diseño y construcción de un digestor anaerobio de flujo

Transcripción

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
DIGESTOR ANAEROBIO DE FLUJO PISTÓN
QUE TRATE LOS RESIDUOS GENERADOS
EN UNA EXPLOTACIÓN GANADERA DE LA
LOCALIDAD DE LOJA, ECUADOR,
EMPLEANDO TECNOLOGÍAS APROPIADAS
AUTOR:
DIEGO AVENDAÑO ALLEN-PERKINS
ASESORES DEL PROYECTO:
SILVIO DAVID AGUILAR RAMÍREZ
MÓNICA JACQUELINE CISNEROS ABAD
CELSO ROMERO JARAMILLO
TUTOR DEL PROYECTO:
FRANCISCO JAVIER QUINTANA MARTÍN
SEPTIEMBRE DEL 2010
Usted es libre de:
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Los derechos derivados de usos legítimos u otras limitaciones reconocidas por la ley no se ven
afectados por lo anterior.
Aviso: al reutilizar o distribuir la obra tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de
esta obra.
A Sofía, Alfonso, Fernando e Irene.
A Celso Romero, Flavio Lima, Francisco Quintana, Josefa Valdivieso,
Luis Casasús, Don Lucho, Don Miguel, Mónica Cisneros, Omar Malagón y Silvio Aguilar.
A la familia Regalado Montero al completo.
A todos mis compañeras y compañeros del Instituto de Quimica Aplicada de la
Universidad Técnica Particular de Loja.
A todo aquel o aquella al que el presente texto le sea de alguna utilidad.
ÍNDICE DEL DOCUMENTO
PREFACIO ......................................................................................................................1
1 GENERALIDADES ....................................................................................................3
2 PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA ...............................6
2.1 Biogás ......................................................................................................................6
2.2 Biol ..........................................................................................................................7
3 EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA ......................................................8
4 POBLACIÓN OBJETIVO ........................................................................................10
5 GUÍA DE DISEÑO DE BIODIGESTORES DE BAJO COSTO ............................11
5.1 Parámetros principales del proceso .........................................................................11
5.2 Cálculo del volumen del digestor ...........................................................................13
5.3 Cálculo de las dimensiones del digestor .................................................................14
5.4 Cálculo del tamaño de la zanja del digestor ...........................................................16
5.5 Equilibrio hidráulico del digestor ...........................................................................18
5.6 Producción estimada de biogás ..............................................................................18
5.7 Metodología de diseño ............................................................................................19
5.8 Ejemplos de diseño de un digestor .........................................................................20
6 GUÍA DE INSTALACIÓN DE BIODIGESTORES DE BAJO COSTO ................28
6.1 Materiales necesarios y costo estimado de los mismos ..........................................28
6.2 Selección de la ubicación del digestor ....................................................................29
6.3 Construcción de la zanja .........................................................................................30
6.4 Construcción del digestor .......................................................................................33
6.5 Instalación del digestor ...........................................................................................36
6.6 Línea de biogás .......................................................................................................38
6.7 Primera carga del digestor .....................................................................................44
6.8 Construcción del techado y cercado del digestor ...................................................44
6.9 Mantenimiento diario y otras consideraciones .......................................................45
7 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA .......................................................................47
I
Índice de tablas
Tabla 1: Composición media del biogás en función del susbtrato empleado.................................6
Tabla 2: Equivalencia de 1 m3 de biogás respecto a distintas fuentes energéticas.........................7
Tabla 3: Variación del tiempo de retención frente a la temperatura...............................................12
Tabla 4: Producción de estiércol fresco diario, según diferentes animales....................................13
Tabla 5: Diámetros del digestor, según el ancho de rollo empleado..............................................15
Tabla 6: Sección eficaz del digestor, según el ancho de rollo empleado........................................16
Tabla 7: Dimensiones de la zanja, según el ancho de rollo empleado............................................17
Tabla 8: Lista de materiales y coste estimado de los mismos...........................................................29
Índice de figuras
Figura 1.1: Representación esquemática del sistema de digestión anaerobia propuesto...............4
Figura 3.1: Etapas del proceso de digestión anaerobia.......................................................................9
Figura 5.1: Representación de dos cortes en una zanja genérica.....................................................17
Figura 5.2: Metología de diseño de un biodigestor de bajo costo...................................................19
Figura 6.1: Selección de la ubicación del digestor..............................................................................30
Figura 6.2: Dimensiones de los perfiles en una zanja genérica........................................................31
Figura 6.3: Drenaje en forma de espinas de pescado........................................................................32
Figura 6.4: Manga de polietileno extendida .......................................................................................33
Figura 6.5: Salida de biogás....................................................................................................................34
Figura 6.6: Tanque de alimentación......................................................................................................36
Figura 6.7: Plegado de la manga en forma de acordeón...................................................................37
Figura 6.8: Tubería de entrada al digestor...........................................................................................37
Figura 6.9: Salida de biogás....................................................................................................................38
Figura 6.10: Válvula de seguridad.........................................................................................................40
Figura 6.11: Conexión aérea del biogás hacia el uso final................................................................41
Figura 6.12: Gasómetro recién instalado.............................................................................................42
Figura 6.13: Llave de paso del biogás en la cocina............................................................................43
Figura 6.14: Primera carga del digestor...............................................................................................44
Figura 6.15: Techado del digestor y vallado de la zanja....................................................................45
Figura 6.16: Tubería de salida con válvula instalada..........................................................................46
II
PREFACIO
La manera en que los servicios energéticos son producidos, distribuidos y utilizados repercute
en las dimensiones social, económica y ambiental del desarrollo. En su conjunto, el acceso
limitado a los servicios energéticos provoca marginalización e impone ciertos límites a la
capacidad para mejorar las condiciones de vida de las personas.
Las estrategias encaminadas a la mejora de las condiciones energéticas tienen un impacto
directo en aspectos relacionados con la pobreza, las mujeres, la población, el urbanismo y los
estilos de vida. Con la intención de que las estrategias no agraven la situación inicial de los
países en donde se aplican hay que focalizar el consumo/suministro energético como un
medio para satisfacer las necesidades básicas de una población y no como un fin en sí mismo.
Dentro de este marco, en el presente documento se describe la tecnología de digestión
anaerobia, la cual permite a las familias locales dedicadas a la agricultura y la ganadería
aprovechar el estiércol generado por los animales para producir, por un lado, su propio
combustible, que puede ser empleado en múltiples tareas, mejorando su abastecimiento
energético; y, por otro, fertilizante para sus tierras, minimizando así una fuente de patógenos y
malos olores, como son los residuos resultantes de la actividad ganadera.
Dentro de un campo tan amplio como es el de la tecnología anaerobia el presente documento
está enfocado a desarrollar dichos sistemas con lo que se conocen como tecnologías
apropiadas. Se considera que una tecnología es apropiada cuando su uso tiene beneficios sobre
las personas que las emplean y el medio ambiente. Para lograr este beneficio social, ético,
cultural, económico y medioambiental hay una serie de características que son comunes a
todos estos procesos:
•
Que no causen daño previsible a las personas ni daño inecesario a su entorno,
especialmente a la flora y fauna.
•
Que no comprometan de modo irrecuperable el patrimonio natural de futuras
generaciones.
•
Que mejoren las condiciones básicas de vida de las personas independientemente de
su nivel adquisitivo.
•
Que no sean coercitivas, respetando los derechos y posibilidades de elección de sus
usuarios voluntarios y de sus sujetos involuntarios.
•
Que no tengan efectos generalizados irreversibles.
•
Bajo costo y baja operabilidad económica, de fácil manejo, con bajo mantenimiento y
vida útil prolongada.
•
Que satisfagan una necesidad que otros productos o tecnologías no consiguen.
Además, una característica destacable de este tipo de tecnologías es que usan saberes propios
de las culturas donde están empleadas, junto con materias primas y materiales fácilmente
asequibles en los lugares donde se aplican, evitando la creación de dependencias.
Del 40% de la población ecuatoriana que reside en el área rural las dos terceras partes
1
PREFACIO
conforman hogares de productores agropecuarios, viviendo en las denominadas Unidades de
Producción Agropecuarias (UPA), de tal manera que algo más del 25% de la población
ecuatoriana se estima vinculada a la actividad agropecuaria. Así, el 62% de la población rural
ocupada trabaja en la agricultura.
La exportación de productos agropecuarios ha constituido secularmente el gran factor
equilibrante de la balanza comercial del país. Desde la década de los setenta ese distintivo solo
lo comparte con las exportaciones de petróleo.
La heterogénea geografía de las cuatro regiones naturales del Estado ecuatoriano ofrece muy
diversos escenarios naturales, climas y microclimas que propician prácticas culturales para
trabajar la tierra también variadas.
El presente documento pretende abordar el caso concreto realizado en la finca de la señora
Josefa Valdivieso, situada en la zona de Jipiro Alto, ciudad de Loja, y extrapolarlo a los
distintos escenarios presentes en el Cantón y Provincia de Loja y, por extensión, al resto del
Ecuador.
En estas páginas se resume y sintetiza el trabajo de once meses realizado en el Deparmanto de
Química Industrial y del Medio Ambiente (DIQUIMA) de la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros Industriales de Madrid (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en
el Insituto de Química Aplicada (IQA) de la Universidad Técnica Particular de Loja (UTPL) y
en la finca de la señora Josefa Valdivieso, en Loja.
2
1 GENERALIDADES
Un digestor anaerobio, también conocido como biodigestor, es un sistema que aprovecha la
fermentación de las bacterias presentes en la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, para
transformar esta para producir biogás y fertilizante.
El biogás obtenido, una mezcla gaseosa que contiene principalmente metano y dióxido de
carbono, tiene múltiples usos: puede emplearse como combustible en las cocinas, calefacción,
iluminación, o incluso como fuente de electricidad cuando este se produce en grandes
cantidades. La combustión de este gas no produce humos visibles y su uso como sustituto del
gas en las cocinas está comprobado.
El fertilizante, generalmente se le conoce como biol, es el otro efluente del proceso. Resulta
un líquido estabilizado rico en nutrientes que puede ser empleado como fertilizante.
