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PRODUCCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS Dr. J. JESÚS PACHECO IBARRA [email protected] [email protected] 1er Encuentro Regional de Energías Renovables Morelia, Mich., 9 y 10 de Septiembre de 2009
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PRODUCCIÓN Y
ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS
Dr. J. JESÚS PACHECO [email protected]
1er Encuentro Regional de Energías Renovables
Morelia, Mich., 9 y 10 de Septiembre de 2009
CONTENIDO
•INTRODUCCIÓN•BIOMASA•BIODIGESTORES•BIOGAS•PROCESO DE BIODIGESTIÓN•ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES•ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS•USOS DEL BIOGAS
INTRODUCCIÓN
LA SOCIEDAD ACTUAL DEMANDA Y UTILIZA GRANDES CANTIDADES
DE ENERGÍA DESTINADAS A HACER FUNCIONAR LAS MÁQUINAS,
TRANSPORTAR MERCANCÍAS Y PERSONAS, PRODUCIR LUZ, CALOR
O REFRIGERACIÓN, ETC.
EN UN PRINCIPIO, LOS COSTOS DEL CONSUMO DE LA ENERGÍA
PRIMARIA, PRINCIPALMENTE COMBUSTIBLES DE ORIGEN FÓSIL,
ERAN IRRELEVANTES APARENTEMENTE. SIN EMBARGO, HOY EN DÍA
LA PREOCUPACIÓN POR LOS ALTOS COSTOS DEL CONSUMO
ENERGÉTICO Y EL DAÑO SEVERO CON EL MEDIO AMBIENTE, NOS
OBLIGA A RECAPACITAR Y BUSCAR OTRAS ALTERNATIVAS QUE
AUNQUE NO SEAN AÚN ECONOMICAMENTE VIABLES, SI LO SON
DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL, TALES ALTERNATIVAS SON
LAS ENERGÍAS RENOVABLES.
Suministro mundial energía primaria1971-2000: incremento del 81%
(Mto
e)
FUENTE: IEA, KWES, 2002
INTRODUCCIÓN
AÚN, EN EL 2000 SE CONSUMIO EL 79.5 % DE E. PRIMARIA
FUENTE: IEA, KWES, 2002
INTRODUCCIÓN
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IEA, WEO, 2000
LA ORGANIZACIÓN PARA LA COOPERACIÓN Y EL DESARROLLO ECONÓMICO, AGRUPA A LOS PAÍSES MÁS AVANZADOS Y DESARROLLADOS DEL PLANETA
INTRODUCCIÓN
DEBIDO A LO ANTERIOR ES URGENTE
DESARROLLAR NUEVAS ALTERNATIVAS
ENERGÉTICAS, A GRAN ESCALA Y
ECONOMICAMENTE VIABLES.
EN ESTE SENTIDO, LAS ENERGIAS
RENOVABLES, POR BIOMASA, PUEDEN
LLEGAR A SATISFACER PARTE DE LOS
REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS DE
LA SOCIEDAD ACTUAL.
INTRODUCCIÓN
conjunto de materia orgánica renovable de
origen vegetal, animal o procedente de la
transformación natural o artificial de la
misma.
La energía de la biomasa corresponde
entonces a toda aquella energía que puede
obtenerse de ella, bien sea a través de su
quema directa o su procesamiento para
conseguir otro tipo de combustible.
BIOMASA
BIOMASA (USOS)
GASIFICACIÓN: ES LA TERMOCONVERSIÓN DE
UN SÓLIDO EN UN GAS COMBUSTIBLE.
Este gas se obtiene en el interior de un reactor
especialmente diseñado, donde se provocan diversas
reacciones químicas en cadena. Como resultado se
obtiene un gas combustible de bajo poder calorífico
entre 5000 Y 5800 KJ/Kg (1200-1400 Kcal/Kg) con los
siguientes componentes:
La gasificación es
teóricamente extrapolable
a todo tipo de residuos
que contengan carbono
BIODIGESTION: Se lleva acabo través de procesos
de fermentación anaeróbica en recipientes herméticos
(en ausencia de oxigeno) llamados Reactores
Anaeróbicos ó Biodigestor.
