TRABAJO PRÁCTICO DE FÍSICA - BIOGÁS
INTRODUCCIÓN: Para hablar de biogás primero debemos
describirlo como una energía alternativa es decir aquellas fuentes energéticas
que no son utilizadas habitualmente o no forman parte de los procesos
tradicionales para obtener ciertos componentes útiles para la vida del ser
humano.
Los precios
de la energía en la actualidad son extremadamente caros y por eso los sectores
más dependientes de estos recursos emplean nuevos modos para producir la
materia que luego van a consumir. Una forma para disminuir los costos y utilizar
componentes sobrantes es el aprovechamiento del biogás que a diferencia de
otros métodos es muy limpio y poco contaminante para la atmósfera.
¿Qué es el biogás?
El biogás es un gas combustible
que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos
(biodigestores), por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica,
mediante la acción de microorganismos
, bacterias y otros factores, en ausencia de oxígeno.
¿Cómo se
obtiene?
El biogás es generado
por la naturaleza, pero para que el hombre lo pueda adaptar a sus necesidades
se utiliza la producción por descomposición anaeróbica que es un modo
considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de
valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de
suelo o abono genérico.
Para la obtención de biogás se puede utilizar como materia prima las heces de
animales; la cachaza de la caña de azúcar; los residuos de mataderos,
destilerías y fábricas de levadura, pulpa vegetal y materia vegetal seca. Se
recomienda también no utilizar químicos o frutas cítricas ya que es un gran
problema para la fermentación y el biodigestor no puede llegar a soportarlo.
Producto de este
proceso y siempre teniendo el cuenta el tipo de tecnología utilizada y del
sustrato digerido, se obtiene una mezcla constituida por metano, generalmente
en una proporción que oscila entre un 40% y un 70%, y dióxido de carbono,
conteniendo pequeñas proporciones de
otros gases (hidrogeno, nitrógeno, oxigeno y sulfuro de hidrogeno).
Condiciones
para la obtención de metano dentro del biodigestor:
·
Temperatura entre los 20 y los 60 grados
centígrados.
·
pH (nivel de acidez/alcalinidad) alrededor
de 7
·
Ausencia de oxigeno
·
Gran nivel de humedad
·
Presencia de materia orgánica (en trozos lo
más pequeños posibles)
·
Equilibrio de carbono-nitrógeno
La temperatura es muy importante para la
producción de biogás y por ello son ideales los climas tropicales, si se
obtienen menos de 20 grados centígrados la obtención de biogás tendera a
disminuir. Se recomienda que si no se alcanzan esos niveles de temperatura, se
instalen sistemas de calefacción o diversas alternativas posibles.
Historia:
Se sabe que el hombre
conoce desde muy antiguo la existencia del BIOGAS, pues este se produce en
forma natural en los pantanos, de allí que se lo llama gas de los pantanos.
En
1808 Humpry Dhabi produce gas metano (principal componente del biogás) en un
laboratorio. Se toma este acontecimiento como el inicio de la investigación en
biogás. Desde esos días hasta la actualidad mucho se ha avanzado sobre el tema
y actualmente se cuenta en instalaciones que van desde la pequeña escala
doméstica hasta las aplicaciones agroindustriales. China es el país que ha
llevado a la práctica el uso del biogás en mayor escala. Existen allí más de
siete millones de digestores rurales en funcionamiento. Estos proveen gas para
cubrir necesidades de cocción e iluminación, a la vez que van recuperando
suelos degradados a través de siglos de cultivos.
En la Segunda Guerra
Mundial, la crisis de combustibles hizo que las investigaciones en esta área
aumentaran, forzando el desarrollo a pequeña y gran escala. Años más tarde
debido a los aspectos negativos de esta tecnología por depender principalmente
de temperaturas superiores a los 30 ª, y por comodidad y conveniencia de otros
tipos de combustibles, esta tecnología pasó al olvido.
En
China, India y Sudáfrica, debido a la escasez de recursos económicos estos
métodos fueron difundiéndose y desarrollándose de tal manera que hoy en la
actualidad estos países cuentan con más de 30 millones de Biodigestores
funcionando, además desarrollaron técnicas de generación gaseosa a pequeña y
gran escala.
Biodigestor:
Un biodigestor es, en su forma más simple, un contenedor cerrado,
hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el
material orgánico a fermentar en determinada dilución de agua para que a través
de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en
nitrógeno, fósforo y potasio, y además, se disminuya el potencial contaminante
de los excrementos.
