diesel puede ser sustituido por el biogás. Cualquier menor participación de biogás también se puede utilizar, por supuesto, ya que el gobernador compensa automáticamente con más diesel.

Como regla general, combustible diesel y biogas puede realizar el trabajo igual de bien como en funcionamiento del motor comparables sobre el diesel puro.

La conversión de los motores de encendido

Conversión de un motor de gasolina para el biogás alimenta precisa la sustitución de la gasolina en el carburador de una válvula de mezcla (la presión controlada tipo venturi o con el acelerador). El principio de encendido por chispa se mantiene, sino que debe ser avanzado como para dar cuenta de combustión lenta (aproximadamente 5 ° -10 ° de ángulo de cigüeñal) y para evitar un sobrecalentamiento de la válvula de escape mismo tiempo que impide la pérdida de energía debido a que todavía los gases de escape combustible . La velocidad del motor debe ser limitada a 3000 r.p.m. Por la misma razón. Como en el caso de la conversión de motores diesel, una cámara de mezcla simple, normalmente debería ser suficiente para la operación continua a una velocidad constante. Por otra parte, sin embargo, la cámara de mezcla debe estar equipado con una mano de accionamiento de la válvula de control de aire laterales

para el uso en el ajuste de la relación aire / combustible (opc. d = 1,1).

Motor de los requisitos de la conversión de los impuestos y diferentes modos de control (Fuente: Mitzlaff

1986)

Modo Duty Modo de control de Modo de conversión de

Velocidad: potencia constante: por ejemplo, constante para una bomba con carga constante y permanente de entrega

Diesel o motor de explosión: ajuste manual fijo, sin reajuste necesario en circunstancias normales,

Además de una simple cámara de mezcla de ajuste manual

Velocidad: potencia constante: por ejemplo, la variable para una constante-sujeto al poder de frecuencia variable, o para una bomba con carga constante y variable de volumen de entrega

Control de velocidad automático: encendido por chispa: gobernador electrónico controla el acelerador Diesel: fija fracción de biogás, con control de velocidad a través de la ingesta de gobernador diesel

De encendido por chispa: carburador o mezcla de gas con válvula del acelerador, el control de elec trónico Diesel: Regulador y de la mano ajustado cámara de mezcla

Velocidad: de potencia variable: por ejemplo, la variable para suministrar energía a diversos tipos de máquinas

De encendido por chispa: a mano (en caso de variar la velocidad es aceptable) o eléctrico con control de punto de control de diesel: a mano a través de acelerador Iever

De encendido por chispa: electrónica con control de punto de ajuste, el gas o la válvula de mezcla del carburador con el acelerador, además de Lator Reglamento Diesel: cambio sencillo, ajustado cámara de mezcla

mezcladores de gas para varios de encendido por chispa y motores diesel. 1 toma de aire, 2 filtro de aire, 3 tubería de suministro de biogás, 4 válvulas de control de biogás, 5 cámara de mezcla

La conversión de una chispa-los resultados del motor de encendido en una pérdida de rendimiento por valor de hasta 3070. Si bien la compensación parcial puede lograrse aumentando la relación de compresión a E = 11-12, dicha medida también, los pliegues de la carga mecánica y térmica en el motor.Los motores de encendido que no estén expresamente comercializados como idóneos para que funcionen con gas o gasolina sin plomo pueden sufrir desgaste o rotura añadido debido a la falta de lubricación de plomo.

El control de velocidad de convertir los motores de encendido se efectúe por medio de una accionado por la mano del acelerador. Control automático de velocidad para diferentes condiciones de carga requiere la adición de un dispositivo de control electrónico para el acelerador.

La conversión de los motores de encendido se evalúa de la siguiente manera:

- Los motores de gasolina están disponibles en forma de motores de vehículos, pero su vida útil asciende a sólo 3000 - 4000 horas de funcionamiento.

- El esfuerzo de conversión consiste básicamente en añadir una (bien afinado) mezclador de gases.

- Los motores de gasolina no son tan duraderos como los motores diesel.

