Producción de Biogás

Digestores, ¿ Qué son?

Los digestores toman su término de digestivo o digestión, son máquinas simples que convierten las materias primas en subproductos aprovechables, en este caso gas metano y abono, comúnmente se los denomina Biodigestores.
El principio básico de funcionamiento es el mismo que tienen todos los animales, descomponer los alimentos en compuestos más simples para su absorción mediante bacterias alojadas en el intestino con condiciones controladas de humedad, temperatura y niveles de acidez.

Tipos de Biodigestores

Podemos hacer trabajar a las bacterias en determinados rangos de para maximizar el rendimiento entre las que podemos destacar.

1° Optimizados para generar Gas. (es el ejemplo desarrollado aquí)
Biodigestores 2° Optimizados para Purificar Agua
3° Optimizados para descomponer Líquidos Cloacales (Lechos Nitrificantes)

Condiciones para la digestión

Las condiciones para la obtención de Metano en el digestor son las siguientes:
1°- Temperatura entre los 20°C y los 60°C.
2°- pH (nivel de acidez / alcalinidad) alrededor de 7.
3°- Ausencia de Oxigeno.
4°- Gran nivel de Humedad.
5°- Materia Orgánica.
6°- Que la materia prima se encuentre lo en trozos lo más pequeño posible.
7°- Equilibro de Carbono / nitrógeno.

Temperatura

Este es un factor importante en la producción de Gas, dado que debemos simular las condiciones óptimas para minimizar los tiempos de producción.

Destrucción de la materia orgánica en el proceso

Durante la fermentación metánica, una parte importante de La materia orgánica contenida, es destruida, lo que produce una reducción importan en la cantidad de barros. Los sólidos destruidos son los que generan el biogás y a su vez, el grado de destrucción indica el éxito o el fracaso del proceso, desde el punto de vista sanitario.

Alcance de la terminología

A efectos de precisar el sentido que tienen en la jerga términos muy usuales, de hemos aclarar lo que se entiende por:

Humedad: Es la cantidad de agua que se evapora del material fresco, cuando se le mantiene a una temperatura de 100%, hasta que el residuo alcanza un peso constante.
Sólidos totales (ST): Son el sólido residual es de la operación anterior. A su peso también se le suele llamar en 1a jerga, peso seco
Sólidos Volátiles (SV): Son los sólidos orgánicos que entran en combustión cuando se calientan los ST a 60°C, hasta que el residuo alcance un peso constante. Esto es lo que se considera como materia fermentable.
Sólidos Fijos (SP): Son los sólidos residuales de la combustión anterior. Desde el punto de vista del proceso de fermentación son inertes.
Tiempo de retención: Se le denomina así al tiempo que permanece la materia orgánica dentro del digestor, recordemos que estos tiempos varían según la temperatura a que se ve sometida la materia prima (desde ahora se la llamará SV “Sólidos Volátiles” como se la conoce en la jerga)

Proceso de conversión de la biomasa en energía.

Desde el punto de vista energético resulta conveniente dividir a la biomasa disponible en dos grandes grupos:
• Aquella que puede obtenerse relativamente "seca" (con un porcentaje de humedad menor al 50%), como la leña, paja, etc.
• Aquella que se obtiene normalmente "húmeda", como los restantes vegetales, vegetación acuática, residuos animales, etc.

TECNOLOGIA DE LA PRODUCCION DE BIOGAS.

Trabajo bacteriano en la fermentación metánica

La fermentación, es provocada por microorganismos de las más diversas especies, cuyos roles, en la evolución de la materia son diferentes. Según actúan en presencia o ausencia de aire se tienen dos grandes grupos de fermentaciones, “aeróbicas” y “anaerobias”. La fermentación metánica, como hemos visto, es anaeróbica. En el caso de la fermentación metánica, llamada en la jerga, digestión, el medio es: anaerobio, húmedo (mayor del 50%), con un pH comprendido entre 6.5 y 8.5 y un rango de temperaturas entre 0 y 45°C para unos microorganismos y de 45° a 70°C para otros.

Iniciación de la fermentación metánica

Si el material contaminante proviene de los estiércoles mencionados, primero hay que dejarlo fermentar aeróbicamente, una o dos semanas (recomendamos usar estiércoles de varios corrales), tratando que conserve su humedad natural.
Luego de algunos días se tendrán los primeros desprendimientos gaseosos los que se dejan escapar a la atmósfera, dado que contiene una mezcla de gases poco o nada combustibles.
Composición del biogás
El gas producido es una mezcla integrada principalmente por metano, anhídrido carbónico y pequeñas cantidades de otros gases. La participación de cada uno en la mezcla, depende fundamentalmente de la composición química de la materia prima, y en menor grado, de las variables del proceso. Por lo tanto, también en este caso hay que referirse a una expectativa de composición, en la misma forma que se hace con la generación gaseosa.

Propiedades del biogás

Considerando que la potencia calorífica superior del metano, a 20°C y 760 mm.Hg. es 8851 kcal/m3, se tiene:
Para la composición, 50% de metano y 50% de inertes, se tiene una potencia calorífica superior del biogás de 4426 kcal/m3. y para la mezcla 80% de metano con, 20% de inertes, ésta se eleva a 7080 kcal/m3.

DIGESTORES

Existen dos grupos de digestores, ambos tienen características similares de mantenimiento, pero el resultado es el mismo.

Continuos
Biodigestores Discontinuos

Digestores discontinuos

Campo de Aplicación, Carga Operación.

Luego se llena de líquido, en general proveniente de otro digestor en funcionamiento hasta que se cubra toda la masa unos 10 cm. por arriba de ella. Terminada esta operación se cierra el digestor con una tapa, que tiene un sello hidráulico para darle estanqueidad al cerramiento, y no se destapa hasta que el proceso haya terminado.

Generación Gaseosa

Si las condiciones del medio son las prescriptas para la fermentación metánica comienza un desprendimiento gaseoso creciente que, en forma muy general, tienen un andamiento como el del gráfico de la Figura 5 que es para estiércol fresco. Los gases desprendidos durante los 10 a 15 primeros días, no son combustibles. Son una mezcla de CO2, NH3 y SH2, por lo que a medida que se van generando se les deja escapar a la atmósfera. Esta operación, además, tiene el efecto positivo de barrer el aire quedó atrapado en el digestor cuando se cerró. Después de este período de maduración, ya se produce gas combustible en cantidades crecientes, alcanzado el máximo entre la segunda y tercer semana, de haber comenzado su generación.

Diseño

Un Biodigestor esta compuesto por dos etapas elementales, la etapa Digestora (donde se almacena la materia prima generándose el biogás) Esta etapa es básicamente tachos sellados herméticamente con una válvula de cierre para facilitar el mantenimiento y en el gasómetro; Esta etapa es básicamente un depósito de agua con un contenedor (de cualquier material) preferiblemente cilíndrico colocado de forma invertida (con la boca abajo) y a medida que ingresa en biogás, este sube.

Ventajas de los digestores discontinuos

1) Pueden procesarse una gran variedad de materiales
2) La carga puede juntarse en campo abierto porque, aunque tenga tierra u otro inerte mezclado, no entorpece la operación del digestor.
3) Admiten cargas secas, que no absorban humedad, así como de materiales que flotan en el agua.
4) Su trabajo en ciclos, los hace especialmente aptos para los casos en que la disponibilidad de materia prima no sea continua, sino periódica.
5) No requieren prácticamente ninguna atención diaria.

Las principales desventajas son:

1) La carga requiere un considerable y paciente trabajo
2) La descarga, también es una operación trabajosa.