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Curso de Formación
Especializada en Biogás para
Profesionales
Módulo 2
Diseño de Plantas Pequeñas
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
Para entender y asimilar lo que involucra la instalación de una Planta Pequeña, primero se debe tener
clara la definición de ciertos conceptos básicos y claves. A continuación se definen y aclaran los
siguientes conceptos:
Planta de Biogás: Entiéndase por toda instalación de producción, almacenamiento y suministro de
biogás, para uso y consumo del mismo, incluyendo todo equipamiento, edificios e instalaciones
complementarias que permiten la operación de dichas instalaciones.
Instalaciones Pequeñas: Se define como, toda instalación de producción y suministro de Biogás cuya
Potencia Nominal es menor o igual 180kW.
Por ultimo se debe tener en cuenta los Tipos de biodigestores más comunes presentes en una Planta
de Biogás Pequeña:
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
1.1. Tipos de Digestores Pequeños
A continuación se presentan los más comunes modelos de digestores a baja escala.
• Tipo Domo Flotante Hindú o Modelo Indiano
• Tipo Domo Fijo Chino o Modelo Chino
• Tipo Estructura Rígida y Gasómetro Externo
• Tipo Batch o Discontinuo
• Tipo Laguna Cubierta
• Tipo Mezcla Completa
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
• Tipo Domo Flotante Hindú o Modelo Indiano
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
• Tipo Domo Fijo Chino o Modelo Chino
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
• Tipo Estructura Rígida y Gasómetro Externo
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
• Tipo Batch o Discontinuo: Estanque rígido sobre suelo o semienterrado, aplicable a pequeñas y grandes plantas, aunque en aplicaciones domesticas, es poco practico.
Modulo 21. INTRODUCCIÓN PLANTAS PEQUEÑAS
• Tipo Laguna Cubierta: Derivados de los Tipo Cubierta Flexible
• Tipo Mezcla Completa: Pueden derivar de los Tipo Cubierta Rígida o Flexible.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
• Canalización de Purines y Aguas
• Separación de Solidos
• Biodigestión Anaeróbica
• Acumulación y almacenamiento de Digestato
• Conducción de Biogás hacia equipos de consumo
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
Canalización de Purines y Aguas: Canalización de purines (patio de espera, ordeña y alimentación) y
aguas (lavado de la sala de ordeña y patios, aguas lluvias) mediante canaletas abiertas para facilitar su
limpieza normalmente construidas de hormigón armado o tuberías de PVC.
Canalización con tubería 300mm. Canalización con hormigón tipo canal abierta.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
Separación de Solidos: Realizada de forma mecánica o por gravedad, cuya función es atrapar materia
no biodigerible. Corresponden a arena, piedras, restos de fibra de alimentos, plásticos, maderas,
entre otros, que son arrastradas por los purines. Los dispositivos mas comúnmente usados en plantas
pequeñas y medianas son los siguientes.
• Decantadores: Separación por efecto de la gravedad. Presenta menor
inversión inicial y gasto operacional, pero a mayores tiempos de retención
hidráulica (TRH) y menores eficiencias de operación.
• Prensas Electromecánicas: El purín es sometido a presión y forzado a
pasar por tamices que permiten el paso de la fase liquida, reteniendo las
partículas sólidas gruesas (obtenidas con bajo contenido de humedad).
Requiere un mayor número de equipos, potencias de trabajo altas
(generalmente 6 a 10 kW), además de una bomba para suministrar la
mezcla hacia el separador, haciéndolo costoso que otros sistemas.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
Biodigestión Anaeróbico: Generalmente son construidos con geomembranas interiores ancladas a un
muro perimetral en estanques tipo laguna. Una vez instalada se genera un sello hermético con la
geomembrana superior. Como se utiliza la fase líquida, estos biodigestores pueden prescindir de
sistemas de agitación permanente y se pueden instalar sistemas de tubería para realizar agitación de
forma esporádica.
Instalación de Geomembrana inferior. Instalación de Geomembrana superior.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
Acumulación y almacenamiento de Digestato: Corresponde al acopio de los purines digeridos
(digestato), desde donde se retira para ser usado como fertilizante en las praderas o cultivos. Estos
estanques pueden ser construidos con geomembranas, hormigón o cualquier otro material resistente
a la corrosión. El tamaño de este acopio depende de las necesidades del propietario, es decir, si se
utiliza el digestato para riego de praderas, y el propietario riega cada tres meses, el diseño se hará en
función de este tiempo.
Estanque de Acopio con Geomembrana PVC.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
Conducción de Biogás hacia equipos de consumo: Conducción mediante tuberías, del biogás
producido a los equipos de generación energética, ya sean calderas (energía térmica), grupo
electrógeno (energía eléctrica) o cogeneración (energía térmica y eléctrica combinada). Estas tuberías
deben ser resistentes a la corrosión generada por el ácido sulfhídrico (H2S) y agua. Además, deben
respetar una pendiente mínima que considere el punto de recolección de agua condensada en su
interior. Se recomienda pintar las tuberías de color amarillo representando la conducción de gas e
incluir señalética apropiada (letreros de advertencia, cinta de peligro, etc.) en caso de estar
enterradas, previniendo la rotura de estas una vez instaladas.
Ejemplo de tubería PVC para transportar biogás.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
El tratamiento con biodigestores es una alternativa eficiente para disminuir la Demanda Biológica de Oxigeno
(DBO5) de los residuos orgánicos o, en otras palabras, reducir su contenido de materia orgánica.
Figura 1-1. Planta general de un Sistema Predial de Biodigestión. Fuente: Biotecsur
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
En general para diseñar y llevar a cabo la construcción y puesta en marcha de una planta de biogás se
requiere:
• Realización de Estudio Preliminar.
• Realización de Diseño e Ingeniería.
• Realización de Estudio Preliminar: Indispensable para el éxito del proyecto. Corresponde a la fase de
recolección de datos tales como la cantidad de vacas, peso promedio, alimento suministrado, tiempo de
estabulación, área disponible para el diseño del biodigestor, tipo de suelo, existencias de napas subterráneas,
demanda de energía térmica y eléctrica, entre otras. El estudio determina el sustrato producido y cantidad de
agua añadida al sistema, ya sea asociado al lavado de los patios y equipos o por lluvia. Además, determina el
potencial de generación de biogás y se evalúan los diferentes factores que pueden intervenir en la fase de
diseño.
