Biogas - Feriadelasciencias.unam.mx

TÍTULO: BIOGÁSResumenSe realizo una investigación documental acerca de la producción y los beneficios del biogás,utilizando como un problema general las heces de los animales del campo y la resolución delmismo llevando a cabo la reurilizacion de la materia fecal para obtener un recurso de uso diariocomo es el gas y la aplicación de conceptos físicos de la materia como es la transformación deestos gases en energía calorífica.Marco teóricoFermentación anaeróbicaLa fermentación anaeróbica es un proceso natural que ocurre en forma espontánea en lanaturaleza y forma parte del ciclo biológico. De esta forma podemos encontrar el denominado"gas de loa pantanos" que brota en aguas estancadas, el gas natural metano) de los yacimientospetrolíferos así como el gas producido en el tracto digestivo de los rumiantes como los bovinos.En todos estos procesos intervienen las denominadas bacterias metanogénicas.Las primeras menciones sobre biogás se remontan al 1.600 identificados por varios científicoscomo un gas proveniente de la descomposición de la materia orgánica.En el año 1890 se construye el primer biodigestor a escala real en la India y ya en 1896 en Exeter,Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas por el gas recolectado de losdigestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad.Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en Europa las llamadas fábricas productoras debiogás cuyo producto se empleaba en tractores y automóviles de la época. En todo el mundo sedifunden los denominados tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. Elgas producido se lo utilizó para el funcionamiento de las propias plantas, en vehículos municipalesy en algunas ciudades se lo llegó a inyectar en la red de gas comunal.Durante los años de la segunda guerra mundial comienza la difusión de los biodigestores a nivelrural tanto en Europa como en China e India que se transforman en líderes en la materia.Esta difusión se ve interrumpida por el fácil acceso a los combustibles fósiles y recién en la crisisenergética de la década del 70 se reinicia con gran ímpetu la investigación y extensión en todo elmundo incluyendo la mayoría de los países latinoamericanos.Los últimos 20 años han sido fructíferos en cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento delproceso microbiológico y bioquímico gracias al nuevo material de laboratorio que permitió elestudio de los microorganismos intervinientes en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno).Estos progresos en la comprensión del proceso microbiológico han estado acompañados porimportantes logros de la investigación aplicada obteniéndose grandes avances en el campotecnológico.Los países generadores de tecnología más importantes en la actualidad son: China, India,Holanda, Francia, Gran Bretaña, Suiza, Italia, EE.UU., Filipinas y Alemania.A lo largo de los años transcurridos, la tecnología de la digestión anaeróbica se fueespecializando abarcando actualmente muy diferentes campos de aplicación con objetivos muydiferentes.

Problema.Por las emisiones de dióxido de carbono. Contaminación: las vacas son peores que losautosEl sector ganadero es uno de los principales responsables del efecto invernadero en el mundo.También afectaría al suelo y los recursos hídricos.La ganadería es también una de las principales causas de de la degradación del suelo y de los recursos hídricos. |Foto: CEDOCEl sector ganadero es uno de los principales responsables del efecto invernadero en el mundo yresulta más nocivo que el sector del transporte"El sector ganadero genera más gases de efecto invernadero, los cuales al ser medidos en suequivalente en dióxido de carbono (CO2) son más altos que los del sector del transporte",La ganadería no sólo amenaza al medio ambiente sino que también es una de las principalescausas de la degradación del suelo y de los recursos hídricos.El estiércol del ganado es responsable de buena parte de la emisión de los gases de efectoinvernadero.El sector ganadero es responsable del 9 por ciento del CO2 procedente de las actividadeshumanas, pero produce un porcentaje mucho más elevado de los gases de efecto invernaderomás perjudiciales. Genera el 65 por ciento del oxido nitroso de origen humano, que tiene 296veces el Potencial de Calentamiento Global del CO2. La mayor parte de este gas procede delestiércol.El aumento del consumo de carne y de productos lácteos es, en última instancia, lo que terminaafectando gravemente al medio ambiente.Henning Steinfeld, subdirección de Información Ganadera y Análisis y Política.El coste medioambiental por cada unidad de producción pecuaria tiene que reducirse a la mitad,tan sólo para impedir que la situación empeore.El sector ganadero es el medio de subsistencia para 1.300 millones de personas en el mundo ysupone el 40 por ciento de la producción agrícola mundial.Para muchos campesinos pobres en los países en desarrollo, el ganado es también una fuente deenergía como fuerza de tiro y una fuente esencial de fertilizante orgánico para las cosechas.El poder del metano:Pese a que el metano dura menos que el CO2 en la tropósfera (12 años contra 100 años), sucapacidad de absorber calor es 24 veces mayor que el CO2. Si sube la temperatura del planeta,

