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Deposito flotante de biogás.

Una forma de almacenar el biogás producido en un biodigestor pequeño es con un depósito de cupula flotante. Este ofrece ciertas ventajas con respecto al uso de recámaras de camión:

  • Puede mantener una presión relativamente constante.
  • Da un mejor indicador del volumen de biogás almacenado.
  • Es durable y menos tedioso de usar.

Biodigestor y DepositoBiodigestor y dos depósitos

En un depósito de campana se aprovecha que el agua no dejará escapar el gas encerrado en contenedor sumergido con la boca hacia abajo. Para el depósito se utilizan un par de tanques plásticos cilíndricos de distinta anchura. La idea es poder introducir uno dentro del otro sin problemas y sin quedar demasiado espacio entre uno y otro.

Al tanque más ancho se le quitará la tapa o si fuere necesario se le retirará la parte superior cortándola. El tanque de menor anchura se colocará sin tapa y con la boca hacia abajo dentro del otro tanque.

La entrada del biogás en el depósito puede estar situada tanto en la parte inferior de tal forma que el gas burbujee y quede atrapado en el tanque o también por la parte superior de este, que técnicamente es el fondo y para lo cual haría falta taladrar una vez e instalar una conexión, una válvula y el adaptador para colocar la manguera.

El tanque base debe llevar unos rieles o varillas metálicas proyectadas hacia arriba; servirán de guías al tanque superior e impedirán que este se vuelque al elevarse por el biogás almacenado. Del mismo modo, el tanque superior debe tener una tablilla pegada al fondo (parte superior) con perforaciones o ranuras en los extremos por donde se insertarán las varillas guías.

La imagen superior hable por sí misma e ilustra el montaje general de un biodigestor casero y un par de este tipo de depósito para biogás.

Nota: Si alguien sabe la fuente de la imagen puede comunicarme para poner la el link y el crédito como se debe.

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Biodigestor de bidón: Pautas de uso

En un anterior post titulado biodigestor casero de bidón, presenté unas figuras y materiales de como se podría fabricar un biodigestor a partir de un bidón o tambor de plástico. En esta ocasión presentaré una guía general para su uso.

No hay que olvidar que este biodigestor es más que todo “experimental”. Lo que quiero decir es que constituye un una unidad para hacer pruebas y recopilar información más que como fuente estable de biogás para uso doméstico. Para esto último se recomienda un biodigestor de mayor capacidad.

Para poder utilizar el biodigestor su constructor deberá instalar previamente las conexiones, mangueras, válvula de seguridad, depósito de biogás y quemador, así como también revisar las conexiones con el fin de evitar fugas de gas o la entrada de aire al aparato. Ya resueltos estos preparativos se podrá proseguir con el llenado de este. Leer el resto de esta entrada »

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Construyendo un biodigestor de bajo costo

Fases de la construccion de un biodigestor tubular

Los biodigestores de bolsa plástica tubular son de bajo costo y relativamente fáciles de construir. En América latina, estos son generalmente la primera opción que se considera para la producción de biogás a pequeña escala en sectores rurales.

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Biogás fácilmente explicado

El proceso para producir biogás es bastante sencillo y fácil de entender. A continuación se presenta un video de Greenpeace UK en donde aparecen las etapas básicas del proceso de producción de este combustible.

Animacion del Proceso


Etapas Descritas

  1. La mayoría de los materiales orgánicos biodegradables puede ser utilizados para la digestión anaeróbica (Purines, estiércol, residuos de alimentos entre otros.)
  2. El material se deposita en un tanque digestor en donde es degradado por las bacterias y arqueas (arqueobacterias) en ausencia de oxígeno libre.
  3. Esto produce biogás (un gas natural renovable) el cual se purifica, comprime y se utiliza en generación combinada de calor y energía eléctrica (CHP).
  4. También se produce un efluente (biol y lodo) que puede utilizarse como compost o biofertilizante.
La digestión anaeróbica es un proceso natural que ocurre frecuentemente en estómagos de rumiantes y en pantanos. De hecho, se le llama “gas de los pantanos” al metano, que es el componente combustible del biogás; En el que se encuentra a una concentración del 50 al 70% . Nótese que al ser un combustible volátil, debe manejarse adecuadamente para evitar fuego o explosiones.

Al ser natural, este proceso puede realizarse a pequeña escala. No requiere grandes inversiones de capital y permite el aprovechamiento de residuos que de otra forma harían parte de un problema. Por tanto, la biodigestión anaerobia es una grandiosa fuente de combustible renovable y biofertilizante al alcance de pequeñas granjas, negocios y comunidades tanto rurales como urbanas.

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Microgeneración combinada: Calor y Electricidad

whispergen-cocina

Una aplicación actual para los motores stirling es la micro-cogeneración o microgeneración combinada. El motor stirling acoplado a un generador eléctrico (alternador) funciona con gas u otro combustible, el calor remanente de la combustión permite calentar agua para el uso doméstico. Es decir que se obtiene agua caliente y electricidad.

Uno de las  aparatos de este tipo es el WhisperGen™ de la empresa Whisper Tech de Nueva Zelanda. Es un ingenioso dispositivo diseñado para funcionar con gas o diesel en hogares o embarcaciones. No obstante su elevado precio, tiene la ventaja de ser silencioso y más eficiente que las plantas generadoras convencionales.

“La Microgeneración es la producción a escala pequeña de gas y/o electricidad procedente de una fuente baja en carbono. Las tecnologías de la microgeneración incluyen energía solar, microviento, minihidro, bombas de calor, biomasa, microcogeneración (micro CHP) y celdas de combustible a pequeña escala”

UK in Spain, Foreing and Commonwealth Office

Este es un claro ejemplo de energía casera o microgeneración. Para que  el impacto ambiental sea menor, se me ocurre una conexión entre este tipo de dispositivos y biogás procedente la biodegradación de residuos urbanos o agrícolas. De tal forma que haría parte de un sistema integrado con un biocombustible (residuos->biogas->calor->electricidad).

Partes internas y Motor stirling

Partes internas y Motor stirling

Esperemos que pronto existan aparatos mucho más baratos. Pienso que a medida que los costos de investigación y desarrollo (I&D) sean menos representativos podríamos tener en el mercado aparatos de microgeneración con precios más asequibles y seguramente distribución globalizada.

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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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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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