La digestión anaerobia puede aplicarse, entre otros, a residuos ganaderos, agrícolas y los
residuos que se producen en las industrias que trabajan en la transformación de dichos
productos. Entre estos residuos se encuentran los purines, estiércol, residuos agrícolas,
excedentes de cosechas, aguas residuales con alta carga orgánica, etc.; los cuales pueden ser
tratados de forma separada o conjunta, lo que se conoce como co-digestión.
A nivel industrial el uso de biodigestores está ampliamente extendido. En el caso de digestores
de bajo costo su implementación ha sido desarrollada de forma grande en países asiáticos
como China e India y, a nivel de Latinoamérica, en Brasil, Colombia y Cuba, principalmente.
Estos digestores adoptan múltiples configuraciones, pero todos ellos cuentan con varias
características similares: su bajo costo y bajas necesidades en la instalación y mantenimiento de
los mismos y, algo igualmente importante, que emplean únicamente materiales disponibles en
la zona donde van a ser implementados. De esta forma se evitan las dependencias que
generalmente suelen crearse en este tipo de proyectos, contando con los saberes y capacidades
de las personas que los construyen y mantienen.
En el caso concreto de la Provincia de Loja, dentro del sector ganadero, lo que más abunda
son unidades de producción agropecuaria con una superficie menor a 20 Ha, dedicándose sus
trabajadores y trabajadoras, de forma general, a la explotación de ganado vacuno. Asimismo, el
número de cabezas de estos animales varía significativamente entre unas unidades y otras. Lo
que se quiere poner de manifiesto con este proyecto es que familias propietarias de tres o
cuatro cabezas de ganado podrán aprovechar el estiércol generado por sus animales para
proveerse de gas y fertilizante sin necesidad de comprarlo a suministradores externos. Por otra
parte, eliminarán el estiércol generado en sus instalaciones, el cual es una fuente de focos de
olores e infecciones cuando se acumula en las cercanías de las viviendas.
Tres son los límites que podemos encontrar a la hora de implementar un digestor de estas
características: la disponibilidad de agua para diluir el estiércol que se alimenta al digestor, la
disponibilidad de acumular el estiércol fresco diariamente y la apropiación de la tecnología por
parte de los destinatarios.
Al ser una energía renovable procedente de la biomasa hace que esta tecnología provea de
forma autosuficiente y autónoma de independencia energética a las comunidades que la
implementan.
3
1 GENERALIDADES
En esta memoria se tratará el diseño y construcción de estos digestores empleando como
principal material mangas de polietileno tubular, un material fácilmente accesible en cualquier
ferretería en Ecuador y, más concretamente, en Loja. El resto de materiales, tuberías y
conexiones de PVC, tienen asimismo un coste muy moderado y son igualmente fáciles de
conseguir en cualquier establecimiento.
Básicamente, lo que se hace es amarrar las mangas de polietileno tubular a las conducciones de
entrada y salida del digestor, empleando liga de neumático y abrazaderas metálicas. El sistema
se aloja dentro de una zanja previamente excavada en la tierra con las medidas calculadas y,
mediante la inclinación de las tuberías, se crea un sistema hermético que asegura que el
estiércol diluido presente en el interior del digestor se degrade en ausencia de oxígeno.
La conducción del gas a las cocinas es igualmente sencilla, empleando una manguera flexible
de PVC y diversas válvulas, contando con un pequeño reservorio de gas fabricado con el
mismo polietileno empleado en el digestor, y con una válvula de seguridad que no es más que
una botella de 5 litros de volumen.
Los digestores que adoptan esta configuración reciben el nombre de digestores de flujo
pistón.
Gasómetro
Tanque de
alimentación
Válvula de
seguridad
Salida de
biogás
Salida de
lodos
Entrada
de lodos
Digestor
Figura 1.1: Representación esquemática del sistema de digestión anaerobia
propuesto
La construcción paso a paso se desarrollará en sucesivos puntos; aquí únicamente se pretende
4
1 GENERALIDADES
dejar constancia de las características comentadas anteriormente: bajo coste, baja instalación y
bajo mantenimiento, empleando materiales y capacidades locales.
5
2 PRODUCTOS FINALES DE LA
DIGESTIÓN ANAEROBIA
Los principales productos de la digestión anaerobia son el biogás y el biol.
2.1 Biogás
El biogás es una mezcla de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y gases en menor
proporción como el ácido sulfhídrico (H2S), hidrógeno (H2), amoníaco (NH3), etc.
La composición del biogás obtenido depende de la materia orgánica digerida y de las
condiciones del proceso. En la tabla se muestran valores medios de la composición en función
de la alimentación empleada:
Componente
Fórmula Unidad
Metano
Dióxido de carbono
Monóxido de carbono
Hidrógeno
Ácido sulfhídrico
Amoníaco
Nitrógeno
Oxígeno
Compuestos orgánicos
CH4
CO2
CO
H2
H2S
NH3
N2
O2
-
% volumen
% volumen
% volumen
% volumen
mg/Nm3
mg/Nm3
% volumen
% volumen
mg/Nm3
Residuos
Aguas
agrícolas
residuales
y ganaderos
65 - 75
45 - 75
25 - 35
25 - 55
< 0,2
< 0,2
Trazas
0,5
< 8000
10 – 30
Trazas
0,01 – 2,50
3,4
0,01 – 5,00
0,5
0,01 – 2,00
< 0,1 – 5,0 Trazas
Gas de
vertedero
45 - 55
25 - 30
< 0,2
0
< 8000
Trazas
10 - 25
1-5
< 0,1 – 5,0
Tabla 1: Composición media del biogás en función del susbtrato empleado
El metano es un gas combustible, incoloro e inodoro cuya combustión produce dióxido de
carbono, hidrógeno y agua, con una llama azul característica. Es asimismo el componente
fundamental del gas natural.
El biogás producido, cuando se emplea en cocinas, suele sustituir a la leña, al gas de garrafa
comercial o a otras fuentes energéticas. En este caso, de acuerdo a su poder calorífico, 1 m 3 de
biogás equivale a:
6
2 PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
1 m3 (1000 L) de biogás
equivale a:
Madera
1,3 kg
Alcohol
1,1 L
Gasolina
0,75 L
Gasoil
0,65 L
Gas natural
0,76 m3
Carbón
0,7 kg
Electricidad
2,2 kW/h
Tabla 2: Equivalencia de 1 m3 de biogás respecto a distintas fuentes energéticas
Por su alto contenido en metano, como se ha dicho, se podrá emplear el biogás para cocinar,
generar calor, etc. o, en grandes instalaciones, para generar electricidad mediante
motogeneradores.
2.2 Biol
El biol es el otro efluente del sistema, formado por una mezcla de influente estabilizado y
biomasa microbiana producida durante el proceso de digestión anaerobia. Su composición
depende del tipo de sistema utilizado y de la materia orgánica alimentada. Resulta un lodo que
puede emplearse como mejorador de suelos debido a su alto valor fertilzante.
El biol producido tiene un contenido en nitrógeno del 2 al 3%, de fósforo del 1 al 2%, de
potasio en torno al 1%, y un 85% de materia orgánica, con un pH que se encuentra entre 6,0 y
7,5.
7
3 EL PROCESO DE DIGESTIÓN
ANAEROBIA
Cualquier materia que pueda ser fermentada contiene una serie de bacterias que la digieren. En
ausencia de oxígeno lo que se obtiene de esa fermentación es biogás y biol.
La digestión anaerobia se caracteriza por la existencia de varias fases consecutivas, las cuales se
diferencian en el proceso en el que el sustrato (el alimento de los microorganismos) se va
degradando, produciéndose en cadena los diferentes tipos de bacterias.
La formación de metano es un proceso complejo que puede dividirse en cuatro etapas:
•
Hidrólisis.
•
Acidogénesis.
•
Acetogénesis.
•
Metanogénesis.
En cada una de estas fases intervienen diferentes tipos de microorganismos, relacionados
entre sí, pero que necesitan de distintas condiciones en el entorno.
Hidrólisis
En esta primera fase los compuestos orgánicos complejos se disocian en monómeros más
sencillos, tales como azúcares, aminoácidos, ácidos grasos volátiles de bajo peso y alcoholes.
Así, se permite que las bacterias puedan asimilar la materia orgánica como fuente de
nutrientes.
Acidogénesis
Los monómeros obtenidos en la fase anterior son degradados durante esta fase a ácidos de
cadena corta (de uno a cinco átomos de carbono en su estructura), alcoholes, hidrógeno y
dióxido de carbono.
Acetogénesis
Los productos de la fase anterior sirven como sustrato para las bacterias que intervienen
durante la acetogénesis, formándose ácido acético e hidrógeno, principalmente.
Metanogénesis
Durante la metanogénesis se completa la transformación comenzada en la etapa anterior,
produciéndose alrededor del 70% al 90% del CH4 total del proceso.
8
3 EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA
El proceso completo se muestra a continuación de forma esquemática:
Hidrógeno
Materia
fermentable
Monómeros
sencillos
Ácidos
orgánicos
Metano
Ácido
acético
Hidrólisis
Acetogénesis
Acidogénesis
Metanogénesis
Figura 3.1: Etapas del proceso de digestión anaerobia
9
4 POBLACIÓN OBJETIVO
Los biodigestores que se proponen en esta guía están orientados a familias del ámbito rural
poseedoras de pequeñas cantidades de ganado.
Generalmente, se considera que estos digestores funcionan con una cantidad de estiércol
diario de unos 20 kg, adicionando para su mezcla 60 litros de agua. Por ello, son tres las
restricciones existentes para que que se logre un adecuado funcionamiento del digestor y una
correcta apropiación de la tecnología por parte de los destinatarios:
•
Que pueda recogerse esa cantidad de estiércol diariamente sin que en dicha recogida se
invierta una cantidad mayor de tiempo del que se empleaba en recoger el anterior
combustible, generalmente leña. 20 kg de estiércol equivalen a tres o cuatro vacas (o
una o dos en caso de que estén estabuladas durante todo el día). Aún así, puede usarse
prácticamente cualquier tipo de estiércol siempre que la cantidad mínima que se
alimente al digestor sea de 20 kg.
•
Que haya agua disponible para realizar la mezcla. Hay casos en los que el acceso el
punto de toma de agua queda a cierta distancia de la vivienda, teniéndose que emplear
largos tiempos para su recogida. En el caso de emplear estos digestores el volumen de
líquido a adicionar es de 60 litros como mínimo; debe considerarse por ello el esfuerzo
que supondría la recogida del agua en caso de que esta se encontrara a cierta distancia.
