Análisis
de biodigestores
Bárbaro
Lugones López
Ingeniero mecánico.
Especialista de CUBAENERGÍA.
Miembro de CUBASOLAR.
Tel.: (537) 2059948
E-mail: barbaro@cien.energia.inf.cu
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Desde que el hombre
aprendió a emplear el fuego, la cocción de alimentos ha
llegado a ser una de las actividades fundamentales para su subsistencia.
Para esto se han utilizado diferentes combustibles, entre ellos la biomasa
vegetal.
Se conoce que casi tres mil millones de personas en el mundo emplean todavía
la leña como fuente de energía para calentar agua y cocinar,
lo que provoca, junto a otros efectos, que anualmente se pierdan en el
mundo entre 16 y 20 millones de hectáreas de bosques tropicales
y zonas arboladas. En respuesta a esta situación surgen varias
alternativas para llevar a cabo la cocción de alimentos, que tienen
bajo impacto ambiental y su fuente de energía es considerada renovable,
una de ellas resulta la producción de biogás a partir de
la fermentación de la materia orgánica.
Según la literatura, fue en la India donde se construyó
la primera instalación para producir biogás, en fecha cercana
al año 1900; a partir de ese momento se ha incrementado el número
de biodigestores, y actualmente funcionan en ese país alrededor
de doscientas mil unidades. China es hoy la región que tiene un
mayor número de este tipo de instalaciones, aproximadamente 6,7
millones.
Producción
de biogás
El biogás se obtiene al descomponerse la materia orgánica
debido a la acción de cuatro tipos de bacterias, en ausencia
de oxígeno: las hidrolíticas, que producen ácido
acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos
orgánicos y otros compuestos policarbonados; las acetogénicas,
productoras de hidrógeno; las homoacetogénicas, que
pueden convertir una cantidad considerable de compuestos multicarbonados
o monocarbonados en ácido acético; y las metanogénicas,
productoras del gas metano, principal componente del biogás,
con una proporción de 40 a 70 % de metano (CH4),
de 30 a 60 % de dióxido de carbono (CO2),
de 0 a 1 % de hidrógeno (H2) y de
0 a 3 % de gas sulfhídrico (H2S).
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Fig. 1.
Ejemplos de digestores hindúes.
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Con el objetivo de
disminuir el tamaño de los digestores se han utilizado los productos
orgánicos que brindan mayor cantidad de biogás por unidad
de volumen; algunos de ellos son: la excreta animal, la cachaza de la
caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías
y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café,
así como la materia seca vegetal.
Ventajas
1. Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso
de la leña para cocinar.
2. Humaniza el trabajo de los campesinos, que antes debían buscar
la leña en lugares cada vez más lejanos.
3. Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción
de energía eléctrica, transporte automotor y otros).
4. Produce biofertilizante rico en nitrógeno, fósforo y
potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos, que
son más caros y dañan el medio ambiente.
5. Elimina los desechos orgánicos, por ejemplo, la excreta animal,
contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre
y los animales.
Desventajas
1. Necesita acumular los desechos orgánicos cerca del biodigestor.
2. Riesgo de explosión, en caso de no cumplirse las normas de seguridad
para gases combustibles.
Instalaciones para
la producción de biogás
Existen dos clasificaciones generales para las plantas de producción
de biogás en cuanto a su capacidad: las instalaciones industriales
y las de pequeña capacidad o minidigestores. Se pondrá énfasis
en las instalaciones de baja capacidad, ya que ayudan a solucionar el
problema de la cocción de alimentos en los núcleos pequeños
sin afectar el medio ambiente.
Los minidigestores pueden operar de diferentes maneras: por lote, semicontinuo
y continuo. Para realizar el análisis de las distintas instalaciones
se tomarán ejemplos de digestores de pequeña capacidad,
que operan de manera continua y semicontinua, por ser una de las formas
más eficientes de producir biogás.
Actualmente se conocen dos diseños tradicionales de biodigestores
de pequeña capacidad (hasta 50 m3) de
producción de biogás, en dependencia de su origen: «hindú»
y «chino».
El biodigestor hindú (Fig. 1) se distingue por el uso de una campana
móvil, que asciende al aumentar la presión del gas dentro
de ella; esta puede ser de metal, hormigón o plástico. Además,
el digestor está compuesto por un tanque de almacenamiento en forma
cilíndrica, que puede ser construido de piedra, ladrillo y hormigón.
Para permitir la entrada de la materia orgánica y la salida del
biofertilizante se emplean dos tubos (de plástico, fibrocemento,
cerámica u otros) que conectan el tanque de almacenamiento con
el de carga y descarga;
también cuenta con tuberías, válvulas de corte y
seguridad que garantizan el buen funcionamiento del biodigestor.
El diseño del tipo chino (Fig. 2) utiliza para el almacenamiento
del biogás una cúpula fija unida al tanque de almacenamiento,
que puede ser de ladrillo o de elementos prefabricados de hormigón.
Estas instalaciones tienen como ventaja su elevada vida útil (pueden
llegar como promedio a 20 años), siempre que se realice un mantenimiento
sistemático. Estos sistemas poseen como desventaja el alto costo
de la inversión inicial; por ejemplo, una instalación de
5 m3, que permite la elaboración de
alimentos para familias de cuatro personas, tiene una inversión
inicial de $700 a $900 USD, lo que ha impedido su generalización
en América Latina.