los casquetes polares liberarán 10 mil billones de toneladas de metano, intensificando el efectoinvernadero.Pese a que la descomposición del metano produce CO2, el saldo a favor es positivo: por 20moléculas de metano que se descomponen se libera sólo una molécula de CO2. El punto está enmantener bajos los niveles de metano. Sin embargo, silenciosamente, hay otra fuente natural queactúa. Se trata de las masas de hielo, que están liberando poco a poco metano.En estos hielos eternos y casquetes polares este gas está fijado en forma de hidratos de metano.Se estima que almacenan unos 10 mil billones de toneladas. Con las condiciones de temperaturasactuales emiten sólo 5 millones de toneladas anuales.Sin embargo, si la temperatura sigue aumentando (aunque sea levemente), empezarán aderretirse estas grandiosas masas de hielo y, simultáneamente, serán ellas mismas las quecomenzarán a descomponer los hidratos de metano atrapados durante las glaciaciones. Paraentonces la magnitud de esta fuente irá en ascenso. La temperatura se elevará más, se emitirámás gas metano y así sucesivamente, sumado a las demás fuentes de metano.Objetivos:‣ Dar un uso productivo a los desechos orgánicos del ganado.‣ Dar a conocer un método para evitar la contaminación con gases y el deterioro de laatmósfera a causa de éstos.‣ Analizar ventajas y las desventajas del uso del biogás como fuente de energía en lasindustrias, y en los hogares.Hipótesis:La materia orgánica al descomponerse (bajo determinadas condiciones) libera energía en formade biogas el cual posee mayores ventajas. Este biogas será demostrado a partir de lacombustibilidad del metanoDesarrollo:¿Qué es el biogás?El Biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente por Metano (CH4) y Bióxido deCarbono (CO2), que se obtiene de la fermentación de la materia orgánica debido a la ausencia deaire y la acción de un grupo de microorganismos anaerobios.De manera natural se produce en pantanos y/o en cuerpos de agua ricos en materia orgánica lacual está expuesta a la acción digestiva de microorganismos. Pero también los tiraderos debasura o rellenos sanitarios pueden ser fuentes para producirlo.Dicho gas fue descubierto en 1667 y en 1808 Humprey Davy inició la experimentación con él.Para 1884 Pasteur y Gayón reportaron que la fermentación de estiércol producía un gas quepodía utilizarse para calentar e iluminar. Por lo que a partir de 1896 el biogás fue usado en elalumbrado de una calle de Exeter, Inglaterra, siendo esta su primera aplicación importante.Características:

Se llama biogas a la mezcla constituida por metano CH 4 en una proporción que oscila entre un50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases comohidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Sus características han sido resumidas en elCARACTERISTICAS CH 4 CO 2 H 2 -H 2 S OTROS BIOGAS60/40Proporciones % Volumen 55-70 27-44 1 3 100Valor Calórico MJ/m 3 35,8 - 10,8 22 21,5Valor Calórico kCal/m 3 8600 - 2581 5258 5140Ignición % en aire 5-15 - - - 6-12Temp. ignición en ºC 650-750 - - - 650-750Presión crítica en Mpa 4,7 7,5 1,2 8,9 7,5-8,9g/l 0,7 1,9 0,08 - 1,2Densidad relativa 0,55 2,5 0,07 1,2 0,83Inflamabilidad Vol. en % aire 5-15 - - - 6-12Producción de biogasLa producción de biogás a partir del estiércol tiene como primer propósito coadyuvar a lareducción de gases que provocan el efecto invernadero del planeta, pero también es unaalternativa que permite obtener energía para cubrir las necesidades de granjas pecuarias yresolver problemas como la disposición final de desechos, malos olores, fauna nociva,transmisión de enfermedades y contaminación de mantos freáticos. Además de que se puedeobtener composta a partir de los lodos residuales y cobrar un porcentaje por la venta de bonos deCarbono.El sector pecuario en México tiene un enorme potencial para ayudar a resolver los problemasmundiales causados por los gases de efecto invernadero (GEI). Tiene 12 millones de animales enel sector porcino, cinco millones en el lechero y 367 millones en el avícola, que generan unacantidad abundante de desechos que podrían ser aprovechados para la generación de biogás.Tan solo por mencionar un ejemplo, en Guanajuato hay cerca de un millón de cerdos y 800 milvacas cuyo excremento puede generar aproximadamente 300 millones de litros de biogás por día,reducir en forma drástica la contaminación del río Lerma y aumentar los ingresos de losporcicultores y dueños de establosSin embargo, dicha tecnología que apenas empieza a florecer en nuestro país. En algunasgranjas de Sonora, Jalisco, Guanajuato, Nuevo León y Coahuila se genera Biogás y se aprovechaúnicamente para obtener bonos de carbono mediante su quema, pero tienen otras alternativasadicionales de desarrollo.En el Estado de México, por ejemplo, se construirá un biodigestor dentro de un rastro donde lamateria orgánica que se utilizará para producir biogás será sangre y vísceras de animalessacrificados.El biogás tiene un poder calorífico equivalente al 70 por ciento del gas natural, por lo cual su

