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Biodigestores

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ESPECIFCACIONES TECNICAS PARA BIODIGESTORES TIPO BOLSA Ing. Francisco Mrquez Mendoza

PROGRAMA CURSO FORTALECIMIENTO INSTITUCIONAL SISTEMAS DE BIODIGESTINII.- Diseo, Dimensionamiento y Construccin de Sistemas de BiodigestinoAbril 2013

Diseo, Dimensionamiento y Construccin de Sistemas de Biodigestino gsTemario

2.5 .-Aspectos Geogrficos y de ubicacin del biodigestor2.6.- Seleccin del Tiempo de Retencin Hidrulico 2.7.- Clculo del Volumen del Biodigestor2.8.- Metodologas para el clculo de la produccin de biogs2.9.- Obra Civil (Excavacin, clculo del talud adecuado, compactacin, formacin de coronas)2.10.- Diseo de tuberas de conduccin de influentes, efluentes y biogs2.11.- Instalacin de Geomembrana en Biodigestores (Principios, Tecnologas y Operacin)2.12.- Diseo de quemadores de biogs y filtros de retencin de H2S2.13.- Sistemas Auxiliares (Separador de Slidos, Agitadores, Fosa de Mezclado)

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORAspectos Geogrficos

Depende de la ubicacin del agronegocioLas condiciones geogrficas inciden en la temperaturaLa temperatura incide en los procesos de degradacin de los slidos voltiles y la produccin del biogs.

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORRestricciones para la Ubicacin del Sitio

Evitar la cercana de aerdromos de servicio pblico o aeropuertos.No ubicarlo dentro de reas naturales protegidas.Se deber instalar a una distancia mnima de 500 m de cualquier ncleo poblacional. No ubicarlo en zonas de marismas, manglares, esteros, pantanos, humedales, estuarios, planicies aluviales, fluviales, recarga de acuferos, zonas arqueolgicas, fracturas o fallas geolgicas.

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORRestricciones para la Ubicacin del Sitio

La distancia con respecto a cuerpos de aguas superficiales con caudal continuo, lagos y lagunas, debe ser de 500 m como mnimo.Se deber localizar fuera de zonas de inundacin.La distancia entre el lmite del sistema y cualquier pozo de extraccin de agua, deber ser de al menos 500 m.El manto fretico o aguas subterrneas, debern encontrarse a una profundidad de al menos 7 metros, para asegurar una distancia mnima entre estas y el fondo del biodigestor de al menos 3 metros.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORClculo del volumen del biodigestor

El volumen de operacin nominal, estar basado en dos parmetros:

La tasa de carga diaria de slidos voltiles (VS) por 1000 m3

El tiempo de retencin hidrulica mnima (TRH) adecuada para alcanzar el 60% de destruccin de los slidos voltiles

Aplicar el que sea mayor

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORLa tasa mxima de carga diaria de slidos voltiles (Kg VS/1,000 m3/dia)

CALCULO DEL TIEMPO DE RETENCIN HIDRULICAEl HRT mnimo se selecciona entre los valores listados en el mapa

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORClculo del volumen del biodigestor

Considerar la relacin existente entre el flujo volumtrico del influente (carga orgnica) y el tiempo de Retencin determinado.

El volumen del digestor debe ser igual al volumen del material a degradar, multiplicado por el tiempo de retencin necesario y un volumen adicional para el almacenamiento del biogs, que puede ser el recomendado y comnmente utilizado en diseo de reactores, el cual indica un 20% adicional al volumen de operacin.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo:

Material: 10 m3/da de estircol fresco Disolucin: 1:9 Material a biodegradar: 100 m3 Tiempo de digestin: 30 das Volumen: 100 x 30 = 3,000 m3El volumen adicional para el gas (20 a 30%) en el caso de tipo laguna cubierto, lo da la geomembrana.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORPara realizar el proyecto tcnico-ejecutivo, el clculo se debe de efectuar de acuerdo a los resultados obtenidos de pruebas de laboratorio.Disear por:

Tiempo de digestin Cargo orgnica aplicada al sistema.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREn el primer caso se obtiene, mediante la expresin:

Volumen del Biodigestor = x QTiempo de digestin () = V/QDonde:

= Tiempo de digestin en dasV = Volumen del digestor (m3)Q = Cantidad diaria de estircol suministrada al digestor (m3/d.).

