REQUERIMIENTOS DE AIREACIN

REQUERIMIENTOS DE AIREACIN

El objetivo del trabajo es suministrar informacin adicional del suministro de aire al compostaje por sistemas de ventilacin forzada, distinto al ms utilizado en el pas: el volteo mecnico o manual de las pilas en transformacin. Se incluye la modalidad de trabajo para transformar por este sistema y el de ventilacin forzada pasiva Beltsville, en residuos de una poblacin de 10.000 habitantes, y la opcin de utilizar parte del material para alimentos de lombrices rojas para obtencin de lombricompuesto.Necesidades de aireacin

En el compostaje, la aireacin cumple tres propsitos:

1. Generar el oxgeno necesario para los microorganismos, para descomponer la materia orgnica (MO).

2. El aire suficiente para secar los sustratos o mezclas muy hmedos.

3. Controlar la temperatura generada por la descomposicin orgnica, ya que:

Sustrato + microorganismos +O2 MO ms transformada +

calor metablico

La aireacin puede utilizarse para el control de la tasa de calor removida, y as, controlar la temperatura. El control de aireacin es un punto clave en el proceso de compostaje y un aspecto importante para decidir la tcnica necesaria.

El oxgeno necesario para el metabolismo de la materia orgnica en el proceso de compostaje se puede calcular en forma aproximada. Para ello se utilizan tablas como la siguiente:

Componente Composicin qumica C/N

Hidratos de carbono (C6 H10 05)X ----

Protenas C16 H24 05 N4 4/1

Grasas y aceites C50 H90 06 ----

Barros primarios C22 H39 010 N 22/1

Basura orgnica

1. Sitio 1 C64 H104 037 N 64/1

2. Sitio 2 C99 H148 059 N 99/1

Maderas C295 H420 0186 N 295/1

Hierbas C23 H38 O17 N 23/1

Basura C16 H27 O8 N 16/1

Residuos domiciliarios C18 H26 O10 N 18/6

Residuos municipales C10 H19 O3 N 10/1

Papeles varios C266 H434 O210 N 266/1

Residuos de granja C27 H38 O16 N 27/1

Bacterias C5 H7 O2 N 5/1

Hongos C17 H16 O6 N 10/1

X: nmero de molculas variables de C6H10 O5, pudiendo formar distintos tipos de azcares.

Ejemplo: Clculo de aireacin utilizando residuos municipales

La forma de oxidacin en su forma ms simple, es:

MO + O2 CO2 + H2O + NH3 (amonaco) Estequiometricamente es:

C10 H19 O3 N + 12,5 O2 10 CO2 + 8H2O + NH3

En esta reaccin, lo primero que se forma es amonaco. Esto se aprecia rpidamente en los galpones de crianza de pollos parrilleros. Esta poblacin muy numerosa por unidad de superficie, excretan abundantemente en las camas absorbentes, preparadas para facilitar la limpieza. Al cabo de unos pocos das, en el piso con excretas pisoteado por los animales, se forma un sistema semiaerobio, condicin ideal para los microorganismos amonificadores, que rompen las uniones de nitrgeno de los excrementos, donde, por la escasez de oxgeno, el sistema forma amonaco (en lugar de aminocidos en condiciones aerobias), elevando la temperatura del material de la cama. Todas estas condiciones: moderada alta temperatura, poca humedad del material y pH alcalino, hacen a la formacin de amonaco. El resto orgnico que queda, se transforma en dixido de carbono al final, luego de pasar por sustancias intermedias. El amonaco es aprovechado rpidamente por los microorganismos para formar protenas.

Retomando el ejemplo de los barros municipales:

El peso molecular de C10 H19 O3 N es:

O2 = 32 gr (Peso atomico = 16)

N2 = 34 gr (Peso atmico = 17)

H2 = 2 gr (Peso atmico = 1)

C = 12 gr (Peso atmico = 12)

Los pesos moleculares son convenciones referidas al elemento hidrgeno aceptando que ste pesa 1 gr. por molcula. Las tres primeras se expresan en forma de gases, donde cada molcula se compone de dos tomos.

