título: alternativa tecnológica de la planta de biogás
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MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
UNIVERSIDAD DE PINAR DEL RIO “HERMANOS SAIZ MONTES DE OCA”
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS
CENTRO DE ESTUDIO DE ENERGÍA Y TECNOLOGÍA SOSTENIBLE
(CEETES)
Título: Alternativa Tecnológica de la Planta de Biogás
del Centro Integral “La Victoria” en la Agropecuaria del
MININT Pinar del Río.
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL TÍTULO ACADEMICO DE MÁSTER EN
EFICIENCIA ENERGÉTICA
Autor: Ing. José Félix Elisa Hernández.
Pinar del Río
2015
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MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
UNIVERSIDAD DE PINAR DEL RIO “HERMANOS SAIZ MONTES DE OCA”
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS
CENTRO DE ESTUDIO DE ENERGÍA Y TECNOLOGÍA SOSTENIBLE
(CEETES)
Título: Alternativa Tecnológica de la Planta de Biogás
del Centro Integral “La Victoria” de la Empresa
Agropecuaria del MININT en Pinar del Río.
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL TÍTULO ACADEMICO DE MÁSTER EN
EFICIENCIA ENERGÉTICA
Autor: Ing. José Félix Elisa Hernández
Tutor: Dr.C Eduardo José Almirall Romero
Pinar del Río
2015
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PENSAMIENTO
“...El futuro de nuestra patria tiene que ser necesariamente un futuro de hombres de ciencias, de hombres de pensamiento…”
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AGRADECIMIENTOS
Dejamos constancia de nuestro profundo agradecimiento:
A Dios por darnos la vida y porque nos iluminó en todo el trayecto de nuestra
carrera, porque gracias a su bendición divina hemos podido cumplir con nuestras
metas y objetivos.
A nuestros padres y hermanos y mi querida esposa por la confianza y por su
apoyo incondicional.
A mi familia en general por su total confianza y además por el apoyo
incondicional.
A la Universidad de Pinar del Río "Hermanos Saiz Montes de Oca" , por darnos la
posibilidad de compartir nuevas experiencias y conocimientos permitiéndonos
cumplir con mis objetivos.
A mi tutor Dr.C Eduardo José Almirall Romero por sus aptitudes profesionales y
sus cualidades humanas de afectividad y sensatez, que me han servido de gran
ayuda en los momentos difíciles y de considerable apoyo para culminar el trabajo
realizado.
A mis amigos Luis Face Cabrero y Danilo Olareaga Orulla, por ser ellos mis
primeros tutores en mi vida profesional y mi total agradecimiento por el apoyo y
brindarme todos sus conocimientos para cada día ser un mejor profesional.
A todos los trabajadores del centro integral la Victoria que de una forma u otra
tuvieron que ver en la puesta en marcha de la planta de biogás y en especial a la
Directora Olga Lidia Escobar Martínez por su apoyo incondicional.
A l alto mando de la empresa agropecuaria del MININT.
Al profesor Félix Ponce por su paciencia y conocimiento.
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DEDICATORIA
Dedico con todo mi corazón este Trabajo de Maestría y este gran triunfo
alcanzado:
A Dios todo poderoso creador del cielo y la tierra, pues su amor y su poder me
impulsó a seguir el camino correcto.
A mis Padres Auria Hernández Gómez y Eduardo Elisa Nápoles por su apoyo y sin
ellos no hubiera alcanzado ningún logro.
A mí querida esposa Yessenia Alfaro Cala que con su apoyo supo darme fuerza y
valor para culminar mi trabajo.
Al centro integral la victoria y a su colectivo de trabajadores
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RESUMEN
La presente investigación se fundamenta en la búsqueda de una alternativa
tecnológica anaeróbico a los residuales porcinos en el Centro Integral “La
Victoria” de la Empresa Agropecuaria del MININT de Pinar del Río. El objetivo del
trabajo fue ddesarrollar una alternativa al proceso tecnológico de la planta de
biogás del centro Integral “La Victoria”, para incrementar la capacidad de
tratamiento y remoción de contaminantes que genera el proceso productivo, el
incremento en el rendimiento en la producción de biogás para la cocción de
alimentos, la generación de calor y corriente eléctrica para el consumo interno e
incorporación a la red eléctrica nacional y , así como la obtención de un biol
residual efluente.
El diseño de un nuevo biodigestor de 50 m3, así como variaciones al flujo
tecnológico de la planta de biogás “La Victoria”, permitirá el uso de los residuales
del matadero en proceso de codigestión con los residuales porcinos el incremento
en la producción de biogás, la generación e inyección de corriente eléctrica a la
red eléctrica nacional por más de 1 MB. Así mismo, se incorporó la cogeneración
con motor de biogás para la producción de agua caliente en el matadero porcino
del centro integral “La Victoria, así como la metodología de instalación de la
bomba de residuales y el incrementando de la eficiencia del proceso de
generación de corriente eléctrica, calor y un residual efluente para ser utilizado en
la agricultura.
La alternativa permite un ahorro de combustible diesel en valores de 31.1 t de
combustible en relación con la corriente eléctrica generada e incorporada a la red
eléctrica nacional, además de dejó de emitir a la atmósfera 1 183 924 m3 de CO2.
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SUMMARY
The present investigation is based in the search from an alternative technological
anaerobic to the residual ones swinish in the Integral Center "The Victoria" of the
Agricultural Company of the MININT of Pinegrove of the River. The objective of the
work went desarrollar an alternative to the technological process of the plant of
biogas of the Integral center "The Victoria", to increase the treatment capacity and
removal of pollutants that it generates the productive process, the yield in the
biogas production for the cooking of foods, the generation of heat and electric
current, as well as the obtaining of a boil residual effluent.
The design of a new biodigestor of 80 m3 to the technological flow of the biogas
plant "The Victoria" that will allow the use of the residual ones of the
slaughterhouse in co digestion process with the residual ones swinish that allows
the increment in the biogas production, the generation and injection of electric
current to the national electric net. Likewise, he/she incorporated the cogeneration
with biogás motor for the production of air and hot water in the swinish
slaughterhouse of the integral center "The Victoria, as well as the methodology of
installation of the bomb of residual and the one increasing of the efficiency of the
process of generation of electric current, heat and a residual effluent to be used in
the agriculture.
It presents a summary of the quantity of fuel saved in diesel, the quantity of left
CO2 of emitting to the atmosphere.
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Tabla de contenido: Pág.
INTRODUCCIÓN………………………………………………………11
CAPÍTULO 1. REVICIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1- Situación energética mundial……………………….……………15
1.2- Situación energética en Cuba……………………………………15
1.3- Digestión anaeróbica……………………………………….……..17
1.3.1- Digestión anaeróbica en dos fases……………………………22
1.3.2- Codigestión anaeróbica………………………………………...23
1.3.3- Parámetros ambientales y de control del proceso de digestión
Anaerobia………………………………………………………………..25
1.4- Tipos de procesos de digestión anaeróbicos para los residuales
Orgánicos…………………………………………………………………31
1.5- Diseño de plantas de biogás para el tratamiento de aguas
Residuales………………………………………………………………..33
1.5.1- Reactores de tecnología avanzada………………..……………34
1.5.2- Mini biodigestores…………………………………………………35
CAPITULO 2. MATERIALES Y METODOS…………………..………37
2.1 Descripción de la ubicación geográfica de la empresa, la misión de la planta de biogás, la victoria……………………………………………...................37
2.2 Descripción de la Planta de tratamiento de residual
La Victoria…………………………………..…………………………..…38
2.3 Descripción Planta de generación eléctrica………..…………...…39
2.3.1 Descripción de grupo electrógeno Motor alternativo generador……………………………………………………………..……41
2.4 Selección del intercambiador…………………………………….….43
2.5 Metodología que se utilizó para el cálculo y selección para
el intercambiador ……………….………………………………………..44
2.6. Solución para el sistema de bombeo en la planta de
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Biogás La Victoria………………………………………………………47.
2.6.1. Metodología de cálculo para la bomba sumergible
de impelente abierto…………………………………………………….47 2.6.2 Recuperación de la electrobomba………………………………51
2.7. Compresión del CH4…………………………….….….…………53
2.8. Diseño del biodigestor de 80 m3……………………………..….56
2.8.1. Metodología de cálculo para el diseño del biodigestor
de cúpula fija………………………………………………………….….56
CAPITULO 3. ANALISIS DE LOS RESULTADOS………….………63
3.1. Resultados de la metodología de cálculo del intercambiador
de calor………………………………………………………………..….63
3.1.1. Cálculo del intercambiador de calor………….………….….….63
3.1.2. Características técnicas para el cálculo de la selección del intercambiador de gases de escape……………………………………………………...63
3.2. Resultado dela solución para el sistema de bombeo en la planta de biogás la Victoria…………………………………………………………………….66
3.2.1. Resultado y análisis de la metodología de cálculo para la bomba sumergible de impelente abierto………………………………………………….…66
3.3. Análisis de la metodología de cálculo del biodigestor…………70
3.3.1- Número de biodigestores……………………………………….71
3.3.2- Cálculo de volumen de la cámara de carga………………….72
3.3.3- Cálculo de volumen de la carga diaria………………………..72
3.3.4- Cálculo de volumen de la cámara de compensación………. 73
3.4. Ensayos y métodos en el tratamiento físico-químico y biológico de las aguas
residuales. ………………………………………………………………..73
3.5. Mantenimiento de la planta de biogás y la planta de cogeneración…75
3.6. Metodología empleada para el logro de una mayor eficiencia en la producción de los digestores……………………………………………76
3.7. Mantenimiento y Reparaciones realizadas a la planta de biogás
La Victoria…………………………………………………………………79
3.8. Valoración económica…………………………………………..……..81
10
3.9. Impacto medio ambiental………………………………….………….82
CONCLUCIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
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INTRODUCCIÓN
En los debates en foros mundiales sobre medio ambiente y desarrollo sostenible
concuerdan en considerar que el agravamiento de la situación socioeconómica
mundial, es resultado del impacto de la crisis económica global, especialmente en
las dimensiones financiera, comercial, alimentaria, social, energética y ambiental
(Pichs, 2012).
En tal sentido, el sector energético es considerado como una de las vías a través
de las cuales la actividad humana ejerce mayor impacto sobre el medio ambiente
y los recursos naturales. Los irracionales patrones de funcionamiento del sector
energético a nivel mundial, así como sus implicaciones socioeconómicas y
ambientales, revelan la necesidad de una reestructuración de las políticas
energéticas globales, locales y proyectos basados en un paradigma energético
sostenible.
En la actualidad la mayoría de los motores, maquinaria, equipos y tecnologías
usadas a nivel mundial generalmente funciona con combustibles fósiles, coherente
con una matriz energética global irracional. En todo el mundo hay una intensa y
masiva explotación y disputa de las fuentes de combustible fósil. Lo anterior ha
impulsado las investigaciones y desarrollo de tecnologías enfocadas a la
obtención de energías de FRE como son los biocombustibles, provocando un
cambio radical en la conciencia energética mundial (Honty et al., 2008)
Por ello, el desarrollo de tecnologías que permitan un mejor aprovechamiento de
las fuentes renovables de energía (FRE), de bajos costos y que propicien la
obtención de subproductos de alto valor agregado, constituye un desafío que las
políticas energéticas globales, locales y la ciencia mundial deben considerar en
sus proyectos y estrategias.
En tal sentido, se presenta la necesidad de propuestas de cambios sustentables
de la matriz energética a nivel global y Cuba en particular, a través de la
introducción de nuevas FRE, disminuyendo así la dependencia de combustibles
fósiles y su repercusión medio ambiental.
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En Cuba, lograr el cambio de la matriz energética basada en combustibles fósiles,
para alcanzar una mayor autonomía es de interés estatal lo que queda reflejado
en los lineamientos 37, 113, 131, 133, 218 y 247, que regulan la política
económica y social del país, para potenciar el aprovechamiento de las distintas
FRE, priorizando las de mayor efecto económico y potencialidades en el país.
La generación de residuales orgánicos a nivel mundial crece exponencialmente
con el aumento de la población mundial. A medida que las poblaciones mundiales
aumentan, principalmente en países en vías de desarrollo, se generan grandes
volúmenes de residuales que no disponen de manejos o remociones adecuadas,
generando problemas ambientales y de salud. De tal manera, que los problemas
globales de contaminación ambiental han pasado a ocupar, sobre todo la
contaminación de residuales orgánicos, uno de los temas de mayor actualidad, por
la importancia que tienen para la vida en la tierra y la perpetuidad de la especie
humana (Fernández y Sánchez, 2007).
En Cuba se inició el uso de la tecnología del biogás en la década de los 80,
dirigido principalmente al tratamiento de excretas de producciones pecuarias
(porcina) y residuales de algunas industrias, con el fin de disminuir la carga
contaminante de los mismos. Actualmente el potencial de biogás se estima en más
de 152 000 toneladas de petróleo equivalente (TEP) (Guardado, 2012).
Las tecnologías empleadas son básicamente las de tipo chino e hindú con varias
innovaciones cubanas. El biogás producido se destina a cubrir bajas demandas
energéticas, como la cocción de alimentos y alumbrado (Contreras, López et. al,
2006). Con esta concepción se reporta la construcción en el sector rural de más
de 4 000 digestores en una primera etapa (Guardado, 2006). La mayoría de éstos
fueron desactivados con el paso del tiempo debido a la disponibilidad de otras
fuentes energéticas, errores de diseño y de operación de las instalaciones y en
algunos casos por escasez de materia prima, entre otras causas.
El actual incremento del volumen de residuales provenientes de la actividad
porcina en Cuba, particularmente en la provincia de Pinar del Río genera un
impacto medioambiental extremadamente desfavorable, por lo que se ha hecho
necesario la búsqueda de tratamientos alternativos para la gestión de estos
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residuales contaminantes que permitan removerlos favorablemente y a la vez
obtener subproductos de alto valor agregado, biogás para la cocción de alimentos,
la producción de energía eléctrica y biofertilizantes para la actividad agrícola.
La producción de biogás contribuye a reducir las emisiones de metano (CH4) a la
atmósfera, veintiún veces más dañino que el dióxido de carbono (CO2) como gas
de efecto invernadero, responsables del cambio climático.
La actividad porcina en Cuba según datos estadísticos del grupo nacional del
biogás puede generar un potencial de biogás que supera los cuatrocientos
millones de m3 anuales, que convertidos de forma eficiente en corriente eléctrica
aportaría a red eléctrica nacional (REN) alrededor de 700 GW/h anuales,
ahorrándose 190 000 toneladas de petróleo, reduciéndose la emisión de gases
efecto invernadero (CH4 y CO2), causa fundamental del cambio climático y
produciéndose 2 000 000 toneladas de biofertilizante, un producto de gran valor
agregado para el tratamiento de la fertilidad de los suelos y la producción de
alimentos desde una perspectiva ecológica.
En tal sentido, a pesar de los avances en la tecnología de digestión anaeróbica
(DA) como una alternativa sostenible para el tratamiento de residuales
contaminantes porcinos en el sector privado y estatal como parte del trabajo que
desarrolla el grupo provincial de usuarios del biogás, FORUM, Cuba Solar, CITMA,
Ministerio de la Agricultura, Porcino, el Centro de Estudio de Energía y Tecnología
Sostenible de la Universidad de Pinar del Río.
El centro integral “La Victoria” de la Empresa Integral Agropecuaria del Ministerio
del Interior (MININT), ubicada en el kilómetro 13 de la carretera a Viñales del
municipio de Pinar del Río dispone de 4 210 cerdos permanentes, una planta de
biogás construida en la década de los años 90, con diez biodigestores de 50 m3
conectados en serie para una volumen total de 500 m3, que generan diariamente
un promedio de 177,6 m3 de biogás distante al volumen de biogás diario que
debería generar la planta de unos 219,98 m3 aproximadamente.
La planta cuenta además con un modulo de cogeneración de potencia máxima
superior a los 85 kW con un índice de consumo medio excelente de 2,5 kW/m3, no
obstante el volumen de biogás a pesar de su alto contenido de metano (CH4(g))
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para un promedio superior al 70 % no satisface aún la capacidad máxima de la
planta y no genera corriente eléctrica para el consumo interno del centro, inyectar
a la REN.