Selección del motor y el funcionamiento

Velocidad

Dado que el biogás se quema de forma relativamente lenta, el biogás motores de combustible debe ser operado a- 1300-2000 r.p.m. (diesel)- 1500-3000 r.p.m. (encendido por chispa)

Las velocidades estándar para dichos motores son 1500 y 3000 rpm (50 Hz) o 1800/3600 r.p.m. (60 Hz), debido a la conexión de un generador. Para aplicaciones de la energía directa, es decir, una transmisión por correas en V, la relación de transmisión deben garantizar que el motor funciona dentro de su gama de mejor eficiencia (= menor consumo de combustible) en condiciones normales de alimentación.

(f motor de velocidad de la polea de la máquina de final) / (F-polea de la máquina final) = (velocidad de la máquina) / (velocidad del motor)

Consumo

Dependiendo de la composición del gas, la presión barométrica y el tipo de motor, el consumo específico será de 0.5-0.8 m³ / kWh, es decir, un motor de 10-kW utilizará 5-8 m³ de biogás por hora. En una configuración de doble combustible, la tasa de consumo de biogás puede ser reducida mediante la reducción de la fracción de biogás.

Mantenimiento y vida útil

En contacto con el agua, el H2Contenido de S de biogás promueve la corrosión. Por consiguiente, la adhesión al aceite prescrito, los intervalos de cambio es muy importante (después de cada 100 horas de funcionamiento más o menos por chispa para vehículos de motor de explosión). Dual-motores de combustible se debe iniciar con diesel puro, con el biogás que se añade poco a poco después de unos 2 minutos. Para la parada, la fracción de biogás debe ser reducida gradualmente antes de detener el motor. Todo motor que no ha estado en funcionamiento durante un período considerable de tiempo primero debe lavarse con aceite de barrido (50% aceite de motor, 50% diesel) y con aceite fresco. Mientras se evitan las condiciones de funcionamiento extremas, el motor puede esperar conseguir de su vida útil normal.

Utilización del calor de escape

Motores de combustión interna tiene niveles de eficiencia de 25 a 30% (motor de gasolina) y de 33 a 38% (motor diesel). Una mayor eficiencia en general se puede lograr explotando el contenido de calor del agua de refrigeración y escape, por ejemplo, por:

- Un intercambiador de calor de escape (peligro de H2O-corrosión si el gas de escape se enfría a 150 ° C o menos)

- Intercambiador de calor de refrigerante (a temperaturas de refrigeración de 60 a 70 ° C).

El calor recuperado puede utilizarse para:

- Servicios públicos de agua de calefacción- Secado de productos agrícolas- Calefacción.

Sin embargo, los equipos necesarios / esfuerzo de control hace que la recuperación de calor, no económicos excepto para los grandes motores de servicio pesado.

Motor generadores

El uso más frecuente para el biogás como combustible de motores es la generación de electricidad. Los componentes adecuados incluyen:

- Generadores asincrónicos para la interconexión del sistema, es decir, el generador sólo puede funcionar en conexión con una red de poder central. Si la red se rompe, el generador no puede permanecer en operación. De control del sistema y la adaptación de la red es relativamente sencillo.

- Generadores asincrónicos para las redes insulares, es decir, un sistema de control electrónico en el generador de estabiliza una red de potencia constante.

La conversión de un tipo de generador a otro es muy compleja e implica un complicado mecanismo de control electrónico.

En la selección de un determinado tipo de motor-generador, se debe dar la debida consideración a las diferentes condiciones de funcionamiento y requisitos de red (incluyendo los aspectos jurídicos de la alimentación de energía-in).

Lista de verificación para elegir un motor adecuado

1. Definir las necesidades de energía y la velocidad de la máquina para ser alimentado;

2. Comparar la demanda de biogás con una capacidad de almacenamiento determinado, si la falta es posible, optar por el enfoque dual de combustible;

3. Seleccione un motor con características de rendimiento que están seguros de obtener la potencia necesaria en el funcionamiento sostenido de la gama óptima de destino:

- Motores Diesel Pmotor = Pmáquina/ 0,8- Los motores de gasolina Pmotor = Pmáquina/ 0.G

Esto explica el hecho de que la constante salida de potencia de destino es menor que la potencia nominal de salida. Por otra parte, la elección de un motor excesivamente potente haría que el consumo específico innecesariamente elevados. La planificación cuidadosa es muy importante en cualquier proyecto que implique el uso de biogás en los motores; técnicos experimentados son necesarios para hacer las conexiones para motores, y el acceso a los servicios de mantenimiento y reparación es aconsejable. Tanto la planta de biogás en sí y la necesidad de protección del motor en forma de un recorte de baja presión que se cierra el último si el Gasómetro está vacío. Capítulo 10.5 se enumeran algunos tipos de motores de biogás recomendada y direcciones de proveedores.