El peso molecular de los barros:

C10 = 10 x 12 gr = 120 gr

H19 = 19 x 1 gr = 19

O3 = 3 x 16 gr = 48

N = 1 x 17 gr, = 17

Subtotal...... ---------

204 gr

El peso de 12,5 O2 ..................... 400 gr

La demanda de O2 se estima: 400/204 = 1,99 gr de O2/gr. de sustrato biodegradable

En el compostaje, el amonaco puede suponerse en una permanente oxidacin:

NH3 + O2 NO2 + O2 NO3 (nitrito) (nitrato)

Estequiometricamente : NH3 + 2O2 NO3 + H2O + H+Suponiendo que todo el amonaco se oxida, la demanda de oxgeno (DO), ser:

DO = 2 x 32/204 = 0,32 gr. O2/gr de sustrato biodegradable

Esta ltima demanda en compostaje no se considera ya que una parte de amonaco lo utilizan los microorgansimos, mucho se volatiliza y muy poco se nitrifica.

Otros sustratos, como los celulsicos, ejemplo: aserrn, viruta, etc., puede estimarse:

C6 H10 O5 + 602 6CO2 + 5 H2OPeso molecular ------------- ------

162 gr 192 gr.

La DO para quemar la celulosa en el compostaje es: 192 gr/162 gr. = 1,185 gr. O2/gr.

sustrato biodegradable

En mezcla de sustratos:La DO total, se supone de la necesidad estequiomtrica de cada grupo qumico, y el promedio de O2 demandado.

Ejemplo: Barros + aserrn y/o viruta

Total demandado de O2:

(0,375) (1,99) + (0,247) (1,185)

= 1,7 gr O2/ gr. de sustrato biodegradable

(0,375 + 0,247)

El aire tiene un 23% de O2, por lo tanto:

100% partes de aire ................ 23 partes de O2

7,4 partes de aire ..... 1,7 partes de O2

(Demanda de aire/gr. sustrato biodegr.)

Puede generalizarse que el compostaje es casi una mezcla de barros y material celulsico y asimilarse a mezclas como cama de animales (excrementos ms paja), residuos de empresas conserveras, etc. Siendo as, puede sostenerse que:

La cantidad de aire total requerida para compostar, es la sumatoria de:

- Estequiometra

- Secado

- Temperatura

Comnmente para nuestros sistemas de compostaje con poca tecnologa, si son pilas de residuos que se voltean manualmente, la necesidad de aires es emprica y segn el tipo de mezclas, personal empleado, etc., sern los volteos: 1-3 volteos entre los 10 y 30 das de realizada la pila, satisfarn las necesidades de aireacin.

Para residuos con alta cantidad de barros, y materiales con elevada humedad como desechos municipales, no es conveniente moverlos mucho pues contaminaran con malos olores y lquidos sobrantes contaminantes. Es de pensar en airear forzando la entrada de aire con ventiladores y un sistema de distribucin de flujo en la pila que permita eficiencia..

Es interesante aproximar un clculo de la mecnica de aireacin que satisfaga no slo la necesidad de oxgeno, sino economizar al mximo insumos caros como la energa elctrica.

Un ejemplo: aireacin forzada. Se supone una localidad de aproximadamente 10000 habitantes, con descarga diaria de 5 toneladas de material orgnico. Las dimensiones de las pilas son: 2mt. de ancho, 1,5 mt de altura y el recorrido prefijado acorde a la superficie disponible para compostar. La humedad de los residuos de 60-70% y temperaturas de 55-60 C durante 20-25.

das y una tasa de aireacin de 500 m3 de aire/ tn de material a compostar por

da.

La razn por la que se administra ventilacin forzada en slo un lapso de tiempo, es para reducir costos de utilizacin de aire, ya que la mayor necesidad de oxigeno por los microorganismos aerobios ocurre en la fase B, por el mayor nmero de individuos y de especies: es la fase de gran degradacin del material en compostaje; el resto de las fases tienen necesidades menores de oxgeno, de modo que no tiene sentido inyectar aire. Hacindolo as, se tiende a un trabajo eficiente, tcnica y econmicamente.Un caso prcticoSe aplicar aireacin forzada por medio de ventiladores a residuos orgnicos municipales para compostar, de una localidad de aproximadamente 10.000 habitantes. Algunas consideraciones importantes:

- Se calcula una cantidad de residuos diarios a transformar, de aproximadamente 5 toneladas.