•
Que la familia se apropie de la tecnología, es decir, que la haga suya sin necesidad de
intervenciones externas. Esto implica el compromiso de realizar la carga de forma
diaria y el mantenimiento del equipo. Al retardarse el proceso de producción de gas
algunas semanas desde la primera carga de alimentación puede suceder que la familia
no vea que comienza a emanar el gas, por lo que puede suceder que abandone la carga
de estiércol al digestor.
10
5 GUÍA DE DISEÑO DE BIODIGESTORES
DE BAJO COSTO
En este punto se recogen los puntos básicos que deben considerarse a la hora de realizar un
correcto diseño del digestor y de la zanja donde este irá alojado. El diseño depende de
múltiples parámetros, los cuales determinan dicho dimensionamiento; para conocerlos se
remite al lector o lectora a la bibliografía existente que se comenta en el último punto de la
memoria. En este apartado únicamente se tratarán aquellos más relevantes.
Al final de este capítulo se habrá obtenido el volumen total del digestor, junto con el diámetro
de la manga de polietileno a emplear y la longitud de la misma a cortar, y las dimensiones de la
zanja que deberá excavarse.
Se presentan también varios ejemplos de cálculo de las dimensiones de un digestor según
varios supuestos: según la cantidad de estiércol a digerir, según el tamaño de terreno
disponible y según las necesidades de biogás a consumir.
5.1 Parámetros principales del proceso
Temperatura
La temperatura determina la actividad que tendrán las bacterias presentes en el interior del
digestor: a mayor temperatura mayor será la actividad de las mismas y, por lo tanto, menor será
el tiempo necesario que deba permanecer el estiércol en el digestor; y, en caso de tener
temperaturas menores, más tiempo de digestión será necesario.
El proceso de producción de biogás puede ser llevado a cabo en un intervalo de temperaturas
que abarca desde los 0ºC a los 70ºC aunque, en general, por debajo de los 15ºC el proceso
fermentativo se ralentiza, por lo que la producción de biogás resulta extremadamente lenta. En
caso de trabajar a temperaturas inferiores se requeriría un tamaño del digestor mayor, lo que
implica un mayor coste. A temperaturas menores a 5ºC la digestión se detiene casi
completamente.
La temperatura de la localización donde se encuentre el digestor será la que determine el
segundo de los parámetros.
Tiempo de retención
El tiempo de retención marca la duración del proceso de digestión anaerobia: la fracción de
materia orgánica que se degrada aumenta conforme lo hace el tiempo que permanece esta en
el interior del digestor. Como se ha comentado, a mayor temperatura menor será este tiempo,
y viceversa. Asimismo, un aumento del tiempo de retención conduce a tamaños mayores del
digestor para volúmenes iguales de biomasa a digerir. Sin embargo, la producción de metano
disminuye una vez que se sobrepasa un cierto valor óptimo.
En el rango de temperatura ambiente que son usuales en estas latitudes, entre 10ºC y 30ºC,
podemos tabular la temperatura ambiental frente al tiempo que tendrá que permanecer el
estiércol en el digestor:
11
5 GUÍA DE DISEÑO DE BIODIGESTORES DE BAJO COSTO
Temperatura (ºC) Tiempo de
retención (días)
sin mejora de
fertilizante
Tiempo de
retención (días)
con mejora de
fertilizante
10
70
87
15
51
63
20
32
40
25
27
34
30
20
25
Tabla 3: Variación del tiempo de retención frente a la temperatura
Es interesante observar que tiempos de retención un 25% mayores a los teóricos conducen a
unas mejores propiedades del biol, a costa de un sobredimensionamiento del digestor. Es una
consideración que deberá estudiarse en cada caso, ya que un implica un mayor coste en la
compra de los materiales.
Estiércol disponible y carga diaria al digestor
La materia prima que puede ser empleada en un digestor anaerobio es muy diversa: purines,
estiércol, residuos agrícolas, excedentes de cosechas, aguas residuales con alta carga orgánica,
etc. En todo caso, debe evitarse alimentar residuos con cáscara dura o vísceras, ya que estos
requerirían un tiempo para ser digeridos mucho mayor del esperable.
Los estiércoles que mayores cantidad de biogás producen son los del cerdo y los humanos,
pero tienen algunas particularidades: el fertilizante que resulta es muy ácido como para ser
aplicado directamente a los campos; y, en el caso de emplear excrementos humanos, existen
bacterias presentes en el efluente que podrían pasar de nuevo al organismo en caso de que se
usara este fertilizante sobre los cultivos de productos destinados a consumo humano.
El estiércol más equilibrado es el que proviene del ganado vacuno; además, se produce en
grandes cantidades a lo largo del día y es fácil de recoger.
Otro parámetro será, por lo tanto, la cantidad de estiércol fresco que se pueda recoger
diariamente. En caso de que el ganado esté estabulado o pase un tiempo apreciable a lo largo
del día en el interior del establo dicha recogida será rápida y fácil. En caso contrario, es decir,
que no se cuente con establo o que el ganado permanezca en el establo únicamente un tiempo
determinado durante el día, se podrá suponer un porcentaje de recogida de estiércol del 25%
del total producido diariamente por el animal. En caso de no contar con establo, habrá que
considerar el tiempo y el esfuerzo que habría que invertir en su recogida diaria.
12
La cantidad de estiércol que producen diferentes tipos de animales se tabula a continuación:
Animal
Kg de estiércol fresco
producido por cada 100
kg de peso del animal
Bovino
8
Equino
7
Cerdo
4
Caprino
4
Conejo
3
Humano adulto
0,4
Humano infantil 0,2
Tabla 4: Producción de estiércol fresco diario, según diferentes animales
Esto quiere decir que, por ejemplo, en caso de tener una vaca de 250 kg de peso, la producción
de estiércol diaria esperada sería de:
250⋅8
=20 kg /día
100
Estiércol  kg /día =
En caso de que el animal no estuviera estabulado se recogería el 25% de dicha cantidad, es
decir, 5 kg de estiércol diarios.
Empleando digestores de flujo pistón, para que el estiércol entre al digestor con la cantidad de
sólidos adecuada, es necesario diluirlo primero con con tres o cuatro partes de agua; es decir,
alimentar una parte de estiércol frente a tres o cuatro de agua. La mezcla, diluida
homogéneamente, estará lista para ser alimentada al digestor. Generalmente, se trabaja con
relaciones agua:estiércol de 1:3 en el caso de emplear ganado bovino, y de 1:4 cuando se
trabaja con otras clases de estiércol.
En el ejemplo anterior, si la vaca produjese 20 kg de estiércol diarios, se necesitarían 60 litros
de agua diarios para realizar la mezcla.
Si no se adicionara la cantidad de agua suficiente podrían formarse natas en el interior del
digestor que impedirían el paso del gas a través del estiércol diluido.
5.2 Cálculo del volumen del digestor
El digestor comprende dos zonas bien diferenciadas: una gaseosa, donde se acumula el biogás
antes de salir del interior de la manga de plástico; y otra líquida, donde se deposita el estiércol
líquido.
La parte gaseosa comprende un 25% del volumen total del digestor; la líquida un 75% del
mismo. Así, el volumen total será la suma de ambos:
13
V T m 3 =V G m 3 V L  m 3
El volumen gaseoso:
V G m 3 =0,25⋅V T m 3 
Y, por último, el volumen líquido:
3
3
V L m =0,75⋅V T  m 
El volumen líquido y gaseoso se relacionan mediante:
V G m3 =
VL 3
m 
3
Volumen líquido
Para calcular el volumen líquido del digestor habrá que multiplicar el tiempo de retención
(estimado a partir de la temperatura) por la carga diaria de estiércol.
Si se supone el digestor vacío en un principio y se comienza a cargarlo diariamente tardará en
producirse la digestión tantos días como se hayan estimado en el tiempo de retención. En el
día 'tiempo de retención + 1 día' saldrá el primer efluente líquido del digestor.
Volumen gaseoso
Una vez que dentro del digestor comienza a producirse el biogás este tiende a acumularse en la
parte superior del digestor, formándose una campana en la manga de polietieno. El volumen
gaseoso se calcula a partir del volumen líquido, siendo una tercera parte de este último.
5.3 Cálculo de las dimensiones del digestor
Una vez que se conocen los volúmenes del digestor se procederá a calcular sus dimensiones
principales: la longitud y la sección eficaz.
Selección del ancho de rollo de manga de polietileno
El polietileno tubular es el plástico que normalmente se emplea en las carpas de los
invernaderos en varios colores; para ello, suele cortarse la manga longitudinalmente y se crea
una lámina con un ancho del doble de la manga.
En las ferreterías suelen encontrarse anchos de manga de 1, 1,25, 1,50, 1,75 y 2 metros, los
cuales suelen venderse por rollos de 50 metros o cortados con la longitud deseada. Tamaños
mayores del ancho de manga pueden conseguirse generalmente por encargo, por lo que no se
14
contemplan en esta memoria.
En la construcción del digestor se emplearán las mismas mangas pero sin ser cortadas.
Teniendo en cuenta que el digestor será una manga amarrada a ambos extremos que adoptará
una forma cilíndrica una vez que se cargue y comience a producirse el biogás, no interesa
cortarla; en caso de necesitar tamaños de manga superiores a dos metros, podrían pegarse
varias mangas cortadas longitudinalmente empleando cintas aislantes de adhesivo según la
medida deseada.
El ancho del rollo determina el diámetro del digestor y la sección eficaz. Así, este ancho, una
vez cargado el digestor, equivaldrá al doble del perímetro de la circunferencia del digestor.
Tomando los anchos de rollo comerciales que normalmente pueden encontrarse en cualquier
ferretería se tendrá:
Ancho del rollo (m) Perímetro del digestor (m)
Diámetro del digestor (m)
1
2
0,64
1,25
2,50
0,80
1,50
3,00
0,96
1,75
3,50
1,12
2,00
4,00
1,28
Tabla 5: Diámetros del digestor, según el ancho de rollo empleado
Sección eficaz
El volumen total del digestor obtenido anteriormente se empleará en el cálculo de la sección
eficaz. El digestor, una vez cargado y con biogás generado, adoptará una forma cilíndrica. El
volumen de un cilindro es:
D 2 m
V T  m =S  m ⋅L m=⋅
⋅Lm
4
3
2
Donde S es la sección eficaz, L la longitud del digestor y π una constante que toma un valor de
π = 3,14.