Lámparas de combustión incandescentesEstas lámparas utilizan el calor generado por la combustión para calentar un elemento que se torna incandescente próximo al blanco produciendo así abundante iluminación.Como elemento incandescente usan una pequeña bolsa de tejidos especiales que durante el primer encendido se quema y forma un bulbo rígido de una malla muy frágil de cenizas (óxidos metálicos) en cuyo interior se quema el combustible, este puede ser un gas o un líquido gasificado mezclado con aire, de manera que esta malla refractaria se calienta hasta el blanco brillante y genera una luz muy viva.El combustible utilizado puede ser un gas, con lo que no requiere precalentamiento o un líquido como queroseno con lo que se precisa calentamiento previo a fin de evaporar el líquido y luego quemarlo como gas.El esquema siguiente muestra básicamente como funciona

El recipiente de combustible a presión puede estar lleno de un gas como LPG, una válvula que no se muestra en el esquema se abre y el gas fluye por el conducto hasta el mezclador, aquí salta y se mezcla con aire, luego circula por el tubo curvo hasta el interior de la malla de cenizas donde puede encenderse utilizando una cerilla (fósforo). Una vez encendido calentará la malla notablemente generando luz y al mismo tiempo calentará todo el ambiente.Cuando se utiliza líquido (queroseno comúnmente) se coloca previamente un combustible como alcohol en el recipiente de calentamiento previo,la combustión de este alcohol calentará el tubo por donde circula el queroseno evaporándolo para salir al mezclador en forma de gas. El calor de la combustión posterior mantendrá caliente el evaporador por lo que no es necesario mantener combustible en el recipiente precalentador.Debe destacarse que estas lámparas no son en general poli-combustibles por lo que debe utilizarse solamente aquel para el cual fue construida en cada caso.De todas la lámparas de combustión esta resulta ser la mas eficiente, pudiendo permanecer toda una noche encendida con menos de un litro de combustible, además la intensidad de su luz compite y sobrepasa la de la mayoría de las luces eléctricas dando una luz muy blanca y viva. Cuando están bien construidas pueden trabajar en el exterior hasta con relativa alta velocidad del viento y bajo la lluvia.Su inconveniente fundamental radica en la fragilidad de la malla de cenizas y al peligro inherente a combustible presurizados, por lo que deben manejarse con cuidado y no violar las normas básicas de presión en el tanque de

combustible.

Anexo 2

TABLA DE PESOS MOLECULARES DE ELEMENTOS

Anexo3 VALORES ENERGETICOS DE VARIOS COMBUSTIBLES

MJ/kg kcal/kg

Gas natural 53,6 12 800

Acetileno 48,55 11 600

PropanoGasolinaButano

46,0 11 000

Gasoil 42,7 10 200

Fueloil 40,2 9 600

Antracita 34,7 8 300

Coque 32,6 7 800

Gas de alumbrado 29,3 7 000

Alcohol de 95º 28,2 6 740

Lignito 20,0 4 800

Turba 19,7 4 700

Hulla 16,7 4 000

Hulla 17,7 4 000

Anexo 4

H = 1 , 0 1

C = 1 2 , 0 1

N = 1 4 , 0 1

O = 1 6 , 0 0

F = 1 9 , 0 0

S = 3 2 , 0 6

C l = 3 5 , 4 5

C a = 4 0 , 0 8

C H 4 = 1 6 , 0 4

C 2 H 6 = 3 0 , 0 7

C 2 H 4 = 2 8 , 0 5

C 2 H 2 = 2 6 , 0 4

C 3 H 8 = 4 4 , 1 0

C 3 H 6 = 4 2 , 0 8

C 4 H 1 0 n = 5 8 , 1 2

C 4 H 1 0 i = 5 8 , 1 2

C 4 H 8 = 5 6 , 1 1

C O = 2 8 , 0 1

C O 2 = 4 4 , 0 1

N 2 = 2 8 , 0 1

H 2 S = 3 4 , 0 8

H 2 = 2 , 0 2

S O 2 = 6 4 , 0 6

C 5 H 1 0 = 7 0 , 1 4

C 6 H 1 4 = 9 0 , 2 1

C 7 H 1 6 = 1 0 0 , 2 1

C 8 H 1 8 = 1 1 4 , 2 3

H C l = 3 6 , 4 6

H F = 2 0 , 0 1

Desulfurización del biogas usado en motores de combustión interna para la generación de energía eléctrica

El biogás presenta las siguientes particularidades:El biogás generado se produce a presión atmosférica y en volúmenes pequeños. Estas características hacen poco atractivo, desde el punto de vista económico, su transporte a centros urbanos o plantas termoeléctricas.  Por tanto el biogás generado debe ser consumido en su lugar de producción.

