Planta de producción de biogás

A nivel introductorio nos vemos en la obligación de realizar un pequeño resumen acerca de qué es una planta de biogás y cómo funciona:

Una planta de producción de biogás es una industria en la cual se llevan a cabo una serie de actividades con el fin último de obtener determinadas cantidades de este combustible reciclado.

El biogás se genera creando artificialmente un proceso biológico consistente en la digestión anaeróbica (sin oxígeno), por medio de unas bacterias específicas, de materia orgánica. Del resultado de la digestión se obtiene un residuo orgánico (biofertilizante) y biogás.

El biofertilizante no ha perdido ninguna de sus cualidades iniciales como abono y el biogás, mezcla de varios gases inflamables formada principalmente por metano y dióxido de carbono, nos permite aprovechar su poder energético mediante la tecnología de la cogeneración, generando energía térmica (calor) y energía eléctrica.

La tecnología para generar el biogás y explotar su energía es ampliamente empleada en los países centroeuropeos y se prevé que en los próximos años sufra un gran crecimiento en Cataluña y España. Se trata de una energía renovable y muy rentable.

Los elementos característicos de una planta de biogás son los sustratos, el digestor y la unidad de cogeneración. Los sustratos son la materia orgánica que hace falta introducir dentro del digestor para crear el ecosistema idóneo para el cultivo de las bacterias que realizarán la digestión y por tanto, que generarán el biogás.

Estos sustratos pueden ser de origen y tipo de lo más variado, si bien los más usuales son: lodos de flotación, residuos de mataderos, herbáceos, entre otros. Para obtener una mayor producción de biogás se puede realizar una codigestión, consistente en mezclar estos sustratos, de manera que se favorezca la actividad

A continuación procedemos a la solución de la actividad que se nos plantea, previa explicación a través de su enunciado.

ENUNCIADO

Una explotación de cría intensiva de ganado porcino situada en Extremadura, España, cuenta de media con 1.300 animales de cría, 15.000 de engorde y 200 madres. En base diaria las crías producen de purín (mezcla de orines más heces) 1 litro, engorde 4,5 litros y madres 16 litros/día.

A pesar de que la composición del purín de cerdo es diferente en función de la edad del animal podemos suponer una concentración media de sólidos totales (materia orgánica más inorgánica) de 80 kilos por tonelada de purín, de los cuales sólidos volátiles (básicamente materia orgánica) son el 80% (64 KgSV/t).

Muestras del purín de la granja son sometidas a ensayos de biometanización en un biodigestor continuo de 5 litros que cuenta con un sistema de agitación. Se llega a la conclusión de que las condiciones ideales para la producción son mesofílicas (32oC), manteniendo una reducción del % de sólidos volátiles del 60%. (Cuando se alcanza esa reducción se procede a extraer parte del digerido y a introducir la misma cantidad de residuo). Los resultados para las condiciones del proceso seleccionadas se presentan a continuación gráfica y numéricamente.

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PREGUNTAS Y SOLUCIONES

1. Contenido en agua (Kg/t), sólidos totales (Kg/t) y sólidos volátiles (Kg/t) de una tonelada de purín. Indique también los contenidos en tanto por ciento. Adicionalmente indicar el contenido en sólidos inorgánicos (Kg/t):

1. Producción de purines diaria de la instalación (en t/día y m3/día) y anual considerando 365 días/año de funcionamiento (en t/día y m3/día) La densidad media del purín es de 1,025 t/m3 .

1. Producción total de la instalación anual de sólidos totales (t/año), sólidos volátiles (t/año) y agua (t/año).  

1. Tiempo de residencia (días) desde la puesta en marcha del biorreactor hasta que inicia la producción de biogás. (Información en el gráfico). ¿Por qué demora en iniciarse la producción?

        Consideramos que la demora puede producirse porque son necesarios unos días para que empiecen a producirse las reacciones para la degradación de la materia orgánica, empezando a obtener resultados más o menos al sexto día.

1. Tiempo de residencia (días) en el que se alcanza la producción máxima de biogás. (Información en el gráfico). Aunque sea una aproximación el Tr debe indicarse con dos posiciones decimales y emplear este valor siempre con esa aproximación.  

        Después de observar detenidamente el gráfico, consideramos que la máxima producción se produce a los 24,00 días.

1. Producción de biogás máxima (m3biogás/t de residuo), (información en el gráfico).  

        Calculamos que la cifra máxima es aproximadamente de 12,4 m3biogás/t de residuo, obtenidos a los 24,00 días.

1. Reducción de sólidos volátiles (% de reducción sv) alcanzada con la máxima producción.  

        Observando el gráfico, dilucidamos que la reducción alcanzada con la máxima producción es un 63%.

1. La riqueza media del biogás en metano es del 55%. ¿Cuál es la producción de metano puro por  tonelada de residuo (m3 metano/t residuo)?  

        12,4 m3/t de residuo x 0,55 = 6,82 m3 metano/t residuo

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