Modulo 22. COMPONENTES DE UNA PLANTAS PEQUEÑAS
• Realización de Diseño e Ingeniería: Corresponde al dimensionamiento de los elementos principales de
una planta de biogás, tales como el volumen del biodigestor, decantadores, estanque de acopio, entre otros.
Además, se determina el espacio necesario para la construcción de la Planta, definiendo la ubicación y
posterior diseño de red de tuberías, cámaras de registro y ubicación de los decantadores. Finalmente, se
recalcula y/o testea la cantidad de biogás a producir con el fin de evaluar su utilización y beneficios
económicos del proyecto. Algunos de los productos esperados de esta etapa son:
• Planos de detalles constructivos.
• Especificaciones técnicas.
• Lista de materiales.
• Memorias de cálculo.
• Planos As-Built de la planta.
Una vez realizado lo anterior y construida la planta se debe ingresar la carpeta de inscripción de proyecto a
la Superintendencia de Electricidad y Combustibles.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
RILes: Corresponden a un Residuo Industrial Líquido.
RISes: Corresponden a un Residuo Industrial Sólido.
En el caso particular de este módulo, usaremos la definición anterior para referirnos a la materia
orgánica mezclada con agua, las que pueden provenir de los procesos propios e intrínsecos de cada
plantel, industria o sala de proceso y sus instalaciones.
RILes = (Materia Orgánica) + (Agua)
NOTA: Resulta importante mencionar que los RILES se diferencian de los RISES por la cantidad de agua que
contenga su composición. Los RISES, no necesariamente son materia orgánica en ausencia de agua, pese a que
uno pudiese pensar lo contrario debido a su definición formal (Residuos Industriales Solidos).
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
NOTA: La forma más sencilla de detectar si estamos en presencia de un RIS es cuando los desechos industriales
no pueden ser bombeados y requieren de equipamiento especializado y/o específico para ser movilizados. De lo
anteriormente expuesto se sub-entiende que la única forma de que un RIS ingrese a un biodigestor es en forma
sólida y no líquida, excepto si se produjera una trituración y posterior mezcla con un líquido (con otro RIL, por
ejemplo y/o directamente con agua) para transformarlo en un RIL, proceso que se conoce como licuefacción.
Materia Orgánica (MO): Se define como la materia compuesta de productos orgánicos que provienen
de restos de organismos que alguna vez estuvieron vivos, tales como plantas y animales.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
Agua: Por definición, los RILES o RISES son MO + Agua, sin embargo esta agua no siempre es simplemente agua
(H2O), también puede ser agua de algún proceso en particular o una mezcla de aguas provenientes de varios y
diversos procesos y, por consecuencia, no es agua pura (H2O), arrastrando con ella materia solida diluida o no
diluida. Además, dicha materia sólida puede ser orgánica, mineral o una combinación de ambas.
NOTA: Finalmente, en particular para plantas de pequeña escala, su aplicación se encuentra acotada
principalmente a la agro-industria lechera, de crianza porcina y, en menor proporción, en el sector industrial
avícola, a escuelas agrícolas (mezcla de animales), a nivel doméstico (casas donde se cuenta con algunos
animales más los residuos provenientes de los baños), casinos de empresas, entre otros. Bajo este contexto, el
RIL corresponde a las excretas de dichos animales, conocido como purín.
RILes = (Materia Orgánica) + (Agua)
RILes = (Purín) + (Agua)
En concordancia a esta expresión es que se
hace indispensable la estimación de estas
dos variables y así abrir paso al diseño de
una planta productora de biogás pequeña.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.1. ESTIMACIÓN DE PURINES (teórico)
La estimación se realiza de forma teórica, ya de forma empírica resulta impracticable en términos técnicos y
económicos. La forma empírica contempla instalar un artefacto de recolección de residuos para su posterior
medición, como se ilustra en las siguientes imágenes.
Muestreo de Orina en Litros Diarios (Valdivia, Sandoval Castro) Bolsa Recolectora de Orina para Hembras Bovinas (Vacas en Pastoreo)
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.1.1. Fuente de Purines (tipos de purines)
En la agro-industria, los purines provienen de distintas fuentes, desde cultivos varios y ganado bovino en el caso
de los planteles lecheros, ganado porcino para el caso de los planteles de crianza y engorde de cerdos, y desde
una masa de aves y grano para el caso de planteles avícolas. Para la recolección de estas fuentes es indispensable
contar con un periodo diario de estabulación e instalaciones que lo permitan. Este corresponde al tiempo en el
cual los animales se encuentran confinados dentro de un establecimiento cerrado, posibilitando la recolección de
los purines. Las principales fuentes de purines corresponden a:
Cultivos: Hojas y frutos derivados de plantaciones para alimentación humana y animal (ganado) presente en
predios donde se encuentran inmerso los planteles.
Ganado: Corresponde, en su mayoría aunque no exclusivamente, a planteles bovinos y porcinos. Requiere
contar con un periodo de estabulación que permita la recolección de la materia orgánica.
Grano: Remanente de la alimentación que se le brinda a la masa animal. Esta fuente representa una mayor
fracción en sistemas de estabulación prolongada debido al uso de comederos para la alimentación animal.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.1.2. Co-digestión (2 o más tipos de purín)
Se denomina “co-digestión” al tratamiento conjunto de dos o más residuos. Esta alternativa presenta grandes
ventajas tanto en la afectación en forma inmediata al proceso, como en el largo plazo en la mejora del proceso.
Ventaja en el ámbito de la afectación inmediata al proceso:
La co-digestión anaerobia permite aprovechar la complementariedad de la composición de los residuos para hacer
procesos más eficientes, unificar la gestión de estos al compartir instalaciones de tratamiento, reduciendo costos de
inversión y operación.
Ventajas en el ámbito de la afectación al proceso, en el largo plazo:
Desarrollo de nuevos pre-tratamientos del tipo mecánico, térmico, enzimático, microbiológico, entre otros, con el fin de
reducir el tamaño de partícula y/o incrementar la biodegradabilidad de los residuos.
Valoración de nuevos sustratos de elevado potencial de biogás como la glicerina y otros subproductos de la producción de
biocombustibles líquidos, destríos de la producción citrícola y hortofrutícola, cultivos energéticos específicos para
producción de biogás, micro-algas, etc.
