Escritor: by Beth Doerr and Nate Lehmkuhl
Publicado: 1/1/2001


TN 44 title imageCuando el material orgánico se descompone bajo condiciones anaeróbicas, produce biogás, que es una mezcla de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) con pequeñas cantidades de hidrógeno, nitrógeno, monóxido de car- bono y otros componentes. El biogás puede utilizarse como fuente de combustible para cocinar, calentar, alumbrar o incluso surtir de combustible a un generador.  Un digestor de metano es un dispositivo utilizado para producir   y capturar este biogás. Existen muchos diseños para digestores de metano, que van desde modelos grandes y complejos hasta pequeños y sencillos. Este documento cubrirá 2 tipos principales de digestores: digestores de flujo discontinuo y digestores de flujo continuo; y 2 principales tipos de colectores de gas: colectores tubulares y colectores flotantes.

El Metano y el Biogás*

Como se mencionó anteriormente, el biogás es una mezcla de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y peque- ñas cantidades de hidrógeno, nitrógeno, monóxido de carbono y otros componentes. Esta mezcla de gases es combustible si el contenido de metano es mayor del 50%. En la digestión anaeróbica de la materia orgánica prim- eramente los materiales orgánicos complejos son descompuestos en ácidos orgánicos sencillos, alcoholes y CO2; luego los ácidos orgánicos sencillos y el CO2 son ya sea oxidados o reducidos a metano.

Las condiciones óptimas para que ocurra este proceso incluyen:

  • Oxígeno: este es un proceso anaeróbico por lo que no debe haber oxígeno/aire.
  • Temperatura: la temperatura óptima es 15-35ºC (65-95ºF). Con temperaturas apropiadas los microorganismos son más activos y se produce biogás a una velocidad superior.
  • Humedad: el agua debe representar alrededor del 90% del peso de la excreta. Demasiada agua puede reducir la tasa de producción de biogás por unidad de volumen; muy poca agua causa una acumulación de ácidos acéticos que inhiben la fermentación y la producción de biogás.
  • Acidez: los microorganismos necesitan condiciones neutrales o levemente alcalinas, el pH óptimo se encuentra alrededor de 7.0-8.5
  • Proporción C:N: el carbono y el nitrógeno son los principales nutrientes que necesitan los microorganismos. La proporción óptima de C:N es 25:1 - 30:1. Demasiado carbono digiere el nitrógeno rápidamente y el proceso se vuelve más lento; muy poco carbono se consume rápidamente, el proceso se detiene y el exceso de nitrógeno se escapa en forma de amoníaco.

Propiedades del metano:

  • El metano es inodoro, incoloro e insípido.
  • El peso del metano es casi la mitad del peso del aire (de manera que tiende a elevarse).
  • La solubilidad del metano en agua es muy baja (esto permite limpiarlo pasándolo a través de un simple depurador de agua).
  • La combustión del metano produce una llama azul y gran cantidad de calor.

Un metro cúbico de biogás:

  • Produce 6-7 horas de energía de 60 watt
  • Puede cocinar 3 comidas
  • Genera 1.25 kW de electricidad
  • Puede hacer funcionar un motor de 1hp por 2 horas

Digestores de Flujo Discontinuo y de Flujo Continuo

Los digestores de metano pueden dividirse en dos tipos principales: digestores de flujo discontinuo y digestores de flujo continuo. Un digestor de flujo discontinuo es el que se llena con lodo compuesto de excreta y agua, se cierra y se utiliza hasta que necesita recargarse. Un digestor de flujo continuo se llena con lodo compuesto de excreta y agua (en adelante excreta) que se agrega de forma regular para mantener la carga. Los digestores discontinuos necesitan grandes suminis- tros de excreta y mano de obra para el arranque y luego deben ser vaciados y recargados periódicamente (una vez cada 2-3 meses). Los digestores de flujo continuo también necesitan grandes suministros de excreta y mano de obra para el arranque y, una vez que inicia la producción de metano, requieren de una adición diaria de excreta. Ambos tipos de diges- tor producen biogás y un fertilizante líquido que puede aplicarse directamente en el huerto.

Colectores de Biogás

Los colectores de gas son también componentes importantes de los digestores de metano. Un colector de gas debe pro- porcionar un medio para captar y almacenar el biogás así como también suministrar la presión requerida para forzar la salida del gas a través de una estufa. Los colectores de gas pueden fabricarse de distintos materiales tales como un gran tubo interno, un tambor flotante, una bolsa especializada, láminas plásticas tubulares, etc.TN#44 Figure 1 SP

Uno de los colectores de gas más sencillos es un gran tubo interior que contiene una válvula de aire con una válvula des-montable. Este tubo puede conectarse a la línea de gas del digestor utilizando la válvula de aire. El tubo interior funciona bien tanto para almacenar el biogás como para presurizarlo y enviarlo a través de una estufa. Se pueden unir varios tubos interiores a un digestor para obtener mayor capacidad de almacenamiento. [Varias fotografías y diagramas en este docu- mento muestran el colector de gas de tubo interior.]

