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Autoproductores de biodiesel casero

El biodiesel casero hecho a partir de aceite usado -normalmente recuperado de restaurantes- es doblemente ecológico y tiene adeptos que lo producen tanto en reactores autoconstruidos como en otros disponible en el comercio. A continuación se presentan dos ejemplos de estas personas.

En la primera foto aparece Shusei Yamada y su vehículo Toyota Land Cruiser. Yamada convierte aceite de cocinar usado en biodiesel utilizando un reactor de diseño y construcción propia que lleva permanentemente en la parte trasera de su vehículo. Yamada emprendió una travesía en su auto por varios países llamada Biodiesel Adventure Project.

Japanese adventurer

Shusei Yamada y su unidad para producir biodiesel

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Motores Stirling

Los motores stirling son máquinas que utilizan calor de origen externo para generar potencia mecánica. Funcionan debido a la expansión y contracción del gas interno (p.e. aire) al calentarse y enfriarse, haciendo que el pistón se mueva. Para esto, el gas es forzado a desplazarse del sector frío al sector caliente y viceversa obteniéndose un ciclo continuo de expansión y contracción.

En el video se observa un motor stirling motor stirling de un solo cilindro (tipo beta- rhombic), el cual es uno de los tres tipos básicos (alfa, beta y gamma). No es fácil de construir ya que el desplazador del gas y el pistón están en un mismo cilindro. Los modelos gamma son mucho más fáciles de construir. De hecho, muchas personas han construidos sus propios modelos de motor stirling de reducido tamaño.

He aquí una animación tomada de la Wikipedia que deja bastante claro el funcionamiento de un motor stirling tipo beta.

MotorStirling-AnimacionLos motores stirling son versátiles. Pueden aprovechar diferentes fuentes energéticas como la biomasa, el biogás y todo tipo de combustibles; también el calor procedente de concentradores solares, del subsuelo e incluso de energía nuclear. Esta flexibilidad los hace adecuados para ser utilizados en sitios aislados donde escasean la energía y los combustibles convencionales.

Los motores stirling son considerablemente más eficientes que sus contrapartes de combustión interna. El rendimiento  por unidad de combustible es mayor que en los motores de combustión interna. Sin embargo, la potencia de esto últimos es mayor por unidad de peso, es decir que los motores stirling son más pesados y voluminosos.

Adicionalmente los stirling no pueden arrancar en frío, ya que tienen que esperar varios segundos hasta que se caliente. Esta es una característica que influye enormemente en la poca difusión que ha tenido este motor en las industrias que requieren “respuesta al instante”. Por otra parte existen diferentes sectores que actualmente utilizan esta tecnología por su eficiencia, ese es el caso de los concentradores solares para generar electricidad o el de los submarinos (flota sueca).

Con toda seguridad es posible y hasta recomendable el  uso de esta tecnología para generar fuerza mecánica y energía eléctrica en viviendas y granjas autosostenibles. A pesar de sus ventajas, actualmente es difícil encontrar compañías que vendan este tipo de motores para uso público (dependiendo del país). No obstante, para los que poseen la habilidad o el conocimiento técnico, está la posibilidad de construir uno lo suficientemente grande y potente para usos prácticos.

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Energía eolica en tu jardín

Una fotografia desde Inglaterra, un señor sosteniendo una turbina de pequeño tamaño en su jardin. Buen ejemplo de generación casera de energia.

Espero que la descentralización de la energía eólica sea una tendencia que se acentúe en un futuro cercano. El aprovechamiento del viento no es exclusivo de los grandes parque eólicos; una granja u hogar también tienen esa posibilidad siempre que se disponga de este recurso.

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Clasificación de Biodigestores

Biodigestores discontinuos

Por Lotes

Los biodigestores discontinuos o por lotes son contenedores cerrados que una vez cargados no permiten extraer o añadir más sustratos hasta que finalice el proceso completo de biodegradación y producción de biogás.  En otras palabras, el proceso finaliza cuando no se produce más biogás.