Este sistema
también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes
del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de
hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros)
a la salida del reactor.
El biodigestor es un sistema sencillo de
implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades
rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio
de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar
un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.
Estos han de ser diseñados de acuerdo a su
finalidad, a la disposición de ganado y tipo, y a la temperatura a la que van a
trabajar. Un biodigestor puede ser diseñado para eliminar todo el estiércol
producido en una granja de cerdos, o bien como herramientas de saneamiento
básico en un colegio, ademas de proveer combustión en una cocina a una familia.
El fertilizante líquido obtenido es muy preciado, y un biodigestor diseñado para
tal fin ha permitir que la materia prima esté mayor tiempo en el interior de la
cámara hermética así como reducir la mezcla con agua.
Tipos de biodigestores:
Biodigestor de domo fijo (Chino)
consiste en una cámara de gas-firme construida de ladrillos,
piedra u hormigón. La cima y fondos son hemisféricos y son unidos por lados rectos. La superficie interior es
sellada por muchas capas delgadas de mortero para hacerlo firme. La tubería de
la entrada es recta y extremos nivelados. Hay un tapón de la inspección a la
cima del digestor que facilita el limpiado. Se guarda el gas producido durante
la digestión bajo el domo y cambia de sitio algunos de los volúmenes del
digestor en la cámara del efluente, con presiones en el domo entre 1 y 1.5 m de agua. Esto crea
fuerzas estructurales bastante altas y es la razón para la cima hemisférica y
el fondo. Se necesitan materiales de alta calidad y recursos humanos costosos para construir este
tipo de biodigestor. Más de cinco millones de biodigestores se ha construido en
China y ha estado funcionando correctamente (FAO, 1992) pero, desgraciadamente,
la tecnología no ha sido tan popular fuera de China.
Esta instalación tienen como ventaja su elevada vida útil (pueden
llegar como promedio a 20 años), siempre que se realice un mantenimiento
sistemático.
Biodigestor del domo flotante (Indio):
Este
biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero después reemplazado por fibra de vidrio
reforzado en plástico (FRP) para superar el problema de corrosión. Normalmente
se construye la pared del reactor y fondo de ladrillo, aunque a veces se usa
refuerzo en hormigón. Se entrampa el gas producido bajo una tapa flotante que
sube y se cae en una guía central. La presión del gas disponible depende del
peso del poseedor de gas por el área de la unidad y normalmente varía entre 4 a 8 cm de presión de agua. El
reactor se alimenta semi-continuamente a través de una tubería de entrada.
Biodigestores de flujo discontinuo
La
carga de la totalidad del material a fermentar se hace al inicio del proceso y
la descarga del efluente se hace al finalizar el proceso; por lo general
requieren de mayor mano de obra y de un espacio para almacenar la materia prima si esta se produce
continuamente y de un depósito de gas o fuentes alternativas para suplirlo. Un
ejemplo directo es el de Olade de Guatemala
Biodigestores
de flujo Semi-continuo
La
carga del material a fermentar y la descarga del efluente se realiza de manera
continua o por pequeños baches durante el proceso, que se extiende
indefinidamente a través del tiempo; por lo general requieren de menos mano de
obra, pero de una mezcla más fluida o
movilizada de manera mecánica y de un depósito de gas. Los biodigestores
continuos sirven para purificar el agua contaminada por diferentes fosas.
Existen tres clases de biodigestores: de flujo continuo.
1. De domo fija.(Chino)
2. De domo móvil o flotante.(Hindú)
Biodigestores de flujo Continuo
Se
usan generalmente para tratamiento de aguas residuales, tienen a ser grandes de
corte industrial, con sistemas comerciales para el control y gestión del
proceso. La producción de Biogás es mucho mayor. Pueden ser:
1. Sistema de Desplazamiento Horizontal
2. Sistema de tanques múltiples.
3. Sistema de tanque vertical.
¿Cómo se puede aprovechar el efluente?
El efluente es el
líquido sobrante de los biodigestores y aunque sea difícil de recolectar
existen maneras no tan ortodoxas pero muy eficientes para llevar a cabo esta
acción. Éste no atrae a las moscas y puede ser utilizado como abono orgánico.
Ventajas
de la utilización de biogás
·
El biogás sirve como combustible.
·
El residuo digerido es casi inodoro y
estabilizado.
·
Se conservan los nutrientes del bioabono.
·
Las moscas y roedores no son atraídos por el
residuo.
·
El residuo digerido seco puede utilizarse como
abono.
·
Se logran generar fertilizantes más efectivos
que los artificiales.
