Diseño y Construcción de un Biodigestor Industrial para tratamiento de residuos orgánicos

Transcripción

1 Diseño y Construcción de un Biodigestor Industrial para tratamiento de residuos orgánicos Experiencia y análisis de caso del primer Biodigestor Industrial construido en el Perú Tec. Mec. PABLO INFANTES Representante en el Perú de FRANZ EISELE U. SÖHNE BIODIGESTORES (Alemania)

2 ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN Introducción Importancia de la Biomasa en la generación de energía Desarrollo histórico de los Biodigestores (Marco Internacional y Nacional) Factores determinantes en el proceso de generación del biogás Reacciones bioquímicas en la formación del biogás Sustrato Proceso Biodigestor Características del Biogas Presentación de caso (Biodigestor Industrial granja avícola)

3 I. INTRODUCCION

4 POSIBILIDADES DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA A TRAVÉS DEL USO DE LA BIOMASA Fotosíntesis Transformación Físico Química Transforma ción de la energía en Biomasa Transformación Bioquímica Gasificación Pirolisis 4 Fermentación metano génica Fermentación alcohólica de los azucares Extracción de aceite 8 Combustión de motores Combustión: Gases y otros productos Combustión de los gases en motores Combustión de la 9 Biomasa Seca Degradación Aeróbica bacterial Utilizacion calor de compostaje Combustión del Biogás Combustión del alcohol en motores

5 EL CICLO DE LA BIOMASA EN EL BIODIGESTOR BIOGAS LAMPARA MATERIAL DE LLENADO COCINA DE GAS Excretas de animales INGRESO SALIDA Jardinería SUSTRATO FERMENTADO (ABONO ORGÁNICO) Desperdicios agrícolas BIODIGESTOR Desperdicios orgánicos industriales Campos de cultivo

6 BIODIGESTORES: DESARROLLO HISTÓRICO INTERNACIONAL 1776 Volta descubre el metano (CH 4 ) en el gas de los pantanos 1869 Por primera vez se utiliza el Biogas (metano) en un hospital de Bombay - India ASIA EUROPA 120,000 pequeños biodigestores sin calefaccion en la India Mas de 7 millones de biodigestores sin calefacción en la China Numero considerable de biodigestores en otros países asiáticos Alemania: Pequeño boom entre 1973 y 1985 como resultado de la crisis energética Propósito principal: generación de energía y protección del medio ambiente Antigua RDA - Pocas plantas pero con capacidades muy grandes (16,000 m3 de fermentador) Fuente: UNI. Hohenheim

7 ESTADISTICAS DE BIODIGESTORES EN ALEMANIA

8 II. FACTORES DETERMINANTES EN EL PROCESO DE GENERACIÓN DE BIOGÁS

9 REACCIONES BIOQUIMICAS EN LA FORMACION DEL BIOGAS Componentes orgánicos Moléculas Macro Carbohidratos- Grasas -Proteínas FASE HIDROLITICA Moléculas Micro Azucares simples, ácidos grasos, aminoácidos Ácidos carbónico, Orgánicos, Alcoholes, Dióxido de carbono FASE METANOGENICA Ácido Acético, Hidrogeno, Dióxido de carbono, Metanol FASE DE FORMACION DE METANO BIO GAS (Metano, Dióxido de carbono) Fuente: Hohlfeld/ SASSE

10 FACTORES DETERMINANTES SUSTRATO PROCESO DIGESTOR Composición Relación C/N Existencia de bacterias formadoras de metano Temperatura Concentración Tiempo de permanencia del substrato en el Biodigestor Valor de ph Mezclado e intensidad del agitado Condiciones Anaeróbicas Dimensionamiento Diseño BACTERIAS PROCESO DE FERMENTACION CANTIDAD DE BIOGAS CALIDAD DE BIOGAS Fuente: Lipp GMBH

11 Primer Factor: SUSTRATOS

12 TIPOS DE SUSTRATOS (RESIDUOS Y EFLUENTES) A TRATAR EN UN BIODIGESTOR Efluentes municipales Efluentes agrícolas/pecuarios/pesqueros Efluentes industriales Residuos Líquidos Semi-sólidos Sólidos

13 PRODUCCION DE MASA SECA

14 PRODUCCION DE METANO PRODUCCION DE METANO

15 Chala molida

16 Patas de Pollos

17 Importancia de la Relación carbono Nitrógeno en los sustratos: RELACION CARBONO NITRÓGENO (C/N) DE DIVERSOS SUSTRATOS SUBSTRATO RELACION C/N Orina 0.8 Excreta de vacuno Excreta de Porcino 9-13 Excreta de Gallina 5-8 Excreta de caprino / ovino 30 Excreta de Humanos 8 Paja de cereales Paja de maíz Gras fresco 12 Desperdicios de verduras 35 Fuente: BARNETT