Estos tipo de digestores admiten mayor carga de materiales poco diluidos,  por lo que el requerimiento de agua es menor que en los  sistemas continuos.  Otro aspecto a favor es que no son afectados por presencia de material pesado como tierra o arena.

Al principio y al final del proceso la producción de biogás es marcadamente menor; Lo cual se debe a la carencia de condiciones óptimas para los microorganismos anaeróbicos al inicio y posteriormente al agotamiento de de los nutrientes para los mismos.

Biodigestores Semi-continuos

Estos biodigestores son alimentados diariamente con una carga relativamente pequeña en comparación al contenido total; Ésta se deposita en la cámara de carga, e igualmente se debe extraer de la cámara de descarga un volumen igual del efluente líquido para así mantener el volumen constante. Generalmente producen biogás casi permanentemente, gracias al suministro constante de nuevos nutrientes para las comunidades de bacterias.

Una limitante importante es la disponibilidad de agua, debido a que la carga debe ser una mezcla de una parte del material orgánico y cuatro partes de agua (proporción 1:4).

Biodigestores de mezcla completa

La característica que define a este tipo de biodigestores es que la carga añadida periódicamente se mezcla casi en su totalidad con el contenido ya presente en cámara de digestión. Como resultado, parte del material sin biodegradar sale en el efluente, lo cual evita que se pueda garantizar la eliminación total de agentes causantes de enfermedades en plantas y animales así como de semillas de plantas arvenses (malezas).

Modelo Chino

Es originó en China y consiste en una estructura cerrada con cámaras de carga y descarga que puede ser construida de concreto armado o ladrillos.  Tienen una larga vida útil (mayor a 15 años) con un adecuado mantenimiento. Sin embargo, el relativo alto costo que representa la construcción de este modelo hace que no se haya popularizado en países latinoamericanos tanto como otros diseños.

BiodigestorChino

Modelo chino

El digestor almacena solo pequeño volumen del gas generado en el interior, por lo que requiere un contenedor diferente construido para tal fin (gasómetro).

Modelo Indio

También llamado de domo flotante, en su parte superior presenta una campana o domo que que se mantiene flotando en el líquido a causa del biogás que retiene en su interior. El domo puede ser de metal o preferiblemte de un material resistente a la corrosión como los plásticos reforzados. Esta campana sube y baja dependiendo del volumen de gas que contiene y por esto requiere una varilla guía central o rieles laterales que eviten el rozamiento contra las paredes de la estructura.

Modelo de Domo flotante

Modelo de Domo flotante

Tienen la ventaja que no necesita un contenedor externo para el almacenar el gas generado. Este se mantiene a una presion relativamente constante al interior del domo, lo que es muy ventajoso.

Una variación a este modelo lo constituyen los biodigestores que presentan una pelicula de polietileno flexible en la parte superior en sustitución del domo flotante. Haciéndolos más económicos y accesibles socialmente.

Biodigestores de flujo pistón

Son aquellos en los cuales la cámara de digestión es alargada y por lo tanto la degradación de los residuos transcurre a medida que transitan a lo largo del digestor. En esta categoria se encuentran los digestores familiares de bajo costo.

Modelo Horizontal

Es básicamente un digestor tubular horizontal en cuyos extremos se sitúan las cámaras de carga y descarga del sistema. Su configuración alargada impide que la carga líquida inicial y el efluente se mezclen; Esto lo hace útil en el aprovechamiento de residuos que requieran un tratamiento prolongado, tales como excretas humanas y ciertos desperdicios de sacrificio de animales.

Modelo horizontal de bajo costo

Modelo horizontal de bajo costo

Los biodigestores familiares de bajo costo, populares en países en vias de desarrollo, son fáciles de implementar ya que se fabrican con grandes bolsas de polietileno tubular. Suelen situarse dentro de una especie de trinchera y su periodo de vida útil son unos cinco años.