Así mismo, en los momentos actuales en el centro integral no se aprovechan
todas las potencialidades que brinda la codigestión anaeróbica con el uso de las
aguas residuales del matadero, así como la cogeneración de energía eléctrica y
térmica a la gestión eficiente de la energía y la producción de carne de cerdo, así
como la utilización de los residuales efluentes (líquidos y sólidos) como
biofertilizantes para el mejoramiento de la fertilidad de los suelos.
En correspondencia con los aspectos anteriormente señalados, cobra valor
científico y práctico el siguiente problema científico: el aún insuficiente estudio
del proceso tecnológico de producción de la planta de biogás del Centro integral la
Victoria, limita el tratamiento y remoción de los residuales contaminantes
generados del proceso productivo, los rendimientos en la producción de biogás, la
generación de calor y corriente eléctrica, así como la utilización del biol residual
efluente para el desarrollo de la actividad agrícola.
Objeto de Estudio: proceso tecnológico en la producción de biogás.
Campo de Acción: proceso de digestión anaeróbica.
Objetivo General: Desarrollar una alternativa al proceso tecnológico de la planta
de biogás del centro Integral “La Victoria”, para incrementar la capacidad de
tratamiento y remoción de contaminantes que genera el proceso productivo, el
rendimiento en la producción de biogás para la cocción de alimentos, la
generación de calor y corriente eléctrica, así como la obtención de un biol residual
efluente.
Objetivos específicos.
1. Diseñar el diagrama de bloque de la alternativa tecnológica de la
planta de biogás del centro Integral “La Victoria” para el tratamiento de los
residuales porcinos generados en el propio proceso productivo.
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2. Incorporar al tanque de abastecimiento de pre tratamiento de aguas
residuales afluentes la agitación de la mezcla residual mediante los gases de
escape de la bomba de extracción.
3. Montar la línea de codigestión anaeróbica de residuales afluentes
porcinos y del matadero porcino al tanque de abastecimiento del residual afluente.
4. Diseñar un nuevo biodigestor de 50 m3 al flujo tecnológico de la
planta de biogás “La Victoria”.
5. Diseñar la cogeneración con motor de biogás para la producción de
aire y agua caliente en el matadero porcino del centro integral “La Victoria.
Hipótesis: si se implementa la alternativa tecnológica a la planta de biogás del
centro Integral “La Victoria” para el tratamiento de los residuales porcinos
generados en el propio proceso productivo, será posible obtener un incremento en
la capacidad de tratamiento y remoción de contaminantes, el rendimiento en la
producción de biogás para la cocción de alimentos y la generación de calor
corriente eléctrica, así como la obtención de un biol residual efluente.
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CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.1- Situación energética mundial
A partir de la década de los años 70 del siglo pasado da inicio lo que se reconoce
a nivel mundial como la crisis de los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas
natural), con un efecto directo en el precio de éstos combustibles. Situación que se
agudiza con el crecimiento acelerado de una demanda de energía global basada
en una matriz energética centrada en un 88 % de combustibles fósiles (Weiland,
2010).
En el presente siglo se visualiza cierta tendencia hacia el uso de FRE, a pesar de
que a nivel mundial estas no tienen todavía una contribución sustentable en la
matriz energética global. En Europa se perciben los mayores avances en vías a
revertir en el presente siglo la tendencia marcada hacia el uso de los combustibles
fósiles, desarrollando todas las potencialidades de las FRE. En América los países
en vías de desarrollo han comenzado a trazar políticas, estrategias y proyectos
que impliquen el uso de la FRE en función de promover un cambio en la matriz
energética y mitigar los efectos de contaminación del medio ambiente y alcanzar
un desarrollo sostenible.
En tal sentido, la cantidad de residuales que genera la actividad humana a nivel
mundial que pueden ser tratados por vía anaerobia, constituyen una fuente
importante para la producción de biogás con fines energéticos que deben ser
aprovechados (Weiland, 2010).
1.2- Situación energética en Cuba
A pesar de que en Cuba la potencia de generación de electricidad pasó de
397 MW en 1959, con una cobertura del 56 % de la población, a más de
3 500 MW y cobertura superior al 95 % de la población, aún persisten
insuficientes fuentes para el suministro de combustible, que unido a los precios
del mercado mundial y a los conflictos bélicos en países exportadores de petróleo,
la hacen vulnerable a cambios externos.
Lo anterior ha llevado al país a la búsqueda de alternativas para una mayor
independencia energética desde 1993, con medidas dirigidas a aumentar la
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eficiencia energética y promover las fuentes renovables de energía. Estas
quedaron incluidas en el “Programa de la Revolución Energética” en el año 2005,
lo que impulsó la generación distribuida de electricidad con motores diesel y fuel
oil (Pichs, 2008).
En ese sentido se firma en diciembre del 2012 un decreto presidencial para
impulsar el desarrollo e implementación de las fuentes renovables de energía
hasta el 2030 (López A., 2013) (Figura 1)
La matriz energética cubana se basa fundamentalmente en los combustibles
fósiles y si bien el uso de las fuentes renovables de energía aún aportan poco a
la matriz energética, entre estas el biogás tiene un aporte poco representativo.
Por lo tanto adquieren gran significación, las investigaciones, proyectos
encaminados a definir los potenciales reales de generación de energía por la ruta
de bioconversión de biomasas residuales con que cuenta el país.
Figura.1- Matriz energética cubana
Fuente: Revista científico popular.
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1.3- Digestión anaeróbica
La digestión anaerobia, también conocida como biometanización, es un proceso
que ocurre en varias etapas, de reacciones paralelas donde diferentes tipos de
bacterias anaeróbicas degradan la materia orgánica sucesivamente. Se identifican
cinco grandes poblaciones bacterianas que constituyen un ecosistema, las cuales
actúan catalizando cuatro etapas consecutivas: hidrólisis (formación de
aminoácidos, azucares, ácidos grasos, alcoholes); acidogénesis (formación ácidos
grasos volátiles, ácidos propanoico, butírico y valérico); acetogénesis (ácido
acético, hidrógeno y dióxido de carbono) y metanogénesis, formación de biogás
( metano, dióxido de carbono, dihidrógeno y sulfuro de hidrógeno, etc), con un
potencial energético considerable y un efluente con una mezcla de productos
minerales (N, P, K, Ca, etc.) con alto valor fertilizante, (Elías et al.,2012). A
continuación se describen cada una de las cuatro etapas del proceso de digestión
anaeróbica, en la Figura 1.2.
Figura 1.2. Esquema general de transformaciones bioquímicas durante el proceso
de digestión anaeróbica (Pavlostathis et all.,1991). Fuente (Pavlostathis)
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El proceso bioquímico de la digestión anaerobia se puede representar mediante la
reacción:
CmHn Op → r CH4 + sCO2 + H2O (1.1)
A continuación se hará una descripción más detallada de las etapas que
componen el proceso de digestión anaerobia (tabla 1.1):
Tabla 1.1. Principales etapas en el proceso.
Etapa de hidrólisis.
Se caracteriza por la ruptura de los polímeros orgánicos (proteínas, lípidos y
polisacáridos) hasta subunidades más pequeñas, fácilmente transportadas al
interior celular, por las exoenzimas excretadas por las bacterias celulolíticas,
bacterias hidrolíticas y bacterias acidógenas. De este modo, las proteínas son
hidrolizadas fundamentalmente por las proteasas de las especies de Clostridium a
proteosas, peptonas, péptidos y aminoácidos; las grasas por lipasas a través de la
β-oxidación, a ácidos grasos de cadena larga (AGCL) y moléculas de glicerol o
galactasa; y los policarbohidratos a azúcares, glucosa y alcoholes ( Pavlostathis y
Giraldo-Gómez, 1991; Salminen y Rintala, 2002a).
La hidrólisis es una etapa indispensable, dado que los microorganismos de las
etapas posteriores sólo son capaces de actuar sobre la materia orgánica disuelta,
pudiendo considerarse que la velocidad de producción de biogás es proporcional
a la velocidad de solubilización de materia orgánica (Fernández-Polanco, 2000);
por lo que esta etapa siendo la primera, es generalmente el paso limitante de
todos los procesos de digestión anaerobia si el substrato está en forma sólida
(Vavilin et al., 2001) o con altas concentraciones de materia orgánica particulada.
Por otra parte, los residuos lignocelulósicos se caracterizan por ser un material
refractario a la hidrólisis, ya que contienen complejas matrices de celulosa,
Etapas Grupo Bacterias
Hidrólisis Grupo I Bacteria hidrolítica
Acidogénica. Grupo I Bacteria acidogénica
Acetogénica. Grupo II Bacteria acetogénica
Metanogénica Grupo II Bacteria metanogénica
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hemicelulosa y lignina, que tienen efecto limitante en la actividad de los
microorganismos o sus enzimas para degradar rápidamente estos materiales, en
especial la lignina (Jiménez et al.,1990; Fermor,1993). Los polímeros de cadena
larga de la celulosa y hemicelulosa se hidrolizan a mono o disacáridos por
enzimas holocelulóticas extracelulares (Tong et al.,1990).
La reacción de la hidrólisis se analiza tomando como base un azúcar simple, en
este caso la glucosa se puede representar por la siguiente reacción:
C6H10O4 + 2H2O → C6H12O6 + H2 (1.2)
Etapa de acidogénesis.
La acidogénesis, es generalmente desde el punto de vista cinético el paso más
rápido durante la digestión anaeróbica de la biomasa (Vavilinet al., 2008.; Cuetos,
2007). Las bacterias acidificantes transforman la materia orgánica disuelta,
originando una gran variedad de productos de fermentación. Los productos finales
son principalmente ácidos grasos volátiles (AGV) (acetato, propionato, butirato,
sucinato), así como pequeñas cantidades de ácido láctico y etanol, dióxido de
carbono e hidrógeno (Carrillo, 2003). La cinética del proceso es relativamente
rápida y el pH óptimo bajo. Estos procesos son la base energética de las
poblaciones no metanogénicas (Cuetos, 2007).
La fermentación de los azucares se da de manera muy diversa, dependiendo del
microorganismo y la ruta metabólica que ocurra. Los principales microorganismos
asociados con la fermentación de la glucosa son los del género Clostridium, que
convierten glucosa en ácido butírico, acético, dióxido de carbono e hidrógeno
(Ortega, 2006).
En Las reacciones típicas de la etapa de acidogénesis, la glucosa se convierte a
etanol (ecuación 1.3) y la glucosa se transforma en Propionato (ecuación 1.4)
(Rittman, 2001).
C6H12O6 ↔ 2CH3CH2OH + 2CO2 (1.3) C6H12O6 + 2H2 ↔ 2CH3CH2COOH+H2O +H2O (1.4)
21
Etapa de acetogénesis
Los componentes más reducidos de la fermentación acidogénica son oxidados,
bajo
condiciones anaerobias, a ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno, que
sirven de sustrato a bacterias metanogénicas. Así los AGV (con tres o más
carbonos) y los AGCL son oxidados a acético, hidrógeno y dióxido de carbono.
Esta conversión es sólo posible si la presión parcial de hidrógeno se mantiene en
valores bajos, con presiones parciales menores de 10-3 atm (Zinder, 1984). Esta
oxidación es llevada a cabo por bacterias facultativas que viven en estrecha
colaboración con las bacterias metanogénicas. Son bacterias sintróficas
denominadas “acetógenas” u “organismos protón-reductores obligados” (McCarty,
1981). Se produce también la respiración acetogénica de bicarbonato por
bacterias homoacetogénicas. Estas bacterias catabolizan mezclas de dióxido de
carbono e hidrógeno a compuestos de carbonos múltiples. Pueden producir ácido
acético, pero las bacterias metanogénicas compiten con ellas por el hidrógeno.
Bajo condiciones normales, la presencia del hidrógeno en la solución inhibe la
oxidación, por lo tanto el papel del hidrógeno como intermediario es de importancia
crítica a las reacciones de DA (Ostrem, 2004). La reacción procede solamente si la
presión parcial del hidrógeno es bastante baja para permitir la conversión
termodinámica. La presencia de las bacterias que consumen el hidrógeno, es
necesaria para asegurar viabilidad termodinámica y así la conversión de todos los
ácidos.
Consecuentemente, la concentración del hidrógeno, medida por la presión parcial,
es un indicador de la salud de un digestor (Mata-Álvarez, 2003).
CH3CH2COO- + 3H2O ↔ CH3COO- + HCO3- + 4H2 (1.5)
C6H12O6 + 2H2O ↔ 2CH3COOH + 2 CO2 + 4H2 (1.6)
CH3CH2OH + H2O ↔ CH3COO- + 2H2 +2H+ (1.7)
2HCO3- + 4H2+ H+ ↔ CH3COO-+ 4H2O (1.8)
La transición del substrato del material orgánico a los ácidos orgánicos en etapa
ácida causa que el pH disminuya. Esto es benéfico para las bacterias
acidogénicas y que prefieren un ambiente levemente ácido, (pH de 4,5 a 5,5) y
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son menos sensibles a los cambios en la corriente entrante de la alimentación,
pero es negativo para las bacterias implicadas en la etapa siguiente de
metanogénesis (Ostrem, 2004).
Etapa de metanogénesis
En el consorcio de microorganismos anaerobios los metanogénicos son
considerados como los más importantes, ya que son los responsables de la
formación de metano y de la eliminación del medio de los productos de los grupos
anteriores, siendo, además, los que dan nombre al proceso general de
biometanización. Las bacterias metanogénicas a partir de substratos
monocarbonados o con dos átomos de carbono unidos por un enlace covalente:
acetato, H2, CO2, formato, metanol y algunas metilaminas son las responsables de
la formación de metano. Los microorganismos metanogénicos forman parte del
dominio Archaea y morfológicamente, pueden ser bacilos cortos y largos, cocos
de varias ordenaciones celulares, células en forma de placas y metanógenos
filamentosos, existiendo tanto Gram positivos como Gram negativos (Madigan et
al., 1998).
Existen dos grandes grupos de microorganismos metanogénicos, en función del
substrato principal, dividiéndose en los hidrogenotróficos, que consumen
hidrógeno y fórmico, y los metilotrópicos o acetoclásticos, que consumen grupos
metilos del acetato, metanol y algunas aminas (Cairó y París,, 1988)
La mayoría de los organismos metanogénicos son capaces de utilizar el H2 como
aceptor de electrones, mientras que sólo dos géneros son capaces de utilizar el
acetato (Ferguson y Mah, 1987). A pesar de ello, en ciertos ambientes anaerobios,
éste es el principal precursor del metano, considerándose que alrededor del 70%
del metano producido en los reactores anaerobios se forma a partir de acetato
( Ferguson y Mah, 1987). Los dos géneros que tienen especies acetotróficas son
Methanosarcina y Methanothrix, siendo el principal exponente
Methanosarcinabarkeri, que es capaz de crecer en diversos substratos, entre los
que están H2 y CO2, acetato, metanol, metilaminas y CO (Cairó y París, 1988).
La transformación microbacteriana del hidrógeno (H2) y el ácido acético
(CH3C00H) producidos en las etapas anteriores (acidogénesis y acetogénesis) en
23
CH4 y dióxido CO2, se lleva por dos tipos de bacterias, las metanogénicas
hidrogenófilas que convierten el H2(g) y el CO2(g) en CH4(g), según la siguiente
reacción .
CO2(g)+ H2(g) → CH4 (g)+ 2H2O (g) (1.9)
El aceptor de electrones terminal en la metanogénesis hidrogenofilas es el
carbono
Las metanogénicas acetoclásticas que transforman el acetato en metano, según
la siguiente reacción
CH3C00H → CH4+CO2 (1.10)
Aproximadamente el 70 % del metano producido en esta etapa se genera por
medio de las bacterias acetoclásticas, y el 30 % restante gracias a las
hidrogenófilas.
En sentido general, en el proceso de digestión anaerobia se produce el proceso de
sintrofismo, dado por la asociación en la que el crecimiento de un organismo
depende de los factores y nutrientes aportados por otro organismo que vive
cerca. La actividad de cada grupo de bacterias es interdependiente de las del
resto de los grupos bacterianos, configurándose como una especie de ecosistema
microbiano en el que el papel de cada grupo influye en la actividad del resto de la
cuota microbiana.
