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domingo, 17 de julio de 2011

Orientaciones sobre el cálculo del volumen de residuales que se debe disponer en un biodigestor - Tiempo de retención de la biomasa - Dado que el material biodegradable requiere de un tiempo para su descomposición total en sus elementos principales, se procederá a su determinación, para en última instancia calcular el volumen de trabajo del biodigestor.


Volumen de biodigestores


Por
Carlos Martínez Collado*
Orientaciones sobre el cálculo
del volumen de residuales
que se debe disponer
en un biodigestor.
El uso creciente de la tecnología del biogás ha incitado a muchas personas a experimentar con esta técnica de tratamiento de residuales, lo cual ha incrementado la cantidad de biodigestores en activo.

Por esta razón resulta necesario el cálculo exacto del volumen que se debe disponer en un biodigestor, para lograr el procesamiento completo de la biomasa en el lugar donde se desea implantar la tecnología.
Para determinar el volumen de una instalación de biogás se requiere de algunos datos primarios, mediante los cuales se determinará su capacidad requerida. Esos datos pueden ser considerados como las variables de estudio:
• Especie animal de la que se dispone.
• Cantidad de animales con los que se cuenta.
• Peso vivo promedio de los animales por especie.
• Producción de estiércol por peso vivo, en %.
• Producción de biogás por kg de estiércol.
• Horas de estación en el establo o corral.
Se recomienda que los datos sean tabulados (Tabla 1). A continuación, a modo de ejemplo, se expone el cálculo de una granja que posee cerdos, caballos y bueyes.
Tabla 1


Producción total de estiércol
Los cerdos tienen un tiempo de estación de 24 horas por día, mientras que los caballos y los bueyes tienen una estación de 12 horas como promedio en el establo, por lo que la cantidad de estiércol que se podrá recoger estará afectada por este tiempo de estación.

27 kg/cerdo + (225 kg/caballo + 144 kg/buey) ·
· 12 h/24 h = 211,5 kg totales estiércol/día
Agua necesaria
Para formar la biomasa que se pretende digerir es necesario añadir 3 kg de agua por cada kg de estiércol. Algunos estudios recomiendan la relación agua:estiércol en dependencia del animal del cual provenga la excreta, para garantizar un desarrollo adecuado de la anaerobiosis metanogénica, igual a lo mostrado en la tabla 2.

Para este ejemplo se tomarán 3 kg de agua por cada kg de estiércol, para garantizar las condiciones críticas de operación:

3 kg agua/kg estiércol · 221,5 kg estiércol = 664,5 kg agua/día
Biomasa disponible
Con esta cantidad de agua se forma la totalidad de la biomasa que se debe degradar.

221,5 kg estiércol + 664,5 kg agua/día = 886 kg biomasa/día
Volumen diario de biomasa
Para el tratamiento se recomienda emplear un metro cúbico de capacidad en el biodigestor por cada 1 000 kg de biomasa, pues se considera que la biomasa, formada en sus tres cuartas partes por agua, posee una densidad equivalente a la de ésta.

VBM = 0,886 m3/día
Tabla 2


Tiempo de retención de la biomasa
Dado que el material biodegradable requiere de un tiempo para su descomposición total en sus elementos principales, se procederá a su determinación, para en última instancia calcular el volumen de trabajo del biodigestor.

Bajo la acción de bacterias mesofílicas se estima que en un reactor normal a 30 °C el tiempo requerido para biodegradar la materia prima alimentada es de 20 días, tiempo que se puede afectar por las variaciones de la temperatura ambiental.

TR = 20 días · 1,3 = 26 días

El factor 1,3 es un coeficiente que depende de la temperatura, y para garantizar un funcionamiento óptimo del biodigestor en cualquier época del año se ha asumido el valor de 25 °C.
Volumen de digestión de la biomasa

VD = 0,886 m3/día · 26 días = 23,036 m3

Volumen de almacenamiento de gas
La capacidad requerida en el biodigestor para la acumulación de la biomasa es de 23 m3, de modo que será necesario determinar cuál es el volumen requerido para acumular el gas producido diariamente.

VG = 27 kg/cerdo · 0,07 m3/kg + (225 kg/caballo + + 144 kg/buey) · 12 h/24 h · 0,04 m3/kg = 9 m3
Volumen total del biodigestor
VBD = VD + VG = 23 m3 + 9 m3 = 32 m3
Con estos dos volúmenes se puede determinar el volumen total del biodigestor.

VBD = VD + VG = 23 m3 + 9 m3 = 32 m3

Con la cantidad de animales disponibles en este ejemplo, se requiere de un biodigestor con una capacidad de 32 m3.

Esta metodología puede seguirse para diseñar biodigestores familiares, con una cría de siete a diez cerdos, u otras combinaciones de animales.

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