principal aplicación es como energético para cocinar, iluminar, generar calor, operar maquinaria,bombear agua, generar energía eléctrica, etc.Para la obtención del biogás se requiere un biodigestor, el cual es un depósito hecho en el sueloque se tapa con un material flexible con capacidad para contener los gases, como el caso delplástico. El cual requiere de un tubo alimentador, un tubo para la salida del gas y una válvula deseguridad, ya que no debe existir ninguna fuga.Dicho biodigestor debe ser alimentado con una mezcla de estiércol sea de cerdo, de vaca o degallina, incluso humano, a la cual se le agrega una porción de agua procurando que los sólidos dela mezcla ocupen el 9 o 10 por ciento.Imagen Agropecuaria, Juan Frías Hernández, investigador del Departamento de Ingeniería Ambiental del Instituto de CienciasAgrícolas de la Universidad de Guanajuato.Existen biodigestores para procesar el estiércol de 800 vacas que produce biogás para generarcerca de 80 Kw/día; cantidad que abastece el 90 por ciento de la electricidad de la propia granja yreduce el gasto del consumo de energía eléctrica de 110 mil pesos a cerca de 8 mil pesos pormes.El costo de un biodigestor de estas dimensiones es de aproximadamente 4 millones de pesos,mismo que se puede amortizar en tres años y medio, obteniendo posteriormente ahorrosconsiderables de dinero.El Instituto de Ciencias Agrícolas de la Universidad de Guanajuato tiene un programa dedivulgación y capacitación a productores para construir pequeños biodigestores de autoconsumopara una familia del medio rural. De esta manera se han instalado ya cerca de 50 en diferentescomunidades rurales cercanas a la Institución. Existen biodigestores pequeños para un hogartípico del medio rural (5 personas), que con el estiércol de 4 puercos o de una vaca puedenproducir suficiente gas para cocinar y calentarse. Este sistema puede llegar a costar entre 3 mil y5 mil pesos.El mercado de bonos de CarbonoCon la firma del Protocolo de Kioto, los países industrializados se comprometieron a reducir susemisiones de Carbono a los niveles que se tenían en 1990 –menos del 5 u 8 por ciento- en unperiodo comprendido entre 2008 y 2012.Muchos de ellos al no querer reducir las emisiones directamente en su país por la afectación desu producción industrial, han decidido invertir en las granjas de productores pecuarios de lospaíses subdesarrollados a través de empresas especializadas, para alcanzar su compromisoambiental de desarrollo limpio y obtener Certificados de Reducción de Emisiones (CRE) a partirdel pago de bonos de Carbono.El pago se realiza por tonelada de CO2 que se dejó de emitir al medio ambiente por accionescomo la quema de biogás, el mantenimiento de bosques (captura y secuestro de CO2),actividades de reforestación entre otras. Cada tonelada de metano que se quema equivale a 21toneladas de CO2 y una de Bióxido de Nitrógeno a 210 toneladas de CO2.En general las empresas que se dedican a la aplicación de los proyectos y la venta de bonos deCarbono se quedan con el 90 por ciento de la venta de Carbono y le dan el 10 por ciento restante

al productor que facilita la granja.Cuando se empieza a producir biogás, una empresa certificada ante la ONU verifica cada año queel volumen que indica el medidor sea el correcto.Los bonos de Carbono ya se encuentran en las bolsas de valores de varios países y su precioestá sujeto a diferentes factores. El precio se cotiza en 14 dólares por tonelada y se estima queen 2010 podría aumentar a 70 dólares.En nuestro país bajo el esquema de cogeneración se han logrado impulsar 100 proyectos de éstetipo en el estado de Sonora y otros 80 en la región del Bajío, incluido Jalisco. Pero la tendencia vaen aumento.Factores que afectan la producción de gasLa actividad metabólica involucrada en el proceso metanogénico se ve afectada por diversosfactores. Debido a que cada grupo de bacterias intervinientes en las distintas etapas del procesoresponde en forma diferencial a esos cambios no es posible dar valores cualitativos sobre elgrado que afecta cada uno de ellos a la producción de gas en forma precisa.Entre los factores más importantes a tenerse en cuenta se desarrollarán los siguientes:tipo de sustrato (nutrientes disponibles)temperatura del sustrato; la carga volumétricatiempo de retención hidráuliconivel de acidez (pH)relación Carbono/Nitrógenoconcentración del sustrato; el agregado de inoculantesgrado de mezcladopresencia de compuestos inhibidores del proceso.Tipo de materia primaLas materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro a los excrementosanimales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol,procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, alimenticias en general), restos de cosechas ybasuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas.El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que tambiéndeben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio,magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otrosmenores).Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estoselementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechosindustriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestosenumerados o bien un post tratamiento aeróbicoLas sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechables y por lo tanto

deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado, compostado) a fin de liberar lassustancias factibles de ser transformadas de las incrustaciones de lignina.En lo atinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependeráfundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos.Los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentangrandes diferencias. Esto es debido al sinnúmero de factores intervinientes que hacen muy difícilla comparación de resultados.Como norma se deberá tomar en cuenta que a raíz de estar trabajando en un medio biológicosólo los promedios estadísticos de una serie prolongada de mediciones serán confiables siemprey cuando figuren las condiciones en las cuales fueron realizadas las pruebas.En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies animales son variables deacuerdo fundamentalmente al peso y al tipo de alimentación y manejo de los mismos. Cuando seencare un proyecto específico se recomienda realizar una serie de mediciones en el lugar dondese emplazará el digestor.A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércolproducido por distintos tipos de animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando comoreferencia el kilogramo de sólidos volátiles.ESPECIE PESO VIVO kgESTIERCOL/díal/kg.S.V.%CH4Cerdos 50 4,5 - 6 340 - 550 65 - 70Vacunos 400 25 -40 90 - 310 65Equinos 450 12 - 16 200 - 300 65Ovinos 45 2,5 90 - 310 63Aves 1.5 0,06 310 - 620 60Caprinos 40 1,5 110 - 290 -Temperatura del sustratoPara que se inicie el proceso se necesita una temperatura mínima de 4º a 5º C y no se debesobrepasar una máxima de alrededor de 70ºC . Se realiza generalmente una diferenciación entres rangos de temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan en cada una de ellasBACTERIAS RANGO DE TEMPERATURAS SENSIBILIDADPsiccrofílicas menos de 20ºC ± 2ºC/horaMesofílicas entre 20ºC y 40ºC ± 1ºC/horaTermofílicas más de 40ºC ± 0,5ºC/horaLa actividad biológica y por lo tanto la producción de gas aumenta con la temperatura. Al mismotiempo se deberá tener en cuenta que al no generar calor el proceso la temperatura deberá serlograda y mantenida mediante energía exterior. El cuidado en el mantenimiento también debeextremarse a medida que aumentamos la temperatura, dada la mayor sensibilidad que presentan

las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas.Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger un determinado rango detemperaturas para el funcionamiento de un digestor ya que a pesar de incrementarse la eficienciay producción de gas paralelamente aumentará los costos de instalación y la complejidad de lamisma.Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termofílicas poseen generalmente sistemasde calefacción, aislamiento y control los cuales son obviados en digestores rurales económicosque trabajan a bajas temperaturas.La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debe permanecer la biomasadentro del digestor para completar su degradación (Tiempo de retención Hidráulica, TRH). Amedida que se aumenta la temperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuenciase necesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad de biomasa.Velocidad de carga volumétricaCon este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor.Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida quese incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención.Existen diferentes formas de expresar este parámetro siendo los más usuales los siguientes: kgde material/día; kg de materia seca/día; kg de sólidos volátiles/día todos expresados por metrocúbico de digestor.Las cantidades de sólidos y sólidos volátiles se extraen afectando a las cantidades en Kg. dematerial cargado con los porcentajes de sólidos o sólidos volátiles que se obtiene por análisis.(Porcentaje de sólidos sometiendo al sustrato a desecación, 105ºC hasta peso constante yextrayendo el siguiente coeficiente: (peso húmedo - peso seco)/peso húmedo. El porcentaje desólidos volátiles se obtiene sometiendo la muestra seca a la mufla, 560ºC durante tres horas yextrayendo el siguiente coeficiente:Un factor importante a tener en cuenta en este parámetro es la dilución utilizada, debido a queuna misma cantidad de material biodegradable podrá ser cargado con diferentes volúmenes deagua.Tiempos de retenciónEste parámetro sólo puede ser claramente definido en los “sistemas discontinuos o batch” dondeel T.R. coincide con el tiempo de permanencia del sustrato dentro del digestor.En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retención se define como el valor endías del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria.De acuerdo al diseño del reactor, el mezclado y la forma de extracción de los efluentes puedenexistir variables diferencias entre los tiempos de retención de líquidos y sólidos debido a lo cualsuelen determinarse ambos valores.El T.R. está íntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo.