Esta interdependencia entre grupos bacterianos establece un equilibrio entre los
diferentes ecosistemas, que al alterarse producto de la influencia de varios
parámetros ambientales y de control de la digestión anaeróbica, entre los que se
destacan el exceso de la fracción orgánica, pH, agitación, tiempo de retención
hidráulica y velocidad de carga del reactor, la presencia de intermediarios tóxicos
inhibidores del proceso, temperatura, entre otros, el proceso de digestión
anaeróbica se ve afectado. (Madigan et al., 1998).
1.3.1- Digestión anaeróbica en dos fases
Es un proceso de digestión anaeróbica separado en dos etapas, una primera
denominada formación de ácidos grasos volátiles que ocurre en un reactor y
comprende las etapas (hidrólisis y acidogénesis) y una segunda fase
24
metanogénica en otro reactor que comprende la etapas (acetogénesis y
metanogénesis). Este tipo de digestión anaeróbica en dos fases y reactores
separados facilita las condiciones óptimas para cada grupo de microorganismos
(bacterias), robustez del sistema, la previsión de la sobrecarga del sistema, la
inhibición por compuestos tóxicos, así como la estabilidad y control del proceso
estudiado. En tal sentido, la aplicación de sistemas de digestión anaeróbica en
dos fases es producto a la tendencia de una rápida acidificación, diminución del
pH en reactores de una sola fase inhibiendo las bacterias y por consiguiente la
etapa metanogénica de formación de CH4 (Ghosh y Klass, 2001).
1.3.2- Codigestión anaeróbica.
La codigestión anaeróbica es un proceso conjunto de dos o más sustratos de
diferente origen. La codigestión anaeróbica permite el desarrollo eficiente del
proceso debido al comportamiento sinérgico de los sustratos utilizados, los cuales
compensan las limitantes que cada uno presenta al realizar el proceso de
digestión por separado (Ahring, et al 1992; Nordberg, et al 2005).
Los rendimientos en la producción de biogás a partir de excreta de cerdo son
relativamente bajos, producto al bajo contenido de fracción orgánica de estos, en
comparación con otros tipos de residuales, así como la baja biodegradabilidad de
la misma.
Los residuales industriales y urbanos contienen altas concentraciones de materia
orgánica fácilmente degradable (lípidos, carbohidratos y proteínas), por lo que
presentan un mayor potencial de producción de biogás que los residuos
ganaderos, de 30 a 500 m3/ton (Ahring et al., 1992)
En tal sentido, la principal ventaja de la codigestión está en aprovechar la sinergia
de las mezclas, y compensar carencias de cada uno de los substratos por
separado. La codigestión de residuos ganaderos y residuos orgánicos en
sistemas de mezcla completa es una metodología exitosa tanto en régimen
termofílico como en el mesofílico (Brinkman, J., 1999).
Países Europeos que no disponen de fuentes de combustibles fósiles y sostenían
una matriz energética en función de estos combustibles, como Dinamarca
desarrollaron a un alto nivel las FRE al poner en funcionamiento desde la década
25
de los ochenta plantas de biogás, con sustratos en codigestión de residuales
ganaderos y residuos orgánicos originarios de la industria alimentaria, de plantas
depuradoras de aguas residuales urbanos, residuos de mataderos y la fracción
orgánica de residuos sólidos urbanos (RSU) (Angelidaki y Ahring, 1997).
La mixtura eficiente de diferentes tipos de desechos orgánicos biodegradables
energéticos puede incrementar la producción de subproductos de alto valor
agregado, el biogás, así como un biol residual efluente de un alto valor
fertilizante por su elevado contenido nutriente. Además la codigestión anaeróbica
puede reducir drásticamente el efecto de compuestos que resultan tóxicos e
inhibitorios sobre el proceso (Alvarez, y Liden, 2009).
En tal sentido, la codigestión de excretas ganaderas (porcino y ganado vacuno) y
residuos alimentarios incrementan los rendimientos en la producción de biogás.
Los residuos ganaderos tienen baja proporción de materia orgánica
biodegradable, con una baja relación C/N, pero cuentan con una concentración
elevada de macronutrientes, básicos para el crecimiento de microorganismos
anaerobios, así como, capacidad tampón (alcalinidad), fundamental para evitar
procesos de acidificación. Por el contrario, los residuos alimentarios ricos en
carbohidratos, proteínas y grasas suelen tener una alta proporción de materia
orgánica biodegradable y una alta relación C/N, pero su digestión anaerobia se ve
afectada negativamente por la ausencia de micronutrientes y también por
problemas de acidificación. Así pues, la mezcla de ambos tipos de residuos da
lugar a procesos más estables y con un incremento considerable de la producción
de biogás (Campos et al, 2010).
El proceso de codigestión presenta las siguientes ventajas (Cuetos et al., 2008).
1. Genera una mayor producción de biogás.
2. Disminuye los contenidos de residuos estacionales
3. Mejora el balance de nutrientes del sustrato (C:N:P)
4. Constituye una vía eficaz para conseguir materias primas o ingresos
por concepto de gestión de residuos.
26
1.3.3- Parámetros ambientales y de control del proceso de digestión
anaerobia.
Los parámetros ambientales y de control de los procesos de digestión y co-
digestión anaeróbica influyen tanto en los procesos físico-químicos, como en los
micro-biológicos de la digestión y codigestión anaeróbica.
En función de lo anteriormente declarado, se identifican un conjunto de
parámetros ambientales y de control operacional de la digestión anaeróbica como
la temperatura, pH, alcalinidad, tiempo de retención hidráulica y carga orgánica,
agitación, nutrientes, metales.
Temperatura: existen tres procesos en función de la temperatura, un rango
de temperatura psicrofílico (por debajo de 25 ºC), mesofílico (entre 25 y 45 ºC) y
termofílico (entre 45 ºC y 65 ºC). En cada rango de temperatura, existe un
intervalo en que dicho parámetro se hace máximo. Para el rango psicrofílico en el
intervalo de 15-20 oC, en el mesofílico en el rango de 35-37 ºC y termofílico entre
70-72 oC (van Lier et al., 1993).
De forma general, a elevadas temperaturas los procesos bioquímicos y
biológicos son más rápidos que a bajas temperaturas. Así mismo, la velocidad de
reacción de los procesos biológicos depende de la velocidad de crecimiento de los
microorganismos que intervienen en el proceso, que a su vez es dependiente de la
temperatura. Sin embargo este comportamiento no es totalmente lineal, teniendo
sus particularidades en función de los sustratos, sus componentes, las etapas del
proceso, los diferentes ecosistemas de microorganismos, entre otras (van Lier,
1995).
La temperatura influye en los dos componentes esenciales del proceso de
digestión anaeróbica, en su componente físico-químico y microbiológico:
Físico-químico: la temperatura en condiciones termofílica provoca la
disminución de la solubilidad de los gases NH3, H2S y H2 favoreciéndose la
transferencia líquido-gas y por ende el proceso de digestión anaeróbica, dada la
toxicidad de estos gases sobre el crecimiento de los microorganismos anaerobios
que conforman los diferentes ecosistemas. No obstante, el descenso de la
27
solubilidad del CO2, implica un aumento del pH en los reactores termofílico, lo que
en condiciones de alta concentración de amonio puede ser negativo (van Lier,
1995).
Asi mismo, aumentos de la temperatura provoca aumentos en la solubilidad de la
mayoría de las sales orgánicas, lo que trae consigo que la fracción orgánica sea
más asequible a los microorganismos, favoreciéndose el proceso de digestión
anaeróbica. Sin embargo, cuando se está en presencia de compuestos tóxicos, al
aumentar su solubilidad producto del aumento de la temperatura serán
potencialmente más tóxicos, lo que puede explicar parcialmente la mayor
inhibición de determinados compuestos orgánicos en el rango termofílico, como
los ácidos grasos de cadena larga (Hwu et al., 1997).
Igualmente, los aumentos de temperatura producen desplazamiento de los
equilibrios amonio-amoniaco libre o ácidos grasos volátiles ionizados-no ionizados
a las formas no ionizadas más tóxicas para el microorganismo. En conclusión los
aumentos de temperatura hacia condiciones termofílicas en unos casos favorecen
determinados factores físico-químicos en determinados componentes del proceso
de digestión anaeróbica que favorecen la velocidad de reacción, pero puede
favorecer la presencia de componentes tóxicos que disminuyen en algunos casos
la velocidad de las reacciones bioquímicas. De forma general en condiciones de
temperatura psicrofílico por debajo de 25 oC, la velocidad de los procesos físico-
químicos, bioquímicos y microbiológicos se afectan considerablemente
disminuyendo el rendimiento en la producción de biogás. (Hwu et al., 1997).
Bioquímicos: de forma general el aumento de temperaturas aumenta la tasa de
hidrólisis, la velocidad de crecimiento y por consiguiente la velocidad en la
producción y rendimiento de biogás (Elías et al., 2012). No obstante, y a pesar de
que el rango termófilo sea el más idóneo para obtener una rápida velocidad del
proceso y mayor eliminación de patógenos, suele ser más inestable a cualquier
cambio de las condiciones de operación y presenta además mayores problemas
de inhibición del proceso por la mayor toxicidad de determinados compuestos a
elevadas temperaturas, como el nitrógeno amoniacal o los ácidos grasos de
28
cadena larga. Además, operar en el rango termófilo requiere un mayor control y
seguimiento del proceso, así como un mayor gasto energético para mantener la
alta temperatura, mientras que el funcionamiento en el rango mesófilo es más
estable y requiere un menor consumo de energía (Fernández et al., 2008). Ver
figura 1.3
El comportamiento general del proceso de digestión anaeróbica con respecto a la
temperatura y confirma que el mayor índice de producción de biogás en intervalo
mesofílico se puede obtener a 35-37ºC y para el termofílico en el rango de los
580C-600C (Golueken, 2002).
Figura 1.3- Comportamiento del proceso de DA en función de la Temperatura.
(Mata Álvarez y Mace, 2004.)
Alcalinidad y pH: los microorganismos anaerobios que conforman los
diferentes ecosistemas necesitan para su correcto funcionamiento un pH en torno
a la neutralidad, aunque permiten cierta oscilación (Clark y Speece, 1989).
El pH es un parámetro esencial en el control y estabilidad de la digestión
anaeróbica, ya que regula la coexistencia de las poblaciones microorganismos
que conforman los diferentes ecosisistemas. El pH afecta fundamentalmente a la
actividad enzimática de los microorganismos mediante: cambios de estado de los
grupos ionizables de las enzimas como el carboxilo y amino; alteración de los
componentes no ionizables del sistema, como por ejemplo el substrato; y
desnaturalización de la estructura proteica de las enzimas (Webb, J.L., 1963,
citado en Clark y Speece, 1989).
29
A pesar que dentro del ecosistema anaeróbico cada uno de los grupos
microbianos presenta un grado distinto de sensibilidad respecto al pH, se ha
establecido el rango óptimo de pH para el desarrollo del proceso de digestión
anaeróbica entre (6,5 y 7,5) La acidificación (por debajo de pH= 6) o basificación
(por encima de pH= 8,3) del medio bioquímico de digestión anaeróbica inhibe la
metanogénesis, es decir disminuye el rendimiento en la producción de CH4 y la
estabilidad del proceso de digestión anaeróbica (Lay et al., 1997).
El control de la estabilidad del proceso de digestión anaeróbica depende de la
capacidad reguladora del contenido del digestor, que viene dada por su alcalinidad
(Ferrer et al., 1992). El hidrógenocarbonato de sodio (NaHCO3), hidróxido de sodio
(NaOH), carbonato de sodio (Na2CO3), sulfuro de sodio (Na2SO4) y óxido de
calcio (CaO), hidróxido de potasio (KOH) son los compuesto más comunes
utilizados para mejorar la capacidad reguladora dentro del reactor (Esposito et al.,
2012). La tabla 1.2 muestra los rangos óptimos de pH para los diferentes micro-
organismos.
Etapa Tipo de bacterias Rango óptimo
pH
Hidrólisis Hidrolíticas acidogénicas 7,2 – 7,4
Acidogénesis Hidrolíticas acidogénicas 7,2 – 7,4
Acetogénesis Acetogénicas y homoacetogenicas 7,0 – 7,2
Metanogénesis Metanogénicas hidrogenofilas y
acetoclásticas
6,5 – 7,5
Tiempo de Retención Hidráulica (TRH): el tiempo de retención hidráulico (TRH)
es la medida que describe el tiempo promedio que una sustancia reside en el
reactor. Al aumentar el TRH, aumenta el grado de materia orgánica degradada así
como la producción de metano. Este que dependerá del tipo de digestor
empleado. En sistemas de digestores de mezcla completa (batch) el TRH coincide
con el tiempo de retención celular, es decir de la biomasa, por lo que el tiempo de
30
retención deberá ser suficientemente largo para permitir el desarrollo de la
población bacteriana que conforma la fracción orgánica de la biomasa. En tal
sentido, el TRH, conjuntamente con la velocidad de carga, determinada por el tipo
de sustrato utilizado constituyen parámetros fundamentales en el diseño de un
biodigestor.
El tiempo de retención hidráulica es un parámetro que depende de las
características del digestor empleado. La fracción de materia orgánica degradada
aumentará con el aumento del TRH, no obstante, la producción de metano por
unidad de volumen tiende a disminuir cuando se superan las condiciones óptimas.
Es por tanto necesario determinar para cada tipo de residuo y de digestor el TRH
que optimiza el proceso. Los TRH habituales para residuos ganaderos varían
mucho según la fuente consultada y van de 10 a 30 días (Bonmatí, A.et al., 2000;
Hobson, 1990).
La carga orgánica es la relación entre la cantidad de materia orgánica, expresada
normalmente en unidades de DQO o de sólidos volátiles, por unidad volumen y
unidad de tiempo, son directamente dependiente de la concentración del substrato
y del tiempo de retención. En sistema de estas características, sin la presencia de
substancias inhibidoras, las altas cargas orgánicas, permite que se produzcan
volúmenes considerables de biogás (Angelidaki, I., Ahring, 1995). No obstante, un
aumento de carga orgánica, es decir de sobrecargas puntuales que conlleva a la
acumulación de AGVS conlleva a la inestabilidad del digestor (Ahring et al., 1992).
Agitación: la agitación es un factor cinético que puede acelerar bajo
condiciones óptimas la velocidad de las diferentes reacciones bioquímicas
catalizadas por diferentes enzimas generadas por las microbacterias que
conforman los diferentes ecosistemas de la fracción orgánica del residual de las
diferentes etapas del proceso de digestión anaeróbica.
El desarrollo del proceso de digestión anaeróbica es acelerado, a partir de la
velocidad de agitación, por lo que fundamentalmente establece un equilibrio entre
una efectiva homogeneización y una buena formación de agregados bacterianos
responsables del proceso anaeróbico (Fannin, 1987). No obstante, la producción
31
de biogás puede disminuir ligeramente con una alta velocidad de agitación por
encima de 700 rpm, consecuencia de la ruptura de los consorcios bacterianos
(Stafford, 1982).
La actividad de agitación de los reactores anaerobios tiene como objetivo lograr:
(Campos, E., 2001, Noone, 1990):
Facilitar el contacto de los nutrientes con las poblaciones bacterianas.
Eliminar los metabolitos producidos por los metanogénicos, al favorecer la
salida de los gases.
Proporcionar una densidad uniforme de población bacteriana.
Provee una densidad uniforme en el sistema.
Prevenir la formación de espacios muertos que reducirían el volumen efectivo
del reactor, y la formación de caminos preferenciales en función de la hidráulica
del sistema.
Evita la formación de capas superficiales y de espumas.
Prevenir la formación de capa superficial y de espumas, así como la
sedimentación en el reactor.
Eliminar la estratificación térmica, manteniendo una temperatura uniforme en
todo el reactor.
Previene la formación de espacios muertos que reducen el volumen efectivo
del reactor.
La agitación puede ser de varios tipos:
Mecánica
Hidráulica
Neumática.
Contenido de nutrientes: en los proceso anaeróbicos la biomasa necesita
para su desarrollo el suministro de una serie de nutrientes minerales, además de
una fuente de carbono y de energía. Los nutrientes fundamentales: son nitrógeno,
sulfuro, fósforo, hierro, cobalto, níquel, molibdeno, selenio y vitamina B12 (Speece,
1987).
32
Toxicidad: Las causas más típicas de toxicidad son por altas
concentraciones de sulfatos, ácidos volátiles, oxígeno disuelto, metales pesados,
amoníaco, calcio, potasio, sodio o compuestos clorados.