NOTA: A modo de aclaración, la co-digestión no sólo es la mezcla entre varios tipos de purines, sino que también su mezcla con otros
RILES o RISES, en un porcentaje considerable de aporte de todos los sustratos involucrados en la mezcla, (por ejemplo: purín de vaca
con suero de leche en un 75 y 25%, respectivamente).
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.1.3. Cálculo de Purines Mediante Ecuación
Se debe considerar que uno de los parámetros más importantes para el diseño de un biodigestor es la estimaciónde la biomasa disponible como sustrato para generación de biogás. Para lograr esto se debe entender que cadaejemplo expuesto en este capítulo puede ser replicable para cualquier tipo de biomasa, independiente de suprocedencia.
A modo de ejemplo, nos basaremos en el manejo del sector agro-industrial lechero, debido a que es el máscomún, complejo y replicable para otros planteles del mismo sector. A continuación se ilustra la expresiónutilizada para la estimación de purines generados:
𝑃𝑢𝑟𝑖𝑛𝑒𝑠𝑘𝑔
𝑑í𝑎= 𝑃𝑣 ∙ 10% ∙ 𝑁𝑣 ∙
𝑇𝑝
24
Dónde:
𝑷𝒗: Peso promedio de las vacas en (Kg). Se considera que el 10% del peso vivo es estiércol y orina generada
durante las 24 horas del día (kg/día).
𝑵𝒗: Número de vacas (unidad)
𝑻𝒑: Tiempo de permanencia en patios por día (hrs/día). Corresponde al porcentaje de estabulación.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
Un ejemplo de cálculo se muestra en la siguiente tabla:
Tabla N°01: Resultados de Cálculos de Potencial Cantidad de Purines
Dato
Total
Kg/día
Pv Nv Tp Ag Dp/1000 m3/día m3/mes m3/año
3,832
2,045
2,935
2,050
4,051
1,555
2,832
1,045
3,050
5,051
12.040
To
tal
Ca
nti
da
d P
uri
ne
s
Ge
ne
rad
os
en
(K
g/d
ía)
16.142
Fe
cas
y
Ori
ne
s
Se
gú
n (
Tp
)
7.8763.0211.143
Datos y Cálculos
Aportados
5,0 4.102
Total de
Aguas
Fa
cto
r S
eg
ún
Re
laci
ón
Ag
ua
s y
Fe
cas
con
Ori
ne
s
3,935
Otr
os
Re
sid
uo
s A
po
rte
de
"S
ue
ro"
en
(K
g/d
ía)
592 888 1.428
Predio
1 550 358
Total Purines
Generados
Pe
so P
rom
.
Va
cas
(Kg
)
N°
Va
cas
en
Ord
eñ
a
Tie
mp
o e
n
Pa
tio
s (h
r)
Ge
ne
raci
ón
Dia
ria
Da
tos
16,14 484,26 5.811
Ge
ne
raci
ón
Me
nsu
al
Ge
ne
raci
ón
An
ua
l
De
nsi
da
d
de
l P
urí
n
(m3/K
g)
0,001
Datos y Cálculos Aportados
Cantidad de Agua que Posee la
Mezcla de Sustrato en (Kg/día)
Ag
ua
s
Su
cia
s e
n
(Kg
/día
)A
gu
as
Llu
via
en
(Kg
/día
)A
gu
as
de
Lav
. P
iso
s y
Ub
res
0
Re
laci
ón
de
Ag
ua
en
Fu
ncó
n d
e l
as
Fe
cas
y
Ori
ne
s S
eg
ún
(T
p)
3 500 206 5,0 2.146 572 1.562 2.266 4.399 6.545 0,001 6,55 196,35 2.3560
4,78 143,32 1.720
3.473 0,001 3,477 550 150 2,0 688 710 875 1.200 2.785
2.907 4.7778 550 204 4,0 1.870 02,555
12 500 103 4,0 858 496 904 1.030 2.431 3.289 0,001 3,29
453 1.151 2.160 3.764 9.41414 600 90 16,0 3.600
98,666 1.184
2.050
0
0,001 9,41 282,41 3.389
104,18 1.2500
0,001
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2. ESTIMACIÓN AGUAS DE APORTE
Aparte del purín mismo, se debe considerar el aporte de aguas en la producción de purines, por lo general
proviene de tres orígenes:
Aguas sucias (del lavado de equipos de leche como: equipos de ordeña y estaque de frio)
Aguas lluvia (de techos sin canalizar, construcciones sin techar y superficie de pozos purinero)
Aguas de lavado (agua lavado de pisos y patios, y agua de lavado de ubres en el caso del sector lechero)
Tabla N°02: Agua Utilizada para Lavado de Pisos y Equipos en Lecherías
EDITOR: Francisco Salazar
Ingeniero Agronomo. INIA REMEHUE.
CONSORCIO LECHERO
La Cadena Lactra de Chile
ORIGEN
Agua Lavado Equipos Ordeña
Agua LavadoTK-Frío o Leche
Total =
Agua Lavado de Ubres
Agua Lavado de Pisos
5,0 s/inf. s/inf.
40,8 5,8 172,9
1,1 0,5 2,3
31,2 2,0 169,4
MínimoMedia
(Litros/vaca/día)
3,5 11,11,5
Máximo Este cuadro 1.1. Se desprende de
l ibro ti tulado: "Manual de Manejo y
Utilización de Purines de Lechería"
Fuente: F. Salazar, INIA REMEHUE, "Manual de Manejo y Utilización
de Purines de Lechería", Capítulo 1, Cuadro 1.1, página 14
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.1. Aguas Sucias
Corresponde al lavado de equipos de leche, como lo son los equipos de ordeña y estaque de frío o leche.