La selección de una mayor temperatura implicará una disminución en los tiempos de retenciónrequeridos y consecuentemente serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerirun determinado volumen de material.La relación costo beneficio es el factor que finalmente determinará la optimización entre latemperatura y el T.R., ya varían los volúmenes, los sistemas paralelos de control, la calefacción yla eficiencia.Con relación al tipo de sustrato, generalmente los materiales con mayor proporción de carbonoretenido en moléculas resistentes como la celulosa demandará mayores tiempos de retenciónpara ser totalmente digeridos. En la FIGURA 4 podemos observar como se distribuye en funciónal tiempo de retención la producción diaria de gas para materiales con distintas proporciones decelulosa.A modo de ejemplo se dan valores indicativos de tiempos de retención usualmente más utilizadosen la digestión de estiércoles a temperatura mesofílica.El límite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de las bacterias metanogénicasdebido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad debacterias que se encuentran en el líquido. Esta extracción debe ser compensada por lamultiplicación de las bacterias que pertenecen dentro del reactor.MATERIA PRIMAEstiércol vacuno líquidoEstiércol porcino líquidoEstiércol aviar líquidoT.R.H.20 - 30 días15 - 25 días20 - 40 díasPor esta razón en los últimos años se han buscado diseños de cámaras de digestión queprocuran lograr grandes superficies internas sobre las cuales se depositan como una película lasbacterias u otros sistemas que logran retener a las metanogénicas pudiéndose lograr de estemodo T.R. menores (ver 2.4., Filtro anaeróbico y U.A.S.B., respectivamente).Valor de acidez (pH)Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en valores que oscilan entre 7 y8,5. Debido a los efectos buffer que producen los compuestos bicarbonato-dióxido de carbono(CO 2 -HCO 3 ) y Amonio -Amoníaco (NH 4 -NH 3 ) el proceso en sí mismo tiene capacidad deregular diferencias en el pH del material de entrada.Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte deterioro del equilibrio entrelas bacterias de la faz ácida y la metanogénica provocado por severas fluctuaciones en alguno delos parámetros que gobiernan el proceso.Contenido de sólidosLa movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve crecientemente limitada amedida que se aumenta el contenido de sólidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia yproducción de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de producciones de gasimportantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de sólidos.En este punto tampoco existen reglas fijas; mediciones realizadas utilizando mezclas de

estiércoles animales en agua han determinado que para digestores continuos el porcentaje desólidos óptimo oscila entre el 8% y el 12%.Inclusión de inoculantesEl crecimiento bacteriano dentro de los digestores sigue desde su arranque la curva típicagraficada en la siguiente figura.En la figura pueden distinguirse claramente tres etapas: La de arranque (I), la de estabilización (II)y la de declinación (III).La primera etapa puede ser acortada mediante la inclusión de un determinado porcentaje dematerial de otro digestor rico en bacterias que se encuentran en plena actividad. Esto esparticularmente importante en los digestores discontinuos que deben ser arrancadosfrecuentemente.Al llegarse en forma más rápida a la estabilización puede incrementarse la producción de gas porkg. de estiércol.Los dos factores a tener en cuenta en la inoculación de un digestor es la proporción en que seagrega y la edad del mismo. Cuanto mayor sea la proporción y menor la edad mayor será laeficacia.Agitación - mezcladoLos objetivos buscados con la agitación son: remoción de los metabolitos producidos por lasbacterias metanógenas, mezclado del sustrato fresco con la población bacteriana, evitar laformación de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar laformación de espacios “muertos” sin actividad biológica.En la selección del sistema, frecuencia e intensidad de la agitación se deberán realizar lassiguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra un equilibrio simbiótico entre variostipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cuál el metabolito de un grupo específicoservirá de alimento para el siguiente implicará una mema en la actividad biológica y por ende unareducción en la producción de gas.Como conclusión en la elección de un determinado sistema se tendrá siempre presente tanto losobjetivos buscados como el prejuicio que puede causar una agitación excesiva debiéndose