Fig. 2. Esquema del digestor chino:
1. tubería de salida del gas; 2. Sello removible;
3. Tapa móvil; 4. Entrada; 5. Tanque de desplazamiento;
6. Tubería de salida; 7. Almacenamiento de gas; 8. Materia orgánica.
En la actualidad se
han probado nuevos diseños que han logrado disminuir considerablemente
los costos iniciales de los biodigestores. Una de estas instalaciones
son las plantas de biogás hechas de polietileno (Fig. 3). Este
sistema puede tener distintas configuraciones: alargado, en forma de gusano
o en forma de saco, y es de fácil instalación. Los componentes
fundamentales de este biodigestor son: un bolso de polietileno de película
delgada capaz de soportar las presiones normales de trabajo del biogás
y donde se almacena la excreta mezclada con agua; siempre se debe dejar
el volumen necesario para almacenar el biogás; con el fin de lograr
el buen funcionamiento de la instalación son necesarios otros accesorios
como: válvulas de corte, de seguridad, tuberías y adaptadores.
 
Fig. 3. Esquema del digestor de polietileno tipo saco y ejemplo
del digestor de polietileno tipo gusano.1. Válvula de salida; 2.
Almacenamiento de biogás; 3. Nivel del agua con materia orgánica.
Este tipo de instalación
es muy económica, el costo de un biodigestor es de $50 USD/por
cada cuatro personas. Entre sus desventajas se halla su bajo tiempo de
vida útil, lo que hace necesario montar una nueva instalación
cada tres años. También es muy vulnerable a sufrir roturas
por condiciones climáticas adversas, por las acciones del hombre
y los animales.
Otro tipo de planta de producción de biogás que ha logrado
disminuir los costos hasta
30 % con respecto a los prototipos tradicionales (Fig. 4), es la que se
caracteriza por tener una estructura semiesférica de polietileno
de película delgada en sustitución de la campana móvil
y la cúpula fija, y un tanque de almacenamiento de piedra y ladrillo
como los empleados en los prototipos tradicionales. Este tipo de instalación
posee a su favor que resulta más económica que los sistemas
tradicionales; por ejemplo, una instalación de 4 m3 puede costar,
aproximadamente, $550 USD, y la estructura de polietileno flexible puede
llegar a alcanzar hasta diez años de vida útil.

Fig. 4. Ejemplo de digestor con tanque de almacenamiento
tradicional y cúpula de polietileno.
Las instalaciones
industriales de producción de biogás (Fig. 5) emplean tanques
de metal que sirven para almacenar la materia orgánica y el biogás
por separado.
Este tipo de
planta, debido al gran volumen de materia orgánica que necesita
para garantizar la producción de biogás y la cantidad
de biofertilizante que se obtiene, se diseña con grandes
estanques de recolección y almacenamiento construidos de
ladrillo u hormigón.
Con el objetivo de lograr su mejor funcionamiento se usan sistemas
de bombeo para mover el material orgánico de los estanques
de recolección hacia los biodigestores, y el biofertilizante
de los digestores hacia los tanques de almacenamiento. También
se utilizan sistemas de compresión en los tanques de almacenamiento
de biogás con vistas a lograr que éste llegue hasta
el último consumidor.
Para evitar los malos olores se usan filtros que separan el gas
sulfhídrico del biogás, además de utilizarse
válvulas de corte y seguridad y tuberías para unir
todo el sistema y hacerlo funcionar según las normas para
este tipo de instalación.
La tendencia mundial en el desarrollo de los biodigestores es lograr
disminuir los costos y aumentar la vida útil de estas instalaciones,
con el objetivo de llegar a la mayor cantidad de usuarios de esta
tecnología.
Situación
de los biodigestores en Cuba
La Oficina Nacional de Estadística reporta que hay 70 minidigestores
instalados en Cuba hasta el 2001, con un crecimiento de 16 % con
respecto al 2000; Pinar de Río, con 17, es la provincia donde
hay más instalados.
El país
tiene un potencial en este renglón de 152 mil toneladas de
combustible convencional por año, el cual proviene de unos
78 millones de metros cúbicos al año de vertimientos
de desperdicios orgánicos. Estos datos evidencian que el
trabajo realizado para desarrollar la producción de biogás
ha sido sólo incipiente y que se deben tomar medidas encaminadas
a lograr instalaciones en los lugares donde se necesite, además
de hacerlo de forma eficiente, participativa y sustentable.
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Fig. 5. Ejemplos de digestores industriales.
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