Aguas de lavado de equipos de ordeña: Corresponde a una mezcla de agua además de detergente y
desinfectantes en baja concentración utilizados para el lavado y desinfección del equipo de ordeña. Esta agua,
dependiendo del manejo, puede ser canalizada a un pozo purinero u a otro especialmente habilitado para ello,
no debiendo ser evacuadas a cursos de agua sin tratamiento previo de depuración. El volumen de agua limpia
utilizada para lavado de equipos está estandarizado para los distintos tipos de sala de ordeña, dependiendo
también de las distintas rutinas manuales o automáticas que son entregadas por el proveedor de los equipos e
insumos de ordeña. Para calcular el agua a utilizar se puede utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒑𝒐𝒔 𝒐𝒓𝒅𝒆ñ𝒂[𝒍
𝒅í𝒂] = 𝟐𝟕, 𝟕𝟓 ∙ 𝑼𝑬𝑶 + 𝟏𝟑𝟒, 𝟒
Donde 𝑈𝐸𝑂 corresponde a las unidades de equipos de ordeña.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.1. Aguas Sucias
Aguas de lavado de estanque de frío o leche: Corresponde a una mezcla de agua limpia y de detergentes
utilizados para el lavado y desinfección del estanque de frío. En general, las empresas recomiendan utilizar una
cantidad de agua de lavado equivalente al 1% de la capacidad total del estanque, las cuales deben ser
ponderadas por las fases de lavado de acuerdo a la rutina recomendada. Para calcular el agua a utilizar se puede
utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 𝒇𝒓í𝒐[𝒍
𝒅í𝒂] = 𝟎, 𝟎𝟒𝟎𝟑 ∙ 𝑪𝒆 + 𝟏𝟏, 𝟏𝟓𝟑
Donde 𝐶𝑒 corresponde a la capacidad del estanque en litros.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.2. Aguas Lluvia
Aguas lluvia de techos sin canalizar: Corresponde a aguas lluvia que reciben los techos de las distintas
construcciones de la sala de ordeña, patios de alimentación, confinamiento u otros. En un gran porcentaje, estos
techos se encuentran sin canaletas y sistemas de conducción de aguas en forma independiente y son
descargadas a los pisos, siendo contaminados con las fecas y/u orina, formando parte de los purines. El volumen
de agua colectado dependerá directamente de la superficie de techos sin canalizar y la pluviometría del
emplazamiento. Para calcular el agua a recibir se puede utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂 𝒔𝒊𝒏 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒓[𝒍
𝒅í𝒂] =
𝑺𝒕𝒆𝒄𝒉𝒐𝒔∙𝑷
𝟑𝟔𝟓
Donde,
𝑆𝑡𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠 ∙corresponde a la superficie de los techos en [m2]
𝑃 corresponde a la pluviometría en mmagua/año equivalente a litros/(m2·año)
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.2. Aguas Lluvia
Aguas lluvia de construcciones sin techar: Corresponde a aguas lluvia que reciben los patios y pisos de las
distintas construcciones de los patios de espera, patios de alimentación y pisos de las instalaciones que están
descubiertos y que normalmente son superficies cementadas. Al contaminarse con las fecas y/u orina, forman
parte de los purines y deben ser conducidos al pozo purinero para ser almacenados. El volumen de agua
colectado dependerá directamente de las superficies cementadas y la pluviometría del emplazamiento. Para
calcular el agua a recibir se puede utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂𝒔 𝒔𝒊𝒏 𝒕𝒆𝒄𝒉𝒂𝒓[𝒍
𝒅í𝒂] =
𝑺𝒑𝒂𝒕𝒊𝒐𝒔∙𝑷
𝟑𝟔𝟓
Donde,
𝑆𝑝𝑎𝑡𝑖𝑜𝑠 corresponde a la superficie de los patios sin techar en [m2]
𝑃 corresponde a la pluviometría en mmagua/año equivalente a litros/(m2·año)
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.3. Aguas de Lavado
Aguas de lavado de pisos y patios: Corresponde a agua utilizada para la limpieza de pisos, patios y/o
construcciones en general, tanto en sala de ordeña, como en instalaciones anexas como patios de estabulación
espera o alimentación. El uso de agua limpia tiene una gran variación entre predios y dentro del mismo predio,
dependiendo de la época del año. El factor humano es relevante dado que es el operador quien decide la
cantidad de agua a utilizar. Para calcular el agua a usada se puede utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒊𝒔𝒐𝒔 𝒚 𝒑𝒂𝒕𝒊𝒐𝒔[𝒍
𝒅í𝒂] = 𝑵𝒗 ∙ 𝟑𝟏, 𝟐
Donde 𝑁𝑣 corresponde al número promedio de vacas en ordeña. El valor 31,2 corresponde a la estimación de
litros de agua utilizada para limpieza por vaca al día.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.3. Aguas de Lavado
Aguas de lavado de ubres: Corresponde a agua limpia utilizada para la limpieza de la ubre de las vacas a ordeñar
y el piso de sala de ordeña de forma focalizada. El factor humano es relevante dado que es el operador quien
decide la cantidad de agua a utilizar. Para calcular el agua a usada se puede utilizar la siguiente ecuación:
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐 𝒖𝒃𝒓𝒆𝒔𝒍
𝒅í𝒂= 𝑵𝒗 ∙ 𝟓
Donde 𝑁𝑣 corresponde al número promedio de vacas en ordeña. El valor 5 corresponde a la estimación de litros
de agua utilizada para limpieza de las ubres por vaca al día.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.2.4. Ejemplo de estimación de aguas
Tabla N°03: Datos Utilizados para la Estimación de Aguas
Extrac.
Cua.1.1Dato
Adicio.
Dato
Adicio.
2161.500Abierto01.500NoNo
Predio Áre
a Te
cho
Leva
ntam
ie
nto
Terr
eno
Si Si No Abiertos Si
No
No Techado Si
No
No No Abierto Si
No No
No No Si Abierto Si
1.500
0
10.987
3.000
70
0
Alimen.
TechadoSi0
Lavado y
canalizadoRaspado y
lavado
3.200
Utiliza
las
aguas
Lluvias
Si/No
Caidas
agua en
direc-
ción a
patios
Si/No
Canali-
zado
de
aguas
Lluvias
Si/No
Patios
Abiertos
o
techados
Datos
Adicionales
(Lit
ros
agua
lluví
a. /
m2)
al a
ño.
1.500
1.500
1.500
Dat
os
1
3
1.500 138
Extracto Tabla N°4: (Tabulación Datos Específicos 1)
Datos
Adicionales
(Lit
ros
agua
lluví
a. /
m2)
al a
ño.