Mezcla: tiene que existir una buena mezcla homogénea. Para ello se suele
utilizar un agitador que consiga un buen transporte de comida y nutrientes a los
microorganismos, facilitar la separación de los gases, evitar la formación de
costras, uniformar la densidad bacteriana y para evitar espacios “muertos” que no
tengan actividad bacteriana.
Carga y tiempo de retención: la carga de sólidos volátiles es una de las
herramientas más importantes para el control y la optimización del sistema. Es
muy importante mantener un volumen constante dentro del digestor.
1.4- Tipos de procesos de digestión anaeróbicos para los residuales
orgánicos.
Los sistemas de digestión anaerobia de residuales orgánicos pueden
clasificarse, atendiendo a diferentes modos:
El tipo de carga del sustrato: continuo (una o varias etapas) o
discontinuo.
La concentración de sólidos del sustrato (vía húmeda o seca).
La agitación.
La recirculación del efluente.
La temperatura: psicrófilos, mesófilos o termófilos
El tipo de reactor: de mezcla completa o de flujo pistón
* Tipo de carga del sustrato.
En la digestión anaerobia de residuales sólidos orgánicos se utilizan
generalmente dos tipos de procesos para llevar a cabo: los discontinuos y
continuos. En los sistemas discontinuos, los reactores se llenan una vez con
sustrato y se cierran durante todo el tiempo de retención hidráulica para
finalmente abrirse y vaciarse el residual efluente, estos son conocidos como
reactores bacht. En los reactores continuos, el sustrato se introduce
continuamente en el reactor, saliendo la misma cantidad introducida. Este tipo de
reactor es usado fundamentalmente en tecnologías a escala industrial.
33
Los reactores discontinuos son baratos, simples y muy utilizados a partir de que la
digestión es rápida, además se puede evaluar la velocidad de digestión con
relativa facilidad. Sin embargo, estos reactores tienen limitaciones, resultado de la
fluctuación tanto en la producción de gas como en su calidad y la pérdida de gas
en el vaciado del reactor (Khalid et al. 2011).
Los reactores continuos pueden realizar la digestión anaeróbica en una fase, dos
(o más) fases. En una sola fase la digestión anaeróbica se desarrolla en un solo
reactor con el inconveniente de trabajar bajo las mismas condiciones de operación
a pesar de que las bacterias involucradas en dichos procesos tengan tasas de
crecimiento y valores óptimos de pH diferentes. Esa es la razón por la que los
sistemas de una fase tienen menos resultados que los de dos fases, ya que un
desequilibrio entre las tasas de producción de ácido y de metano puede causar un
descenso del pH con el consiguiente fallo del biodigestor (Gerardi, 2003;
Vandevivere et al., 2003).
Por otro lado, los reactores de dos o más fases, se desarrollan en un primer
reactor, se lleva a cabo la hidrólisis y acidogénesis y un segundo reactor donde
ocurre la acetogénesis y metanogénesis, a partir de los productos obtenidos en el
primer reactor.
Entre las ventajas de los reactores continuos en dos fases es que son estables
biológicamente, capaces de obtener una producción de metano y una reducción
de sólidos similar a los sistemas de una etapa con un tiempo de retención
hidráulico menor (Gerardi, 2003). La fundamental limitación es que son caros en
su construcción (Ward et al. 2008).
Concentración de sólidos del sustrato (vía húmeda o seca).
Los reactores de sustratos húmedos el valor de los sólidos totales (ST) es un
16 % o menos del total, mientras que los reactores de sustratos vía seca tienen
entre 22 y 40 % de ST del total de la muestra, considerándose los que se
encuentran entre ambos valores de sistemas semi-secos (Ward et al. 2008).
En los reactores de sustratos húmedos, el residuo sólido debe ser diluido en agua
a una determinada concentración o recirculando una parte del residual efluente
líquido, o mediante la co-digestión con otro residuo líquido (Nayono, 2009). La
34
principal ventaja de estos reactores que utilizan la mezcla del sustrato vía húmeda
es la dilución en agua de sustancias inhibidoras del proceso limitando así su
efecto en el proceso de digestión anaeróbica, así como el menor costo en el
montaje del sistema. La desventaja fundamental es precisamente el uso excesivo
de agua y energía en el proceso de pre-tratamiento del residual afluente
(Vandevivere et al., 2003).
Por otro lado, los reactores de digestión anaeróbica de sustratos secos utilizan en
su mayoría de casos residuales sólidos urbanos (RSU) o vegetales, más que con
excretas porcinas, entre otros, presentando en su diseño un flujo tipo pistón
dentro del reactor. Entre sus principales ventajas está que al no utilizar agua y
energía en el proceso de pre-tratamiento lo hace menos costoso, pero su sistema
tecnológico es más complejo y costoso (Ward et al., 2008).
1.5- Diseño de plantas de biogás para el tratamiento de aguas residuales.
Resultado del incremento en la demanda de la digestión anaeróbica para el
tratamiento de residuales orgánicos, la obtención de subproductos de alto valor
agregado, el biogás para su conversión en energía eléctrica o la cocción de
alimentos, el biol residual efluente de alto potencial en el tratamiento de la
fertilidad de los suelos para la agricultura, así como la producción de alimentos a
ciclo cerrado ha contribuido a que se vayan desarrollando varias tecnologías de
planta de biogás de tecnología avanzada para países desarrollados e
industrializados y de bajo costo para países en vías de desarrollo (Ward et al.,
2008).
1.5.1- Reactores de tecnología avanzada.
Los avances actuales en las disciplinas como la bioquímica y microbiología, han
contribuido de diseño reactores, al mejoramiento de la tecnología de los procesos
de digestión anaeróbica, que tienen como base que los microorganismos que
conforman los diferentes ecosistemas permanezcan dentro del reactor el mayor
tiempo posible, facilitando así el proceso de digestión anaeróbica, la disminución
de los tiempos de retención hidráulica, así como la eficiencia en la reducción de la
carga contaminante y los rendimientos en la producción de biogás y del biol
35
residual efluente (Chong et all., 2012). Los reactores UASB (Upflow anaerobic
sludge blanket ) desarrollado por el Dr Gatze Lettinga y colaboradores en la
Universidad de Agrícola de Wageningen Holanda fueron diseñados en función de
cumplir con esa demandas de los proceso de digestión anaeróbica (Lettinga et
all., 1980)
El reactor UASB está formado por cuatro partes fundamentales:
Lecho de lodos.
Manto de lodos.
El separador gas- sólido- líquido (G-S-L).
El compartimiento de sedimentación.
Este tipo de reactor UASB en el lavado de la biomasa basado en la formación de
un lodo granular anaeróbico en el lecho de lodos ubicado en la parte inferior del
reactor garantizando la etapa inicial del proceso (Chong et all., 2012).
La forma granular del residual afluente tiene ventajas con respecto a la forma
flucolenta:
Una mayor resistencia bajo condiciones de sobrecarga hidráulica (Singh y
Viraraghavan, 1988).
Una alta actividad metanogénica específica ( Hulshoff et all., 2004).
Una alta capacidad de sedimentación facilitando una alta concentración de
microorganismos (Ghangrekar et all., 2005).
El manto de lodo es una suspensión de las partículas de biomasa y el biogás
producido, la concentración del lodo es mucho menor que en el lecho producto de
la formación del biogás (Kwan-Chow y Zhenxiang, 1991).
El separador G-S-L está enclavado en la parte del reactor UAS, es utilizado para
separar el biogás del líquido y separar las partículas dispersas del lodo en el
reactor. Finalmente, la salida del biol residual efluente ocurre a través del
compartimiento de sedimentación y algunas de la partículas retornan por
sedimentación al lecho de lodo, manteniéndose la fracción de biomasa activa en
el interior del reactor, disminuyendo el TRH y aumentando la capacidad de
remoción del reactor y el rendimiento de biogás y biol residual efluente (Kwan-
Chow y Zhenxiang, 1991).
36
1.5.2- Mini biodigestores.
Estos biodigestores son de segunda generación y son utilizados,
fundamentalmente, para obtener biogás a partir de residuos domésticos y/o
residuos agropecuarios. En el primer caso sirven a familias con pocas personas y
en el segundo caso, a pequeñas instalaciones pecuarias por ejemplo (CCS). En
general éstos consisten en fosas que funcionan, casi siempre, de manera
semicontinua. En general no son altamente eficientes desde el punto de vista de la
biodegradación de los residuos y además necesitan elevados tiempo de retención
para lograr un buen comportamiento del proceso. Los minibiodigestores más
utilizados a nivel mundial son los de tipo hindú o los del tipo chino y operan bajo el
principio hidrostático de que la entrada de la carga diaria de residual al biodigestor
por gravedad hasta el fondo del tanque, además de producir agitación, provocada
la salida de un volumen equivalente de lodos digeridos, (Pole, 1985)
El biodigestor tipo hindú consiste en un tanque reactor vertical que tiene instalado
una campana flotante recolectora de biogás, de esta forma, la presión del gas
sobre la superficie de la mezcla es muy baja, de alrededor de 300 mm de columna
de agua, con esta campana se logra, una presión constante, que permite una
operación eficiente de los equipos a los que alimenta. La campana también ayuda
al rompimiento de la espuma que se forma en muchos biodigestores. En este
biodigestor se alcanzan productividades volumétricas (Pv) de 0,5 a 1 m3 de
biogás/volumen de reactor por día.
El biodigestor tipo chino no tiene campana flotante, sino techo fijo para la
recolección del biogás. Son tanques redondos y achatados con el techo y el piso
en forma de domo. En este caso, a medida que aumenta la producción de gas,
aumenta la presión en el domo o cúpula fija, forzando al líquido en los tubos de
entrada y salida a subir, llegándose a alcanzar presiones internas de hasta más de
10 mm de columna de agua. Como consecuencia de la variación de presión, la
que aumenta al generarse el gas y disminuye al consumirse éste, se reduce la
eficiencia en los equipos consumidores. La Pv en los biodigestores chinos está,
generalmente, entre 0,15 y 0,2 m3 /m3 *d. (Guardado, 2007)
37
CAPITULO 2. MATERIALES Y METODOS.
2.1 Descripción de la ubicación geográfica de la empresa, la misión de la
planta de biogás, La Victoria.
La planta de biogás La Victoria, situada en el kilómetro 13 de la Carretera a
Viñales fue construida en la década del 90 con la finalidad del tratamiento de los
residuales porcinos y la cocción de los alimentos a los trabajadores.
En ese tiempo la planta contaba con 10 digestores de hormigón, con capacidad
total de 500 m3 y dos gasómetros de 73 m3 de volumen para su almacenaje.
En el aquel entonces la producción de biogás debió haber sido de 100 a 120 m3
de CH4 según cálculos y bibliografía. Para un promedio de 50 trabajadores en la
unidad se necesitaba en ese entonces 25 m3 al día de CH4 para la cocción, el
resto del preciado combustible se quemaba a través de un flear. No se le daba el
uso ni la explotación adecuada al combustible.
La ubicación de la planta de biogás (La Victoria) en el kilómetro 13 de la carretera
a Viñales se muestra en la figura 2.1.
Figura 2.1. Ubicación geográfica.
Fuente: googleMaps.com
38
La misión del centro integral la victoria:
Centro Acuícola: * Elaboración del pescado de agua dulce para la industria.
(MININT)
Centro Porcino: * Producción de carne de cerdo para la industria (MININT).
2.2 Descripción de la Planta de tratamiento de residual La Victoria
La planta de biogás de la victoria tiene 3 objetivos fundamentales:
- El tratamiento de los residuales porcinos en la unidad.
- La generación de energía eléctrica.
- La producción de biogás para la industria (cocción).
Figura 2.2 Planta de tratamiento de residual La Victoria.
Fuente: Elaboración propia
Dicha planta consta de 10 digestores cilíndricos de hormigón con cúpulas fijas de
metal y un sello hidráulico cada uno, con carga o alimentación continúa modelo
chino cuya capacidad total es 500 m3. En los mismos se produce una digestión
anaeróbica, biodegradación húmeda, son alimentados a través de una bomba
sumergible de impelente abierto cuyo diámetro es de 50 mm y una electrobomba
de 6 pulgadas de diámetro, su producción diaria de biogás oscila entre los 150 –
200 m3 de biogás. Ver anexo1
El líquido efluente de los digestores circula hacia un decantador de forma
rectangular de volumen 25 m3 cuyo objetivo es distanciar las partículas sólidas de
las liquidas, el sólido circula con la ayuda de la gravedad hacia el lecho secado y
39
de ahí ese biofertilizante se utiliza en la biofertilización de las lagunas del centro
acuícola y el líquido fluye hacia las lagunas de oxidación y es tratada nuevamente
a través de una digestión aeróbica.
Figura 2.3. Lecho de secado y lagunas de oxidación.
Fuente: Elaboración propia
El gas combustible producido es conducido por una tubería de seis pulgadas de
diámetro, a esta tubería es incorporada tres separadores de agua – gas
(purgadores) continuamente se reincorpora a dos gasómetros (cúpulas flotantes
de metal con sello hidráulicos) cuyos objetivos es de tanque de compensación y
aumentar la capacidad o volumen del gas para la succión a través de dos
compresores de 5,5 kw que su objetivo es comprimir y almacenar el gas en la
bala de 188 m3 de capacidad atmosférica con una presión de trabajo de ocho atm
para una capacidad máxima de 1 504 m3
2.3 Descripción de la Planta de generación eléctrica
Para la generación de energía eléctrica precisamos de un grupo electrógeno de
origen brasileño (MWM) de potencia 120 kVa aproximadamente 96 kW. El mismo
tiene dos opciones de trabajo de sincronizar a la red nacional o trabajarlo para la
demanda de la granja, además de trabajarlo a varios periodos de carga por
ejemplo:
40
10 % - 8 kW/h hasta 100 % - 96 kW/h.
De la explotación del mismo son encargados 4 operadores certificados por la
empresa eléctrica que sincronizan el mismo en el horario de mayor demanda
energética del país (horario pico). Acoplado y aprovechando los gases de escape
del motor de combustión interna existe una caldera o intercambiador de calor
cuyo objetivo es calentar el agua a una temperatura de 65 – 70 0C hacia un
recipiente de metal con aislamiento térmico, esta agua es utilizada para el
matadero (Pela de puerco).
Para el arranque se necesita en volumen de biogás más del 50% del mismo, para
eso contamos en la unidad con un medidor de biogás que nos permite hacer las
mediciones del mismo para el uso y explotación y como promedio nos brinda la
siguiente medición Ver figura 2.4 y 2.5:
CH4: 68 %
CO2: 29.5 %
O2: 5 %
H2S: 100 ppm
Figura 2.4. Medidor de gases.
Fuente elaboración propia.
El flujo tecnológico de la planta se representa en el anexo 1.
41
Figura 2.5 Planta de generación eléctrica (Cogeneración).
Fuente: Elaboración propia
2.3.1 descripción de grupo electrógeno, Motor alternativo, generador
Grupo electrógeno:
Potencia: 120kVa
Producto: G-GMG
Régimen de funcionamiento: S-Stand By
Tensión: 220 V
Tensión (cc): 24 V
Frecuencia: 60Hz
Generador:
Fabricante: Generador Weg
Modelo Carcasa: GTA 202 AIVJ
Corriente nominal: 315 A
Características técnicas del motor alternativo de biogás
Un motor alimentado con el biogás producido de la marca MWM (Motoren-Werke
Mannheim), Modelo: G 6.12 T con las siguientes características:
Potencia nominal eléctrica (kvA): 120
Consumo de biogás en base al PCI (7600kcal/m3): 47 m3/h
Rendimiento eléctrico (%): 34,3.
42
Rendimiento térmico (%):51,2.
Rendimiento total (%): 85,5.
Configuración: en línea.
Nº de cilindros: 6
Diámetro del cilindro (mm): 150
Carrera (mm) 137
Cilindrada total del pistón 7,200 litros
Velocidad nominal (rpm): 1 500
Nivel de ruido (dB): 88
Peso del motor 520 kg
Salida gases de escape (kg/h): 892.
