DIMENSIONAMIENTO, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE BIODIGESTORES Y PLANTAS DE BIOGÁS

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1 DIMENSIONAMIENTO, DISEÑO Y BIODIGESTORES Y PLANTAS DE BIOGÁS Capitulo 1 Capitulo 2 Capitulo 3 Capitulo 4 EL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA LA DIGESTION ANAEROBICA BIOMASA Y PRODUCCION DE BIOGÁS CLASIFICACIÓN DE LOS BIODIGESTORES MANUAL PRÁCTICO DE DISEÑO DIPL. ING. SANITARIO AMBIENTAL ING. CIVL GABRIEL MONCAYO ROMERO 2008

2 CONTENIDO Capitulo 1 Capitulo 2 Capitulo 3 Capitulo 4 Capitulo 5 Capitulo 6 Capitulo 7 Capitulo 8 Capitulo 9 Capitulo 10 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA BIOMASA Y PRODUCCION DE BIOGÁS CLASIFICACIÓN DE LOS BIODIGESTORES ACONDICIONAMIENTO Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS DIMENSIONAMIENTO DE BIODIGESTORES DISEÑO DE BIODIGESTORES Y ESTRUCTURAS AUXILIARES OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE BIODIGESTORES APROVECHAMIENTO DE BIOABONO ANALISIS FINANCIERO Y RENTABILIDAD Capitulo 11 BIO DIGESTORES Y EL PROTOCOLO DE KYOTO Capitulo 12 APLICACIÓN DEL SOFTWARE BIODIGESTOR 2

3 EDICIÓN: Aqualimpia Beratende Ingenieure AUTOR: Dipl. Ing. Sanitario Ambiental Ing. Civil Gabriel Moncayo Romero DISEÑO GRÁFICO: Ing. Gunther Zimmerman ILUSTRACIONES: GeoCad - Diseño gráfico 3

4 INDICE CAPITULO 1: APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA 1.1 Historia de la aplicación del biogás Los biodigestores en el siglo Beneficios que aportan los biodigestores CAPITULO 2: LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA 2.1 Caracteristicas del proceso Principales factores que influencian la producción del biogás Ausencia de oxigeno Tipo y calidad de biomasa Almacenamiento Preparación de la biomasa Clasificación, eliminación de materia extraña Higienización Troceado, trillado de la biomasa Mezcla y homogenización Alimentación del digestor Masa seca (MS) Masa volátil (MV) Carga orgánica volumétrica (COV) Temperatura del proceso Tiempos de retención hidráulica (TRH) Acidez Alcalinidad Porcentaje de de degradación Nutrientes Agitación - mezclado Factores que inhiben la producción de biogás Nitrógeno amoniacal

5 2.3.2 Ácidos grasos volátiles Ácidos grasos de cadena larga Compuestos azufrados en los sistemas anaerobios Cationes y metales pesados Desinfectantes y antibióticos Sulfatos CAPITULO 3: BIOMASA Y PRODUCCIÓN DE BIOGÁS 3.1 Desechos agropecuarios Aprovechamiento de estiércol de cerdo Estiércol de ganado Gallinaza o pollinaza Desechos agroindustriales Desechos de agroindustria de proceso de hortalizas Desechos de procesadoras de lácteos Desechos de industria aceitera y grasas, proceso de semillas Desechos de beneficios de café Desechos de industria pesquera Aprovechamiento de efluentes y desechos producidos en procesadoras de carnes y mataderos Aprovechamiento de vinazas en biodigestores Aprovechamiento de efluentes producidos en extractoras de aceite de palma africana Aprovechamiento de desechos de ingenios azucareros Desechos de procesadoras de pollos Desechos de procesadoras de frutas Cultivos energéticos Maíz y forrajes Topinambur Pasto sudan Planta piloto para cultivos energéticos Importancia de la co-digestión Importancia de la co-digestión Producción de biogás y co-digestión Características que definen a la biomasa Contenido de masa seca (MS) Contenido de masa volátil (MV)