Los reactores anaeróbicos, transforman la materia
orgánica-biológica, en un gas combustible de elevada
composición en metano, dejando como subproductos
residuos inofensivos y de elevado poder nutritivo.
BIOMASA (USOS)
Un biodigestor es un contenedor que producebiogás y abono natural a partir de la biomasa,principalmente excrementos (animales yhumanos) y desechos vegetales.
Se trata de un sistema sencillo y económicoque recicla los residuos orgánicosconvirtiéndolos en energía y fertilizantes parausos agrícolas, ideal para comunidadesrurales y países en vías de desarrollo.
BIODIGESTORES
Un aspecto muy importante es que los biodigestorescumplen una función ecológica como:
Reciclar totalmente los desechos a un costo muy bajo
Protección del suelo (al producir abonos de grancalidad)
Protección del agua (al evitar verter residuos orgánicos)
Protección del aire (al reducir las emisiones de CH4
(metano), reduciéndose así el efecto invernadero)
La reducción de la deforestación (al ser el biogás uncombustible que posibilita la sustitución de la maderaen el uso doméstico).
BIODIGESTORES
Es el producto principal de la digestión anaerobia.
BIOGAS
Componentes del Biogás
Existen otros componentes en cantidades muy pequeñas conocidas
como traza estos componentes son bencenos, toluenos y bisulfatos.
Fuente: SEISA-CONAE, 2005
BIOGAS
Diferentes gases Concentración
CH4 50-75 vol %
CO2 25-45 vol %
H2O 2-7 vol %
NH3 < 50 ppm
H2S 20 ppm-2 vol %
N2 < 2 vol %
O2 < 2 vol %
H2 < 1 vol %
El metano, principal componente
del biogás, es el gas que le
confiere las características
combustibles al mismo.
El valor energético del biogás por lo tanto estará determinado por la
concentración de metano:
Alrededor de 20 – 25 MJ/m3, comparado con 33 – 38 MJ/m3 para el gas
natural (Werner et al 1989).
La digestión anaerobia tiene lugar en tres etapas generales:
1) Los componentes de alto peso molecular, tales como lasproteínas y los polisacáridos, son degradados en sustanciassolubles de bajo peso molecular tales como aminoácidos yazúcares, esta etapa es a veces llamada "fase delicuefacción".
2) Los nutrientes orgánicos son convertidos en ácidos menosgrasos en una fase de "fermentación ácida", la cual baja elpH del sistema, llamada etapa fermentativa o acidogénica.
3) En la fase de "fermentación de metano" o "metanogénica",los ácidos orgánicos son convertidos en metano, dióxido decarbono y una pequeña cantidad de hidrógeno.
PROCESO DE BIODIGESTIÓN
PROCESO DE BIODIGESTIÓN
El límite máximo de la concentración en sustancia seca del sub-estrato
llega aproximadamente al 12 %. Trabajar con concentraciones superiores
resulta prácticamente imposible debido a la dificultad del bombeo o a la
formación de costras que imposibiliten la salida del biogás
El límite mínimo de sustancia seca indicativamente debe ser al 2%.
Evitando con esto el poco alimento de las bacterias
Para efectuar el llenado del biodigestor se procura siempre que los sólidos
dentro del digestor se encuentren entonces en el rango de 7 a 9%.
Se recomienda mantener un PH alrededor de 7
Es muy importante que durante el proceso de llenado del biodigestor, a
partir del nivel referido, se mantenga abierta la válvula de salida del
gas, de manera que escape todo el aire contenido en su interior en la
medida en que se va llenando hasta alcanzar su nivel máximo de agua.
ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES
Se recomienda inocular el biodigestor en el arranque
Uno de los factores más importantes en el funcionamiento dela
digestión es la relación C/N. la cual se recomienda conservar en el
rango de 30:1. Los alimentos principales de las bacteriasanaeróbicas son el carbono (en la forma de carbohidratos) yel nitrógeno (en proteínas, nitratos, amoníaco, etc). Elcarbono se utiliza para obtener energía y el nitrógeno para laconstrucción de estructuras celulares. Las bacterias utilizancarbono con una rapidez de unas treinta veces mayor que suuso de nitrógeno.
En cuanto a la temperatura, para que las bacterias digestivas trabajen
con la mayor eficiencia, se recomienda una temperatura de 36 °C.
Se recomienda tener un sistema de agitación
ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES
La presencia de ácido sulfhídrico (H2S) en elbiogás, aun cuando puede ser inferior a 1%,resulta una dificultad cuando se trata deutilizar el biogás en motores, refrigeradores,calentadores u otros dispositivos metálicosque pueden ser afectados por este gascorrosivo.
El ácido sulfhídrico puede ser removido ocontrolado utilizando trampillas que utilicenmateriales ferrosos
ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS
ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS
El ácido sulfhídrico (H2S) es un gas inflamable,
incoloro con un olor característico a huevos
podridos. Se le conoce comúnmente como
ácido hidrosulfúrico o gas de alcantarilla.
El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo
para la salud, bastan 20-50 ppm en el aire para
causar un malestar agudo que lleva a la
sofocación y la muerte por sobrexposición.
El sistema más utilizado para su eliminación es
hacer pasar el gas por un filtro que contiene
hidróxido de hierro. El H2S del gas se combina
con el hierro formando sulfuro de hierro.
PPM de H2S
en motores:
24-30
ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS
ALGUNOS FABRICANTES RECOMIENDAN QUE LAS PPM DE H2S
EN LOS MOTORES NO EXCEDA DE 25-30
LAS PPM DE H2S ENCONTRADAS EN BIODIGESTORES QUE
TRABAJAN CON EXCRETAS DE PUERCO OSCILAN ENTRE 350 O
MÁS
DEPENDIENDO DE LA BIOMASA UTILIZADA, LAS PPM DE H2S
PUEDEN OSCILAR ENTRE 120 Y 400, LO CUAL HACE
NECESARIO EL CONDICIONAMIENTO PARA SU USO EN
MOTORES O CUALQUIER OTRA APLICACIÓN DONDE AL BIOGAS
TENGA CONTACTO CON METALES.
En principio el biogás puede ser utilizado encualquier equipo comercial diseñado para usocon gas natural.
USOS DEL BIOGAS
BIOGAS
CO-GENERACIÓN
QUEMADORES- ESTUFAS
MOTORES
ELECTRICIDAD CALOR ILUMINACIÓNPOTENCIA MECÁNICA
VENTAJAS DEL USO DEL BIOGAS Ventajas energéticas: es una fuente de energía renovable, de uso eficiente
(cogeneración) y de generación distribuida que fomenta el desarrollo rural y la
valorización de los residuos.
Ventajas ambientales: la reducción de gases de efecto invernadero, la
descontaminación de los residuos y la reducción de la emisión de contaminantes al
suelo, aire y agua.
Ventajas agrícolas: El subproducto de la generación de biogás es un fertilizante
natural. El lodo producido en el proceso genera un efluente rico en nutrientes como
nitrógeno, fósforo, potasio o magnesio, que son aprovechados directamente por las
plantas.
Ventajas sociales: Permite el autoabastecimiento de energía, siendo ideal para el
desarrollo de proyectos energéticos en comunidades rurales aisladas de los
servicios de distribución eléctrica convencional
USOS DEL BIOGAS
Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es
suficiente para:
Generar 1.25 kW/h de electricidad.
Generar 6 horas de luz equivalente a un foco de 60 Watt.
Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad
durante 1 hr.
Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante
30 min.
Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 hrs.
Además, Se estima que un 1 m3 de biogás utilizado para
cocinar evita la deforestación de 0.335 ha de bosques con unpromedio de 10 años de vida de los árboles, [Sasse 1989].
USOS DEL BIOGAS
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION!!!!!!!