Áre
a Pa
tios
Leva
ntam
ie
nto
Terr
eno
1.500 665
Lavado
de
patios
Si/No
Raspado y
lavadoRaspado y
lavado
12
14
7
8
1.500
Si
1.500 380
75
1.500 280Si No Si
1.500 220
5,0
5,0
5,0
Lav.
Ubr
es
(Lts
./va
ca/
día)
5,0
5,0
3,0
2,0
Raspado, lavado
y canalizado
Lav.
Pis
os
(Lts
./va
ca/
día)
17,0
3.500
Capa
cida
d
TK-F
río
en
(Lts
.)
Extracto Tabla N°5:
Tipo de Sist. de
Recoleción de los
Purines a Pozo
Purinero
5,0
5,019,0Raspado y
lavado
6,0
Datos Adicionales
Encuesta y Visitas
8
6
Levantamiento
Visitas Terreno
15
11
Uni
dade
s
Equi
po d
e
Ord
eña
20
11
3.675
3.500
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
Expresión atingente al total de aguas de aporte se ilustra a continuación.
𝑨𝒈𝒖𝒂𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒔𝒖𝒄𝒊𝒂 + 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒍𝒖𝒗𝒊𝒂 + 𝑨𝒈𝒖𝒂𝒍𝒂𝒗𝒂𝒅𝒐
Tabla N°04: Resultados de la Estimación de Aguas Presente en Purín
Tp NvLav. eq.
Ordeña
Lav. TK-
Frio
∑ de
Aguas
Patio Sin
Techar
Techo Sin
Canalizar
En Pozo
Purinero
∑ de
Aguas
Lavado
Pisos
Lavado
Ubres
∑ de
Aguas(Lts/año) (m
3/año)
16,0 90
4.395
1.606
1.017
1.374
1.2361.562572
Extracto
Tabla N°4:
Tie
mp
o e
n
Pa
tio
s (h
rs)
N°
Va
cas
en
Ord
eñ
a
5,0 358
5,0 206
Predio
Aguas Sucias en (Kg/día)
o (Lts/día)
Da
tos
Datos y Cálculos Aportados
Cantidad de Agua que Posee la Mezcla de Sustrato en (Kg/día)
Aguas Lluvia en (Kg/día) o (Lts/día)Aguas Lavado de Pisos y
Ubres en (kg o Lts/día)
4.394.519288 1.790 12.0400,0 7.8761 689 454 2.733 6.0863.0211.143
Aporte Total
Anual de Aguas Total de
Aguas
(kg/día)
(Lts/día)
3 440 1.605.7250 1.030 4.3990,0 2.266132 1.562
7 551150 1.016.5792,0 308 750 2.7850,0 450875 1.200567710
0 1.020 2.907 1.0610,0 408888 1.4288885928 440 1.061.2104,0 204
0 515 2.431 8870,0 904 1.03051512 356 887.1414,0 103 140
450 3.7640,0 1.151 2.1601.710 1.373.746
152
159
14 301
904
0453
496
1.151152
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
3.3. ESTIMACIÓN DE SUSTRATO
A partir de lo anterior, es posible estimar la cantidad de RILes generados por cada predio en estudio, quefinalmente será la el sustrato (lo que ingresa al sistema). A continuación se ilustra la expresión utilizada para elcálculo de la cantidad de RILES generados:
𝑅𝐼𝐿𝑒𝑠𝑚3
𝑑í𝑎=(𝑃𝑣 ∙ 10% ∙ 𝑁𝑣 ∙ 𝐴𝑔 ∙
𝑇𝑝24)
𝐷𝑝
Dónde:
𝑷𝒗: Peso promedio de las vacas en (Kg). Se considera que el 10% del peso vivo es estiércol y orina
generada durante las 24 horas del día.
𝑵𝒗: Número de vacas (unidad)
𝑻𝒑: Tiempo de permanencia en patios en (hrs/día)
𝑨𝒈: Factor Ag = 1 + [Total de Aguas / Cantidad Fecas y Orines]
𝑫𝒑: Densidad del Purín (kg/m3) = 1000(kg/m3)
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
El desarrollo de estos cálculos se expresan a continuación:
Tabla N°05: Resultados de Cálculos de Potencial Cantidad de RILES
Dato
Total
Kg/día
Pv Nv Tp Ag Dp/1000 m3/día m3/mes m3/año
3,832
2,045
2,935
2,050
4,051
1,555
2,832
1,045
3,050
5,051
12.040
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Tp
)
7.8763.0211.143
Datos y Cálculos
Aportados
5,0 4.102
Total de
Aguas
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Ag
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3,935
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g/d
ía)
592 888 1.428
Predio
1 550 358
Total Purines
Generados
Pe
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.
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(Kg
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16,14 484,26 5.811
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(m3/K
g)
0,001
Datos y Cálculos Aportados
Cantidad de Agua que Posee la
Mezcla de Sustrato en (Kg/día)
Ag
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/día
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(Kg
/día
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(T
p)
3 500 206 5,0 2.146 572 1.562 2.266 4.399 6.545 0,001 6,55 196,35 2.3560
4,78 143,32 1.720
3.473 0,001 3,477 550 150 2,0 688 710 875 1.200 2.785
2.907 4.7778 550 204 4,0 1.870 02,555
12 500 103 4,0 858 496 904 1.030 2.431 3.289 0,001 3,29
453 1.151 2.160 3.764 9.41414 600 90 16,0 3.600
98,666 1.184
2.050
0
0,001 9,41 282,41 3.389
104,18 1.2500
0,001
Modulo 24. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE DIGESTATO
La estimación del Digestato se realiza a partir de la estimación de sustrato que ingresará al Biodigestor. Se
considera la masa del afluente igual a la masa del efluente, por lo menos en primera instancia y considerando
que su densidad es igual a 1 [kg/l]:
𝑺𝒖𝒔𝒕𝒓𝒂𝒕𝒐 𝒎𝟑 = 𝑫𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒂𝒕𝒐 𝒎𝟑 = 𝑨𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒎𝟑 = 𝑬𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆[𝒎𝟑]
De acuerdo al tipo de Biodigestor (laguna cubierta o mezcla completa), se determina si el caudal de entrada (𝑄𝑒)es igual al caudal de salida (𝑄𝑠) ya que, en ambos sistemas, se retira la fibra gruesa y elementos pesados nobiodigeribles que representan entre un 3% a 5% del sustrato. 𝑄0 representa el caudal de entrada efectivo luegode eliminar los elementos no biodigeribles. En el caso de los digestores tipo laguna, se estipula un 1% deretención y estratificación superficial de la fibra más corta, además de la decantación de partículas sólidas máspesadas al interior del digestor. Para el caso particular de los digestores de mezcla completa, la retención deelementos al interior del mismo no existe debido a la presencia de agitación, evitando la estratificaciónsuperficial y decantación de material particulado.