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREn el segundo caso se obtiene, mediante la expresin:

Carga (kg. SV/ m3 d.) = Q. So VDonde:

So = Concentracin de SV en el estircol (Kg./ m3)SV = Slidos voltiles Q = Cantidad diaria de estircol suministrada al digestor (m3/d.). V = Volumen del digestor (m3)

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREn el segundo caso se obtiene, mediante la expresin:

Carga (kg. SV/ m3 d.) = Q. So VDonde:

So = Concentracin de SV en el estircol (Kg./ m3)SV = Slidos voltiles Q = Cantidad diaria de estircol suministrada al digestor (m3/d.). V = Volumen del digestor (m3)

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo de clculo:

No de Cerdos: 5000 animales

Produccin de estircol : 3.55 Kg/animal da Cantidad de estircol total (Kg/da) = 5000 x 3.55 = 17,750 Kg/da

Densidad del estircol: 961 Kg/m3

Volumen de estircol total = 17,750/961 = 18 m3/da

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo de clculo:

Disolucin: 1:9

Volumen de material a biodegradar: 18/0.1 = 184.7 m3/da Tiempo de digestin: 30 das

Volumen del biodigestor = 30 x 184.7 = 5,541.1 m3

Volumen de seguridad = 20%

Volumen final del biodigestor = 5,541.1 x 1.2 = 6,649.32 m3

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo de clculo:

Disolucin: 1:9

Volumen de material a biodegradar: 18/0.1 = 184.7 m3/da Tiempo de digestin: 30 das

Volumen del biodigestor = 30 x 184.7 = 5,541.1 m3

Volumen de seguridad = 20%

Volumen final del biodigestor = 5,541.1 x 1.2 = 6,649.32 m3

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORClculo del volumen del biodigestor

El dimensionamiento geomtrico del sistema se calcula a partir del volumen total del biodigestor,

Utilizando la ecuacin con la que se estima el volumen de un cuerpo geomtrico de forma trapezoidal (pirmide invertida).

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

A) De manera general, para determinar la produccin de biogs, se podr utilizar la siguiente ecuacin*.

*Que recomienda el Panel Intergubernamental de Cambio Climtico, en su documento 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas InventoriesDonde:Yv = Produccin diaria de metano por volumen de influente l/l. VS = Concentracin de Slidos Voltiles Totales (TVS) en g/l de influente por da. Bo = Ultimo rendimiento de metano, l/g de TVS en % R = Tiempo de retencin en das. M= Velocidad mxima de crecimiento microbiano t-1 (max). K = Parmetro cintico relacionado al consumo de sustrato (adimensional).

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

B).- Utilizar el resultado del anlisis cuantitativo de Carbono Orgnico Total.

Las variables involucradas:

COU = Carbono Orgnico Utilizable [=] mg/Lbio = Densidad del biogs [=] kg/m3VI = Volumen de Influente [=] m3RS = Relacin de Agua en Funcin a los Slidos [=] PartesCOI = Carbono Orgnico Utilizable capaz de convertirse en biogs, presente en el Influente [=] kgVBM = Volumen Mximo de Biogs [=] m3

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

Se deber de realizar la estimacin del volumen del influente

Considerar el volumen del agua requerida por el proceso de limpieza y traslado al biodigestorUtilizar ese dato en la siguiente ecuacin:

COI = COU VI

El Volumen de Produccin de Biogs Mximo (VBM) se estima de acuerdo a la ecuacin que a continuacin se indica:

VMB = COI/ bio

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

C).- Utilizar La metodologa MDL que determina las emisiones en TCO2e/ao y despejar el biogs.

By = ((UFb )(B0LT)(NLTy)(VSLTY)(MS%BLJ))/%CH4

Donde:By = Biogas producido anual (m3/ao)UFb = Factor de correccin del modelo para calcular el modelo de incertidumbre (0.941)B0LT = Pot de prod. max. de metano de slidos volatiles generados por tipo de animal (m3 CH4/Kg)NLTy = Promedio anual de animales tipo LT en el aoMS%BLJ = Fraccin de manejo de estircol en la lnea base del sistema de manejo de estircol por animal%CH4 = Porcentaje de contenido de metano en el biogs

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

Anlisis para vacas, considerando factores de Norteamrica, tomados de las tablas 10A-4 a 10A-9, del volumen 4 de la Gua para inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

Anlisis para vacas, considerando factores de Norteamrica, tomados de las tablas 10A-4 a 10A-9, del volumen 4 de la Gua para inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Geometra del biodigestor tipo laguna

Tipo pirmide trunca invertida

CUBIERTA

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Antes de iniciar cualquier actividad, se recomienda realizar un estudio de mecnica de suelos que debe contener al menos:La capacidad de carga del sueloLa estratigrafa del subsueloClculo para la estabilidad de taludesSondeos del subsuelo, no menores a 10 m, para la determinacin del nivel del manto fretico.

Lo anterior permite conocer el tipo de suelo para la excavacin

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Tambin se deber determinar : Desnivel del ltimo registr a la tubera de influente. Para ahorrar energa y si el sitio lo permite, se utilizarn desniveles para aprovechar la gravedad ( considerar como mnimo el 1% de desnivel).