uscar un punto medio óptimo.Existen varios mecanismos de agitación utilizados desde los más simples que consisten en unbatido manual o el provocado por la entrada y salida de los líquidos hasta sofisticados equiposque involucran agitadores a hélice, recirculadores de sustrato e inyectores de gas.InhibidoresLa presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes en determinadas concentracionespueden inhibir e incluso interrumpir el proceso fermentativo.Cuando es demasiado alta la concentración de ácidos volátiles (más de 2.000 ppm para lafermentación mesofílica y de 3.600 ppm para la termofílica se inhibirá la digestión. También unaelevada concentración de Nitrógeno y Amoníaco destruyen las bacterias metanogénicas.INHIBIDORESSO 4NaClNitrato (según contenido de Nitrógeno)CuCrNiCN (Después que se han domesticado las bacterias metanogénicasa 2-10 mg/ml).ABS (Detergente sintético)NaKCaMgCONCENTRACIONINHIBIDORA5.000 ppm40.000 ppm0,05 mg/ml100 mg/l200 mg/l200-500 mg/l25 mg/l20-40 mg/l3.500-5.500 mg/l2.500-4.500 mg/l2.500-4.500 mg/l1.000-1.500 mg/lEn el cuadro se dan valores de concentraciones de ciertos inhibidores comunes. Valores que sedeben tomar como orientativos, puesto que las bacterias intervinientes pueden con el tiempoadaptarse a condiciones que en un principio las afectaba marcadamente.Resultados:Ventajas del BiogasPricipios acerca de la recuperación de los residuos agrícola ganaderos mediante el proceso debiodigestión. (es decir en ausencia de oxigeno).Ventajas que se obtienen con la recuperación de los residuos. Podemos resumir este apartadodiciendo que fundamentalmente se obtienen tres ventajas en la recuperación de los residuos porel proceso de biofermentación.

1) Recuperación energética inmediata y como consecuencia económica.2) Depuración ambiental y ecológica.3) Fertilizantes de gran calidad.Considerando la primera ventaja tenemos la producción de "Biogas o metano" cuyo podercalorífico aproximado es de 6000 Kcal/Nm3 siempre dependiendo de la relación CH4/CO2.La producción de Biogas; puede variar según las características del residuo sometido a proceso,pero para un estiércol de conejo podemos decir que es posible aprovechar de 100 a 130 m3 degas por tonelada de estiércol, las diferencias en la producción son debidas al contenido de fibraen el pienso utilizado como alimentación de los animales.La consecuencia inmediata de esta recuperación es que el Biogas o metano; es un excelentecombustible y puede utilizarse directamente en todos los aparatos que consumen gas, ya seanaparatos domésticos o industriales, aunque en algunos casos es preciso adoptar ciertasmodificaciones.También se puede usar como carburante en los motores de explosión, previa adaptación yreglaje, incluso en algunos casos no es necesario este reglaje pues a motor caliente es posiblepasar del combustible gasolina a metano directamente, anulando el conducto de la gasolina yacoplando a este el del gas metano, solamente es necesario que podamos regular la entrada deaire a voluntad para conseguir la proporción de la mezcla aire/gas metano.En el apartado de la aplicación a los motores de explosión podemos decir que las posibilidadesson todas; al poderse utilizar para la producción de energía eléctrica por grupos electrógenosacoplados a motores térmicos.La utilización inmediata en los aparatos domésticos tales como: lámparas de gas, cocinas,hornos, estufas, frigoríficos, calentadores de agua, calefacción etc. Nos obliga ha pensar que esnecesario este aprovechamiento residual, ya que como apuntábamos al principio la consecuenciaeconómica esta a la vista, pudiendo llegar en muchos casos al autoabastecimiento de laexplotación agrícola ganadera.Como dato orientativo podemos decir que 1m3 de gas metano equivale a 0,7 litros de gasolina; dela misma forma para generadores de cierta potencia,1m3 de gas puede generar del orden de 1,8a 1,9 Kw/h.La segunda ventaja que hemos considerado también como fundamental es la depuraciónambiental y ecológica. De todos es sabido que los residuos ganaderos y los estiércoles provocangraves problemas sanitarios y ecológicos, aumenta el numero de insectos que son portadores devirus y enfermedades contagiosas, se contaminan ríos, y manantiales, y no digamos los malosolores que provocan en el entorno. . De esta manera llegamos a la conclusión de que es mas fácily rentable evitar la contaminación sea cual sea su origen que pagar las elevadas facturas que nospresentan sus consecuencias; Las ventajas están bien claras.La tercera ventaja importante que hemos considerado es que como resultado final de estafermentación anaeróbica obtenemos un compost o abono de excelentes cualidades, ya que sehan mejorado de forma notable los porcentajes de nitrógeno orgánico, fósforo y potasio.