- Se programa el tipo de pila (dimensiones tridimensionales), en funcin de la simpleza del trabajo, cantidad de mano de obra y superficie total y til del lugar

de trabajo. - En base a lo anterior, se diagrama la distribucin ms aceptable de las caeras de aireacin procurando que todo el aire llegue a la mayor cantidad de residuos. - Se elijen los sopladores o ventiladores. En el mercado los hay de variada potencia. En el mercado, se dispone de estos tipos de aireadores de mediana potencia:

Puede aceptarse que la cantidad de aire por exigencia de secado de las pilas, de temperatura y de necesidades biolgicas, es de unos 3 gr. de oxgeno/gr. de sustrato, en el inicio del compostaje, con un 60-65% de humedad relativa.

Con el mtodo de compostaje en pilas, se debe calcular una utilizacin de la ventilacin forzada de unos 20-25das, tiempo aceptable para satisfacer la gran demanda de oxgeno por los microorganismos aerobios termfilos, en ese perodo de gran desintegracin del material orgnico original.

La necesidad diaria de aire: 500 m3 de aire/tonelada de residuos.

Datos cuantitativos del grfico:

1. Descargas de 5 ton/da de residuos

2. Pilas de 2mt de ancho x 1,5 mt de alto:

Cada mt de pila: 2mt x 1,5 mt x 1mt: 3 m3 (volumen)umen de 3 m3, suponiendo que los residuos tengan un peso especfico de 0,7 m3/toneladas, pesan: 3 x 0,7= aproximadamente 2 ton.

Si cada metro de hilera, la pila pesa 2 ton., la descarga diaria de 5 toneladas, ocupar: 2,5-3 mt. aproximadamente.3. Con estos datos, se entiende que en la zona A, se descargan la primera semana: 35 toneladas (5 ton/da x 7 das/semana); en la zona B, 70 ton (5 ton/da x 14 das/2semanas), y no se airea.

4. Debe dejarse transcurrir la 1 semana, sin airear y luego se dan 3 semanas de aireacin con ventilador gradualmente, de modo que al cabo de 21 das, el material del sector A+B del grfico, reciben aireacin forzada.

El grfico indica que una vez elegido el sitio a compostar, suponiendo mdulos de trabajo de 1ha, se ordenan las filas de compostaje, de 4 pilas que se extienden unos 270 mt, de modo que con 300 mt de lado, permite un trabajo sin obstculos para el desenvolvimiento a elementos de trabajo y personas. Cada pila tiene una extensin de 4 semanas de descarga: unos 70 mt. En cada pila y entre pilas, se dejan un espacios libres para permitir hacer conexiones segn se necesite, de modo que una vez aireada la pila1 (1mes), se desenrosca a y se conecta por fuera la caera Ia anulando la caera interna de la pila 1, colocando un tapn permanente en Z. Se arma la pila 2, se deja transcurrir una semana sin airear y se vuelve a accionar el aire por 3 semanas: el aire recorre la caera principal, entra por Ia, , y sigue por la caera interna de la pila 2.

Terminada la aireacin de la pila 2, se desenrosca b y se conecta IIb a la caera interna de la pila 3. Otra vez se deja sin airear la primera semana, y se conecta el aire, recorriendo: caera interna (Z cerrada), Ia, IIb, y caera interna de la pila3. Terminada la aireacin de la pila 3, se coloca IIIc, se coloca c desenroscando la caera interna anterior, se deja transcurrir una semana sin airear y se conecta el aireador a la pila 4. El aire recorre; caera principal, entrada por I, sigue por II y III, c, cy pila 4.Aireadas las 4 pilas, transcurren 4 meses. Se retira de las pilas la caera interna y se traslada al nuevo sitio de compostaje, en la hilera siguiente situada a 3,5-4 mt de distancia dejando espacio suficiente para el trabajo de compostaje.