Los distintos anchos de rollo proporcionan las secciones eficaces siguientes:
15
Ancho del rollo Sección eficaz
(m)
(π x D2/4) (m2)
1
0,32
1,25
0,50
1,50
0,72
1,75
0,97
2,00
1,27
Tabla 6: Sección eficaz del digestor, según el ancho de rollo empleado
Longitud del digestor
Una vez que se conoce el volumen total del digestor y la sección eficaz se calcula la longitud
del digestor como:
L m=
V T  m3 
2
S m 
Empleando la fórmula anterior se obtienen las distintas longitudes para cada ancho de rollo:
Ancho del rollo Longitud
(m)
(VT/S) (m)
1
VT/0,32
1,25
VT/0,50
1,50
VT/0,72
1,75
VT/0,97
2,00
VT/1,27
Relación L/D óptima del digestor
Existe una relación óptima entre la longitud y el diámetro del digestor, de cara a no trabajar
con digestores demasiado largos y de poca sección eficaz, o digestores cortos y anchos. El
valor óptimo de L/D debe estar comprendido entre 5 y 10, con un óptimo de 7.
Así, una vez que se tienen los valores de longitud y diámetro del digestor, se divide uno sobre
el otro, y se obtiene un valor. Se deberá seleccionar aquel ancho de manga que proporcione un
valor de L/D adecuado.
5.4 Cálculo del tamaño de la zanja del digestor
El digestor irá alojado en el interior de una zanja con forma de talud excavada en el terreno.
Esto se hace así para proporcionar un soporte de la estructura y para mantener constante la
16
temperatura. Los rayos del sol durante el día calientan el terreno y ese calor se libera a medida
que la temperatura ambiente desciende, proporcionando una temperatura que tiende a ser
homogénea en el interior del digestor.
La longitud de la zanja vendrá determinada por la longitud del digestor; el resto de
dimensiones, es decir, el ancho superior, el ancho inferior y la profundidad de la zanja, se
determinan a partir del ancho de rollo empleado.
Por consideraciones geométricas, se obtiene:
Ancho del Profundidad, Ancho superior, Ancho inferior,
rollo (m) H (m)
as (m)
ai (m)
1
0,60
0,70
0,60
1,25
0,70
0,90
0,70
1,50
0,80
1,00
0,90
1,75
0,95
1,25
1,00
2,00
1,00
1,45
1,15
Tabla 7: Dimensiones de la zanja, según el ancho de rollo empleado
Corte B
Corte A
Corte B
Corte A
Figura 5.1: Representación de dos cortes en una zanja genérica
Se está considerando en todo momento que el volumen ocupado por el biogás será el 25% del
volumen total del digestor. En caso de que la zanja se dimensionara mal podría ocurrir que
este volumen fuera mayor o menor, lo cual disminuiría o aumentaría el tiempo de retención en
el digestor, respectivamente.
17
5.5 Equilibrio hidráulico del digestor
El digestor que se propone funciona de forma continua, es decir, se alimenta diariamente y no
suele ser vaciado a lo largo de su vida útil. El equilibrio hidráulico viene determinado, por
tanto, por la alimentación al digestor y la colocación de las tuberías de entrada y salida del
mismo.
Al introducir la mezcla cada día esta irá desplazando el volumen líquido existente en el interior
del digestor, rebosando por la salida la misma cantidad de estiércol ya digerido. Así, para
asegurar dicho equilibrio hidráulico y que el digestor se mantenga en condiciones de ausencia
de oxígeno es necesario fijar la altura a la que estará colocada la tubería de salida del lodo. Será
la boca de salida de esta conexión la que determine el nivel del líquido existente en el digestor.
El nivel corresponderá con la profundidad de la zanja, que era la dimensión que determinaba
el volumen de líquido en el interior del digestor. Por lo tanto, el rebase de la conexión de salida
deberá coincidir con la profundidad de la zanja calculada; en caso contrario, los volúmenes
gaseoso y líquido serían distintos, variando también el tiempo de retención.
5.6 Producción estimada de biogás
Existen varias formas de estimar la producción de biogás a partir de una carga diaria de
estiércol dada. Aquí se desarrollará de acuerdo al contenido de sólidos totales y volátiles
presentes en la carga.
Los sólidos totales (ST) representan el peso del estiércol una vez seco, por lo que se asimilan a
la carga real de sólidos alimentados al digestor. En el estiércol el porcentaje varía entre un 13%
y un 20%, tomando un valor promedio del 17%. Una vez diluido el estiércol tendremos:
Sustancia
Sólidos totales (%)
Estiércol fresco
17
Mezcla diluida 1:4 3,4
Mezcla diluida 1:3 4,25
En digestores anaerobios de flujo pistón como el que se está diseñando el porcentaje de
sólidos totales debe situarse entre un 3% y un 7%.
Los sólidos volátiles (SV) representan la cantidad de sólidos que son susceptibles de pasar a
fase gaseosa. Generalmente, en el estiércol vacuno el porcentaje se sitúa en torno al 77%.
Es necesario además estimar un factor de producción de biogás que cuantifique el rendimiento
de la transformación en el interior del digestor.
Tipo de ganado Factor de producción Factor promedio
Bovino
0,25 – 0,30
0,27
Porcino
0,25 – 0,50
0,39
18
Así, la producción esperada de biogás se calcula como:
3
Q biogás  m / día =0,27⋅ST⋅SV⋅Estiércol kg / día 
En el ejemplo anterior, con una carga diaria de 20 kg de estiércol de vacuno, el caudal de
producción de biogás estimado sería de:
3
3
Qbiogás  m / día =0,27⋅0,17⋅0,77⋅20=0,71 m /día
El consumo de biogás en una cocina doméstica es de 120 a 130 L/hora, por lo que con una
pequeña cantidad de ganado se observa que puede obtenerse el combustible necesario para
cocinar cada día. Si es empleado en lámparas de gas comerciales dicho consumo se sitúa entre
90 y 130 L/hora.
5.7 Metodología de diseño
Estiércol
Agua
Temperatura
Carga de
alimentación
Tiempo de
retención
Volumen
líquido
Volumen
total
Ancho de
rollo
Volumen
gaseoso
Longitud
Sección
eficaz
Diámetro
Dimensiones de
la zanja
Relación L/D
Figura 5.2: Metología de diseño de un biodigestor de bajo costo
Las casillas sombreadas en verde indican los parámetros de los que se parte para hacer el
diseño; las sombreadas en gris aquellos valores que hay que ir calculando para obtener los
19
valores finales de las dimensiones del digestor y del tamaño de la zanja, que resultan los
sombreados en naranja. Se seleccionaría entonces el ancho de rollo que proporcione una
relación L/D entre 5 y 7, con un óptimo de 7.
5.8 Ejemplos de diseño de un digestor
En este punto se presentan varios ejemplos de diseño de digestores según varios supuestos:
De acuerdo a la cantidad de estiércol disponible
En este ejemplo se parte de una cantidad de estiércol que puede ser recogida diariamente para
calcular las dimensiones del digestor y de la zanja donde este se dispondrá.
Se parte de una explotación con seis vacas. Se supone que el peso de cada animal es de 300 kg
y que se las ordeña una vez al día en un establo. En caso de conocerse la cantidad de
excrementos que producen cada día, bien sea mediante el peso de los mismos o haciendo
estimaciones más precisas, se partiría de este valor.
En caso contrario, de acuerdo a la Tabla 4, la cantidad de estiércol diario producido por cada
una de las vacas, será:
Estiércol  kg /día /vaca =
300⋅8
=24 kg /día /vaca
100
Como se tienen seis cabezas, se multiplica el valor anterior por seis, por lo que la cantidad total
de estiércol será de 144 kg/día.
Al estar los animales en el establo únicamente durante su ordeño cada mañana, se supone que
la cantidad apreciable de estiércol fresco que puede ser recogida cada día será un 25% del total.
Así:
Estiércol  kg /día=144⋅0,25=36 kg /día
La cantidad de agua a añadir para diluir la mezcla, suponiendo una relación estiércol:agua de
1:3 será de 36 x 3 = 108 L, resultando una carga de alimentación de:
Carga  L/día=36108=144 L/día
Suponiendo que el digestor va a implementarse en una localidad que cuenta con una
temperatura media de unos 20ºC a lo largo del año, se obtiene un tiempo de retención con
mejora de fertilizante, de acuerdo a la Tabla 3, de 40 días.
20
Temperatura (ºC) Tiempo de
retención (días)
sin mejora de
fertilizante
Tiempo de
retención (días)
con mejora de
fertilizante
10
70
87
15
51
63
20
32
40
25
27
34
30
20
25
Se calcula entonces el volumen líquido del digestor como el producto de la carga por el tiempo
de retención:
V L  L=Carga  L/ día⋅T r  días=144⋅40=5760 L
Con el volumen líquido del digestor se obtiene el volumen que ocupará el biogás:
V G  L=
VL
5760
 L=
=1920 L
3
3
Por lo que el volumen total del digestor será la suma del volumen gaseoso y líquido:
V T  L=V G  LV L  L=19205760=7680 L=7,680 m3
Se tabulan las dimensiones del digestor para los distintos anchos de manga de polietileno
considerados, para el volumen total calculado:
Ancho de rollo Diámetro Sección eficaz Longitud Relación
(m)
(m)
(π x D2/4) (m2) (VT/S) (m) L/D
1
0,64
0,32
24,00
37,50
1,25
0,80
0,50
15,36
19,20
1,50
0,96
0,72
10,66
11,10
1,75
1,12
0,97
7,92
7,10
2
1,28
1,27
6,05
4,73
Se buscan entonces valores de L/D entre 5 y 10, con un óptimo de 7. Se observa que para la
carga de alimentación considerada el ancho de manga comercial a emplear será el de 1,75
metros.
Para amarrar las tuberías de entrada y salida es necesario cortar un metro más de manga de
polietileno por lo que, en este caso, se deberían cortar 8,92 metros de rollo.