Además de los modelos comunes descritos en este documento, existen otros con variaciones de todo tipo; Variaciones en forma, tamaño, continuidad del afluente y materiales de construcción.

Entrada relacionada: Biogás y biodigestión

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Biogás y Biodigestión

El biogás es el gas producido por la biodegradación anaeróbica de la materia orgánica. Contiene entre un 50 a 75% de gas metano (CH4)  y por tanto es un buen combustible que puede ser útil en la generación de energía eléctrica, mecánica y calorífica. La biodigestión de la materia orgánica se produce al interior de un contenedor llamado biodigestor en el cual los microorganismos presentes transforman la materia inicial -generalmente residuos agropecuarios- en el preciado biogás y en un efluente líquido con propiedades fertilizantes conocido como Biol.BiodigestorChino

El proceso para proceso para producir biogás es el siguiente: Al digestor se adiciona una cantidad diaria de estiércol o residuos  vegetales mezclados con agua. En la cámara interna del digestor el estiércol es transformado por las bacterias anaeróbicas en gas metano y otros gases que son conducidos por tuberías hasta el lugar de consumo o almacenamiento. Adicionalmente se obtiene como efluente, biol: un líquido concentrado rico en nutrientes que al ser diluido puede usarse como fertilizante orgánico. Otro subproducto de la biodegradación son lodos, estos pueden ser compostados y posteriormente usados como acondicionador de suelos en huertas o cultivos.

El biogás puede ser usado para cocinar, también como combustible de motores de combustión interna; obteniendose potencia mecánica o bien electricidad en el caso de estar acoplado a un alternador o generador eléctrico. Los motores Diesel son una buena alternativa para la generación ya que permiten una mezcla hasta de un 80% biogás + 20 diesel (gasóleo). Una gran ventaja es que el motor no requiere modificaciones para este propósito pues el biogás es succionado a través del filtro de aire (admisión de aire) además de que los motores diesel son comunes y bastante robustos.

En la parte superior, se observa un esquema de un biodigestor tipo chino que es resistente y durable. Existen otros modelos entre los que encontramos el modelo hindú o de campana flotante y los modelos de flujo horizontal continuo; cada uno posee características diferentes. Entre los horizontales se destaca por su facilidad y bajo costo el modelo FAO, que se construye utilizando una bolsa tubular de polietileno como parte principal. Vea Guía de uso y construcción.

Biodigestor tubular de polietileno

El biogás está llamado a ser un importante fuente de energía, especialmente si consideramos que la producción de combustible a partir de residuos orgánicos es una adecuada forma de reducir el volumen y potencial contaminante de estos.

Matter

%

Methane, CH 4

55-75

Carbon dioxide, CO 2

25-45

Hydrogen sulfide, H 2 S

0,1-0,5

Oxygen, O 2

traces;

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Pico-Hidroenergía: “Hidroelectricidad casera”

La Pico Hidroenergía (Pico-Hidro) es la energía eléctrica generada mediante el uso de turbinas hidráulicas con una potencia no mayor a los 5 kilovatios. Esta tecnología permite el aprovechamiento de pequeñas fuentes de agua, así, hasta un riachuelo puede suministrar energía eléctrica a varias viviendas rurales. Además, típicamente constituye la tecnología  de más bajo costo para electrificación en zonas alejadas de la red de energía.

La Pico Hidro posee varia ventajas. A diferencia de las hidroeléctricas de gran tamaño, no requiere represas o embalses, de forma que  el impacto ambiental  es mínimo; La turbina puede ser fabricada en un taller local; Como generador puede usarse un motor de inducción trifásico, los cuales son relativamente baratos y de construcción robusta; Basta con un pequeño arroyo para suministrar el caudal y el costo por kilovatios en un instalación bien diseñada es considerablemente menor que otro para los sistemas diesel, fotovoltaico y eólico.