Este compost así obtenido presenta un aspecto de mantillo, incluso si llegáramos a unafermentación total, el aspecto es casi terroso, de tal forma que los terrenos así abonados con esteproducto lo asimilan rápidamente, Por lo tanto tenemos aquí una extraordinaria fuente dealimentación de cualquier tipo de terreno que sin duda nos aumentará la producción de todo tipode cultivos.Usos del biogásEn principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso congas natural. El gráfico que se encuentra a continuación resume las posibles aplicaciones.Más adelante se volverá sobre este tema cuando se traten las distintas aplicaciones en detalle.Principios de la combustiónEl biogás mezclado con aire puede ser quemado en un amplio espectro de artefactosdescomponiéndose principalmente en CO 2 y H 2 O. La combustión completa sin el exceso de aire ycon oxígeno puro, puede ser representada por las siguientes ecuaciones químicas:CH 4 + 2O 2CO 2 + 2 H 2 OH 2 S + 3/2 O 2 SO 2 + H 2 OCO 2 CO 2El requerimiento de aire mínimo sería del 21% pero esta cifra debe ser aumentada para lograr unabuena combustión.La relación aire-gas puede ser ajustada aumentando la presión del aire, incrementando laapertura de la válvula dosificadora de gas (el biogás requiere de una apertura 2 a 3 veces mayor ala utilizada por el metano puro y modificando la geometría del paso de aire desde el exterior).Debido al contenido de dióxido de carbono, el biogás tiene una velocidad de propagación de lallama lenta, 43 cm/seg y por lo tanto la llama tiende a escaparse de los quemadores.

La presión para un correcto uso del gas oscila entre los 7 y los 20 mbar. Se debe tener especialcuidado en este aspecto debido a que se deberán calcular las pérdidas de presión de salida delgasómetro (adicionándole contrapesos en el caso de gasómetros flotantes).Diferentes aplicaciones del biogásEn el cuadro se han listado los principales artefactos que utilizan biogás juntamente a su consumomedio y su eficiencia.ARTEFACTO CONSUMO RENDIMIENTO (%)Quemador de cocina 300 - 600 l/h 50 - 60Lámpara a mantilla (60W) 120 - 170 l/h 30 - 50Heladera de 100 L -30 - 75 l/h 20 - 30Motor a gas 0,5 m 3 /kWh o Hph 25 - 30quemador de 10 kW 2 m 3 /h 80 - 90Infrarrojo de 200 W 30 l/h 95 - 99Co generador1 kW elect.0,5 m/kwh2kW térmicahasta 90Las cocinas y calentadores son fácilmente modificables, agrandando el paso del gas de losquemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace promisoria e interesante suutilización a gran escala.Las lámparas a gas tienen una muy baja eficiencia y el ambiente donde se las utilice debe estaradecuadamente ventilado para disipar el calor que generan.Las heladeras domésticas constituyen un interesante campo de aplicación directo del biogásdebido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24 horas del día lo cualminimiza la necesidad de almacenaje del gas. Estos equipos funcionan bajo el principio de laabsorción (generalmente de ciclo amoníaco refrigerante - agua absorbente). Recientemente sehan desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas lo que abreun importante campo de aplicación directa y rentable del mismo.Los quemadores infrarrojos comúnmente utilizados en la calefacción de ambientes(especialmente en criadores y parideras) presentan como ventaja su alta eficiencia lo cualminimiza el consumo de gas para un determinado requerimiento térmico.El biogás puede ser utilizado en motores de combustión interna tanto a gasolina como diesel. Elgas obtenido por fermentación tiene un octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace muyadecuado para su uso en motores de alta relación volumétrica de compresión, por otro lado unadesventaja es su baja velocidad de encendido.En los motores de Ciclo Otto el carburador convencional es reemplazado por un mezclador degases. Estos motores son arrancados con nafta y luego siguen funcionando con un 100% debiogás con una merma del la potencia máxima del 20% al 30%.

A los motores de Ciclo Diesel se les agrega un mezclador de gases con un sistema de controlmanteniendo el sistema de inyección convencional. De esta manera estos motores puedenfuncionar con distintas proporciones de biogás diesel y pueden convertirse fácil y rápidamente deun combustible a otro lo cual los hace muy confiables. El gasoil no puede ser reemplazado en losmotores funcionando a campo del 85% al 90%, debido a que la autonomía conseguida menorcomparada con la original.La proporción de H 2 S en el biogás causa deterioros en las válvulas de admisión y de escape dedeterminados motores obligando a un cambio más frecuente de los aceites lubricantes. El gradode deterioro en los motores varía considerablemente y los resultados obtenidosexperimentalmente suelen ser contradictorios.Los motores a biogás tienen amplio espectro de aplicación siendo los más usuales el bombeo deagua, el picado de raciones y el funcionamiento de ordeñadoras en el área rural. El otro uso muygeneralizado es su empleo para activar generadores de electricidad.Un párrafo aparte merecen los sistemas de cogeneración. Dichos sistemas buscan la mayoreficiencia en el aprovechamiento de la energía contenida en el biogás.En estos casos la potencia mecánica provista por el eje del motor es aprovechada para generarelectricidad a través d un generador. Simultáneamente y por medio de una serie deintercambiadores de calor ubicados en los sistemas de refrigeración (agua y aceite) del motor y enla salida de los gases de escape, se recupera la energía térmica liberada en la combustióninterna. De este modo se logra un mejor aprovechamiento de la energía.La difusión de estos sistemas estará condicionada por la rentabilidad final. Sin embargorepresenta la utilización más racional del biogás ya que se obtiene una forma de energíaextremadamente dúctil como la electricidad al mismo tiempo que una fuente de calor muynecesaria para la calefacción de digestores en zonas frías.El uso vehicular del biogás es posible y en la realidad se ha empleado desde hace bastantetiempo. Sin embargo su difusión está limitada por una serie de problemas:A fin de permitir una autonomía razonable el gas por su volumen debe ser almacenado encontenedores cilíndricos de alta presión ( 200 a 300 bar.); este tipo de almacenamientoimplica que el mismo deba ser purificado antes de su compresión.La conversión de los motores es cara (instalación similar a la del GNC) y el peso de loscilindros disminuye la capacidad de carga de los vehículos.Por último la falta de una adecuada red de abastecimiento y la energía involucrada en lacompresión a gran escala de este tipo de uso.Discusión de resultadosEl Biogás se proyecta hacia una producción y uso cada vez mayor debido a su bajo costo; a losprecios cada vez más elevados del petróleo y a que es una energía "limpia", es decir, que nocontribuye al calentamiento global. Por lo que enfatiza que “dicha tecnología debe considerarsedentro de la reforma energética tan necesaria para el país”.