Se conecta la caera principal a la interna Z. Se descargan los residuos por una semana. Al 8 da de descarga se coloca el tapn en a, y se conecta el aire, con flujo reducido previamente calculado. Mientras se airea la subpila 1, se forma la 2, y el da 16, se saca el tapn ciego de a, y all se coloca la unin doble rosca, colocando el tapn ciego en b, airendose las subpilas 1y 2. El da 24 se saca el ciego del b y se conecta en c, conectando b con doble rosca, airendose las subpilas 1, 2 y 3. El da 31, se saca el ciego de c colocndose la doble rosca. Colocado el ciego en d, se airea toda la pila 1(subpilas: 1,2,3 y 4), con el mximo flujo. En este momento las pilas en compostaje se trasladan a una nueva lnea, situada a 3,5-4 mt de distancia, se conecta un trozo de cao para la nueva subpila 1 a la principal, y sobre l se descargan los residuos de la primera semana. Tapar la caera principal en I. Sacar todos los caos, y volver a empalmar en la nueva hilera. As se va trabajando en hileras de 70 mt, situando unas de otras en forma paralela.

Para los dos planteos, sabiendo que en 4 meses el material estar compostado y maduro, al comenzar la 5 hilera, se ir cosechando gradualmente el de la 1, de modo que al terminar de armar la 5 hilera, se habr cosechado todo el material de l , dejando el lugar desocupado para volver a compostar en dicho lugar. Es as que con pilas de 2 mt de ancho y 4 mt de espacio entre ellas, con 25-30 mt de frente, alcanzan para compostar 5tn por da de residuos urbanos y por ello, con una hectrea de superficie bien manejada, alcanza para compostar el material de la comunidad, alcanzando Clculo de la cantidad de aireSi 105 tn de material que es lo que se genera en un mes, se depositara en breve tiempo, por ej.,

una semana, colocando la aireacin durante unos 20 -25 das despus de armarse la pila, se satisfara la necesidad de oxgeno. Pero cuando se maneja basura, la deposicin es gradual, y hay que proceder aireando a medida que se descarga semanalmente. Por cuestiones prcticas, sera muy complicado calcular la cantidad de aire diaria y accionar la ventilacin da a da. Lo que se hace es calcular todo el aire necesario para el total requerido en tres semanas, y promediar las entregas de aire, para simplificar el manejo del/los ventiladores.

- Necesidad de aire total: 500 m3/tn/da - Necesidad de aire en 20 das: 20 das x 5tn/da: 100 tn de residuos 500m3/tn/da x 5 tn/da x 20 das: 50.000m3

Esta cantidad de aire puede entregarse del siguiente modo: (ver grfico I) - El da 7-8 de acumular residuos, se conecta la aireacin y

se administra:

35 tn/semana x 500m3 /tn/da 1 al 7 da = = 875 m3/da 20 das 70 tn/ (2semanas) x 500m3/tn/da 7 a 14 da = = 1750 m3/da 20 das 100 tn (3semanas) x 500m3/tn/da 15 a 21 da = = 2625 m3/da 20 dasPara simplificar el manejo de los aireadores, se puede aplicar 1750 m3/da durante 14 das, y

2625 m3/da, durante la ltima semana.Un ventilador que puede utilizarse por ser econmico, con motor de 220V y 0,5 HP de potencia, como se ve en cuadro II, es el que entrega 2800 m3/hora. De este modo, colocndose un timer, puede programarse por ejemplo: Primeros 14 das: 35-40 minutos/da, 10 minutos cada 6 horas. Ultima semana: aproximadamente 1hora/da, 15minutos cada 6 horas Algunos detalles: - Los caos de aireacin que se utilizan, son los que se pueden encontrar

fcilmente en el mercado: de polipropileno de aproximadamente 7 cm. de dimetro y 3-6 mt de largo, de uso sanitario. - Los caos internos debe perforarse con agujeros de unos 2-3 cm de dimetro cubrindose con paja o trapos para evitar su obturacin, ya que los materiales en compostaje son aguachentos y taparn las caeras. - La ubicacin y el nmero de caos es variable pero debe procurarse que se airee

toda la masa. - La ubicacin del/ los ventiladores, tambin es variable: puede dejarse fijo, o

correrse junto con las descargas sucesivas de los residuos. Otro tipo de aireacin (Sistema Beltsville)