21
Con el ancho de rollo seleccionado se obtienen las dimensiones de la zanja:
Ancho del Profundidad Ancho
Ancho
Longitud
rollo (m) (m)
superior (m) inferior (m) (m)
1,75
0,95
1,25
1,00
7,92
La longitud de la zanja coincide con la longitud del digestor calculada.
Por otro lado, la cantidad de biogás estimada que podrá obtenerse será:
Q biogás m3 /día=0,27⋅ST⋅SV⋅Estiércol kg /día
Qbiogás  m3 / día=0,27⋅0,17⋅0,77⋅36=1,27 m3 /día=1270 L /día
Por lo que, si se toma un consumo de biogás en la cocina de 130 L/h, se habrá diseñado un
digestor que permitiría cocinar durante más de 9 horas cada día.
Los valores se resumen a continuación:
Ejemplo de digestor diseñado según la cantidad de
estiércol disponible
Carga diaria: 15 kg de estiércol de vaca diluidos en 45 litros de
agua.
Temperatura de trabajo: 20ºC.
Tiempo de retención (con mejora de fertilizante): 40 días.
Producción diaria de biogás: 1270 L.
Producción diaria de biol: 60 L.
Volumen líquido:
5,76 m3
Volumen gaseoso:
1,92 m3
Volumen total:
7,68 m3
Ancho de rollo:
1,75 m
Longitud del digestor y de la zanja:
7,92 m
Relación L/D:
7,10
Ancho inferior de la zanja:
0,95 m
Ancho superior de la zanja:
1,00 m
Profundidad de la zanja:
1,25 m
Volumen del reservorio de gas:
1 m3
Cantidad total de plástico a comprar 18 metros de rollo de
(incluido el reservorio):
1,75 m de manga, y 4
metros de manga de
1,5 m.
22
De acuerdo a restricciones en la disponibilidad de terreno
Puede darse la posibilidad de que el lugar donde vaya a instalarse sea único, generalmente
terrenos pequeños, no pudiendo implementarse en otra localización por cualquier motivo. En
este caso, se mediría la superficie disponible y se procedería a dimensionar el digestor de la
siguiente manera:
Se parte de una de las dimensiones, generalmente la longitud del terreno. Se considera la
relación L/D igual a 7. Con la longitud medida y la relación L/D se obtiene el diámetro del
digestor:
D m=
L m L m
=
 L/ D
7
A partir del diámetro se calcula la sección eficaz (S = π x D2/4) y, con este valor, el ancho de
manga comercial a emplear.
Por ejemplo, si se parte de un terreno disponible con unas dimensiones de 9 x 5 metros, se
tomaría la longitud mayor, 9 metros, como la longitud de nuestro digestor.
Con la longitud y la relación L/D = 7, se calcularía el diámetro:
D m=
L m 9
= =1,28 m
7
7
Como los rollos de polietileno tienen unos anchos comerciales fijos se acude a la Tabla 5 y se
selecciona aquel ancho de rollo que esté más próximo a nuestro diámetro calculado.
Ancho del rollo (m) Perímetro del digestor (m)
Diámetro del digestor (m)
1
2
0,64
1,25
2,50
0,80
1,50
3,00
0,96
1,75
3,50
1,12
2,00
4,00
1,28
De acuerdo con la Tabla 5, el ancho de rollo a seleccionar sería el de la manga de 2 metros.
En caso de que el diámetro obtenido fuera mayor tendría que considerarse la posibilidad
comentada de emplear dos mangas cortadas longitudinalmente y unidas mediante cinta
aislante adhesiva. Si el diámetro obtenido estuviera entre dos de los diámetros listados en la
tabla, se escogería un valor de ancho de rollo en función de la disponibilidad del material o del
coste del mismo.
Con el ancho de rollo seleccionado se acude a la Tabla 6 y se obtiene la sección eficaz:
23
Ancho del rollo Sección eficaz
(m)
(π x D2/4) (m2)
2,00
1,27
El volumen total del digestor se calcula entonces multiplicando la sección eficaz por la
longitud:
3
2
V T  m =S  m ⋅L m=1,27⋅9=11,43 m
3
Conocido el volumen total se calculan los volúmenes líquido y gaseoso:
V G m3 =0,25⋅V T  m3=0,25⋅11,43=2,85 m3
3
3
V L m3 = ⋅V T m3 = ⋅11,43=8,57 m3
4
4
La cantidad de estiércol que puede ser tratada entonces se calcula, tomando una relación
estiércol:agua de 1:3 y una temperatura de 20ºC (lo que, según la Tabla 3, proporciona un
tiempo de retención con mejora del fertilizante de 40 días), como:
Estiércol  kg / día=
1000⋅V L m3
1000⋅8,57
=
=53,57 kg /día=54 kg /día
 Agua :estiércol ⋅T r  días 13⋅40
La cantidad de agua a añadir será entonces de 54 x 3 = 161 L, por lo que la carga será:
Carga  L/día =54161=215 L/día
Las dimensiones de la zanja, según la Tabla 7, para el ancho de rollo seleccionado, serían:
Ancho
Longitud
rollo (m) (m)
2,00
1,0
1,45
1,15
9
Hay que recordar que debe cortarse un metro más de manga de polietileno para realizar el
amarre de las tuberías de entrada y salida al digestor.
La estimación del biogás producido se calcula, como en el ejemplo anterior, según sigue:
Q biogás m3 /día=0,27⋅ST⋅SV⋅Estiércol kg /día
Qbiogás  m3 / día=0,27⋅0,17⋅0,77⋅54=1,90 m3 /día=1900 L/día
Lo que resultaría en un tiempo para cocinar cada día de más de 14 horas, por lo que sería
24
interesante emplear el biogás no consumido como calefacción o iluminación.
Ejemplo de digestor diseñado según la disponibilidad de
terreno
Carga diaria: 54 kg de estiércol de vaca diluidos en 161 litros
de agua.
Volumen líquido:
8,57 m3
Volumen gaseoso:
2,85 m3
Volumen total:
11,43 m3
Ancho de rollo:
2,00 m
9,00 m
Relación L/D:
7,00
1,00 m
1,45 m
1,15 m
1 m3
metros de manga de
1,5 m.
Según la necesidad de biogás
Otro caso a considerar es el de personas que quieran diseñar su digestor para cubrir unas
necesidades diarias de combustible concretas. Tomando el caso de una familia que necesite
combustible para cocinar durante cuatro horas cada día y cuente con una explotación con
cinco vacas, se seguiría como:
Se considera un consumo de biogás de 130 L/hora, por lo que la cantidad de biogás necesaria
será de 130 L/hora x 4 horas = 520 L de biogás diarios.
Con el caudal de biogás puede obtenerse la cantidad de estiércol que habrá que alimentar al
digestor:
3
Qbiogás m /día
520
1000
1000
Estiércol  kg /día=
=
=14,71 kg /día=15 kg /día
0,27⋅ST⋅SV
0,27⋅0,17⋅0,77
25
Es decir, unos 15 kg/día de estiércol fresco de vaca (menos de lo que produce un animal de
300 kg diariamente, y algo más de lo que producirían dos vacas en caso de estar estabuladas
durante el ordeño o durante la noche).
Al ser ganado vacuno el estiércol se mezclará con tres partes de agua, es decir, 15 x 3 = 45 L
de agua diarios, resultando la carga total de entrada al digestor de 45 + 15 = 60 L/día.
Suponiendo, como en los ejemplos anteriores, una localidad con una temperatura media de
20ºC, el tiempo de retención con mejora del fertilizante, según la Tabla 3, será de 40 días.
Se calcula el volumen líquido del digestor:
V L  L=Carga  L/día⋅T r  días=60⋅40=2400 L
A partir de este se obtiene el volumen gaseoso:
V G  L=
VL
2400
 L=
=800 L
3
3
Y el volumen total resultará la suma de ambos:
V T  L=V L  LV G  L=2400800=3200 L
Para los 3200 L = 3,2 m3 se realiza una tabla para seleccionar el ancho de manga a emplear:
Ancho de rollo Diámetro Sección eficaz Longitud Relación
(m)
(m)
(π x D2/4) (m2) (VT/S) (m) L/D
1
0,64
0,32
10,00
15,62
1,25
0,80
0,50
6,40
8,00
1,50
0,96
0,72
4,44
4,62
1,75
1,12
0,97
3,30
2,95
2
1,28
1,27
2,51
1,96
El ancho de rollo que proporciona una relación L/D con un valor entre 5 y 10 es el
correspondiente a la manga de 1,25 metros. Se recuerda que habrá que cortar un metro más de
rollo para el amarre de las tuberías.
Las dimensiones de la zanja serán:
Ancho
Longitud
rollo (m) (m)
1,25
0,70
0,90
0,70
26
6,40
Ejemplo de digestor diseñado según la necesidad de
combustible
Carga diaria: 15 kg de estiércol de vaca diluidos en 45 litros de
agua.
Volumen líquido:
2,4 m3
Volumen gaseoso:
0,8 m3
Volumen total:
3,2 m3
Ancho de rollo:
1,25 m
6,40 m
Relación L/D:
8,00
0,70 m
0,90 m
0,70 m
1 m3
metros de manga de
1,5 m.
27
6 GUÍA DE INSTALACIÓN DE
BIODIGESTORES DE BAJO COSTO
En este punto se explican de forma detallada los pasos que se deben dar para lograr una
correcta contrucción y mantenimiento del digestor. Existen en la red otros manuales y vídeos,
los cuales se incluyen en la biliografía, que contemplan implementar digestores similares al que
aquí se expone. Por ello, se remite al lector o lectora a ellos en caso de necesitar ampliar
información o buscar alternativas concretas para la instalación en su localización.
Se explican también los materiales a emplear y el coste aproximado de los mismos en el caso
del digestor construido en la finca de la señora Josefa Valdivieso,* haciendo incapié de nuevo
en el bajo coste y su disponibilidad en cualquier ferretería o centro de venta de suministros
agrícolas.