En la mayoría de los digestores de metano el colector de gas es una unidad separada. Sin embargo, en algunos modelos de digestores los procesos para producir y capturar el biogás se combinan con una unidad de gran tamaño como el diges- tor/colector de flujo continuo que se muestra aquí. Las lámi- nas se pueden cortar a cualquier tamaño y normalmente dobles. Se colocan ambos extremos a través de una sección de tubo de PVC de diámetro grande o una serie de cubetas de plástico (con el fondo cortado) para formar una entrada y una salida de excreta. El tubo se entierra parcialmente y la entrada y la salida de excreta se colocan de manera que las aberturas que dan hacia el tubo siempre se encuentren por debajo del nivel de excreta. Se perfora un agujero de salida para el biogás en la parte superior y se conecta con la línea de gas. [También se pueden usar láminas plásticas tubulares para los componentes individuales de un depósito o un digestor.]

Digestor de Flujo Discontinuo**

TN 44 Figure 6Se puede fabricar un digestor básico de flujo discontinuo con un contenedor de cualquier tamaño. Por lo general se elabo- ran con barriles metálicos de 200 litros (55 gal) que tienen un orificio roscado grande y uno roscado pequeño en la parte superior. El barril debe estar en buen estado y debe poder cerrarse sin que presente filtraciones. El orificio grande puede utilizarse para llenar el barril con excreta y luego se cierra con la tapa. El orificio pequeño puede usarse para la salida del gas.

Para preparar el barril, límpielo bien con agua jabonosa (especialmente si contenía productos derivados de petróleo); luego enjuáguelo y déjelo secar. Seguidamente, conecte una válvula de cierre y una línea de gas al orificio roscado pequeño. El otro extremo de la línea de gas se conectará a un depósito de gas y a una estufa. Una vez que estén preparados el barril, las líneas de gas, el depósito de gas y la estufa, se llena el barril con excreta casi hasta el tope y luego se sella. Cuando la unidad comienza a producir biogás, el gas debe ser liberado durante la primera semana antes de tratar de encender la estufa para asegurarse de que no queda aire en el sistema. Esto es vital ya que el oxígeno mezclado con el metano puede ser peligroso si se enciende.

Una vez sellado, un sistema discontinuo puede producir biogás por varios meses. La mayor parte de la actividad de los microorganismos ocurre cerca de la superficie de la excreta así que agitar periódicamente la excreta inclinando el barril aumentará la efectividad del digestor. Una vez que la unidad ya no esté produciendo gas se puede vaciar y rellenar con excreta fresca. La excreta vieja se puede utilizar como fertilizante y se puede añadir una pequeña cantidad a la excreta fresca para ayudar a que arranque más rápido. Después de rellenar, recuerde purgar el sistema hasta que ya no haya peligro de que exista oxígeno en la mezcla de gas.

Digestor Discontinuo con Celector de Barril Flotante

TN 44 Figure 4Los siguientes materiales son necesarios para construir un digestor discontinuo con colector de barril flotante:

  • 2 barriles o bidones de 190 litros (50 gl.), uno con tapa hermética
  • 1 barril o bidón más pequeño que calce ceñido dentro del barril más grande
  • Una pieza de 1.22 m (4 pies) de tubo de PVC de 12.7 cm (5 pulgadas) de diámetro
  • 2 piezas de tubo de 20.3 cm (8 pulgadas) de largo y 2.5 cm (1 pulgada) de diámetro
  • 1 válvula que calce en el tubo para ajustar el flujo de biogás

Para construir este digestor, perfore un agujero en la tapa de los bar- riles más grandes, cerca del borde externo.  El agujero debe tener   el mismo diámetro del tubo de PVC. Luego, corte una sección de la mitad del tubo de PVC de 60 cm (2 pies) tal como se muestra en la ilustración a continuación. Introduzca el tubo en el agujero hasta tocar el fondo del barril. Selle el área entre el tubo y la tapa con sellador epóxico a prueba de agua o con cualquier otro método de sellado.

Ahora perfore un agujero de menor tamaño (de manera que calce el tubo) cerca del borde opuesto de la misma tapa y otro agujero (de diámetro suficiente para que calce el tubo) en el fondo del barril más pequeño, cerca del borde. Conecte una de las piezas de tubo plástico con epóxico a prueba de agua al barril más grande e introduzca el tubo en el barril más pequeño, de manera que abarque toda la pro- fundidad del mismo. Asegúrese de sellar todas las conexiones con epóxico o con un método sellador equivalente.

Perfore un segundo agujero en el fondo del barril más pequeño de manera que calce la válvula para el tubo. Coloque la válvula con el agujero, quite la tapa del segundo barril grande y llénelo con agua. Invierta el barril pequeño, abra la válvula y empújelo hacia abajo dentro del barril grande con agua, forzando la salida del aire del tubo y luego cierre la válvula. El digestor ahora está listo para ser llenado con excreta (la excreta siempre debe permanecer por encima del nivel del tubo de PVC cortado). Cuando el gas se esté produciendo ascenderá en forma de burbuja a través del agua y llenará el barril pequeño haciéndolo flotar. Se pueden usar rocas o correas de hule sobre el barril flotante para presurizar el gar y empu- jarlo hacia la estufa. Este colector de barril flotante se puede adaptar para trabajar con otros modelos de digestor.