La aireacin forzada esttica, es otro modo de activar la entrada de aire al material en compostaje. El sistema Beltsville es su forma ms simple, se implementa con contenedores vacos pintados de color negro a modo de colectores solares, que al calentarse succionan los gases generados por el sistema y hace a la renovacin del dixido de carbono generado en las pilas, sustituyndose con el oxgeno. El tambor A se calienta con el sol producindose un vaco parcial en el mismo; por diferencia de presiones de gases, la tendencia del flujo es: salida de aire cargado con gases metablicos (dixido de carbono) desde la pila B por el cao hacia el tambor, y de all al exterior. El tambor pintado de color oscuro, al calentarse succiona los gases de la pila y causa una deflacin en el seno de la misma, solicitando la entrada de aire desde el exterior a la pila. El reciclado de gases es permanente. La cantidad de tambores hace al caudal de aire necesario para el sistema. Si la masa se calienta demasiado, se anulan tambores, hasta lograr la temperatura aceptable. La zona ms roja del esquema indica que los sistemas de aireacin deben ubicarse hacia el centro de la pila donde est ms caliente y ms se necesita el aire para los microorganismos. Es un sistema barato apto para climas con alta heliofana y escaso rgimen de lluvia

ComplementoEl lombricompostaje (degradacin de residuos con lombrices especiales), si se incluye en el compostaje de residuos urbanos, debe extremar sus cuidados, porque en estos medios hay abundancia de bacterias coliformes fecales y alimenticias Escherichia coli y Salmonella spp entre varios). Hay trabajos de investigaciones que varan mucho los resultados de la efectividad de la supresin de estos microorganismos durante el pasaje de la biomasa por el aparato digestivo de las lombrices. Si las bacterias no mueren por el lombricompostaje, el lombricompuesto podra tener cantidades significativas de ellas, y se propagaran a los cultivos especialmente horticolas, al penetrar desde el suelo enmendado con el humus de lombriz. Un compostaje previo con alta temperatura, haciendo anlisis de estos microorganismos al momento de suministrar el alimento y al final al lograrse el humus de lombriz, lograra el objetivo de lombricompuesto seguro sanitariamente, y un excelente producto final.

Cuando parte de las pilas armadas van agotando su perodo de altas temperaturas, se puede ir sacando material caliente/tibio y llevando a los criaderos de lombrices: es el momento A del croquis. Durante unos 15-20 das se puede ir extrayendo material del lugar. Si se hace antes, cuando el material de la pila est muy caliente, como los residuos son potencialmente patgenos, puede haberle faltado el calor necesario para el control sanitario, y si se extrae luego de A, lo residuos se han transformado mucho no siendo apetecible a las lombrices. Se sabe que las lombrices rojas del compost (Eisenia spp., Lumbricus rubellus, etc.), apetecen el material orgnico en estado incipiente y/o mediano estado de transformacin. En el criadero se deposita el material, muy poco o sin mezclar con el de superficie, regndose de modo de bajar la temperatura, objetivo que se logra tambin poniendo poco material para exponer mayor superficie y radiar ms calor, y no muy abundante, para no dejar muy enterradas a las lombrices de los criaderos, ya que podra faltarles oxgeno y afectar su eficiencia de trabajo. Unos 30-35 kg de compost caliente/tibio/semana/m2de criadero, es suficiente, logrndose con el tiempo criaderos abundantes, con 10-15 kg de lombrices/m2. De estos criaderos pueden extraerse mensualmente: 80-100 kg de lombricompuesto, y 2-4 kg de lombrices