Una desventaja son las dificultades surgidas por las variaciones estacionales que modifican en caudal. Sin embargo, viéndolo de conjunto, es una tecnología económicamente viable, bastante confiable y escalable que brinda autosuficiencia energética y reducción de la huella de carbono.

Una típica instalación Pico-Hidro consta básicamente de los siguiente componentes:

  • Bocatoma y Reservorio: toma el agua del riachuelo y mantiene una reserva de agua.
  • Tubería descendente: lleva el agua colina abajo hasta la turbina
  • Turbina y Generador: el agua sale por una boquilla como un chorro a alta presión y hace girar la turbina del generador. La potencia mecánica giratoria se convierte en potencia eléctrica.
  • Controlador Electrónico de Potencia: conectado al generador. Hace que la potencia eléctrica generada corresponda con las cargas eléctricas que se conectan al sistema de distribución.
  • Sistema de Distribución Eléctrica (120V/60Hz): distribuye la energía eléctrica hasta las casas.

Debajo podemos observar un gráfico adaptado de un informe del Banco Mundial en el que se compara los costos de los kWh de 5 diferentes tecnologías. En este se observa que la Pico-Hidro tiene un costo menor que otros sistemas como el eólico (wind) o el solar fotovoltaico (solar PV).

Adaptación de: Technical and Economic Assessment of Off-grid, Mini-grid and Grid Electrification Technologies. Banco Mundial (Ver). Tomado de Pico Hydro

Como nota final es importante mencionar que esta tecnología es importante en países en vías de desarrollo. En países como Vietnam y la India es una importante fuente de energía en zonas rurales. En la medida que  esta tecnología se difunda aún más, constituirá una herramienta para el progreso y mejoramiento del nivel de vida de las poblaciones que  viven en regiones apartadas en diferentes países del mundo.

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Materiales para construir un alternador casero

Rotor alternadorAnalizando los diseños y técnicas recurrentes en la construcción de alternadores caseros, destacan los alternadores de flujo axial, en los cuales uno o dos discos rotatorios con imánes inducen corriente eléctrica en las bobinas del disco estator. Esto lo hace un diseño práctico que ha sido ampliamente construido con no muchas variaciones.

Revisemos qué materiales son usuales en la fabricación casera de estos alternadores:

Materiales:

  • Imanes: Estos constituirán el disco rotor y deben ser preferiblemente de Neodimio. Aunque costosos, son los más potentes en la actualidad.
  • Alambre de embobinar: El calibre requerido depende de las vueltas a usar por bobina. En general, entre más delgado permitirá más vueltas y generará más voltaje pero menor corriente.
  • Contrachapado de madera (triplay): Usado generalmente como soporte de las bobinas y aún como soporte de los rodamientos
  • Eje de acero: Es el eje del giro del disco rotor
  • Rodamientos o Balineras: Sujetan al eje, permiten que este gire libremente, son adecuadas para soportar altas velocidades de giro sin dañarse.
  • Resina poliéster: Utilizada para impermeabilizar las bobinas y adherirlas al soporte. también para sujetar los imanes e impedir que se desprendan del disco rotor.
  • Partes de metal: Es usual que el soporte de los imanes sea un disco de acero o un disco de freno de automóvil. Pueden haber láminas de hierro haciendo las veces de núcleo del estator. La estructura también puede hacerse de metal al igual que otras partes. Gran parte de este material se obtiene de depósitos de chatarra o de reciclaje.
  • Tornillos, pernos y remaches: Usados para sujetar los diferentes elementos que conforman el alternador.
  • Magnetita: Es un polvo negro que se suele obtener al pasar repetidas veces un imán por tierra suelta. En algunos generadores muy pequeños (<200W) se mezcla con la resina poliéster antes de aplicarla a las bobinas. Así se mejora el campo magnético cuando no se tiene un núcleo de láminas de hierro.

También es posible utilizar otros materiales que no fueron incluidos en la lista anterior, tales como partes plásticas, aluminio, cinta aislante, plexiglás, piñones, clavos, correas y poleas  entre otros.

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