·
No es necesario la utilización de grandes
tecnologías si no se busca un volumen demasiado grande de biogás
·
No contamina la atmósfera ni la tierra
·
Se produce naturalmente
Desventajas:
·
Equipamiento grande, algo caro y experimental en
ciertos diseños.
·
Se requieren ciertas precauciones de
manejo.
·
El proceso es sensible a la temperatura, pH,
velocidad de carga y cambios de tipo de carga.
·
El proceso de digestión anaeróbica no genera
calor.
·
Poca difusión
·
Poca energía generada en relación a los
organismos utilizados
Por lo tanto, la
tecnología del biogás puede contribuir sustancialmente a la conservación y el
desarrollo. Sin embargo, el monto de dinero requerido para la instalación de
las plantas puede ser en muchos casos prohibitivo para la población rural. Por
ello, se deben concentrar los esfuerzos en desarrollar sistemas más baratos y
en proveer a los interesados de créditos u otras formas de financiación. El
financiamiento del gobierno podría verse como una inversión para reducir gastos
futuros relacionados con la importación de derivados del petróleo y
fertilizantes inorgánicos, con la degradación del medioambiente, y con la salud
y la higiene.
Biogás en Argentina:
En la Republica Argentina
la investigación sobre el tema está a cargo del Instituto Nacional de
Tecnología Agropecuaria (INTA), que ha desarrollado un proyecto denominado
digestor anaeróbico productor de biogás calefaccionado por energía solar.
En el camino de hallar una solución al
problema de la basura Y producir energía limpia, el ingeniero Eduardo
Groppelli, instaló en 1993 un biodigestor en la escuela rural de Los Cerrillos,
que alimenta las hornallas de la cocina del comedor escolar. Otro tanto hizo en
Alto Verde en 1995, donde el biodigestor instalado permite cocinar la comida
para 400 chicos por día, ahorrando innumerables tubos de gas envasado y el
consiguiente gasto de recursos económicos. En octubre de ese mismo año, otro
biodigestor, instalado en Monte Vera, empieza a utilizar por primera vez
residuos urbanos recolectados en forma selectiva por los vecinos que separan la
parte orgánica de la basura; el biogás usado para el criadero avícola, permitió
ahorrar dinero antes destinado a comprar gas en garrafas.
Desde entonces más de veinte instalaciones
demostrativas han sido colocadas en guarderías infantiles, hogares, centros
comunitarios y comedores escolares en las provincias de Santa Fe, Buenos Aires,
Córdoba y San Juan.
En la localidad santafesina de Emilia (de unos
mil habitantes, que se ubica 85
Km . al norte de la ciudad de Santa Fé). Los
investigadores de la
Universidad Nacional del Litoral), desarrollaron un
biodigestor que consiste en una cámara alargada, de hormigón de 12 metros de largo por
dos de ancho por 2.30 de profundidad y está semienterrada, a fin de
mantener la temperatura relativamente constante (18º en invierno y 24º en
verano) necesaria para el proceso biológico que se desarrolla en su interior.
En estos
días hay muchas empresas y universidades que apoyan estos proyectos, y
hasta hay biodigestores caseros, pero ningún grupo ah tomado concretamente la
iniciativa, aunque si hay registro de distintas compañías relacionadas con este
tipo de energía.
Biogás en el Mundo
Los principales países productores de biogás son China, India que lo extraen a partir del tratamiento de los excrementos bovinos. Según el Banco Mundial, en los países en desarrollo hay más de 10 millones de hogares usando biogás para iluminación.
Varios países europeos cuentan con plantas metanizadoras centralizadas (Dinamarca, Italia, España, Holanda, Alemania)
Nueva Zelanda es el país mas avanzado en el empleo de biogás como combustible de colectivos urbanos. Francia también lo utiliza en colectivos.
Holanda es el país líder en lo referente a la inyección de biogás en la red de distribución domiciliaria.
Biogás en el Mundo
Los principales países productores de biogás son China, India que lo extraen a partir del tratamiento de los excrementos bovinos. Según el Banco Mundial, en los países en desarrollo hay más de 10 millones de hogares usando biogás para iluminación.
Varios países europeos cuentan con plantas metanizadoras centralizadas (Dinamarca, Italia, España, Holanda, Alemania)
Nueva Zelanda es el país mas avanzado en el empleo de biogás como combustible de colectivos urbanos. Francia también lo utiliza en colectivos.
Holanda es el país líder en lo referente a la inyección de biogás en la red de distribución domiciliaria.
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