Emilio Mirabelli

Bibliografa

Emilio Mirabelli. El Compostaje proyectado a la Lombricultura. Editorial Hemisferio Sur. Rep. Argentina.Haug T. The practical handbook of compost engineering. Lewis Publisher. USASegn el sustrato, ser el consumo de oxgeno

gr.O2/ gr. sustrato biodegradable

Compuestos orgnicos 4

Barros - grasas, proteinas y azcares 2

Glucosa - cido lctico 1,06

Lpidos:

Acido palmtico - Acido tripalmtico 2,87

Protenas (aminocidos promedio) 0,64

Hidrocarburos:

Decano 3,49

Metano 4

La cantidad de aire requerido en estos sistemas de compostaje, es como mnimo, el doble del peso seco del requerido a compostar. Generalmente es varias veces

Puede aceptarse que la necesidad de aire total es de:

125-500 m3 de aire por tonelada de sustrato a compostar,

(sosteniendo un promedio de mediana alta temperatura de 55-65C, durante aproximadamente 20-25 das).

I Perfil de temperatura de una pila en compostaje

Temperatura (C)

Zona de extraccin de

alimento para lombrices

55-65

20-25 das

A B C

amb. (fase termfila)

Producto compostado

7 15 23 30 Tiempo (das)

II

De pared.

3300 m3/hora (55 m3/min.) pot: 0,25HP

12.500 m3/hora (208 m3/min) pot: 1,5 HP

Turbina simple y doble

1200 m3/hora (20 m3/hora) pot: 0,17 HP

2800 m3/hora (46 m3/min) pot: 0,5 HP

Semiindustrial

3400 m3/hora (57 m3/min) pot: 0,17 HP

De bao

70 m3/hora (1,2 m3/min)

100 m3/hora (1,7m3/min)

III Evolucin de la temperatura en pila de compostaje y perodo de ventilacin.

Temperatura (Grfico fuera de escala)

4 semanas de compostaje

3 semanas de aireacin

A B C

3,5-4 meses de compostaje

A: Primera semana: adaptacin y desarrollo de los microorganismos competentes.

B: Se ponen en funcionamiento el o los ventiladores

C: Perodo de maduracin del compost

Ventilacin forzada

Una pila de 4 semanas (1 mes), recibe 3 semanas de aireacin forzada.

La pila de 4 semanas tiene una extensin de: 2,5 mt. lineales/da x 7 das/semana x

4 semanas = 70 mt lineales, que es la longitud de los caos para conectar a el/los ventiladores.

IV Planteo 1 Vista en planta

1 mes 2 meses 3 meses 4 meses

(4 semanas) 1mt

a b c

z z1

a b c

a b c

I II III Pilas de residuos

Corriente de aire

270 mt de caera interna en las pilas

Caera principal 1 2 3 4

Ventilador 7 mt

70 mt de caera (un mes de compostaje)

Pieza de doble rosca, para la unin de tramos de caos para cambiar el trayecto

del aire

Tiempo de aireacin forzada (3semanas)

Ia , IIb , IIIc : caeras externas a las pilas, que entran a

funcionar, en la medida que las pilas completan su aireacin.

Rosca con tapn para tapar en terminal y permitir la aireacin.

1

2

3

4

Planteo 2 V

Pila 1 (1 mes o 4 semanas de compostaje)

I

Unin con doble rosca

2 3 4 Z

1 2 3 4

a b c d

18 mt Rosca con tapn ciego

Caera principal 70 mt de extensin

das

1 7 8 15 16 23 24 31

1

Se muestran as dos formas de trabajar: superficies rectangulares y cuadradas. En lo que hace a disposicin del sistema de ventilacin forzada, pueden ser muy variables, buscando siempre la mayor reduccin de costos y eficiencia en la aireacin.

Sistema Beltsville

Entrada de O2

Salida de CO2

A

B

Abastecimiento al lombricompostaje, desde el compostaje comn

Temperatura de residuos urbanos

Comida para lombrices

A

15-20 Tiempo criadero

Das

4 meses de compostaje (fuera de escala)

A: perodo de abastecimiento del compost al criadero

Con este sistema de alimentacin, puede lograrse en un ao, unos 1000 kg de abono y 20-40 kg de lombrices frescas por metro cuadrado de criadero.

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