Orden de ignición 1-5-3-6-2-4
Tasa de compresión 12:1
Aspiración Turboalimentado
Presión mínima de compresión (bar): 60
Inclinación transversal máxima en el trabajo: 35° Inclinación longitudinal máxima en el trabajo: 20°
Presión del aceite rotación nominal y marcha lenta 4,5 bar y 1,0 bar
Temperatura del aceite nominal y máxima 90 - 120 °C Volumen de aceite máxima y mínima 8 litros (sin filtro) y 5 litros (sin filtro)
Volumen del filtro de aceite 1,7 litro Temperatura de agua nominal y máxima 80 - 100 °C
Temperatura de salida del gas de escape (ºC): 470.
43
Generación del grupo desde diciembre 2013 hasta Enero 2015.
Generación: 100 400 kW
Consumo: 49 564 m3
Horas Trabajadas: 1 018:18
Índice de producción: 2,2 kW/m3 (grupo)
Figura 2.6 motor de la instalación.
Fuente: Elaboración Propia
2.4. Selección del intercambiador.
Para la selección del intercambiador en la planta de cogeneración se utilizó la
metodología de cálculo siguiente ver la figura 2.7
Figura 2.7 Intercambiadores en gases de escape para calentamiento de agua
(Grupos generadores 120 kvA)
Fuente: Elaboración Propia
44
2.5 Metodología que se utilizó para el cálculo y selección del intercambiador
1. Cálculo de la cantidad total de vapor en el intercambiador de calor
Q=U * A * ΔT (kJ/Kg.) (2.1)
Q----- Cantidad de agua (kJ/kg)
U----- Coeficiente global de transferencia de calor (W/m2k)
A----- Área de transferencia de calor (m2)
ΔT---- Variación de temperatura (K)
2. Cálculo del área real de transferencia de calor
A=П * d * L * Z (m2) (2.2)
Z----- Cantidad de fluses
d----- Diámetro de los fluses mm
L----- Longitud del intercambiador mm
3. Cálculo del área ideal de transferencia de calor.
Aideal=ln T *U
Qced (2.3)
Qced----- calor cedido por los gases de escape kg/h
U----------- coeficiente global de transferencia de calor w/mk
∆T ln -------- variación de temperatura logarítmica (k)
4. Cálculo del calor cedido por los gases de escape
Qced =mv (iv-ic) (2.4)
mv--------flujo de gases de escape kg/m3
iv ---------vapor saturado a la presión de trabajo kJ/kg
45
ic ---------líquido saturado a la presión de trabajo kJ/kg
5. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor
U=
hh 21
11
1
(2.5)
λ------- Conductividad del material
δ------ Espesor de la tubería
h--------Coeficiente pelicular de transferencia de calor
6. Cálculo del coeficiente pelicular por condensación
h1=0,943
4
1
3 ´
L
fghkg
TT ssatl
lvll
(2.6)
g--------- Gravedad
l1------- Densidad del líquido kg/m3
lv------- Densidad del vapor kJ/kg
fgh´---- Calor latente modificado kJ/kg
μl------ Viscosidad del líquido N*s/m2
Tsat------ Temperatura de saturación (k)
Ts-------- Temperatura de la superficie (K)
L--------- Longitud del intercambiador (m)
kL-------- Conductividad del líquido
7. Cálculo del coeficiente pelicular por convección forzada
h2=D
NuK (W/m2K) (2.7)
46
8. Cálculo del calor latente modificado
fgh´=hfg + 0,68cpe (Tsat-Ts) (kJ/kg (2.8)
hfg-------- Calor latente
cpe -------- Calor específico
Tsat-------- Temperatura de saturación (K)
Ts-------- Temperatura de la superficie (K)
9. Cálculo del área de la sección transversal
A= П * r2 (m2) (2.9)
A------ Área m2
r------- Radio mm
10. Cálculo de la velocidad del flujo
m=ℓ * V * A (2.10)
V=A
m
m------Flujo del jugo del agua kg/h
ℓ-------Densidad del agua kg /m3
A------ Área m2
V------ Velocidad m/s
11. Cálculo del Reynold
Re=
XV (2.11)
x------ Longitud mm
12. Cálculo de la correlación del Nu
47
Ls
fNu f
25.043,08.0
Pr
Pr021,0 PrRe (2.12)
Prf------Prandtl del fluido
Prs------Prandtl de la superficie
13. Cálculo de la variación de la temperatura
ΔT=ΔT ln*ξΔT (K) (2.13)
14. Calculo de la eficiencia del intercambiador
Ε=Qads/Qced (2.14)
2.6. Solución para el sistema de bombeo en la planta de biogás la Victoria.
El sistema de bombeo del residual como se explicó al principio del capitulo es a
través de una electrobomba de 12.5 kW y los diez biodigestores son alimentados
por vasos comunicante y la mejor alimentación o el mayor solido se queda en los
cuatro primeros, por lo que se utilizó la siguiente metodología de calculo para la
bomba de impelente abierto para una alimentación pareja.
2.6.1. Metodología de cálculo para la bomba sumergible de impelente
abierto.
Se requiere bombear alrededor de 6.95 l/s desde la cisterna del líquido afluente
hasta los biodigestores de materia orgánica situada a unos 10 m de distancia. La
tubería es de 1,5 pulgadas, el largo de la tubería, de 110 m. Se muestra un
esquema del sistema con la información necesaria.
48
Esquema 2.8. Sistema de bombeo.
Fuente: Elaboración propia.
1. Determinación de la Carga Hsist para el sistema.
Se determina la carga dinámica total del sistema Hsist evaluada para una condición
de gasto según la curva característica de la bomba y después expresamos esta
como una función de Q. El caudal que se requiere en la instalación es de 6,38 l/s.
Se plantea la ecuación de la H sistema del sistema teniendo en cuenta que siempre
los datos de la altura de carga con que se comercializan las bombas esta referida
a la columna de agua.
Hsist = (Z2 – Z1) + (fD
L+ Σk) (
42
8
dg) * Q2 (2.15)
Donde:
H sist - carga necesaria del sistema (m)
(Z1 - Z2)- diferencia de altura del líquido (m).
L -longitud de la tubería (m)
D- diámetro interior de la tubería (m)
f- Coeficiente de fricción en las tuberías.
49
Planteamos la expresión de la H sist en función del gasto
H sist = (Z2 – Z1) + (f KD
L ) (
42
8
dg) * Q2 (2.16)
Para expresar Q en m3/h y Hsist en m, utilizaremos la siguiente expresión:
Hsist ≈ 4,4+ 0,23*Q2 (2.17)
2. Determinación del punto de operación del sistema.
Se puede ver en el gráfico de la característica de la bomba GENERAL
CATALOGUE 50 Hz Pump Performance el punto de operación del sistema bomba-
tubería, el cual se obtiene al plantear la expresión de la Hsist en el mismo gráfico
de la característica de la bomba dada por el fabricante.
El caudal que se proyecta es de 6,95 l/s, o sea, 25 m3/h. Para este caudal, la
bomba que corresponde es la CH 23-30, y el punto de operación, que corresponde
a la intersección de las curvas, nos da los siguientes valores:
Q ≈ 23m3/h.
H ≈ 142,15 m.
Si se baja con este valor del caudal del punto de operación del sistema hasta la
curva de eficiencia, vemos que le corresponde un valor de este coeficiente (67 %)
casi igual al que tiene en el punto de eficiencia máxima (68 %), puesto que los
valores de gastos son muy próximos entre ambos.
50
Figura 2.9. Curva de eficiencia de la bomba.
3. Cálculo de la cavitación.
Se sabe que la NPSH requerida está en función del gasto de la bomba. Se remite
al gráfico con el dato Q=23 m3/ h vemos que NPSHr ≈ 4,5 m.
Es requisito que:
NPSHd ≥NPSHr
Para sistemas abiertos, la expresión para el cálculo de la NPSHd es:
NPSHd = Ha + Hz – hv – hf (2.18)
donde:
Ha -Altura de la columna de líquido a la presión atmosférica (m)
Hz -Diferencia de nivel entre el líquido y la bomba (m)
hv - Altura de la columna líquida a la presión de vapor (m)
hf - Pérdida de altura de presión (m)
51
2.6.2 Recuperación de la electrobomba.
Figura 2.7. Bomba sumergible de impelente abierto residuales de 5.5kW.
Elaboración propia.
En la figura 2.10 se muestra la bomba sumergible de residuales de origen asiático
(chino). La misma tiene como características:
1- Impelente abierto
2- 5,5 kW
3- Sumergible
4- 50 mm de diámetro
5- 25 m3 / h
La misma fue instalada en la piscina del desarenador de residuales del porcino
con el objetivo de alimentar los diez digestores de 50 m3 cada uno para una
alimentación pareja, por lo que debido a sus características es preciso su apoyo a
la alimentación a los digestores por su poco caudal (Q) lo que hay que tenerla en
uso más de 15 horas diarias para que satisfaga la alimentación, consumiendo
diario 82,5 kW, además de la succión inadecuada por la liga excreta-agua.
Comparación Bomba sumergible digestores:
Bomba: Digestores:
Q= 25 m3/h V= 500 m3
52
Debido a esta problemática fue necesaria la recuperación de la electrobomba de
seis pulgadas de diámetro.
Figura 2.11. Electrobomba de impelente semiabierto.
Elaboración propia.
La bomba posee como características:
1- Motor de 12,5 kW
2- 8 pulgadas de diámetro
La recuperación de la bomba se efectuó:
1- Mantenimiento general (limpieza, pintura, tornillería).
2- Se rectificó el eje de la misma por un gran desgaste en el asiento del
mismo.
3- Sustitución de los rodamientos por malas condiciones (desajuste) número
309.
La recuperación del motor se efectuó:
Motor trifásico de potencia de 12 kW
1- Mantenimiento general (limpieza, pintura, tornillería).
2- Se rectificó el eje de la misma por un gran desgaste en el asiento del
mismo.
3- Sustitución de los rodamientos por malas condiciones (desajuste) número
309.
53
Instalación:
La instalación fue analizada debido a que no se pudo instalar en el cuarto de
bombeo su lugar de origen por lo que se llegó a la conclusión de preparar su
instalación en la piscina del desarenador.
Empezando por la conformación del chasis, elaboración de seis platillos para la
unión de las tuberías de seis pulgadas de diámetro, y el rediseño del chupón. Por
último la instalación eléctrica del mismo encendido y apagado.
Esta bomba succiona 0.24 m3 / minuto. Además de aprovechar su misma succión
para homogenizar la mezcla dentro de la misma piscina de excreta.
2.7. Compresión del CH4.
Para la compresión del metano contamos con 2 gasómetros de 73 m3 cada uno
figura 2.12, cuyo objetivo es aumentar el volumen del gas combustible y como
tanque de compensación. Cúpulas móviles de metal con sello hidráulico modelo
hindú. Acoplado al mismo sistema de trabajo está un sistema de válvulas que nos
permite el paso del flujo del gas y la oportunidad de trabajarlos individualmente,
además de la succión de los compresores.
2.12. Gasómetros (Cúpula fija de metal).
Fuente: Elaboración Propia
Se seleccionaron 2 compresores para la compresión del biogás con las siguientes
características:
54
Potencia: 5,5 kW
Frecuencia: 60 Hz
Volumen del cilindro: 500 lts.
Rpm: 3 450.
Caudal: 850 l / min.
Presión de trabajo: 8 atm.
Los demás datos se presentan en el anexo 2.
Los compresores presentan un regulador de presión regulado para la presión de
trabajo de la planta 8 atm, además cuenta con separador CH4-H2O que hace la
función de purificar el H2S para la reacción en los pistones en los compresores
(ver figura 2.13).
.2.13. Regulador de presión de los compresores.
.2.13. Regulador de presión de los compresores.
Fuente: Elaboración propia.
Los compresores presentan un sistema automático de encendido y apagado,
apoyado por la columna barométrica (H2O). Los gasómetros llegan a su máxima
55
capacidad de volumen a una presión de 240 mm en la columna de agua,
encienden automático los compresores para el almacenaje final (ver figura 2.14).
Figura 2.14. Sistema automático de encendido y apagado.
Fuente: Elaboración propia.
Se cuenta para el almacenaje con una bala de 188 m3, con una presión de 8 atm.
De trabajo, con válvula de seguridad regulada para 10 atm. Además de contar con
2 manómetros de presión (Ver figura 2.15).
Figura 2.15. Bala de almacenaje.
Fuente: Elaboración Propia
56
2.8. Diseño del biodigestor de 80 m3.
En el centro integral La Victoria es necesaria la construcción de un nuevo
biodigestor con el objetivo de aumentar la producción de metano para la
generación de energía eléctrica además es necesario para el tratamiento del
afluente del matadero de la unidad y para la nave de cuarentena de la unidad
donde reposan 180 a 200 animales.
2.8.1. Metodología de cálculo para el diseño del biodigestor de cúpula fija
Para el cálculo de la cantidad diaria de excretas y de biomasa que produce la
excretas requerido para la generación de biogás según el tiempo de retención, se
empleó la metodología de la Universidad Agraria de La Habana (Santisteban,
2003).
1- Cálculo de cantidad de excreta diaria
La cantidad de excreta disponible diariamente se calcula por la siguiente ecuación:
(2.19)
Donde:
= Cantidad de animales disponibles.
= Excreta diaria por animal; kg/día.
2 -Cálculo de cantidad de biomasa disponible
Posterior a conocer la cantidad de excreta generada en un día en el criadero, se
debe obtener la cantidad de agua que se debe añadir para que la digestión
anaerobia de la mezcla excreta-agua que entrará al biodigestor se produzca de
la manera más eficiente posible, según el tipo de materia orgánica utilizada. La
biomasa disponible es la cantidad de dicha mezcla de la que se dispone a diario,
y se obtendrá sumando las cantidades de excreta y agua Ecuación (2.20).
Cbd = Ce + CH2O (2.20)
Donde:
Cbd: Cantidad de biomasa disponible (kg/día)
Ce: Cantidad de excreta diaria (kg)
CH2O: Cantidad de agua necesaria (kg)
57
3- Cálculo de volumen de biomasa disponible diaria
Para el cálculo del volumen que ocupa la biomasa disponible se utiliza la
Ecuación (3):
(2.21)
Donde
Vb: Volumen de la biomasa disponible (m3)
Cbd: Cantidad de biomasa disponible (kg)
ρ: Densidad de la mezcla (kg/m3)
La mezcla excreta-agua en una proporción 1:3 tiene entonces un 8 % de materia
orgánica seca y un 92 % de agua. Por lo tanto, dada la gran proporción de agua,
se considera que la mezcla posee una densidad igual a la del agua, es decir, de
1000 kg/m3 (Carballo, Arteaga, Márquez; 2006).
4-Cálculo de Volumen de biomasa en el biodigestor
El Volumen de biomasa dentro del biodigestor se calcula con la Ecuación (2.22).
Vbb = Vb ⋅ Tr (2.22)
Donde:
Vbb: Volumen de la biomasa en el biodigestor (m3)
Vb: Volumen de la biomasa disponible (m3)
Tr: Tiempo de retención (días)
5- Cálculo de volumen de biogás
58
El volumen de biogás que se produce en el biodigestor cada día se calcula en la
Ecuación (2.23).
Vbg = Cbd ⋅ λ (2.23)
Donde:
Vbg: Volumen de biogás (m3)
Cbd: Cantidad de biomasa disponible (kg)
λ: Producción específica de biogás (m3/kg)
6-Cálculo de volumen total del biodigestor
El volumen interno del biodigestor es la suma de volumen de biomasa en el
biodigestor y volumen de biogás producido se calcula en la Ecuación (2.24).
Vtot = Vbb + Vbg (2.24)
Donde:
Vtot: Volumen total del biodigestor (m3)
Vbb: Volumen de biomasa en el biodigestor (m3)
Vbg: Volumen de biogás (m3)
7-Ubicación del biodigestor
Una buena ubicación desempeña un papel importante para el fácil manejo y
operación de la planta de biogás, además de ahorrar costos materiales y facilitar
la construcción. Los principales aspectos que se deben tener en cuenta al ubicar
un biodigestor son los siguientes:
• Seleccionar el lugar más cercano posible a la fuente de materia prima.
• Debe tratarse, por todos los medios, de que la topografía del terreno
permita el cargado de la planta por gravedad.
59
• En el lugar debe existir una fuente de agua para realizar la mezcla y
mantener la limpieza de la planta.