Digestor/Gasómetro
6.1 Materiales necesarios y costo estimado de los mismos
Material
Unidades Precio
Precio
/Digestor /Unidad ($) /Digestor ($)
Polietileno tubular de 2 metros de
ancho de manga y 300 µm de espesor
20
m
1,50
$/m
30,00
Polietileno tubular de 1,5 metros de
ancho de manga y 300 µm de espesor
4
m
0,80
$/m
3,20
Adhesivo de polietileno y PVC
1
Tubería de PVC de 2"
2
Abrazaderas metálicas de 2"
3
3,65
10,95
3
2,01
6,03
Bushing reductor de 1" a ½"
1
0,60
0,60
Cinta aislante
1
2,50
2,50
Subtotal
11,22
m
9,10
11,22
$/m
18,20
82,70
28
Conducción de biogás
6 GUÍA DE INSTALACIÓN DE BIODIGESTORES DE BAJO COSTO
Material
Unidades Precio
Precio
/Digestor /Unidad ($) /Digestor ($)
Tubería Flex de PVC de 1"
100
m
0,54
$/m
54,00
Tubería de PVC de ½"
0,2
m
1,21
$/m
0,24
Niple de 10 cm y 1"
6
0,90
5,40
Válvula de bola de PVC de 1"
4
3,25
13,00
1
2,01
2,01
Codos de PVC de 1" a 90º
5
1,00
5,00
Adaptador hembra de PVC de 1"
2
0,40
0,80
Adaptador macho de PVC de 1"
1
0,40
0,40
Adaptador macho de PVC de ½"
1
0,16
0,16
Bushing de PVC de 1" a ½"
2
0,80
1,60
Tapón roscado de PVC de 1"
2
0,50
1,00
Tee de PVC roscada de 1"
7
1,10
7,70
Codo flex 1"
1
0,35
0,35
Estropajo
1
0,30
0,30
Teflón
1
0,90
0,90
Cocina
(en caso de emplear
dos fogones metélicos)
Subtotal
129,84
Tubo de metal HG de ½"
1
m
1,91
$/m
1,91
Bushing de PVC de 1" a ½"
1
0,80
0,80
Codo de metal HG de ½" a 90º
4
0,35
1,40
Válvula de bola de metal HG de ½"
2
9,60
19,20
Adaptador macho de PVC de ½"
1
0,16
0,16
Tee de metal HG de ½"
1
0,80
0,80
Subtotal
24,27
TOTAL
236,81
Tabla 8: Lista de materiales y coste estimado de los mismos
Existen también materiales sin coste específico, tales como: sacos viejos y tela de saco,
alambre, estacas de madera, clavos, tarraja, serrucho, machete, llave de tubo, tijeras, empaques
de caucho y liga de neumático.
6.2 Selección de la ubicación del digestor
El digestor estará alojado en una fosa para que se pueda aprovechar el suelo como aislante
térmico y para que este proporcione protección a los materiales. La situación de la zanja debe
estar en un punto intermedio entre la cocina o el lugar al que vaya a ser destinado el biogás y el
29
lugar donde esté estabulado o duerma el ganado, para evitar costes en las conducciones y para
facilitar la recogida y transporte de estiércol mediante lavado, recogida en carretillas o
mediante cualquier otro método.
El digestor tampoco debe interrumpir el camino de animales o personas y debe estar alejado
de árboles para evitar la caída de ramas que pudieran dañarlo. En caso de que pueda realizarse,
es conveniente situar algún techado sobre el mismo para protegerle de la luz directa del sol, de
la lluvia y de los objetos que pudieran caer.
Por la experiencia en la instalación del digestor en Jipiro Alto la cuidada selección de la
ubicación debe tener en cuenta un factor que muchas veces puede desconocerse a priori: la
humedad del terreno. Un terreno con mucho agua acumulada puede repercutir en que las
paredes de la zanja se derrumben, por lo que deben comenzarse de nuevo los cálculos y
búsqueda de una nueva ubicación. En este tipo de terrenos puede implementarse un sistema
de drenaje sencillo en forma de espinas de pescado como se comentará en el siguiente punto.
Es importante delimitar el área a excavar con estacas y, en caso de que se tenga, con cal.
Figura 6.1: Selección de la ubicación del
digestor
Se delimita el área a excavar con cuatro estacas y cal
según la medida calculada de la zanja.
6.3 Construcción de la zanja
Una vez que se ha seleccionado la ubicación se procede a cavar la zanja. Esta depende del
ancho de rollo seleccionado en el dimensionamiento.
30
Ancho del Profundidad, Ancho superior, Ancho inferior,
rollo (m) H (m)
as (m)
ai (m)
1
0,60
0,70
0,60
1,25
0,70
0,90
0,70
1,50
0,80
1,00
0,90
1,75
0,95
1,25
1,00
2,00
1,00
1,45
1,15
Durante la construcción se deben tener en cuenta una serie de consideraciones: las cuatro
paredes de la zanja deben tener cierta pendiente, es decir, tener forma achaflanada, evitando
así que se produzca el derrumbe de las mismas.
La zanja tendrá, por lo tanto, un volumen definido por un ancho inferior y otro superior del
perfil, una longitud superior e inferior, y una profundidad determinada.
Ls
H
as
Li
ai
Figura 6.2: Dimensiones de los perfiles en una zanja genérica
Para la entrada de materia prima y la salida del biol se deberán disponer dos canales con una
inclinación de unos 45º para facilitar dicha entrada y salida por gravedad.
El suelo de la zanja no debe presentar desniveles y debe ser firme, evitando la presencia
piedras y otros elementos cortantes, como raíces. Se pueden proteger el suelo y las paredes
con telas viejas, paja, plásticos, etc.
A la hora de excavar la zanja hay que considerar el hecho de emplear una máquina
retroexcavadora o de realizar el trabajo con picos y palas. La elección depende del volumen del
terreno a excavar y del coste del alquiler de la máquina. Generalmente, la excavación de la
zanja puede realizarse con retroexcavadora, habiendo delimitado correctamente el terreno, en
una hora, aproximadamente. El coste del alquiler, en Loja, es de 20 dólares por hora de
trabajo. En caso de que el volumen de tierra removido sea muy grande y haya que depositar la
tierra en una nueva ubicación o sea necesaria la presencia de una volqueta para su traslado el
coste se encarece hasta unos 40 dólares.
Drenaje en forma de espinas de pescado
Cuando se trabaja en terrenos que filtran mucho agua puede realizarse este sistema sencillo
para evacuarla.
31
Para el drenaje en forma de espinas de pescado se emplean tuberías de PVC de 3", tuberías de
PVC de 2", yees de 3" reductoras a 2" y un codo de PVC de 3" x 45º, cortando las tuberías
según las dimensiones de la zanja.
Se dispone el sistema según la diagonal inferior de la zanja, con una ligera pendiente, según
puede observarse en la fotografía, de tal forma que la tubería de 3" recorra la diagonal y las de
2" se conecten mediante las yees a ella:
Figura 6.3: Drenaje en forma de espinas de
pescado
Se coloca la tubería de 3“ a lo largo de la diagonal de la
zanja y la de 2“ conectada con las yees a la primera.
Después se realizan agujeros a lo largo de la tubería y se
cubre todo con una capa de grava y arena, evitando que
existan desniveles en la zanja.
Colocadas las tuberías se le realizan agujeros con un hierro calentado previamente o con
alguna broca. Se cubren entonces las tuberías con una ligera capa de grava y otra de arena,
evitando que aparezcan desniveles en la zanja.
Hecho esto, se arrancan todas las raíces que sobresalgan de la zanja y se eliminan las piedras
que pudieran dañar el digestor. Se colocan los sacos viejos, plásticos y telas a lo largo de toda
la zanja, incluido el fondo, para garantizar la protección de la misma.
La construcción del drenaje no es estrictamente necesaria: depende de las propiedades del
terreno, por lo que una correcta selección de la ubicación evita que deban implementarse estos
sistemas.
32
6.4 Construcción del digestor
Preparación y construcción del digestor
Para la construcción del digestor se extiende la manga de polietileno sobre una superficie libre
de piedras o raíces, preferiblemente césped, o sobre algún plástico que evite que la manga se
dañe durante su manipulación. Es importante esto ya que la más mínima grieta arruinaría las
condiciones estancas del digestor, por lo que no se produciría biogás.
Figura 6.4: Manga de polietileno extendida
La manga de polietileno debe extenderse sobre una
superficie que no tenga elementos cortantes, evitando la
aparición de arrugas y de torsiones cuando se introduzca
una manga en el interior de la otra, creando la doble
película de plástico.
Una vez que la manga esta extendida se eliminan todas las arrugas que pudieran presentarse.
Se corta esta de acuerdo a las dimensiones del digestor calculadas en los pasos anteriores
teniendo cuidado de cortar un metro más de manga para el posterior amarre de las tuberías de
entrada y salida. Al venderse el polietileno en rollos de 50 metros, es preferible que sea en el
propio establecimiento donde se compre donde ya se corte la manga según la dimensión
deseada.
El digestor es de doble manga, por lo que debe introducirse una en el interior de otra. Para
ello, una persona sin zapatos toma uno de los extremos de las mangas y se desplaza por el
interior de la otra. Realizado esto se tendrán las dos mangas de polietileno de igual longitud,
33
una en el interior de la otra, creando una única manga de doble capa. Es importante que no se
produzcan torsiones cuando se introduce la manga y que, una vez realizado dicho paso, se
intenten eliminar de nuevo las arrugas existentes. En caso contrario, una vez cargado el
digestor, esto no podría realizarse.
Colocación de la salida de biogás
La salida de biogás se dispone a una distancia algo menor de la longitud del digestor desde la
entrada. Por ejemplo, si la longitud de las mangas cortadas es de 10 metros, incluyendo el
metro de rollo para amarrar las tuberías, la salida se colocaría a unos cuatro metros y medio
contando desde el punto de alimentación al digestor. Esto se hace así por si existiera algún
tipo de desnivel en la zanja, para que el biogás no se acumule en la parte final del digestor y
pueda ser evacuado.
Para realizar la salida del biogás deben cortarse previamente dos trozos de caucho blando,
preferiblemente de neumáticos usados. Entonces una persona se introduce nuevamente en la
doble manga con una llave de tubería. Desde fuera, otra persona realiza un pequeño ajuguero
con unas tijeras a la distancia seleccionada (es mejor que el agujero sea pequeño y se vaya
ampliando poco a poco en caso necesario) y desde el interior se ajusta el caucho y la salida de
conexión de tanque de 1" o pasamuros (que ya incluye dos discos de caucho rígidos). El
sistema, desde el interior al exterior, será:
Pasamuros – Disco rígido de caucho – Disco blando de caucho – Doble manga de polietileno
– Disco blando de caucho – Disco rígido de caucho – Pasamuros.