El biogás generado puede ser usado para la generación de energía eléctrica por medio de plantas eléctricas accionadas por motores de combustión interna de encendido por chispa. Actualmente la empresa produce plantas generadoras de energía eléctrica que operan con biogás.  En esencia la planta consiste de un motor de combustión interna adaptado para que opere con biogás y un generador eléctrico.  Sin embargo el alto contenido de H2S (1600-3500 ppm) presente en el biogás corroe los componentes de bronce del motor. Esto hace que se requiera cambios frecuentes de aceite del motor lo cual eleva sustancialmente los costos de operación. Adicionalmente el alto contenido de CO2 (30-40%) del biogás reduce sustancialmente la potencia generada en el motor.  ha probado diferentes sistemas de desulfurización del biogás que alimenta el motor de combustión interna. Sin embargo ninguna de ellas satisface los requerimientos de eliminación de H2S y

CO2 para la presente aplicación. Por tanto se requiere de un filtro de H2S y CO2 que permitan el uso de biogás en motores de combustión interna con el propósito de generar energía eléctrica. El Centro de Investigación en Mecatrónica Automotriz –CIMA del Tecnológico de Monterrey ha explorado experimentalmente las diferentes alternativas reportadas en la literatura y encontró que ninguna de estas produce los resultados esperados. Actualmente el CIMA se encuentra diseñando un filtro basado en aminas regenerativas. Resultados preliminares indican que este tipo de filtro tiene el potencial de satisfacer los requerimientos de la presente aplicación.

 

 

Figura 3.1Diseño preliminar del filtro de H2S y CO2 basado en aminas regenerativas para el tratamiento del biogás usado en motores de combustión interna.

Las bujias

Para el final de este articulo dejamos este elemento que es el encargado de hacer saltar la chispa eléctrica entre sus electrodos, para inflamar la mezcla de aire-combustible situada dentro de la cámara de combustión en el cilindro del motor. La parte mas importante de las bujías son los electrodos que están sometidos a todas las influencias químicas y térmicas que se desarrollan dentro de la cámara de combustión, incidiendo notablemente sobre la calidad de la chispa y por tanto sobre el encendido. Para proteger los electrodos de las condiciones adversas en las que debe trabajar y por lo tanto prolongar su duración, se emplean en su fabricación aleaciones especiales a base de níquel, mas manganeso, silicio y cromo con el propósito de elevar el limite de temperatura de trabajo

 

Grado térmico de las bujías: es la característica mas importante de las bujías y esta en función de la conductibilidad térmica del aislador y los electrodos, también depende del diseño del aislante (largura y grosor en su parte inferior, junto a los electrodos). En general el grado térmico de las bujías deberá ser mayor, cuanto mayor sea la potencia por litro de cilindrada de un motor.Según el grado térmico las bujías se dividen en:Bujía fría.La bujía fría o de alto grado térmico esta formada en general por un aislante corto y grueso en su parte inferior, para que la evacuación del calor se efectué mas rápidamente, utilizandose en motores de gran compresión (mayor de 7/1) y altas revoluciones.Bujía calienteLa bujía caliente o de bajo grado térmico tiene el aislador largo y puntiagudo, efectuandose la evacuación de calor mas lentamente; se utiliza en motores de baja compresión (menor de 7/1) y pocas revoluciones.Como se puede apreciar esta clasificación de las bujías hoy en día y desde hace bastantes años no es viable, dadas las circunstancias extremadamente contrapuestas de funcionamiento del motor en circulación urbana (bajas revoluciones y muchos arranques y paros), o en autopistas (altas revoluciones mantenidas durante largo tiempo). Fue necesaria la ampliación de la gama de grado térmico para conseguir una bujía que funcione correctamente en ambos condiciones, se llego así a las bujías "multigrado", que abarcan varios grados térmicos.