TN#44 Figure 3 SP

 

Digestores Continuos

Un digestor continuo también puede construirse con contenedores de cualquier tamaño. Tres barriles metálicos de 200 litros (55 gal) soldados de extremo a extremo harán un buen tamaño. Los barriles deben estar limpios y en buenas condi- ciones. Un barril con 2 agujeros roscados en la tapa funciona bien como barril superior. Se corta el fondo del barril superior, la tapa y el fondo del barril intermedio y la tapa del barril base. Luego los barriles se sueldan unos con otros por los extre- mos.

Los tres barriles se pueden colocar sobre una plataforma que los sostenga con un leve ángulo de inclinación (la mayor parte de la actividad de los microorganismos ocurre cerca de la superficie de excreta por lo que el ángulo debe ser muy reducido). Se coloca una entrada para la excreta de 5cms (2 pulgadas) en la tapa del barril superior; debe curvarse hacia arriba con la abertura por encima de la parte superior del barril. También se coloca una salida para el gas en la tapa del barril superior, en el punto más alto. Se coloca una salida de 5 cms (2 pulgadas) para la excreta con una válvula en el fondo del barril base, en el punto más bajo. Una vez que estén preparados y conectados la unidad de barril, las líneas de gas, el colector de gas y la estufa, se puede llenar la unidad con excreta.

Cuando la unidad comience a producir biogás, se debe liberar el gas durante la primera semana antes de tratar de encender la estufa para asegurarse de que no queda aire dentro del sistema.  Una vez que el sistema es purgado de oxígeno y está listo para usarse, se puede agregar excreta fresca y liberar la usada de manera regular. Para mantener la produc- ción, deben procesarse 20 lt (5 gal) de excreta cada semana en la unidad. Para maximizar la producción, se pueden procesar diariamente 20 lt (5 gal) de excreta. Esta cantidad se puede justar de acuerdo con las condiciones locales de clima, excreta, uso, etc. Nunca libere tanta excreta que el aire pueda penetrar en la unidad (si entra aire, la unidad debe purgarse de nuevo). Ocasionalmente se puede regresar a la unidad algo de la excreta usada para reforzar los niveles de microorganismos.

Una vez que la unidad está establecida, provee un suministro continuo de biogás y de fertilizante de excreta. Se estima que esta unidad de 3 barriles podría producir alrededor de 27 pies cúbicos de biogás por día y que 2 vacas o 10 cerdos podrían suplir suficiente excreta.TN 44 Figure 5

Mezclas de Excreta

Cualquier material orgánico incluyendo excretas de cualquier animal puede ser digerido en forma anaeróbica. El estiércol de gallina, vaca o de cerdo en general se utilizan para biogás porque contienen una buena proporción de C:N. Recoja el estiércol en un contenedor y aplástelo de modo que no haya pedazos grandes (especialmente cuando se usa estiércol seco). Añada agua y mézclelo hasta que se forme un lodo fino con una consistencia tal que pueda verterse en el digestor (alrededor de 50% de agua, 50% de estiércol). Dependiendo de la temperatura ambiente y de las mezclas de lodo usted puede tener que esperar de siete a diez días para iniciar la producción de gas.

Sugerencias y Consejos

La cocina es uno de los usos más eficientes para el biogás. La eficiencia para cocinar es de alrededor del 33% comparado con cerca del 3% para alumbrar. El efluente del biogás es compost anaeróbicamente digerido. Puede mezclarse a razón de 2/1 o 3/1 con agua y utilizarse como fertilizante. También se seca con facilidad y puede pulverizarse y almacenarse para su uso posterior como fertilizante seco.

Para los digestores discontinuos, puede iniciarse una segunda unidad alrededor de 4 semanas después que la primera esté proporcionando un suministro continuo de biogás. En todos los digestores de metano asegúrese que el nivel de mez- cla de excreta y agua siempre se mantenga en un nivel más alto que el de la entrada y que la unidad siempre esté sellada para que no penetre el aire.

Referencias y Recursos

*A Chinese Biogas Manual, edited by Ariane van Buren, 1976.
**FAO Better Farming Series Booklet #31 & #32
Practical Action (ITDG)
Journey to Forever
Dave Paxton’s Biogas Notes
Bio-Gas Plant by Ram Bux Singh, published by Mother’s Print Shop, 1975.
Methane: Planning a Digester by Petter-John Meynell, published by Shocken Books, 1978.
Improved Biogas Unit for Developing Countries by Sasse, Kellner, and Kimaro, by GATE.

Cita este artículo como:

Doerr, B. and N. Lemkuhl 2001. Methane Digester. ECHO Technical Note no. 44.


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