Figura 6.5: Salida de biogás
En la colocación de la salida de biogás debe seguirse el siguiente esquema:
Pasamuros – Disco rígido de caucho – Disco blando de caucho – Doble manga – Disco
blando de caucho – Disco rígido de caucho – Pasamuros. Se asegura todo el
conjunto con llaves de tubo desde el interior y el exterior de las mangas de
plástico.
34
El sistema se ajusta firmemente con la llave de tubo desde el interior y con otra desde el
exterior para lograr las condiciones estancas en el interior del digestor.
Tanque de alimentación
La colocación de un tanque en el que diluir la mezcla no es un paso imprescindible, ya que esta
puede realizarse empleando varios baldes directamente alimentados a la tubería de entrada:
todo depende de la cantidad de estiércol a emplear y del agua de mezcla. Se debe considerar el
coste del depósito y de las conexiones de salida del tanque.
Un tanque apropiado es aquel que tenga unos 30 o 50 galones de volumen y sea de polietileno
rígido. Con ayuda de alguna herramienta para hacer agujeros se realiza una abertura en la parte
inferior del depósito del tamaño de la tubería de entrada al digestor.
El parámetro que suele ser limitante es el diámetro del accesorio de salida del tanque, que
suele encontrarse normalmente en dimensiones de 2" o 3". En caso de encontrar pasamuros
de mayor diámetro es preferible emplearlos, aun a riesgo de necesitar una válvula a la salida del
tanque de mayor tamaño y, por lo tanto, de mayor coste. De esta forma se evita que pudieran
producirse incrustaciones o atascos en la tubería de alimentación.
En el interior del tanque puede disponerse una malla metálica alrededor del perímetro que
elimine los sólidos más grandes que pudieran acompañaran al estiércol. También es preferible
realizar una preselección del estiércol a añadir evitando la presencia de raíces, tallos, piedras y
cualquier otro elemento que tarde mucho en biodegradarse.
Para realizar la salida del tanque se emplea un pasamuros de 2" (o 3", en caso de encontrarse),
tres empaques de caucho para proporcionar estanqueidad, un niple de PVC de 10 cm y 2" (o
3"), una válvula de bola de 2" (o 3"), y un nuevo niple de 10 cm y 2" (o 3"). El conjunto se
conectará a la tubería de entrada del digestor. En caso de ser necesario, se emplearían codos de
2"x45º o 3"x45º.
35
Figura 6.6: Tanque de alimentación
Deben seleccionarse tuberías de salida del tanque lo
mayor posibles para evitar incrustaciones y atascos en las
mismas. El parámetro que limita el tamaño de las
tuberías es el diámetro del pasamuros de salida del
tanque.
6.5 Instalación del digestor
Una vez que se tiene la manga extendida se amarran las tuberías de entrada y salida. Esto
puede hacerse en el lugar donde se ha cortado la manga, lo cual es preferible, o ya en la zanja
protegida previamente. En cualquier caso, para su traslado es deseable que haya varias
personas que eviten en todo momento que el plástico se roce y pueda deteriorarse.
Tuberías de entrada y salida de lodos
La altura de la zanja determina el nivel de líquido en el interior del digestor. Se dispone la
tubería de salida de tal forma que la parte inferior de la boca de salida coincida con la altura de
la zanja, cortándose la conexión a medida. Se protegen entonces los bordes de salida de las
tuberías con cinta aislante para evitar que dañen la manga cuando estas se dispongan en el
digestor.
Para amarrar la tubería de salida esta se introduce en el interior de la doble manga unos 80 cm.
Se pliega el rollo en forma de acordeón, según se ve en la fotografía.
36
Figura 6.7: Plegado de la manga en forma de acordeón
Mientras una persona pliega la manga otra la sujeta de tal forma que
permanezca centrada y no se provoquen torsiones.
A unos 50 cm del comienzo del plástico comienza a amarrarse la manga a la tubería
empleando liga de neumático, superponiendo una vuelta con la anterior. Se amarran 10 cm
más de liga de neumático para asegurar la estanqueidad. Quedará así una parte de la tubería
libre, 10 cm de tubería con liga de neumático sin polietileno amarrado, 50 cm de tubería con
plástico amarrado con liga de neumático y el resto de tubería sin amarrar en el interior del
digestor. El conjunto se afirma entonces con abrazaderas metálicas de 3".
Figura 6.8: Tubería de entrada al digestor
Para el amarre de las tuberías se emplea liga de neumático superpuesta, de
tal forma que se logre un conjunto aislado por el que no pueda entrar aire.
37
El proceso se realiza de forma idéntica en la tubería de entrada al digestor, con la
particularidad de que la longitud de tubería a cortar debe ser la adecuada para luego poder
hacer la conexión con el tanque de alimentación, en caso de que este se emplee.
Las tuberías se sujetan a alguna estaca o con alguna cuerda ya que, cuando el digestor se
comience a cargar, tirará de las tuberías, descolocando la posición de las mismas.
El extremo de la tubería de salida se cubre entonces con un plástico y cinta aislante para evitar
la entrada de aire al digestor hasta que el llenado se haya realizado.
6.6 Línea de biogás
Colocación de la salida de biogás
Una vez que se ha realizado la conexión de la salida de biogás en la manga esta se conecta con
una tubería de PVC de 1" de diámetro y la longitud adecuada para conectarla posteriormente a
la válvula de seguridad, considerando que el digestor, una vez que comience a producirse el
biogás, se hinchará, por lo que la manga subirá.
Esta tubería se mantiene en posición elevada, empleando postes o sujeta a alguna pared
cercana. En caso de que la tubería no tenga un recorrido recto se emplearán codos cuando
sea preciso. El sistema se ajusta firmemente con una llave de tubería para evitar fugas,
empleando teflón en las conexiones.
Figura 6.9: Salida de biogás
A la hora de calcular el tamaño de tubería a cortar para realizar la salida de
biogás es necesario estimar la altura a la que se le elevará la manga de
polietileno una vez que el gase se produzca.
38
Válvula de seguridad
La válvula de seguridad permite que, en caso de que no se consuma biogás, este tenga un
camino por el que poder evacuarse, evitando también la entrada de oxígeno al proceso.
Su colocación debe ser cercana al digestor para que así pueda apreciarse si se requiere algún
tipo de mantenimiento. Se puede sujetar más firmemente empleando algún palo insertado en
la tierra o en alguna viga cercana con algún clavo.
Se realiza con una botella de agua transparente de 5 litros de volumen, a la cual se le realiza un
corte en la parte superior, que permite ir rellenando de agua la válvula a medida que esta se
evapora (o se puede realizar esto mismo a través del agujero del tapón en el caso de emplear
botellas grandes que lo permitan) y facilita la salida del biogás no consumido; y,
opcionalmente, una serie de huecos alineados alrededor de algo más de la mitad de la altura
del recipiente que aseguren un nivel constante de líquido en caso de que se produzcan lluvias y
la válvula no se encuentre bajo techo.
A la salida de la conexión de biogás proveniente del digestor se le acopla una tee de 1" con
reducción a ½". Tendremos así, en un extremo, la entrada de biogás que sale del digestor; en
otro, la tubería de ½" que entra a la válvula de seguridad; y, en el tercer extremo, una nueva
conducción que permite que el biogás se transporte hacia los futuros usos.
La tubería que se introduce en la válvula debe permanecer sumergida en el agua a una
profundidad que depende de la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentre instalado el
digestor: a mayor altura, menor es la presión y, por lo tanto, menor es la profundidad a la que
debe estar sumergida la tubería. Asimismo, cuanto mayor sea la distancia comprendida entre
la válvula de seguridad y la zona a la que vaya destinado el biogás mayor deberá ser la presión
necesaria y, por lo tanto, el tubo deberá estar situado a una mayor profundidad en el agua de la
válvula. Aun así, esta presión puede determinarse fácilmente realizando pruebas de
combustión del biogás en la zona destinada a su uso, evaluando la 'fuerza' de la llama
producida.
En el interior de la conexión que se introduce en la válvula de seguridad es conveniente situar
algún elemento que retenga el ácido sulfhídrico que acompaña al biogás, minimizando los
olores; y evitando también que pueda producirse una combustión indeseada en el circuito. Se
emplea lana de acero, material del que están hechos los estropajos de la limpieza de las baterías
de cocina: las limaduras del hierro reaccionan con el sulfhídrico contenido en el gas y
producen sulfato de hierro, que es inocuo. El estropajo debe cambiarse cada 6 meses.
A la salida de la válvula se sitúa una llave de paso todo-nada que permita aislar el conjunto
digestor-válvula de seguridad en caso de que fuese necesario por motivos de mantenimiento o
modificaciones del circuito.
39
Figura 6.10: Válvula de seguridad
Es necesario atender a un correcto mantenimiento de la válvula de
seguridad, atendiendo al cambio periódico del estropajo en la tubería que se
se introduce en el agua cada seis meses, y vigilando que el nivel de agua en
el interior de la botella sea suficiente.
Conexión de biogás al futuro uso
Las conexiones hacia los futuros usos deben ser aéreas, empleando manguera flex de 1" y 72
psi, como las que suelen usarse en aplicaciones agrícolas en el transporte de agua. La longitud
de la manguera, generalmente se vende en rollos de 100 metros, será la necesaria hasta el lugar
donde vaya a destinarse el biogás.
40
Figura 6.11: Conexión aérea del biogás hacia
el uso final
En los puntos inferiores de la conexión deben
disponerse tees con fondo roscado para evacuar el
condensado de agua que pudiera acumularse.
Es necesario purgar el agua que pudiera condensarse y acumularse en los puntos inferiores de
las conexiones, al estar situadas estas en posiciones elevadas, ya que este agua podría llegar a
impedir el tránsito del biogás. Para asegurar la purga se colocan en los puntos inferiores tees
de 1" con fondo roscado donde se situará un tapón, eliminando el agua mediante la apertura
de dicho tapón periódicamente o en caso detectarse una combustión ineficiente en la cocina.
Gasómetro
El gasómetro se emplea para asegurar una cantidad suficiente de biogás en caso de que la
demanda aumente o la producción descienda, y para aumentar la presión en caso de que esta
disminuya.