• La instalación donde se utilizará el biogás debe encontrarse lo más cerca
posible de la planta de biogás (Lmáx < 0,95⋅Pmáx; donde Lmáx es la
distancia máxima en metros y Pmáx, la presión máxima en milímetros de
columna de agua).
• La topografía del terreno debe favorecer que la utilización del bioabono
líquido se realice por gravedad.
• Se debe evitar el contacto con el manto freático, para prevenir las
filtraciones hacia el interior o la contaminación del manto. Como norma, el
fondo del biodigestor debe encontrarse a un metro o más del manto
freático.
Para lograr un buen trazado de la planta, en el área que se utilizará para su
construcción es imprescindible eliminar todo aquello que sea un estorbo, como
escombros, hierbas, plantas, raíces.
8-Dimensionamiento del biodigestor
El cálculo de las dimensiones de las diferentes partes del biodigestor se realiza
según la metodología planteada por Guardado en la obra “Diseño y construcción
de plantas de biogás sencillas” (2007).
60
-Diseño de la cámara de digestión
Las fórmulas fundamentales que se emplean para el dimensionamiento de la
cámara de digestión del biodigestor de cúpula fija se exponen en la Figura 2.16
Para facilitar el cálculo, se divide el volumen de la cámara de digestión en tres
partes: un segmento esférico, un cilindro y un cono.
Figura 2.16: Fórmulas para el dimensionamiento de la cámara de digestión
Fuente: (Guardado, 2007)
Radio básico:
Unidad proporcional:
U = R/4
Proporciones:
Rc = 5⋅U
D = 8⋅U
hc = 2⋅U
hp = 3⋅Uht = 0,15⋅D
Volumen del digestor:
Vtot = V1 + V2 + V3 = R3⋅π⋅1,121
Volúmenes parciales:
Cilindro:
V1 = R2⋅hp⋅π
Segmento esférico:
V2 = hc2⋅π⋅[Rc - (hc/3)]
Cono base:V3 = R2⋅π⋅(ht/3)
61
donde:
U: Unidad básica
R: Radio básico
Rc: Radio de la cúpula
D: Diámetro del cilindro
hc: Altura de la cúpula
hp: Altura de la pared
ht: Altura del cono base
Tabla 2.1. Fórmulas para el dimensionamiento de la cámara de digestión
Fuente: (Guardado, 2007)
Los pasos que se deben seguir para el empleo de las fórmulas descritas en la
Figura 2.16 son los siguientes:
1 Se calcula el volumen total (Vtot).
2 Se calcula el radio básico del volumen predefinido (R).
3 Se calcula la unidad básica, en metros (U = R/4).
4 Se determinan las proporciones (Rc, D, hc, hp, ht).
8-Cálculo de volumen de la carga diaria
El volumen de la carga diaria se calcula en la Ecuación (2.25):
(2.25)
Donde:
Vcd=Volumen de la carga diaria (m3)
Vd1= Volumen del biodigestor elegido (m3)
62
9- Cálculo de volumen de la cámara de carga
Esta cámara en cualquier tipo de planta con alimentación semicontinua, tiene un
volumen mayor que el volumen de carga diario, entre 10-20 % (Guardado, 2007).
El volumen de la cámara de carga considerando una reserva del 15 % en
relación al volumen de la carga diaria se determina por la Ecuación (2.26):
(2.26)
10- Cálculo de volumen de la cámara de compensación
El tanque de compensación tiene un volumen equivalente al volumen de gas en
el segmento esférico: V2 = Vtc; conociendo que el radio del digestor es igual al
radio del tanque de compensación se determina la altura (h) del cilindro por la
Ecuación (2.27): (2.27)
Dejando un borde libre de 20 cm, la altura total será:
(2.28)
63
CAPITULO 3. ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS.
3.1. Resultados de la metodología de cálculo del intercambiador de calor.
En el capitulo anterior se utilizó la metodología para la selección del
intercambiador de calor en la planta de cogeneración, por lo que presentamos los
siguientes resultados.
3.1.1. Cálculo del intercambiador de calor.
Según Incropera secta edición 2007 Tabla A-6 Pág. 774
Densidad del agua: 0,596 kg/m3
Calor latente: 2 183 kJ/kg
Conductividad del líquido: 0,668 W/mK
Viscosidad del líquido: 217* 10-6 Ns/m2
Calor específico del líquido: 4,256 kJ/kgK
Densidad del líquido: 460 kg/m3
Temperatura media del vapor en el exterior del tubo:
Tf = (1300C+1000C) /2=165 0C
3.1.2. Características técnicas para el cálculo de la selección del
intercambiador de gases de escape.
* Largo del intercambiador de calor de tubos: 1 009 mm
* Diámetro del intercambiador del de calor de tubos: 550 mm
* Diámetro de los fluses: 0,4 m
* Temperatura de entrada de agua: 30 oC
* Temperatura de salida de agua: 65 – 70 oC
* Caudal de agua Q: 290 l/h
* Intercambio térmico: 11 kW
* Temperatura de salida de gases de escape: 420-470 oC
* Temperatura de entrada de gases de escape: 450-500 oC
64
* Caudal máximo de gases Q max gases: 1100 kg/h
* Presión máxima de trabajo: 4.0 kgm/cm2
* Pérdidas de carga de los gases: 45 mm CA
* Pérdidas de carga en el agua: 1.0 m CA
* Flanges de entrada y salida de los gases según: ANSI 4¨ de diámetro
* Flanges de entrada y salida del agua según: ANSI ¾ ¨ de diámetro.
* Material de la tubería: acero inoxidable de 316
* Temperatura de saturación: 100 0C
* Temperatura de la superficie: 93 0C
Tabla (3.1) Análisis de las áreas de intercambio de calor.
Cantidad de
calor Q (kW)
Área real de
intercambio de
calor Areal
(m²)
Área ideal de
intercambio de
calor Aideal
(m²)
Coeficiente real
de transferencia
de calor U
(W/m²K)
10 2,256 1,48 4 549,8
El cálculo de la eficiencia del intercambiador de calor se realiza mediante la
fórmula (2.4) y los resultados se exponen en la tabla (3.2)
Tabla (3.2) Obtención de la eficiencia.
Calor cedido en el
intercambiador
Qced (kg/h)
Calor absorbido en el
intercambiador
Qabs (kg/h)
Eficiencia del
intercambiador
E(%)
1 298,53 1 118,21 97 %
65
Re= 610*17.2
1009105102 (2.11)
Re=2 157 783,1 este es un flujo turbulento ya que el Reynolds es mayor que
2 300 para la cual se utilizará la siguiente correlación de Nusselt.
16,134,11,215778325.0
43,08.0
91.1
34.1021,0
Nu (2.12)
Nu 724 598,35
Tabla (3.3) Tabla general de los resultados.
Tabla general de los
resultados para el
intercambiador Nombre físico
simbología resultado
Calor latente modificado h´fg 918,24 kJ/kg
Coeficiente pelicular por
convección forzada
h2 3596,20 W/m2k
Área de la sección transversal A 1,53*10-3 m2
Velocidad del flujo V 105,0 m/s
Reynolds Re 2157783,1
Correlación de Nusselt Nu 724598,35
Coeficiente pelicular por
condensación
h1 8496,30 W/m2k
Variación de temperatura ΔT 52,8 K
Flujo del intercambiador G 290 l/h
66
Con el cálculo de los parámetros analizados se cumple que el intercambiador de
tubos y coraza posee el área de transferencia necesitada, ya que el área real es
mayor que el área ideal (2,256 m2 > 1,48 m2).
3.2. Resultado dela solución para el sistema de bombeo en la planta de
biogás la Victoria.
3.2.1. Resultado y análisis de la metodología de cálculo para la bomba
sumergible de impelente abierto.
Datos técnicos y explotación del Equipo.
Caudal(Q)= 23-30 m3/h
Potencia(N)= 1,5 kW/h
Rpm= 3 360
Diámetro= 50 mm
Peso= 48 kg.
Se determina la carga dinámica total del sistema Hsist evaluada para una condición
de gasto según la curva característica de la bomba y después expresamos esta
como una función de Q. El caudal que se requiere en la instalación es de 6,38 l/s.
Se plantea la ecuación de la H sistema del sistema teniendo en cuenta que
siempre los datos de la altura de carga con que se comercializan las bombas está
referida a la columna de agua.
Hsist = (Z2 – Z1) + (fD
L+ Σk) (
42
8
dg) * Q2 (3.16)
(Z2 - Z1) = 4.4 m
L=110m
D=0, 0381 m
g=9,81m/s2.
Tomando la altura de las rugosidades en la tubería ε═0,045═ mm (acero
comercial), nos da que la rugosidad relativa ε/D═ 0,045/38,1═ 0,00118.
67
Con el valor de Reynolds y el de la rugosidad relativa, se busca en el diagrama de
Moody, obteniéndose:
f═ 0,021.
Tabla 3.4. Coeficientes de resistencias locales.
Longitud Equivalente de los Accesorios ( m )
accesorio 1 ½ (pulg)
Cantidad K Ktotal
Universales 2 0,2 0.4
Codo 90 0 6 1,5 9,0
9,4
Sustituyendo en la ecuación.
Hsist=4,4+ (0,021 4,90381,0
110 ) (
42 )0381,0()14,3(81,9
8) * Q2
H sist = 4,4 + 2932712* Q2
Para expresar Q en m3/h y Hsist en m, se utiliza la siguiente expresión:
Hsist ≈ 4,4+ 0,23*Q2
Determinación del punto de operación del sistema.
Se puede ver en el gráfico de la característica de la bomba GENERAL
CATALOGUE 50 Hz Pump Performance el punto de operación del sistema
bomba-tubería, el cual se obtiene al plantear la expresión de la Hsist en el mismo
gráfico de la característica de la bomba dada por el fabricante.
68
El caudal que se proyecta es de 6,95l/s, o sea, 25 m3/h. Para este caudal, la
bomba que corresponde es la CH 23-30, y el punto de operación, que corresponde
a la intersección de las curvas, nos da los siguientes valores:
Q ≈ 23m3/h.
H ≈ 142,15 m.
Si se baja con este valor del caudal del punto de operación del sistema hasta la
curva de eficiencia, vemos que le corresponde un valor de este coeficiente (67 %)
casi igual al que tiene en el punto de eficiencia máxima (68 %), puesto que los
valores de gastos son muy próximos entre ambos.
Cálculo de la cavitación.
Como sabemos, la NPSH requerida está en función del gasto de la bomba. Si se
remita al gráfico con el dato Q=23 m3/ h vemos que NPSHr ≈ 4,5 m.
Es requisito que:
NPSHd ≥NPSHr
69
Tenemos que:
Ha ═ 12 m.
Hz ═4,5 m.
V═ 4* 0,00325/(3,14* 0,03812) ═ 2,85 m/s
hf ═ ( f * l/d + ΣK)* V2/2g ═ (0,021* 3/0,0381 + 1,5 +0,2)* 2,852/(2* 9,81)
hf ═ 1,39 m.
hv ═ pv/ρ* g
pv ═ 4,25 kPa a 300 C (presión de vapor).
hf ═ 4 250/ 1 000* 9,81═ 0,43 m
hf ═ 0,43 m.
Sustituyendo en la ecuación:
NPSHd ═ 12 + 4,5 – 1,39 – 0,43 ═
NPSHd ═ 14,68 m
Como podemos ver, la NPSHd es mucho mayor que la NPSHr, por lo que la bomba
no cavitará.
Como resultado de la metodología empleada en el capitulo anterior con el análisis
de las bombas de residuales.
Tabla 3.5. Resultado del bombeo de residual.
Bombas kW/h Caudal Consumo
(kW/día)
Tiempo de
bombeo
China 5,5 25 m3/h 55 10 h
Recuperada 12,5 0.5 m3/minuto 18.3 1:10 h
70
3.3. Análisis de la metodología de cálculo del biodigestor.
Con el siguiente diseño del biodigestor de 80 m3 se tendrá como resultado el
tratamiento del líquido afluente del matadero de la unidad además de incorporar al
mismo las excretas de la nave de cuarentena.
1- Cálculo de cantidad de excreta diaria
La cantidad de excretas que debe producir diariamente este tipo de animal se
calcula mediante Ecuación (3.19):
(3.19)
2-Cálculo de cantidad de agua necesaria
Como muestra Anexo 1. La proporción de excreta-agua adecuada en caso de
porcino es de 1:3, por lo tanto, por cada parte de excreta serán necesarias tres
partes de agua.
(3.20)
3- Cálculo de cantidad de biomasa disponible
La cantidad de biomasa que produce la excreta diaria se calcula mediante
Ecuación (3.21):
(3.21)
4- Cálculo de volumen de biomasa disponible diaria
El volumen de biomasa disponible diariamente se calcula mediante Ecuación
(3.22):
(3.22)
5-Cálculo de volumen de biomasa en el biodigestor
71
El volumen de biomasa en el biodigestor según tiempo de retención se calcula
mediante Ecuación (3.23):
(3.23)
6- Volumen de biogás
El volumen de almacenamiento de biogás se calcula mediante Ecuación (3.24):
(3.24)
7- Cálculo de volumen total del biodigestor
3.3.1- Número de biodigestores
En la Tabla 3.6 se puede observar las dimensiones de cada biodigestor según el
número de biodigestores en paralelo, lo que permitirá elegir el número de
biodigestores más adecuado, para simplificar y abaratar las obras de
construcción.
72
Tabla 3.6 Dimensiones de cada biodigestor según el número de biodigestores en
paralelo
Número de
biodigestores
Volumen de cada
biodigestor (m3)
Radio del
biodigestor (m)
Altura del
biodigestor (m)
1 140 3,41 5,88
2 70 2,70 4,8
3 46,6 2,3 4,4
Fuente: Elaboración propia
Después de los cálculos realizados el volumen total elegido del biodigestor es
46,6 m3, según la propuesta de Guardado 2006, se propone una planta con tres
biodigestores de 50 m3.
3.3.2- Cálculo de volumen de la carga diaria
El volumen de la carga diaria se calcula en la Ecuación (3.25):
(3.25)
3.3.3- Cálculo de volumen de la cámara de carga
El volumen de la cámara de carga considerando una reserva del 15 % en
relación al volumen de la carga diaria se determina por la Ecuación (3.26).
(3.26)
73
3.3.4- Cálculo de volumen de la cámara de compensación
El tanque de compensación tiene un volumen equivalente al volumen de gas en
el segmento esférico V2 = Vtc; conociendo que el radio del digestor es igual al
radio del tanque de compensación se determina la altura (h) del cilindro por la
Ecuación (3.27):
(3.27)
3.4. Ensayos y métodos en el tratamiento físico-químico y biológico de las
aguas residuales.
los servicios de la UEB de Análisis y Servicios Técnicos de la Provincia de Pinar
del Río reportaron los diferentes parámetros de análisis de agua residuales
(muestra a, b) a partir del uso de los estándar methods for the examinations of
wáter and wastewater Ed 20 th .1998 (anexo): 4
pH,
Temperatura.
Conductividad eléctrica (CE).
Oxígeno disuelto (OD).
Demanda Química de Oxigeno (DQO).
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO).
Fosfatos (PO4-).
Fósforo Total (P T).
Nitrógeno total (NT).
Sólido total (ST).
Sólido total fijo (STF).
Sólidos totales volátiles (STV).
Coliformes totales (CT).
74
Análisis de los resultados de la calidad físico-química y biológica del
residual efluente en la unidad. (Ver anexo 4)
Los valores reportados de los ensayos realizados a los residuales afluentes y
efluentes por la UEB de Análisis y Servicios Técnicos de Pinar del Río (Anexo.4),
expresan en primer orden que la muestra afluente (a) de codigestión anaeróbica
de sustratos de agua residuales afluentes porcinas (ARAP) y aguas residualesdel
matadero porcino (ARMP) presentan valores muy altos de DQO de 68 448 mg/l y
DBO de 33 581 mg/L , ST 54 800 mg/l, STF 4 300 mg/l y STV de 50 500 mg/l
(anexo.4), para la muestra afluente (b) de mono-sustrato, los valores de DQO 10
240 mg/L, DBO 6 144 mg/l, ST 12 400 mg/l, STF 2 900 mg/l y STF 9 500 mg/L
son también altos pero menores que los correspondientes a la muestra (a) . Estos
valores altos responden a la elevada fracción orgánica contaminante de estos
residuales.