Si desenroscamos la bujía de la culata y nos fijamos en el estado y color de los electrodos, podemos saber en que condiciones esta trabajando el motor, por ejemplo: quema mucho aceite, encendido adelantado etc.

Tipos de bujías:

Bujías estándar: Los electrodos sobresalen de la bujía, tienen buen contacto con la mezcla y gran reserva al desgaste por quemadura, empleandose en vehículos de serie. La bujía de la figura (A). tiene un fácil reglaje de sus electrodos, no así la (B) que por su disposición dificulta el reglaje de los electrodos, pero tiene la ventaja de facilitar el encendido con el motor a ralentí.La bujía (C) se usa en motores de dos tiempos, tiene fácil contacto con

la mezcla, gran reserva al desgaste y fácil arranque en ralentí, pero no permite reglaje ninguno.

Bujías especiales: entre ellas tenemos las de electrodos interiores (no sobresalen de la bujía), empleadas en vehículos de competición. No presentan riesgos de sobrecalentamiento, no tienen reserva al desgaste por quemadura ni permiten reajuste de sus electrodos.Otra bujía especial es la de electrodo de masa en platino, el cual presenta varias ventajas, entre ellas su insensibilidad a los ataques químicos procedentes de la combustión de la mezcla, por lo que la duración en kilómetros de estas bujías es mucho mayor. La distancia entre electrodos se puede reglar. La desventaja de esta bujías es que son bastante caras.

Para modificar la distancia entre electrodos, hay que tener en cuenta que el reglaje se hace siempre sobre el electrodo

. Limpieza de la bujía.

     La forma más efectiva de limpiar una bujía es fabricarte un útil en forma de cuchillo muy estrecho con una hoja de sierra rota, de forma que puedas rascar las paredes interiores de la cavidad. Un amigo que tenga una piedra de esmeril te lo fabrica en menos de un minuto. A falta de ello, intenta con una aguja gruesa (tipo "macramé" o "crochet"). Una vez limpia la cavidad, utiliza un cepillo de alambres largos (unos 2 cm) para dejar los electrodos limpios. Con papel de lija fino, retoca la punta del electrodo central y la parte interior del electrodo de masa. Finalmente comprueba la distancia entre electrodos (0.5 - 0.6 mm, mas o menos el espesor de la hoja de sierra, si no tienes galgas). Ten en cuenta que no merece la pena limpiar una bujía más de tres veces. Ni tampoco sin necesidad.

Lubricantes

Como lo mencionamos anteriormente, el lubricante debe poseer variadas características par controlar el rozamiento evitando el sobrecalentamiento, evitar el desgaste, la corrosión y el acumulamiento de depósitos.

Entre las características primordiales de un lubricantes encontramos que éste debe tener una viscosidad y oleosidad adecuada; ser resistente a grandes cargas para soportar eficazmente el rozamiento; no debe ser proclive a unirse con el aire, combustible ni agua; no debe ser corrosivo, tóxico ni inflamable, y muchas propiedades más que los lubricantes de primera línea cubren con creces.

Viscosidad

La viscosidad proporciona la resistencia al desplazamiento del lubricante dentro del motor. Es medida mediante una clasificación a nivel mundial denominada SAE que encontraremos en el packing del aceite independientemente de cual sea su fabricante.

 Especificación SAE

La clasificación de los lubricantes varía ligeramente según se trate de aceites monogrados o multigrados.

En los monogrados la viscosidad medida a unos 100° de temperatura es indicada por un número, la letra W significa que la viscosidad esta medida a -18° (aptos para epocas de gran frío).Entre los monogrados encontramos SAE 20 (Fluido), SAE 30 (Semi fluido), SAE 40 (Semi denso), SAE 50 (Denso), SAE 70 (Espeso), SAE 60 (Extra denso).

En los multigrados existen en cambio dos valores para expecificar la viscosidad, propiedad muy conveniente de éstos lubricantes ya que permiten conservar el mismo ante los cambios de estaciones.Estos lubricantes son: 10W/60, 10W/50, 15W/40, 15W/60, 20W/40, 20W/50.