6 3.5.3 Demanda química de oxigeno DQO Demanda bioquímica de oxigeno DBO Relación carbono nitrógeno (C:N) Biodegradabilidad de desechos orgánicos Producción de biogás Cálculo de la producción de biogás en base a la concentración de DQO Ejemplo de cálculo de la producción de biogás para el aprovechamiento de aguas residuales en un biodigestor Calidad del biogás Producción de lodos CAPITULO 4: CLASICICACIÓN DE LOS BIODIGESTORES 4.1 Digestores carga en batch Digestores de regimen semicontinuo De regimen continuo Completamente mezclados Digestores de dos etapas Digestión seca CAPITULO 5: ACONDICIONAMIENTO Y APROVECHAMIENTO DE BIOGÁS 5.1 Características del biogás Propiedades de los gases Acondicionamiento del biogás Purificación de biogás Agresividad del H 2 S Reducción de CO Problemas que causa el alto contenido de H 2 S Sistemas de purificación H 2 S Selección del proceso más adecuado Purificación biológica del biogás remoción de H 2 S Filtros biológicos Filtros biolavadores Filtros de carbón activado Filtro de limallas o esponjas de hierro

7 5.6 Reducción de humedad Aprovechamiento energético del biogás Generación de energía eléctrica Producción de energía eléctrica en generadores Aprovechamiento de biogás en calderas Recuperación de calor de los generadores Aprovechamiento de biogás en transporte publico CAPITULO 6: DIMENSIONAMIENTO DE BIODIGESTORES 6.1 Tipo y disponibilidad de biomasa Características físico-químicas Temperatura de la biomasa y del medio ambiente Selección del tiempo de retención hidráulica (TRH) Latitud, longitud y altitud Energía requerida Carga orgánica volumétrica (COV) Dimensionamiento planta de biogás Tanques de alimentación Sistema de alimentación Dimensionamiento del digestor Tanques de descarga Lecho de secado de lodos Tuberías de captación de biogás Sistemas de purificación de biogás Tanques de almacenamiento de biogás Generación de energía eléctrica y/o calorífica Dimensionamiento de antorchas Preparación de estudios de factibilidad y diseños Selección de materiales de construcción Ejemplos de plantas de biogas CAPITULO 7: DISEÑO DE BIODIGESTORES Y ESTRUCTURAS AUXILIARES 7.1 Biodigestores

8 7.1.1 Ubicación de los digestores Digestores de hormigón Digestores de hormigón Recomendaciones para las construcciones de hormigón Digestores de geomebrana HDPE Digestores de acero Cubiertas de EPDM Aislamiento de los digestores Calefacción de los digestores Descarte de lodos y bioabono Tanques de alimentación Equipamiento para la alimentación de biomasa Sistemas de bombeo Tuberías de captación y conducción de biogás Agitadores Agitadores verticales Agitadores verticales con motor sumergido Agitadores horizontales Agitadores inclinados Tanque de descarga Lecho de secado de lodos Tuberías de conducción Sistema de control del proceso Antorchas para quema del biogás Antorchas para quema del biogás Sistema corta llamas Almacenamiento de biogás Tramo de calibración de biogás Eliminación de condensados y válvulas de control de sobre presión Sopladores Sistemas de generación de energía eléctrica Aprovechamiento en motores y generadores Eficiencia de motores y unidades de cogeneración Aprovechamiento en motores diesel Adecuación de motores de gasolina para que funcionen con biogás Aprovechamiento en microturbinas Sistemas de cogeneración Casa de máquinas

9 Circuito de salida de los gases de escape Sistemas de seguridad para los generadores alimentación a la red pública de energía eléctrica Tarifas de conexión y costos de generación La interconexión a la red publica Sistemas de seguridad Zonas de seguridad CAPITULO 8: OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE BIODIGESTORES 8.1 Puesta en marcha Operación Mantenimiento Higiene y salud en la operación de digestores Reglas de seguridad Remediación de problemas CAPITULO 9: APROVECHAMIENTO DE BIOABONO CAPITULO 10: ANALISIS FINANCIERO Y RENTABILIDAD 10.1 Costos de inversión para la planta de biogás Depreciacion de las instalaciones Costos de Operación y Mantenimiento (CO&M) Ingresos por la generacion de energia electrica Ingresos por MDL Ingresos por venta de bioabono Costos de producción de energia electrica Costos Capitales (akk) Gastos de Producción (ab) Costos Mano de Obra Costos Biomasa (akb) Analisis costo beneficio Costos de construcción

10 CAPITULO 11: LOS BIODIGESTORES Y EL PROTOCOLO DE KYOTO 11.1 Proyectos MDL Cómo funciona el MDL? Porque califican los biodigestores como proyectos MDL? Mercado de emisiones Negociación de los CERs El trámite de los proyectos MDL Cómo es el ciclo de un proyecto en el marco de las Medidas para el (MDL) Los costos de transacción de un proyecto MDL CAPITULO 12: APLICACIÓN DEL PROGRAMA BIODIGESTOR 10