Modulo 23. ESTIMACIÓN DE RILES
En definitiva el cálculo del digestato para estos dos sistemas se determina por las siguientes expresiones:
Para Donde Se tiene
𝑸𝒆 ≠ 𝑸𝒔 𝑄𝑒 = 𝑄0 · 97% 𝑄𝑠 = 𝑄0 ∙ 97% ∙ 99%
𝑸𝒆 = 𝑸𝒔 𝑄𝑒 = 𝑄0 · 97% 𝑄𝑠 = 𝑄0 ∙ 97%
Laguna Cubierta
Mezcla Completa
4,63
_
Laguna Cubierta
Mezcla Completa
OBSERVACIONES
Tipo de
Biodigestor
Tipo Laguna
Cubierta o Tipo
Mezcla Completa
Laguna Cubierta
Mezcla Completa
14 9,41 9,13 _ 9,13 9,13 3.333
3,16 1.15312 3,29 3,19 3,16
4,63 1.6918 4,78 4,63 _
7 3,47 3,37 3,33 _ 3,33 1.217
2.317
5.6581 16,14 15,66 _15,50 15,50
3 6,55 6,35 _ 6,35 6,35
Caud
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gest
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1% M
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Tip
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Lagu
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Dig
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(m3 /
día)
Prod
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Dig
esta
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n
(m3 /
año)
PredioQ0 Qe Qs=Qe
Dat
os
Caudal Entrada
(Sustrato) (m3/día)
Caudal Salida (Digestato)
(m3/día) (m3/día) (m3/año)
Caud
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Dec
anta
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Caud
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gest
or
Mez
cla
Com
plet
a
Qs≠Qe PPDD PPDA
Tabla N°06: Cálculos de Volumen del Digestato
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
El potencial de producción de biogás se puede realizar mediante una diversidad de métodos teóricos descritos en
la literatura relacionada a estudios de Biogás, sin dejar de lado unos cuantos más del orden de los métodos
prácticos entre los que destacan ensayos de la laboratorio y plantas piloto construidas. En este módulo se
explicaran solo tres métodos, uno teórico y otros 2 prácticos, a fin de poder dar una resolución en base a sus
diferencias de parámetros y datos que cada uno considera para su desarrollo.
5.1. ESTIMACIÓN POR METODO N°1, TEÓRICO
Potencial de producción de biogás en base a los purines generados y la Demanda Química de Oxígeno (DQO) en
el mismo. Se basa en un balance de masas entre la materia orgánica que entra al digestor y la que sale de él. En
la estimación, se consideran diversos parámetros, los que son ilustrados tanto en figura N°01, como en la figura
N°02:
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Entrada (𝑄0 - Sustrato): Materia efectiva saliente del proceso de decantación y entrante al proceso de digestión.
Los parámetros DQO y 𝑄0 son conocidos y definen la 𝐶𝐷0 (carga diaria de entrada), la cual sufre cambios en el
digestor.
Digestión: Proceso en el cual se produce la remoción de la DQO en base al rendimiento (70 %). Como
subproductos de la digestión, se obtienen una fase líquida conocida como digestato y una gaseosa, conocida
como biogás.
Salida (Digestato): Materia resultante en fase líquida del proceso de digestión e independiente de la eficiencia
del proceso. En general no presenta mayores cambios en términos de volumen y masa (propiedades físicas),
aunque sí variaciones en su aspecto (color, olor y propiedades químicas como concentraciones de DQO, ST y SV,
entre otras). En definitiva, solo afecta aspectos en torno a su calidad.
Salida (Biogás): Materia resultante en fase gaseosa del proceso de digestión, la cual es altamente dependiente de
la eficiencia del proceso. Dejando fuera factores constructivos asociados al diseño del digestor, el factor
temperatura es uno de los más influyentes y es quien determina la eficiencia bacteriológica o actividad relativa
(Ar), directamente relacionada al rendimiento de remoción (Y).
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Figura N°01: Esquema de Ecuaciones Balance de Equilibrio de MasasMétodo N°2 Teórico:
SALIDA (Digestato)
Caudal Salida : Q1 = (Q0)
Concentración : S1 = (CD1/Q1)
Carga Diaría : CD1 = (Q0 * (1 - Y) * S0)
DIGESTOR
ENTRADA (Sustrato) Rendimento Remoción : Y = 70%
Remoción (DQO) : (CD0 * Y) = (Q0 * S0 * Y)
Caudal Entrada : Q0 = (Q0 * (100% - 3%)) Rendim. Producc. : Rdt = 0,35(Nm3CH4/Kg DQO)
Concentración : S0 = (X) (Kg DQO/m3)
Carga Diaría : CD0 = (Q0 * S0)
SALIDA (Biogás)
Producción Metano : (Producc. CH4) = (Q0 * S0 * Y * Rdt)
Producción Biogás : [((Producc. CH4) * 100)/(60,98%)]
% Eficiencia Bacteriana (%EB) o (Ar): (%EB a 13°C)=20% y (%EB a 35°C)=100%
Producción Biogás Ajustada al %Ar : [((Producc. Biogás) * 100)/(%Ar)]
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Factor (Ar): Actividad bacteriológica (mesofílica)
encargada de la producción de metano. Refleja
la relatividad de la producción en base a la
temperatura del medio en que se desenvuelve.
El Factor Ar se puede entender como la
eficiencia bacteriológica (%EB) de producción de
metano, donde 100% corresponde a la
eficiencia a 35°C. La figura N°02 muestra la
pérdida de rendimiento en la actividad
metanogénica fuera del rango de 32°C a 40°C.
Un ejemplo de cálculo mediante este método
se muestra en la tabla N°07.
Figura N°02: Gráfico Eficiencia Bacteriológica o Actividad Relativa (Ar)
Fuente: (Adaptado de Henze, Harremoes, 1983).