Motor de gasolina:

El metodo de trasformacion de un motor a gasolina y su adaptación a que funcione a biogas Para la realización de la prueba del uso de biogás en el motor de gasolina de cuatro tiempos, se utilizó un motor a gasolina marca Mabe de origen Chino de 1 kwh), (Figura 2). Para lo cual se diseño un dispositivo de mezcla biogas –aire en pvc ya que el plastico no es atacado por los elementos corrosivos del biogas y de facil consecución en el mercado ferretero ,.se le retira al motor el tanque ,el carburador , se replaza la bujia por la especial y se hace un cambio de aceite por el de referencia, hecho esto se instala el mezclador aire –biogas en el espacio del carburador bien ajustado.

1).Tubo de entrada de biogás2).Válvula de admisión de aire3).Tubo de entrada de aire4).Válvula de admisión de biogás5).Entrada al motor de la mezcla aire – biogás

Figura 2:

a)  Pieza para adaptar un motor de gasolina de cuatro tiempos al uso de biogás, b)  Motor de gasolina de cuatro tiempos con pieza conectada Motor de Gasolina:

Se puede observar el tipo y cantidad de materiales utilizados y la disposición de cada uno de ellos en la pieza elaborada para la introducción de la mezcla aire-. De acuerdo con esta figura, se puede notar que el principio fundamental de la pieza lo representa la T de PVC, la cual sirve de mezclador de biogás-aire (Figuras 2 y 3).  

Con la utilización de biogás, se logró sustituir el 100 % del combustible gasolina.

Cuadro 1. Datos de consumo de combustible del motor de gasolina de cuatro tiempos

Tipo deCombustible

Cantidad inicial de prueba (mL)

Cantidad final (mL)

Consumo total (mL)

TiempoMinutos

Consumo (mL/Hora)

Gasolina

Conclusiones

En el funcionamiento de motores de gasolina de cuatro tiempos, el motor funciona al 100% en biogas, para su utilización con gasolina solo se debe de retirar el mezclador y colocar los anteriores accesorios-carburador y tanque de gasolina ,conectarlo En el caso de los motores diesel, el principio de adaptación al biogás, es similar al del motor de gasolina de cuatro tiempos, con la única diferencia de que en los motores diesel no es necesario encontrar una mezcla adecuada de biogás-aire, debido a que en estos motores se trabaja con una mezcla de diesel-

biogás-aire. En la medida que aumenta el consumo de biogás, el consumo de la mezcla aire - diesel disminuye.

Metodología para el cálculo:

1 - Volumen de biogás necesario (Vbn), en m 3 / día.

Donde:

Vbnc – Volumen de biogás necesario diario para la cocción para una persona, (0.20 a 0.3 m3/ día- persona).

2 - Volumen de biogás adicional, (Vba), en m 3 / día.

3 - Volumen de biogás real, (Vbr), en m 3 / día.

4 - Volumen necesario del digestor, (Vnd), en m 3 .

5 - Volumen del digestor preseleccionado, (Vdp), en m 3 .

Donde:

d – diámetro del tubo de alcantarillado (800 mm), en m;

h– altura del tubo de alcantarillado (1 500 mm), en m.

6 - Comparación entre el volumen del digestor necesario y el volumen del digestor preseleccionado.

Coeficiente de comparación geométrica (cg).

Donde:

cg- su valor debe encontrarse de 0.4 a 1.4.

7 - Volumen de almacenamiento del biogás (Vab), en m 3 .

8-Peso de la campana, (Gc), kg.

Donde:

Pg – Presión de salida del gas (Pg = 1 200 a 3 000 Pa).

9 - Cantidad de excreta total para la carga inicial (Cet), en kg.

10 - Volumen de carga diaria (Vcd), en m 3 .

Donde:

Tr – Tiempo de retención ( 20 a 30 días), en días.

11 - Cantidad de excreta diaria (Ced), en kg.

12 - Cantidad de biofertilizante diario producido (Cbp), en kg.

CONCLUSIONES

1. El diseño establecido garantiza el abastecimiento de biogás para la cocción de alimentos de una familia compuesta aproximadamente por cinco miembros.

2. Conociendo la cantidad de excreta diaria podemos determinar la cantidad de biofertilizante diario a obtener en el digestor.

3. El plazo de recuperación de la inversión es relativamente corto.4. El uso del biogás como combustible es más ecológico que la leña.5. Construir la planta de biogás lo más cerca posible a los consumidores y donde reciba la mayor cantidad de

sol durante el día.