No obstante, los elevados valores de la muestra (a) responden a la mezcla de
sustratos, ya que los efluentes residuales del matadero se caracterizan por un alto
contenido orgánico, compuesto principalmente de proteínas y grasas (Palatsi et al
,2011).Las aguas de desechos procedente de mataderos en las industrias de
procesamiento de carne han sido clasificados según la Agencia de Protección del
Medio Ambiente (EPA) como uno de la más nociva para el medio ambiente (Seif.
et al ,2001).
Para los ensayos hechos en un microreactor (MR) de volumen efectivo 7 L
correspondiente a la muestra (a) de una mezcla de sustrato se obtiene una
adecuada tasa de tratamiento de 27 437 mg DQOL -1 con una eficiencia de
remoción de contaminante de 41 % de DQO. En el caso de la DQO el índice de
eficiencia de remoción fue menor correspondiente a un 21 % de DQO, así como
la capacidad de remoción de ST fue aceptable de 42 % y STV de un 43 %, según
lo reportado en la literatura por Palatsi, (2011).
Conclusión parcial: los resultados de los ensayos realizados in situ para las
diferentes muestras de residuales afluentes y efluentes demuestran de forma
75
general que los procesos de codigestión anaeróbica constituyen un método
secundario de tratamiento de aguas residuales con una buena eficiencia en cuanto
a la capacidad de remoción de contaminantes de aguas residuales porcinas, que
pueden ser escalados al flujo tecnológico de la planata.
3.5. Mantenimiento de la planta de biogás y la planta de cogeneración.
Las plantas de biogás están sometidas como se habla anteriormente a un alto
volumen de sulfuro de hidrógeno un fuerte aliado de la corrosión principalmente en
la planta La Victoria que su tubería, cúpulas, etc. son de metal. (Ver anexo 2 y 3).
1. Cúpulas de metal (mantenimiento) Periodo 1 año
30 Lts de Pintura anticorrosivo (negro: absorción del calor ayuda a la temperatura
de digestión)
30 Lts de diluente.
Los digestores están sumergidos en agua (aliado de la corrosión)
2. Cilindros de hormigón (mantenimiento) Periodo 3 a 5 años
Actualmente se le añadió al mismo el mantenimiento generalizado
Tuberías y separadores agua-gas en la línea de producción. (Mantenimiento)
Periodo 1 año
20 Lts de pintura anticorrosiva y pintura esmalte (amarilla)
20 Lts de diluente.
Tuberías y separadores agua-gas en la línea de Consumo. (Mantenimiento)
Periodo 1 año
10 Lts de pintura anticorrosiva y pintura esmalte (verde)
10 Lts de diluente.
Tuberías y separadores agua-gas en la línea de alta presión. (Mantenimiento)
Periodo 1 año
76
10 Lts de pintura anticorrosiva (roja)
10 Lts de diluente.
Gasómetros:
Gasómetros (mantenimiento) Periodo 1 año
30 Lts de pintura anticorrosiva y de esmalte (Vich)
20 Lts de diluente
Los gasómetros están sumergidos en agua (aliado de la corrosión)
Bala:
Bala (mantenimiento) Periodo 2 años
60 Lts de pintura esmalte (Vich)
10 Lts de pintura anticorrosiva
60 Lts de diluente
El fregado de la bala se realiza trimestral.
Válvulas de control y regulación del gas metano
Mantenimiento trimestralmente. Para un total de 33 válvulas
- Grasa. 10 kg
- Hilo granitado.
Compresores: compresores de 5,5 kW. que su objetivo es comprimir (almacenar
el gas)
Compresores (mantenimiento)
Cambio de correas 2 años
Cambio de aceite 6 meses Mult. A
Pintura de agua:
1. Compresores 20 Lts
77
2. Laboratorio10 Lts1
3. Grupo electrógeno 20 Lts
Máquinas y herramientas:
1. Cepillo de alambre -- 8
2. Pulidora --- 1
3. Picoletas --- 8
4. Brochas --- 10 de 2 a 4’’
5. Guantes --- 4 Pares
6. Juego de herramientas --- 1
3.6. Metodología empleada para el logro de una mayor eficiencia en la
producción de los digestores.
1. Hay que lograr con prioridad que los residuales sólidos de las excretas lleguen
al sistema de bombeo de alimentación a los digestores. Después de lograr lo
antes mencionado se pone en funcionamiento la electrobomba con el retorno del
flujo hasta la misma cisterna para con la presión de estas homogenizar con
efectividad la materia prima que se le incorporará a los digestores, con esta
operación se puede estar más seguro de la relación agua excreta que a su vez
mantener la exactitud con la relación nitrógeno carbono, con el resultado final de
un biogás de mayor calidad en cuanto a la concentración de metano.
2. La alimentación de los digestores deben de ser a poca velocidad de los líquidos
ya que estos atentan tanto con la retención de las materias orgánicas como los
líquidos de forma general dentro de los digestores. En los casos de alimentar los
digestores por gravedad es más efectivo. Se ha podido apreciar en la práctica que
aplicar la alimentación a los digestores con velocidades no adecuada pone en
peligro la producción de biogás ya que los líquidos impulsados conforman una vía
78
rápida que se le llama corto circuito saliendo lo mismo por cantidad sin digerir
provocando malos olores y contaminan el entorno.
3. El PH es necesario controlarlo ya que este es uno de los factores que también
tiene que ver con la producción se conoce de que las plantas de biogás deben
tener un PH óptimo que oscile entre 5,8 y 8,5 pero en las experiencias
acumuladas en plantas que utilizan diferentes residuales como las mieles, la
cazacha, el mosto de la fábrica de cerveza, levadura de la cerveza, estos se
tornan peligroso para trabajarlo en digestores de un PH de 5,8 ya que en una
sobrealimentación que ocurra pone fuera de servicio la planta teniendo entonces
que agregarle agua de cal hasta llevarlo a un PH 7. Los residuales antes
mencionados se emplean en la producción de biogás pero teniendo como base
fundamental la carga óptima por m2 de la biomasa del digestor. En el caso del uso
de las excretas como vaca, carnero, porcino, nunca ocurrirá de que el PH
disminuya o aumente, siempre oscila en el rango aceptable, pero si se usa las
excretas de origen avícola el PH se torna básico al poner el uso de la cal lo cual
impide que se desarrolle con efectividad las fermentaciones, a esto se les agrega
que durante el tiempo de la permanencia en las ponedoras estas incorporan las
plumas a las excretas que no son digeridas por los digestores y pueden ocupar
espacios en vano dentro de los digestores reduciendo la capacidad de producción
y puede provocar obstrucciones o tupiciones a la entrada y salidas de los
digestores. Se conoce que el uso de la excreta avícola no es de interés por aportar
materia orgánica ya degradable debido al tiempo que estas permanecen en las
granjas.
4. Los digestores de la planta de biogás la Victoria, son 10 los, cuales tienen
50 m3 por unidades y cada uno tiene 2 removedores neumáticos que suman 20,
los cuales se alimentan del propio biogás de la planta ya comprimido. Este sistema
tiene como objetivo mantener una óptima homogenización de los 10 digestores,
logrando despejar del fondo, por paredes, las partículas más pesadas
demeralizadas del proceso bioquímico y a su vez lograr una producción estable y
segura. De estos digestores hay que controlar de forma diaria el sello hidráulico de
las campanas metálicas de los digestores, este sistema tiene que permanecer
79
bien calibrado con agua para escapes de biogás por el mismo. Los
homogenizaciones se beben realizar cada cinco días para evitar el endurecimiento
de los residuales en el fondo de los digestores. El operador debe comprobar diario
a la hora de cargar los digestores en qué estado de homogenización está saliendo
los residuales de los digestores, si este observa que está saliendo agua turbia, si
el acompañamiento de residuo orgánico esmiespeso pues este debe aplicar
remoción con los removedores neumáticos.
3.7. Mantenimiento y Reparaciones realizadas a la planta de biogás La
Victoria
1. La planta de biogás la Victoria por su complejidad en cada una de sus
tecnologías lleva consigo un seguimiento sistemático en las revisiones técnicas
las cuales van dirigidas especialmente a localización de salideros los cuales
ponen en peligro su funcionamiento y la contaminación del entorno por la
presencia del metano y el CO2 causante ambos del calentamiento global y
cambio climático.
2. Como mantenimiento a tener en cuenta en la planta son homogenizadores
mecánicos o neumáticos se hace necesario inyectarles por diferentes partes
del digestor biogás comprimido, con el objetivo de hacer una homogenización
completa de la biomasa, para eliminar los sólidos pesados que se comprimen
en el fondo de los digestores los cuales les restan capacidad de producción a
la planta y con el tiempo le proporcionan tupiciones y ponen en juego su
verdadera capacidad de producción. También podemos asegurar que los
métodos de remoción neumáticos el digestor es más eficiente y los
microorganismos pueden realizar sus funciones con gran facilidad.
3. En cuanto a las válvulas que usamos para el corte del flujo de biogás se
lubrican periódicamente las roscas y sus vástagos que endurecen las
operaciones y en algunos casos se puede partir el vástago por falta de
lubricación.
4. Como la planta de biogás La Victoria es de cúpula fija se revisa periódicamente
la presión dentro de la digestión, es decir, en los digestores con la columna
80
barométrica o columna de agua evitando así una sobre presión en los
digestores y evitar el agrietamiento en ellos.
5. Las planta tiene como medio de seguridad un para llamas en la salida de los
digestores los cuales tienen que estar bien calibrados con el agua para evitar
un retorno de llamas que pueden dar lugar a que las cúpulas puedan explotar o
dañarse seriamente provocando en algunos casos accidentes de trabajo
6. La planta comprime biogás a ocho atm en adelante por lo que lleva los
manómetros a calibrar su presión y ponerle el sello de acto, y las válvulas de
seguridad están calibradas a 1,5 atm por encima de la capacidad máxima de
almacenaje según las normas internacionales.
7. La bala de almacenaje para el biogás, tiene un estricto control y fiscalización
de las partes oxidadas las cuales no pueden llevar a profundizar en metal.
8. Los compresores que se adaptan a comprimir el biogás hay que chequearlos
diario y se recomienda restablecerle el nivel de aceite, también el operador de
los compresores tienen que estar en el local y atender mayormente a medida
que va subiendo la presión debido a la temperatura que va en ascenso que
puede provocar que se tranque por exceso de la misma.
9. El personal que tenga a su cargo una planta de biogás tiene que tener
elementos de juicios sobre el peligro para él y el entorno en cuanto a la
seguridad contra incendio, explosión y el riesgo humano en cada operación
que realizan.
10. tener un área específica para fumar.
81
3.8. Valoración económica:
En este epígrafe se determinará el periodo del costo de inversión de la planta de
cogeneración.
Grupo electrógeno a biogás ESTEMAC, para funcionamiento sencillo de
potencia 120 kVa:
Precio: 88 170 USD.
Sistema de cogeneración para calentamiento de 290 l/h, de 30 a 90 oC, por
medio del intercambiador de calor recuperador de gases de escape:
Precio: 12 170 USD.
Sistema de filtraje de biogás, para la retención del sulfuro, de partículas
sólidas y retirada la humedad por sistema de refrigeración, con capacidad
de 150 m3/h:
Precio: 20 015 USD.
Total: 120 355 USD.
Precio del kW a grupos generadores de biomasa por la UNE:
- Por cada kWh entregado al SEN en el horario del día (de las 5:00 a las
17:00)
0,0254 $/kWh * K + 0,012 $/kWh.
- Por cada kWh entregado al SEN en el horario pico (de las 17:00 a las
21:00)
0,0508 $/kWh * K + 0,012 $/kWh.
- Por cada kWh entregado al SEN en el horario madrugada (21:00 a las
5:00)
0,0169 $/kWh * K + 0,012 $/kWh.
82
La planta generó en un año 100 400 kW, multiplicado por el precio de pago de
UNE en el horario pico: 67 200 MN
2 688 USD
Análisis del combustible ahorrado en diesel y lo que representa en
USD en la planta La Victoria.
El resultado de la cantidad de litros Diesel sustituido por el biogás
La generación de 100 400 kWh empleando combustible Diesel, consume el
equivalente de 31 124 kg Diesel (31, 12 t) o 37 364 litros Diesel
El resultado es: ClDiesel = 37 364 litros o 31, 12 t de combustible Diesel. (litros
diesel)
El precio del barril de Diesel es de: 55.4 USD. (wwwpreciopetroleo.net)
Con 37 364 litros ahorrados que son 235 barriles * 55.4 USD.
Precio ahorrado en un año de generación: 13 019 USD.
Sumando los resultados obtenidos: 15 707 USD. Ahorrados desde el inicio de la
generación.
83
3.9. Impacto medio ambiental.
- Metodología para determinar el CO2 dejado de emitir a la atmósfera
concepto de producción y uso del biogás.
El proceso natural de la biodigestión anaeróbica tiene tres salidas relacionadas
con el efecto ambiental. Estos son:
1. El biogás: Liberado a la atmósfera produce un impacto medio ambiental de cada
molécula de metano, equivalente al producido por 25 moléculas de CO2 liberadas
al medio ambiente a través del uso de combustibles fósiles. (Kaiser F. y Alejandra
Póvez)
El índice usado para el cálculo del efecto contaminante del biogás capturado en la
instalación es de 14 m3CO2/m3 de biogás.(guardado)
QCO2e = VtB x λ, m3 de CO2e (3.28)
Donde:
QCO2e – Volumen total de CO2e lanzado a la atmósfera si no se quemara el biogás,
m3
VtB – volumen total de biogás producido en la planta en el período evaluado, m3 de
biogás.
λ - índice de emisión de CO2e del biogás – se asume valor de 14m3CO2e por
1m3de
Biogás
Si se tiene en cuenta la densidad del biogás y del CO2, se puede calcular las
emisiones en toneladas2
http://www.crisisenergetica.org/mediawiki/index.php/BIOGAS.
Densidades2
Dióxido de carbono. 1,9 kg/m3CO2
84
Biogás 1,2 kg/m3 de biogás
Resultado 1
El total de biogás generado en todo el período es 84 566 m3
QCO2e = 84 566 m3 de biogás x 14m3CO2e/m3 de biogás = 1 183 924 m3CO2e
dejado de emitir a la atmósfera si se quema
(1) QCO2e = 1 183 924 m3 CO2
Considerando la densidad del CO2e es de 1,9 kgCO2e/m3 (2), entonces el
resultado es de:
Resultado 1 es: QCO2e = 2 249 t CO2e (Emisión del biogás)
- Metodología 2.
2. La generación de electricidad en el sistema nacional se realiza con Diesel.
Para determinar el equivalente energético en kg de diesel se utilizan los siguientes
factores de equivalencia: 1kWh = 310 gramos de combustible Diesel y 1 litro
Diesel tiene una densidad de 0,838 kg. (Moreno Figueredo C. 2008).
ClDiesel = E
t x IC, , en litros Diesel.
Donde:
ClDiesel – litros Diesel sustituido por biogás l.
Et – Electricidad generada (total), en kW
IC. – Índice de consumo, en gramos Diesel por kW, gd/kW.
El resultado de la cantidad de litros Diesel sustituido por el biogás
La generación de 100 400 kWh empleando combustible Diesel, consume el
equivalente de 31 124 kg Diesel (31, 12 t) o 37 364 litros Diésel
85
El resultado 2 es: ClDiesel = 37 364 litros o 31, 12 t de combustible Diesel.
(litros diesel)
- Metodología 3
Emisión de CO2 por generación de electricidad empleando combustible
Diesel.
El factor de emisión, empleado por la Oficina Catalana del Canvi Climátic, (2012)
considera que el combustible Diesel tiene un índice de polución de
2,61kgCO2e/litro de combustible.( canviclimatic.gencat.cat)
Metodo (3) es:
GEI = ClDiesel x ץ, kgCO2e
Donde:
GEI – emisión total de CO2e, en kgCO2e (gases de efecto invernadero).
ClDiesel – Cantidad litros diesel, en l.
.índice de emisión del Diesel, en kgCO2e/litro Diesel – ץ
Resultado 3
GEI = 37 364 l Diesel x 2,61kgCO2
El resultado es: GEI = 97 520 kgCO2e = 97,52 tCO2e (toneladas de emisiones de
CO2e ) de la generación de electricidad
- Metodología 4
Emisión de CO2e por el empleo del biogás en sustitución de electricidad para la
cocción de alimentos.