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Tabla N°07: Resultados Aplicación de Método N°1, Teórico
Mezcla Completa104,463,6 60,98 104,4 35,0 100
60,98 54,2 13,0 20,0 10,83 Laguna Cubierta
181,8 0,3514 9,41 9,13 20,529 187,5 70,0
12 3,29 3,19 30,500 97,3 70,0 94,4 0,35 33,0
60,98 246,4 35,0 1000,35 150,3 246,4 Mezcla Completa8 4,78 4,63 95,512 442,6 70,0 429,3
7 3,47 3,37 25,604 86,2 70,0 83,7 0,35 29,3 60,98 48,0 13,0 20,0 9,60 Laguna Cubierta
266,03 6,55 6,35 75,244 477,7 70,0 463,4 0,35 162,2
Q0 Q0 S0 CD0 Y (%) CD0*Y
Cá
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OBSERVACIONES
Laguna Cubierta
Mezcla Completa
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Bio
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% CH4 Nm3/día °T (°C)
20,0 63,45552,7 0,35 193,4 60,98 317,2 13,0
60,98 266,0 35,0 100
Estimaciones de Entrada
(Sustrato)
Estimaciones en
BiodigestorDa
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o (
Ar)
Estimaciones de Salida (Biogás)
Tipo de
Biodigestor
Tipo Laguna
Cubierta o Tipo
Mezcla
Completa(%Ar)
1 16,14 15,66 50,428 789,6 70,0
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
5.2. ESTIMACIÓN POR METODO N°2, PRÁCTICO
Potencial de producción de biogás a partir de un proyecto de referencia existente, consistente en un biodigestor
del tipo laguna cubierta. Los datos recogidos de dicho proyecto se resumen a continuación.
Factor de producción real - 𝐹𝑝𝑟 = 7,3 [𝑚𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠3
𝑚𝑅𝐼𝐿𝑒𝑠3 ]
Tiempo de retención hidráulica - TRH=100 días.
NOTA: Este método considera una condición potencial de producción de biogás basada en un factor resultante
de una toma de mediciones en la estación primaveral de la Región de Los Lagos.
En la estimación se consideraron los siguientes parámetros:
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
• Temperatura (T): El biodigestor de referencia presenta una temperatura de operación aproximada en
primavera de 13°C. Se establece un rango aplicable según la temperatura de operación entre: (11 < T°C < 17).
• Número de Vacas: Purines generados por un promedio anual de 100 vacas en ordeña y de los procesos de
higienización del lavado de equipos y sala de ordeña.
• Solidos Totales (ST): En base a la toma de muestras. Sólidos totales - ST=17.320,0mg/L.=1,732%. Se establece
un rango aplicable según la concentración de sólidos entre: (5.000 < ST (mg/L) < 45.000) o (0,5 < ST (%) < 4,5).
NOTA: Este método no aplica a sustratos mezclados y co-digeridos con otros residuos como es el caso de predios
con aporte de Suero y tampoco a sustratos con altas concentraciones de sólidos (ST), como lo son los candidatos
a digestores de tipo mezcla completa, ya que los valores resultan poco representativos. Los resultados obtenidos
con este método se a continuación.
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Tabla N°08: Resultados Aplicación de Método N°2, Práctico
APLICAN
No Aplica _35,0 Mezcla CompletaSí No Aplica14 9,41 9,13 7,3 66,7 2,26
No12 3,29 3,19 7,3 23,3 4,24 Aplica 23,3 Laguna Cubierta13,0Aplica
Laguna Cubierta
8 4,78 4,63 7,3 33,8 15,35
13,0
No Aplica _ Mezcla Completa
Aplica7 3,47 3,37 7,3 24,6 1,42
35,0No Aplica
No
No
Aplica 24,6
35,0No Aplica No AplicaNo3 6,55 6,35 7,3 46,3 10,27 _ Mezcla Completa
Laguna Cubierta13,0Aplica AplicaNo1 16,14 15,66 7,3 114,3 3,64
T (°C)
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Bio
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ía.
114,3
Rango de
concentración de
sólidos totales en
Porcentaje
[0,5 < ST(%) < 4,5]
Rango de
Temperatura de
Operación en
Porcentaje
[11,0 < T(°C) < 17,0]
Ap
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SUERO
Análisis Comparativo y Aplicabilidad del Método
Da
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Estimaciones Producción de
Biogás OBSERVACIONES
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/L)
Tipo de
Biodigestor
Predio
Tipo Laguna
Cubierta o Tipo
Mezcla CompletaQ0 Q0 FpR (m
3/día) ST(%)
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(m3/día)
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
5.3. ESTIMACIÓN POR METODO N°3, PRÁCTICO
Potencial de producción de biogás a partir de la cantidad de purines pre-definida por una mezcla constituida por
(% de fecas y orines más un % agua) y la aplicación de un factor de producción de testeo experimental de un
biodigestor de laboratorio tipo batch de mezcla completa.
Factor de producción real - 𝐹𝑝𝑟 = 15 − 30 [𝑚𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠3
𝑚𝑃𝑢𝑟𝑖𝑛𝑒𝑠3 ]
Tiempo de retención hidráulica - TRH=40 días.
NOTA: Es de mencionar que este método en particular considera un potencial de producción de biogás basado
en un factor resultante de una toma de mediciones en dos digestores experimentales, uno para simular
biodigestores con mezcla de materia orgánica fecal más agua, y otro para simular uno con mezcla de materia
fecal co-digerida con suero más agua. Con ello, se logra representar un año promedio, al ponderar por la
producción estimada de fecas y orines en una mezcla igual o similar a la antes descrita.
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
En la estimación se consideraron los siguientes parámetros:
• Temperatura (T°C): 35°C. Se establece un rango aplicable según la temperatura de operación entre: (33,0 <
T°C <37,0).
• Solidos Totales (ST): Se establece un rango aplicable a partir de una muestra de referencia . 45.000 < ST
(mg/L) < 200.000 o 4,5 < ST (%) < 20,0.
• Porcentaje Mezclas: A partir de dos testeos simulados para biodigestores de tipo mezcla completa, uno para
predios con altas concentraciones de sólidos (ST) y otro para predios con co-digestión de Suero.