ConclusionesExisten posibilidades reales de conseguir importantes ahorros de energía en el conjunto deactividades de las explotaciones agrícola ganaderas simplemente evitando el despilfarro de suspropios recursos, partiendo de los residuos que se producen in-situ, por lo tanto es necesarioque cuando se piensa en una explotación ganadera sea del tipo que sea; se ha de diseñarcorrectamente para satisfacer las necesidades energéticas que previamente se han calculado;En cuanto a la generación de energía por el proceso de indigestión podríamos afirmar que es laúnica solución ventajosa y se caracteriza por los siguientes aspectos:a) es un recurso renovable ya que todos los días se producen residuos.b) es una fuente importante de energía ya que en función del tipo de residuo y de su contenidoen fibra se pueden conseguir desde 50m3 a 200m3 por tonelada de residuo.c) ayuda a la conservación de la naturaleza evitando vertidos contaminantes malos olores yalgunas infecciones derivadas de las picaduras de insectos.d) proporciona al terreno los elementos nutrientes necesarios y fácilmente asimilables.d) para las áreas rurales puede constituir un factor primordial por tener la oportunidad deproducir in-situ la energía que demandan.Las explotaciones agrícola ganaderas que por sus características de lejanía y diseminaciónterritorial necesitan energía para realizar las labores primordiales, pueden y deben generar supropia energía y no tienen porque depender exclusivamente de la energía fósil o de las costosasredes de distribución eléctrica, que además constituyen un gasto sistemático y permanente.Si analizamos las circunstancias actuales con las constantes subidas de precios de todos losproductos derivados del petróleo y teniendo en cuenta que cada día las reservas disminuyen,llegará un momento y no lejano que nos quedaremos sin este tipo de energía; mientras estamosdesperdiciando las energías que no se pueden extinguir en el tiempo, puesto que sonrenovables y además las podemos controlar a voluntad, por esta razón tenemos que ponernos atrabajar todos para conseguir nuestro propio autoabastecimiento y no castigar mas este planetaen el que vivimos, porque me da la sensación de que ya se esta cansando y esta empezando aprotestar.Lo mejor para evitar mas contaminación es seguir este método, pues como se dijo las vacas sonmuy contaminantes y aunque son un recurso alimenticio, podemos utilizar su excremento paraproducir una nueva forma de energía.

Referencias1.-Sasson, Albert; Las biotecnologías: desafíos y promesas; de: UNESCO, Col: Sextante 2; 1984;París; Cap. “Producción de energía por los microorganismos a partir de la biomasa, bioenergía”2.-Espinosa,G Hilbert,J. Bogliani M. (1983) Biogás energñia y biofertilización Publicación INTA4103. Serie agricultura y mecanización.3.-Hilbert J.A (1992) Manual para la producción de biogás 70 pp.4.-Botero, R.; Preston, T. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible yfertilizantes a partir de excretas. Cali, CO. 30 p.5.-Davis, M.L.; Masten, S.J. 2005. Ingeniería y ciencias ambientales. Trad. V. González y Pozo;S.A.D. Reyes; J.L Blanco; C. Magallanes. McGraw-Hill. México, DF, MX. 750 p.Mesografíahttp://www.familia.cl/animales/vacas_contaminacion/vacas.htmhttp://www.textoscientificos.com/energia/biogas/usos