18 SUSTRATO GENERACION DE GAS (L/Kg. Biomasa seca) PROMEDIO (L/Kg. Biomasa seca) Excreta de Porcino Excreta de vacuno Excreta de Aves Guano de caballo VALORES DE GENERACIÓN DE BIOGÁS SEGÚN DIFERENTES SUSTRATOS Guano de oveja Guano de establo Paja de cereales Paja de maíz Paja de arroz Gras fresco Gras de elefante Bagazo Desperdicios de verduras Jacintos Algas Lodos de aguas servidas Fuente: OEKOTOP

19 Segundo Factor: PROCESO Sistemas industriales Pré-tratamento del sustrato Generacion de Biogas Recuperación y almacenamiento del biogás

20 Rangos de Temperatura y Tiempo de fermentación Anaeróbica FERMENTACION MINIMO OPTIMO MAXIMO TIEMPO DE FERMENTACION Psycrophilica 4-10 C C C Arriba de 100 días Mesophilica C C C días Thermophilica C C C días Fuente: OEKOTOP Rango de valores de ph en la generación de BIOGAS Fuente: OEKOTOP Valor ph Característica OPTIMO Menor de 6.2 Retardo por acidos Mayor a 7.6 Retardo por amonios

21 Tercer Factor: BIODIGESTORES

22 MODELO CLASICO DE UN BIODIGESTOR EUROPEO (tecnología actual) Viviendas Grupo electrógeno Almacenamiento de calor CALOR Establo Agitador BIODIGESTOR Bolsa de gas Sustrato fermentado Agitador Poza recepción sustrato Bomba Autor: Peter Cremer - Alemania

23 III. CARACTERISTICAS DEL BIOGAS

24 ENERGÍA EQUIVALENTE (en Volumen) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES 1 m 3 biogás Corresponde a 6.5 kw / h de energía. Si lo convertimos en corriente eléctrica obtenemos entre 1.8 y 2.5 kw/ h de energía eléctrica, y el resto se traduce en calor 0,66 L diesel 0,25 m 3 gas propano 0,2 m 3 gas butano 0,85 kg carbón 5 m3 de biogás = 1 galón gas propano USOS del Biogas en actividades productivas Energía Mecánica Eléctrica Calor - Sistemas Islas (o aislados) - Sistemas interconectados

25 ENERGÍA EQUIVALENTE (valor energético) BIOGAS vs. OTRAS FUENTES VALORES BIOGAS* GAS NATURAL GAS PROPANO GAS METANO HIDROG. Valor Calorífico (Kwh/ m3) Densidad (Kq/m3) Densidad con respecto al aire Limite de explosión (% de gas en el aire) Temperatura de encendido Máxima velocidad de encendido en el aire (m/s) Requerimiento teórico de aire (m3/m3) Fuente: Lipp / GMBH * Biogas: 70% CH4, 28% CO2 y % otros gases

26 Conversión del Biogas en Energía Eléctrica / Calor

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28 IV. PRESENTACION DE CASO

29 Biodigestores instalados actualmente

30 Vista aérea del Biodigestor de concreto armado mostrando diversos componentes

31 PREPARACIÓN DEL SUSTRATO

32 Trampa de Sustrato

33 Homogenizadores con sistema de calefacción

34 Agitador visto exteriormente

35 Válvulas de seguridad del Biodigestor y sistema de comando de la calefacción

36 Sistema de desulfatado

37 Vista aerea del biodigestor de concreto armado y dos silos de recepcion de gas

38 Empleo del Biol

39 Centrifugado del Biol

40 Compost proveniente de la separación del Biol

41 Transporte del Biol a los campos de cultivo

42 Árbol de Mandarina que recibió el biol desde su trasplante

43 Vista interior de una bolsa de recepción de gas Puerta del silo mostrando la bolsa de gas

44 Turbinas para el transporte del biogas a los lugares de consumo

45 Lámparas Criadoras

46 EXPERIENCIAS EXTRANJERAS

47 FERMENTADOR EN MESOPHILIA

48 FERMENTADOR EN THERMOPHILIA

49 INSTALANDO HOMOGENIZADOR

50 SISTEMA EN MESO / THERMOPHILICO

51 ANALISIS DE MUESTRA

52 MODELO MATEMÁTICO DE UN BIODIGESTOR

53 LAYOUT DEL BIODIGESTOR