El biogás empleado para cocinar sustituye a la electricidad, y se considera que un
m3 de biogás equivale a 1,6 - 5 kW/m3 como mínimo. A los efectos del estudio se
emplea un índice de 2, siendo este la media obtenida en la generación de
electricidad por la planta de biogeneración.
86
EEC = CB x Ig , en kW
Donde:
EEC – cantidad de kW disponible. kW.
CB – cantidad de biogás usado para cocinar, m3
Ig – índice de conversión de biogás en electricidad.
Resultado 4
EEC = 35 228 m3 x 2 kWh/m3 de biogás
EEC = 79 456 kWh sustituido por el biogás empleado para cocción de alimentos de
trabajadores
El índice de emisión de cada kWh es de 0,715 kgCO2e/kWh de electricidad (Stolik,
20136). Este índice parece muy alto y habría que confirmarlo en la empresa
eléctrica.
QCO2 = EEC x λE, kgCO2
Donde EEC – energía eléctrica sustituida por el uso del biogás en la cocción de
alimentos.
λE – índice de emisión de CO2 por cada kW de electricidad del sistema nacional
(Stolik,2013)6
Resultado 4
QCO2 = 79 456kWh x 0.715 kgCO2e/kWh = 56 811 kg
El resultado 4 es: 56,81 tCO2e evitado por el uso del biogás en cocción.
6Stolik, N. Necesidad de un programa fotovoltaico para Cuba. Recuperado el 23
de junio 2013, de: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia53/articulo04N.htm.
El empleo del biogás para generar electricidad y la cocción ha evitado la emisión
de:
CNet = QCO2 (3) + GEI (2) + QCO2e (1)
87
Donde:
CNet – carbono total dejado de emitir a la atmósfera dado el empleo del biogás en
generación de electricidad, para la cocción de alimentos y la no liberación del
biogás a la atmósfera.
QCO2(3) – emisión evitada por el uso del biogás en la cocción (56,81 tCO2e)
GEI (2) – emisión evitada por la generación de electricidad con biogás (97,52 tCO2e)
QCO2e (1) – emisión evitada por no enviar el biogás a la atmósfera y por quemarlo
en la generación de electricidad (2 249 t CO2e)
56,81 tCO2e + 97,52 tCO2e + = 2 249 t CO2e
CNet = 2 403 tCO2e (toneladas de CO2e total por las causas mencionadas)
Cantidad de combustible equivalente para la cocción de combustible para la
cocina.
24631kg = 24.63 toneladas de diesel dejada de consumir por el concepto del uso
del biogás en la cocción
24.63t +31.12t = 55.75 ton de diesel ahorrado por el empleo del biogás en el
periodo.
88
Conclusiones:
1. Se demostró que la alternativa al flujo tecnológico de la planta de biogás “La
Victoria” de la Empresa Integral Agropecuaria del Ministerio del Interior
(MININT) del municipio de Pinar del Río, basada en la codigestión
anaeróbica de excreta porcina y del matadero porcino, la agitación en el
tanque de abastecimiento de pre tratamiento son viables para el incremento
de la producción de biogás e inyección de corriente eléctrica al sistema
eléctrico nacional y la cocción de alimentos, así como el ahorro en una
inversión adicional para el tratamiento de los residuales del matadero
porcino.
2. Los resultados del diseño un biodigestor de 50 m3 atendiendo a la
metodología propuesta por Guardado que se incorpora al flujo tecnológico
de la planta La Victoria específicamente para la atención al proceso de
codigestión anaeróbica muestran su viabilidad para ser incorporados al flujo
tecnológico para el incremento en la producción de biogás.
3. La cogeneración con motor de biogás para la producción de agua caliente
en el matadero porcino del centro integral “La Victoria, constituye una
alternativa tecnológica viable para el ahorro de combustible en la producción
de agua caliente y aire y utilizados en el matadero pocino .
4. La alternativa tecnológica de la planta de biogás del centro Integral “La
Victoria” para el tratamiento de los residuales porcinos generados en el
propio proceso productivo permite un considerable el ahorro de combustible
diesel en el orden de la 31.1 t de combustible en relación con la corriente
eléctrica generada e incorporada a la red eléctrica nacional, además de
dejar de emitir a la atmósfera 1 183 924 m3 de CO2.
.
89
RECOMENDACIONES.
1. Continuar profundizando en el estudio del proceso de codigestión
anaeróbica con el nuevo biodigestor incorporado al flujo tecnológico, que
facilite su escalado en dependencia del presupuesto empresarial.
2. Presentar el trabajo en eventos científicos Provinciales y Nacionales, así
como en y de FORUM y publicar los resultados.
3. Estudiar el proceso de compresión del biogás como una alternativa para el
almacenamiento de biogás.
90
Referencias bibliográficas:
1 Weiland, P. (2010). Biogas production: current state and perspectives. Mini-
review. Appl Microbiol Biotechnol, 85, 849-860.
2 López, A. (2013, mayo). Conferencia magistral en la XII Conferencia mundial de
energía eólica. La Habana, Cuba.
3 Pichs, R. (2008). Cambio climático. Globalización y subdesarrollo. La Habana:
Editorial Científico-Técnica.
4 Elías, X., Campos, E., Flotats, X. (2012). Procesos biológicos: la digestión
anaerobia y el compostaje. Ediciones Diaz de Santos, Madrid
5 Pavlostathis, S.G., Giraldo-Gómez, E., 1991. Kinetics of anaerobic treatment.
Water Science and Technology 24 - 8, 35 - 59.
6 Tong, X., Smith, L.H., McCarty, P.L., 1990. Methane fermentation of selected
lignocellulosic materials. Biomass 21, 239 - 255.
7 Jiménez, S., Cartagena, M.C., Arce, A., 1990. Influence of lignin on the
methanization of lignocellulosic wastes. Biomass 21, 43 - 45.
8 Fernández A. y Sánchez M. (2007). Guía para la gestión integral de los residuos
Sólidos urbanos. United Nations Industrial Development
Organization(UNIDO).www.unido.org/fileadmin/import/72852_Gua_GestinoIntegral
_de_RSU.pdf. Fecha de consulta: 4 de diciembre, 2013.
9 Pichs, R. (2012). Recursos naturales, economía mundial y crisis ambiental. La
Habana: Editorial Científico-Técnica.
10 Honty, G., A. Mimbacas y J.J. Oña (2008), La energía es increaíble,
Montavideo, Uruguay, Monteverde y cía., consultado el 12 de enero 2013,
disponible:http://www.ute.com.uy/pags/JNE/Libros/libr
o_energia%20alumnos6to%20a%C3%B1o
11 Guardado, J. A. (2012). Seminario del Grupo Nacional de Biogás. Disponible
en:www.cubaenergia.cu/index.php/es/vii.../543-gnbiogaseminarioerpdf (revisado
en abril 2014).
91
12 Guardado, J. A. (2006, mayo). Modelo G.B.V. para el saneamiento energético
ambiental. Ponencia presentada en el X Taller Nacional con participación
extranjera: Actualización y perspectiva para la producción de biogás, Sancti
Spíritus, Cuba.
13 Contreras, L. M., López, L. y Romero, O. (2006). Producción de biogás con
fines energéticos. De lo histórico a lo estratégico. Revista Futuros No. 16, 2006
Vol. IV.ISSN: 1913-6196. Disponible en:
http://www.revistafuturos.info/raw_text/raw_futuro16/produccion_biogas.pdf.
14 Salminen, E.A., Rintala, J.A., 2002a. Anaerobic digestion of organic solid
poultry slaughterhouse waste: a review. Bioresource Technology 83, 13 - 26.
15. Vavilin, V. A., Fernández, B., Palatsi, J. y Flotats, X. (2008). Hydrolysis
kinetics in anaerobic degradation of particulate organic material: An overview.
Waste Management, 28, 939-951.
16. Cuetos, M.J., (2007). Digestión y co-digestión anaerobia de residuos de
matadero avícola: control del proceso y evaluación del grado de estabilización.
Directores: Antonio Morán Palao y Marta Otero Cabero [Tesis Doctoral].
Universidad de León.
17. Ortega, N. (2006), Phosphorus Precipitation in Anaerobic Digestion Process,
Boca Raton, Florida, consultado el 14 de marzo 2014, disponible en:
http://www.bookpump.com/dps/pdf-b/1123329b.pdf
18.Zinder, S.H., 1984. Microbiology of anaerobic conversion of organic wastes to
methane: recent developments. ASM News 50, 294 - 298.
19.McCarty, P.L., McKinney, R.E., 1961. Salt toxicity in anaerobic digestion.
Journal Water Pollution Control Federation 33, 399 - 415.
20. Madigan, , M.T., Martinko, J.M., Parker, J. (1998). Brock Biología de los
microorganismos. Edit. Prentice Hall International (UK) Ltd. 8ª ed
21.Cairó, J.J., París, J.M. (1988). Microbiología de la digestión anaerobia,
metanogénesis. Actas del 4th seminario de tratamiento anaerobio de aguas
residuales. Valladolid, pag. 41-51.
92
22. Ferguson, T., Mah, R. (1987). “Methanogenic bacteria”, en Anaerobic digestion
of biomass. Editado por Chynoweth, D. Y y Isaacson, R. Elsevier applied science
LTD
23. Cairó, J.J., París, J.M. (1988). Microbiología de la digestión anaerobia
metanogénesis. Actas del 4th seminario de tratamiento anaerobio de aguas
residuales. Valladolid, pag. 41-51.
24. Ahring, B.K., Angelidaki, I., Johansen, K. (1992). Anaerobic treatment of
manure together with industrial waste. Water Science Technology. Vol. 25 (7), pag.
311 318.
25. Nordberg, A., Edstrom, M. (2005). Codigestion of energy crops and the source
sorted organic fraction of municipal solid waste. En: Water science and technology.
52 p. 217–222
26. Angelidaki, I., Ahring, B.K. (1997a). Anaerobic digestion in Denmark.
Past,Referencias bibliográficas 308 present and future. III curso de Ingeniería
Ambiental, pag., 336-342.
27. Alvarez, R.; Liden, G. (2009). Low temperature anaerobic digestion of mixtures
of llama, cow and sheep manure for improved methane production. En: Biomass
and Bioenergy 33 p. 527–533
28. Campos, A. E. (2001). Optimización de la digestión anaerobia de purines de
cerdo mediante codigestión con residuos orgánicos de la industria agroalimentaria.
Tesis Doctoral. Escola tècnica superior de Engineria Agrària, Universidad de
Lleida, España.
29 Stolik, N. Necesidad de un programa fotovoltaico para Cuba. Recuperado el 23
de junio 2013, de: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia53/articulo04N.htm.
30 Oficina Catalana del Canvi Climátic. Guía práctica para el cálculo de emisiones
de gases de efecto invernadero (GEI). Generalitat de Catalunya. Comisión
Interdepartamental del Cambio Climático. Versión de marzo, 2012.
canviclimatic.gencat.cat/web/....de.../factors.../43_147391
Consultado marzo 2015.
canviclimatic.gencat.cat/...demissions...co2/120301_guia_practica_calcul...
93
31 Moreno Figueredo C. 2008. El concepto danés. Revista energía y tú. No. 44.
ISSN: 1028-9925.
32 http://www.crisisenergetica.org/mediawiki/index.php/BIOGAS". Biogás. De
Crisisenergetica, la enciclopedia libre. Esta página fue modificada por última vez a
las 16:56 del 25 dic, 2008.
33 Kaiser F. y Alejandra Póvez (200???). Las Virtudes del Biogás. Tendencia.
Agronomía Forestal UC. P: 29 – 31
94
Bibliografía:
- Baskakov, A. P. Termotecnia. Editorial MIR. Moscú. 1985.
- Bird, Stewart y Lightfort. Fenómenos de Transporte. Edit. Reverté. España.
1989.
- Cuetos, M.J., (2007). Digestión y co-digestión anaerobia de residuos de
matadero avícola: control del proceso y evaluación del grado de
estabilización. Directores: Antonio Morán Palao y Marta Otero Cabero [Tesis
Doctoral]. Universidad de León.
- Chong,S.;Kantí, T., Kayaalp, A., Ang, H. ( 2012):The performance
enhancements of Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors of
domestic sludge treatmen-A-state-of-the-art-review. What.Res.46, 34-34-
3470.
- Cheskoosky, V. B. (1995). Bombas, Ventiladores y Compresores, Editorial
- Colectivo de autores, Técnicas de conservación energética en la industria,
Ed Científico-Técnica, 583 pp, 1982.
- Cisnero, L. M. (1977). Manual de Bombas, Blume, Barcelona, España.
- Comisión Nacional de Energía, Cálculos Rápidos I Sistemas de Generación
y Distribución de Vapor, 97 pp.
- Franquini,B. J.,Fincmore, J. E. (1997). Mecánica de los Fluidos con
Aplicaciones en Ingeniería, Mc.Graw – Hill, España.
- Gerardi, M. H. (2003). Wastewater microbiology series. A John Wiley &
Sons, Inc., Publication Hoboken, New Jersey
- Ghosh,S. y Klass, D (2001).Two phase anaerobic digestión .Process
Biochem. 19 (11-15)
- Guardado J. A. C. Diseño y construcción de plantas de biogás sencillas.
Cuba Solar, 2007
- Hollman, J P: Fundamentos de Transferencia de Calor. 8va Edic ión. Mc
Graw Hill. 2000.
- Incropera, P. Fundamentals of heat and mass transfer. Edit. Revolucionaria.
La Habana, 1994.
95
- Incropera, P; D. P. DeWitt. Fundamentals of heat and mass transfer.
Editorial John Wiley & Sons. New York. 2002.
- ISPJAE, Cuidad de La Habana, Cuba.
- Khalid, A., Arshad, M., Anjum, M., Mahmood, T., Dawson, L. (2011). The
anaerobic digestion of solid organic waste. Waste Management 31 (2011)
1737–1744.
- Karassik,I. I., Carter, R. (1978). Bombas Centrífugas, Continental, S.A,
México
- Karlekar, B.V; Desmond, R.M. Transferencia de Calor. Editorial Mc Graw
Hill. Segunda Edición. 1996.
- Kern, D. Q. Procesos de Transferencia de Calor. Editorial Mc Graw Hill.
España. 1985.
- Kreith, F; Bohn, M. Principios de Transferencia de Calor. Editorial Thomson
Learning. España. 2002.
- Lettinga, G.., Van Velsen., Hobma, S., Zeeuw, W., Klwaijk. (1980). Use of
Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor concept for the biological
wastewater treatmen especially for the anaerobic treatmen.Biotech.Bioeng.
22,69.
- Mijeev, M.A; Mijeeva, I.M. Fundamentos de Termotransferencia. Editorial
MIR. Moscú. 1979.
- Mijeev. M.A. Fundamentals of heat Transfer. Editorial MIR. Moscú. 1977.
- Mills, A.F. Transferencia de Calor. Editorial IRWIN. España. 1994.
- Nayono, S. E. (2009). Anaerobic digestion of organic solid waste for energy
production. Thesis, Universitat Fridericiana zu Karlsruhe (TH), 148 p.
- Pole, K. M. y col. Simultaneous waste stabilization and methane recovery by
anaerobic digestion of distillery effluents. Energ. Biom. Wast., #8, 923-944, 1985
- Rohsenow, W.M; Hartnett, J. Handbook of heat transfer. Editorial Mc Graw
Hill. New York. 1973.
- Vandevivere, P., De Baere, L., Verstraete, W. (2003). Types of anaerobic
digesters for solid wastes. Amsterdam: IWA publishing company
96
- Vennard, k. J. (1986) Elementos de mecánica de los fluidos, Tomo I y II,
Edición Revolucionaria.
- Ward, A. J., Hobbs, P. J., Holliman, P. J., Jones, D. L. (2008). Optimisation
of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresource Technology
99 (2008) 7928–7940
Anexos:
Anexo 1. Flujo grama de la planta de biogás La Victoria.
97
Anexo 2.
Bala. Gasómetros.
Digestores. Compresores.
98
Anexo 3. Plan de mantenimiento del grupo electrògeno.
Anexo 4. Resultado del anàlisis fìsico- biològico en la unidad.
99
100
101