Debe situarse cerca del lugar donde vaya a ser empleado el gas, en zonas alejadas del fuego y
elementos cortantes, y protegido de la exposición directa de los rayos solares y del viento.
El gasómetro se dimensiona para un volumen cercano a 1m 3 de biogás. En este caso, se usaría
una manga de polietileno de 1,5 metros de ancho de rollo. Se cortarían 2 metros, empleándose
uno de los dos metros para el gasómetro propiamente dicho, y el metro restante para amarrar
las conexiones de entrada y salida del mismo.
41
Una vez que se tiene dimensionado el volumen gas que queremos almacenar y la longitud total
de la manga se procede a su corte. Se realiza una entra y una salida exactamente iguales a las
que se hicieron en el digestor: se pliegan entonces los extremos en forma de acordeón y se
cierran con una selladora de plásticos, con liga de neumático, cinta aislante o abrazaderas
metálicas, teniendo cuidado en que los laterales de ambos lados del gasómetro no presenten
fugas.
De cara a situar el gasómetro en posición elevada se pueden plegar y amarrar uno de los
extremos en torno a alguna pieza hueca en la que luego se pueda disponer de algún gancho
con el que sujetar el digestor en el techo del lugar elegido para su ubicación.
Sellados los extremos la única entrada al gasómetro es la realizada anteriormente. Para la
consexión con la línea de biogás procedente de la válvula de seguridad se emplea una nueva
tee, con una salida al gasómetro y la otra al destino final al que se destina el biogás. En este
último tramo se coloca una nueva válvula de bola que aisle el circuito en caso de fuga o rotura
del gasómetro.
En caso de caída de la presión en el futuro uso al que vaya destinado el biogás puede ponerse
en el extremo inferior del gasómetro una pequeña liga, similar a un cinturón, que pueda
apretarse para lograr aumentar la presión en el gasómetro y, por lo tanto, en el circuito.
Figura 6.12: Gasómetro recién instalado
Uso final del biogás
Las aplicaciones a las que se destina principalmente el biogás son su uso como fluido
42
sustitutivo del gas natural y del butano o leña en las cocinas y como fluido calefactor en
duchas. Adicionalmente puede emplearse en iluminación con lámparas de gas comerciales
previamente adaptadas.
Generalmente la conducción de biogás que sale del gasómetro termina en los fogones de la
cocina. Para la conexión de esta salida a la cocina existen dos alternativas:
•
Se emplean tuberías de PVC de 1" a la salida del gasómetro hasta la cocina. El sistema
resultante antes del quemador se aisla nuevamente con una llave de bola de PVC de
1". Los fogones están construidos con tuberías de material metálico para soportar las
temperaturas de la llama. A la salida de la llave de bola se sitúa la tubería metálica de 1"
y, empleando un codo también de material metálico de 1", se orienta la tubería de tal
forma de que la salida del tubo, que hará las veces del quemador, quede en posición
vertical. El tubo quemador generalmente será de ½", por lo que habrá que usar un
reductor metálico de 1" a ½" en el acople de los tubos. En el caso de que exista más de
un quemador puede emplearse una tee a la salida de la llave de bola duplicando el
circuito anteriormente comentado.
Para apoyar en los fogones los utensilios empleados en la cocina, tales como ollas o
sartenes, puede emplearse una rejilla metálica o de material cerámico con una altura tal
que permita un correcto calentamiento de la llama.
•
Otra alternativa es emplear, en caso de que exista cocina en la vivienda, una manguera
de gas de 12 mm de diámetro conectada directamente a los fogones. Para adaptar la
salida del gasómetro a la cocina se emplean un codo flex de 1" x 90º, un adaptador flex
de 1", una llave de paso de 1" a ½", un reductor flex de ½" a 12 mm, dos metros de
manguera flex reforzada para gas de 60 bar y 12 mm de diámetro, abrazaderas
metálicas de 1" y alambre de amarrar para sujetar las tuberías de entrada y salida del
gas en la llave.
Figura 6.13: Llave de paso del biogás en la cocina
43
6.7 Primera carga del digestor
Una vez que se ha hecho la conexión de la salida del gas a la válvula de seguridad y se ha
cerrado la llave de paso, aislando el conjunto (no es cesario haber realizado todas las
conexiones de biogás en este momento, ya que la producción del gas se demora unas
semanas), se realiza la primera carga del digestor.
Se adiciona la mezcla de estiércol diluido al tanque de alimentación (o empleando baldes
alimentados a la tubería de entrada directamente), no necesariamente en las proporciones
calculadas. Es importante acumular estiércol fresco durante los días anteriores a la carga,
alimentando entre siete y diez carretillas, evitando la entrada de materiales difícilmente
degradables.
Una vez que se ha hecho esto, se comienza a cargar diariamente el digestor según la cantidad
de estiércol y agua calculadas.
Figura 6.14: Primera carga del digestor
6.8 Construcción del techado y cercado del digestor
De cara a proteger la manga de polietileno de los posibles objetos que pudieran caer en la
zanja y de los animales de la granja se puede construir un techado y un vallado de madera
alrededor del digestor.
El uso del techado no es estrictamente necesario: la correcta ubicación del digestor permite
seleccionar zonas libres de árboles cercanos y demás objetos que pudieran dañar la manga.
Solo en el caso de trabajar a temperaturas ambiente bajas, unos 10 o 12ºC, sería conveniente
emplearlo, más que por cuestiones protectoras, por el mantenimiento y calentamiento de la
temperatura del residuo en el interior del digestor. En su construcción puede emplearse el
mismo polietileno utilizado en las mangas o madera o materiales de producción local; el uso
de materiales metálicos encarece notablemente el precio.
El cercado alrededor de la zanja sí es muy recomendable para evitar la caída de animales y
44
posibles daños al digestor.
Esto último es especialmente importante: durante la construcción del techado pueden
producirse caídas de objetos que dañen la manga y produzcan fugas de gas en el digestor. Por
ello, es recomendable cubrir el plástico con tela de saco para evitar cualquier desperfecto.
Figura 6.15: Techado del digestor y vallado de la zanja
En caso de que se produjeran fugas o se tuviera la sospecha de que existen (bien por el olor
del biogás o por ver la manga poco hinchada) debe rociarse sobre la manga agua jabonosa en
el lugar donde se cree que está la fuga, viendo si se producen pequeñas burbujas: esto indica
que se está produciendo el escape de gas. Las fugas pueden parchearse con cinta adhseiva
dispuesta en cruz sobre el agujero.
6.9 Mantenimiento diario y otras consideraciones
Debe atenderse al mantenimiento comentado en los puntos anteriores: nivel de agua en la
válvula de seguridad, purgado de las conexiones, estado de apertura de las válvulas, cambio del
estropajo cada seis meses, etc.
Si el digestor está situado en una ladera se deben construir excavaciones paralelas a la zanja
para desviar el agua de la lluvia, evitando así la inundación de la misma. Cuando existen estas
lluvias deben taparse las tuberías de entrada y salida del digestor para impedir que pudiera
introducirse agua por las mismas, en caso de no haber empleado tanque de alimentación en la
entrada.
No se debe introducir estiércol seco o grandes cantidades de estiércol fresco sin diluir para
evitar la acumulación de sedimentos en el fondo de la manga.
Debe evitarse que el agua de lavado de los establos, en caso de emplearse, contenga sustancias
detergentes, ya que inhibirían el proceso.
A la salida del digestor, en caso de que pudiera ser necesario, puede disponerse una válvula que
45
regule el caudal de salida del líquido, purgando asimismo el digestor y pudiendo ajustar los
volúmenes líquidos y gaseosos, en caso de que el acabado de la zanja hubiera sido deficiente y
las dimensiones no fueran las de diseño. No es necesario más que disponer una válvula de bola
de PVC del diámetro de la tubería de salida a la altura de la zanja calculada inicialmente (que
marca el nivel de los líquidos en el digestor), empleando codos para canalizar la salida de
líquido.
Figura 6.16: Tubería de salida con válvula instalada
46
7 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Existen multitud de fuentes que tratan el tema de la digestión anaerobia. Se han seleccionado
aquellas que hacen referencia al uso de digestores anaerobios de bajo costo empleando
tecnologías apropiadas y, más concretamente, aquellas que emplean digestores de flujo pistón
como el aquí presentado.
Los dos textos más destacables y a los que se debe acudir en caso de duda o buscando ampliar
cualquier información son los siguientes:
•
Botero Rand Preston T. R., 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible
y fertilizante a partir de excretas.
Disponible en: http://www.utafoundation.org/publications/botero&preston.pdf
(castellano).
•
Martí Herrero, Jaime, 2008. Guía de diseño y manual de instalación de biodigestores
familiares.
Disponible en: http://www.cedecap.org.pe/uploads/biblioteca/10bib_arch.pdf
(castellano).
Manuales de instalación
•
Bui Xuan An, Rodríguez L., Sarwatt S V, Preston T. R.. and Dolberg F, 1997.
Installation and performance of low-cost polyethylene tube biodigesters on small-scale farms.
Disponible en:
http://www.fao.org/ag/AGA/agap/frg/feedback/war/W5256t/W5256t06.htm
(inglés).
•
Lylian Rodrígue, Preston, T.R. Biodigester installation manual.
Disponible en:
http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRICULT/AGA/AGAP/FRG/
Recycle/biodig/manual.htm (inglés).
Páginas web de interés
•
Rural Costa Rica: http://www.ruralcostarica.com/biogas.html (castellano).
Vídeos en internet
•
Construcción de un biodigestor (parte 1): http://www.youtube.com/watch?
gl=ES&hl=es&v=hjoSNv_plZQ (inglés).
•
Construcción de un biodigestor (parte 2): http://www.youtube.com/watch?
gl=ES&hl=es&v=_EGBedmljM0 (inglés).
•
Construcción de otro biodigestor en Bolivia: http://www.youtube.com/watch?
gl=ES&hl=es&v=3Sl0XEN5Bgo (castellano).
47
7 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Otros
•
Avendaño Allen-Perkins, Diego, 2010. Diseño y construcción de un digestor anaerobio de
flujo pistón que trate los residuos generados en una explotación ganadera de la localidad de Loja,
Ecuador, empleando tecnologías apropiadas. Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales de Madrid, Universidad Politécnica de Madrid.
48

diseño y construcción de un digestor anaerobio de flujo

Transcripción

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