Reconstrucción de un biodigestor (página 2)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Las tareas acometidas para darle solución al problema fueron:

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

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

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

REPARACIÓN Y PUESTA A PUNTO DEL BIODIGESTOR.

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

Reparación del biodigestor.

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

1. Limpieza de los alrededores del digestor: se realizó por medio de la recogida de piedras y basura, la chapea y el decepe manual, con el objetivo de crear las condiciones necesarias para trabajar adecuadamente en el lugar y eliminar pequeños arbustos que pudieran ocasionar daños a los neumáticos de tractores y automóviles que se utilizarían en la zona. El tiempo empleado para esta labor fue de 8 hombres-horas.

   La prueba se realizó durante dos días con resultados satisfactorios. La campana mostraba un buen estado de conservación, a pesar del tiempo de uso, y de no estar recubierta con ningún material anticorrosivo. Después de la prueba de hermeticidad la campana se extrajo totalmente del biodigestor.

2. Prueba de hermeticidad de la campana: para ello se elevó la campana almacenadora hasta su máxima altura sobre el estiércol viejo que contenía el biodigestor, con el uso de un tractor YUMZ-6M grúa con el objetivo de hacer una prueba de hermeticidad a la campana. Se abrió la llave del depósito de gas para hacer más fácil el levantamiento de la campana y se cerró cuando la misma estuvo a su máxima altura.

   Se trabajó del modo siguiente: se extrajo el agua de la superficie, se coloco la soga amarrada a los conductos de entrada del afluente y salida del efluente, sujetando la tabla encima de la soga, en el interior del digestor, para poder descender extrayendo el estiércol. Para ello fue necesario empujar con las manos las cubetas para poder llenarlas, ya que el estiércol forma una masa compacta y húmeda. Al llegar al tope de la campana almacenadora de gas, que sirvió de apoyo, para continuar el trabajo de limpieza se colocó un apoyo en el fondo del digestor para continuar el trabajo desde esa posición.

   Prueba de hermeticidad del biodigestor: se realizó llenándolo con agua hasta su máxima altura, dejándolo Después de la extracción del estiércol, se limpió el fondo, el cual se encontraba altamente desgastado, aparentemente por la acción ácida de la mezcla que existía en su interior. Para esta labor se empleo agua, y una frazada para extraer el agua junto con los restos del fondo del biodigestor, utilizando las cubetas. El tiempo empleado fue de 3 hombres-horas.

3. Limpieza interior del digestor: se realizó con el objetivo de comprobar si el mismo se encontraba apto para su utilización. Dentro del biodigestor se encontraba una capa de agua, con una profundidad de 90 cm, debajo de la cual había estiércol con una alta consistencia. La limpieza se realizó con la participación de dos hombres, durante un tiempo de 8 horas, utilizando para su trabajo sogas, cubetas con una capacidad de 20 litros y una tabla para descender al interior del digestor.

   La extracción del agua se realizó con los medios explicados anteriormente, empleándose un tiempo de 7 hombres-horas.

4. reposar durante siete días, al término de los cuales se comprobó el nivel de agua en el digestor. Con esto comprobamos que el biodigestor tenía filtraciones, aparentemente por el fondo, ya que el resto del mismo se observaba en buen estado. Para esta prueba se utilizó el agua de alimentación de la vaquería, haciéndola llegar por medio de una manguera, tomando un tiempo de llenado de 4 horas.
5. Sellaje del fondo del biodigestor: para ello se efectuaron los siguientes pasos:

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

del biodigestor.

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

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

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

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

Puesta a punto del biodigestor.

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

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

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

Nivel de producción del biodigestor.

• Calculo del volumen del biodigestor (Vd).

donde: D: diámetro del digestor (m).

h: altura útil del digestor (m).

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

donde: TR: tiempo de retención (días).

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

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

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

Impacto social de la puesta a punto del biodigestor.

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

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

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

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

CONCLUSIONES

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

RECOMENDACIONES

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

BIBLIOGRAFÍA

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

Biografía Autor:

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

Este trabajo se realizo en la provincia Ciego de Ávila, Cuba en el año 2003.

Autor:

Ing. Prof. Jesús Alegría Díaz

UNIVERSIDAD DE CIEGO DE ÁVILA

FACULTAD DE INGENIERÍA

(Ciego de Ávila, Cuba, 2003)