NOTA: Este método no aplica a sustratos con temperaturas no controladas y estabilizadas, y mucho menos a
temperaturas bajas, como la de los sistemas psicrofílicos y tampoco a sustratos con baja concentraciones de
sólidos (ST) como lo son los candidatos a digestores de tipo laguna cubierta, ya que los valores resultan poco
representativos.
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Imagen N°03: Testeo de Muestras en Biodigestor Experimental (Laboratorio Biotecsur)
Modulo 25. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Los resultados de las estimaciones vía este método se ilustran a continuación.
Tabla N°09: Resultados Aplicación de Método N°3, Práctico
APLICAN
Ap
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Suero
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0,0
2,26 Aplica 35,0
4,24 No Aplica 13,0
Aplica 169,5 Mezcla Completa14 3,600 6,78 25,0 169,5 Sí2,05
No Aplica _ Laguna Cubierta12 0,858 1,03 20,0 20,6 No0,0
15,35 Aplica 35,0 Aplica 44,9 Mezcla Completa8 1,870 2,24 20,0 44,9 No0,0
1,42 No Aplica 13,0 No Aplica _ Laguna Cubierta7 0,688 0,83 20,0 16,5 No0,0
3 2,146 2,58 20,0 51,5 No
13,0 No Aplica _ Laguna Cubierta
10,27 Aplica 35,0 Aplica 51,5 Mezcla Completa
Tipo de
Biodigestor
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[33,0< T(°C) <37,0] (m3/día)
1 4,102 4,92 20,0 98,5 No 3,64 No Aplica
Predio
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Estimaciones Producción de Biogás Análisis Comparativo y Aplicabilidad del Método OBSERVACIONES
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Pro
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Bio
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ía
Tipo Laguna
Cubierta o Tipo
Mezcla CompletaFecas y
Orines (m3/día) FpTE (m
3/día) SUERO ST(%) [4,5< ST(%) <20,0] T (°C)
Ap
ort
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la
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Co
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ón
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Só
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os
To
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n
(mg
/L)
Rango de
concentración de
sólidos totales en
Porcentaje
Te
mp
era
tura
Pro
m.
Op
era
ció
n
Rango de
Temperatura de
Operación en
Porcentaje
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Antes de iniciar cualquier tipo de cálculo, estimación o dimensionamiento, se debe determinar el sistema de
digestión que se utilizará o tipo de biodigestor. Este se selecciona mediante un diseño adecuado y ajustado a su
propio potencial, necesidades reales y normativa vigente y aplicable a cada caso de estudio. Entre los parámetros
fundamentales se destaca el porcentaje de Sólidos Totales (ST) o (materia seca) y Sólidos Volátiles (SV).
6.1. SISTEMAS DE DIGESTIÓN (tipos de biodigestores)
En reducidas cuentas los dos tipos más frecuentemente encontrados en instalaciones de plantas pequeñas son
dos y se enumeran a continuación:
• Tipo Laguna Cubierta.
• Tipo Mezcla completa.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.1.1. Tipo o Sistema por Laguna Cubierta
Este tipo de sistemas se caracteriza por ser efectivos en el tratamiento de purines y por operar con un sustrato
líquido con bajas concentraciones de materia sólida, permitiendo una operación en la mayoría de los casos por
rebalse tanto en su ingreso, como en su salida del sistema. Esto lo hace un sistema de bajo costo debido
principalmente a la ausencia de un sistema de calefacción y agitación. Presenta condiciones psicrofílicas en un
rango de temperaturas de entre 10°C a 25°C (Temperatura ambiente).
Mientras más baja la temperatura, mayor será el TRH, algunos autores recomiendan TRH superior a 50 o 60 días
para condiciones psicrofílicas y, aunque en particular no existe límite superior, no se recomienda TRH superiores
a 100 días ya que la producción de biogás cae considerablemente. Estos sistemas no contemplan sistema de
agitación a causa de la inexistencia de un sistema de calefacción, por ende, no hay necesidad de homogenizar la
temperatura de la mezcla con agitación.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.1.1. Tipo o Sistema por Laguna Cubierta
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.1.2. Tipo o Sistema por Mezcla Completa
Este tipo de sistemas se caracterizan por ser efectivos en la producción de biogás y por operar con un sustrato
líquido con una considerable concentraciones de materia sólida, restringiendo su operación. Es un sistema de
alto costo que requiere un sistema de calefacción, agitación e impulsión. Presenta condiciones mesofílicas entre
un rango de 25 a 37°C (Temperatura controlada).
La operación a mayores temperaturas posibilita la reducción del Tiempo de Retención Hidráulica (TRH). Mientras
más alta la temperatura, menor será el TRH. Se recomienda un TRH de entre 25 a 30 días para condiciones
mesofílicas y, aunque en particular no existe límite superior, no se recomienda TRH superiores a 40 días, ya que la
producción de biogás cae considerablemente.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.1.2. Tipo o Sistema por Mezcla Completa
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.1.3. Selección del biodigestor
En la selección de uno u otro se debe considerar lo siguiente:
Sólidos totales (materia seca) y sólidos volátiles: De acuerdo al contenido de materia seca del purín en cada
predio, se debe considerar el ajuste de ST a un valor adecuado para los diferentes tipos de biodigestor, siendo 2%
para laguna cubierta y 6% para mezcla completa (USDA, 2009), considerando que el porcentaje de SV no varía.
De esta manera, en los casos que presenten valores altos (mayores a 4,5%) de materia seca, se seleccionaron
para mezcla completa, mientras que los de bajo porcentaje de materia seca (menores a 4,5%), para laguna
cubierta. Cuando los ST son superiores al valor objetivo, el ajuste de ST se logra diluyendo el purín con agua, y no
utilizando un separador para reducir la cantidad de sólidos, ya que se pretende utilizar la mayor cantidad de
sólidos posibles, aumentando la producción de biogás. En caso contrario, cuando el purín está muy diluido, se
ajusta el contenido de ST reduciendo el uso de agua mediante, por ejemplo, un mejor uso y gestión de este
recurso. Estos ajustes afectan el volumen de purines generados, aumentando o disminuyendo dicho volumen
según sea el caso.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
En complemento con lo anterior, es posible determinar de manera teórica el tipo de biodigestor a utilizar. Para
ello se debe:
Estimación preliminar del tamaño del biodigestor asumiendo para todos los casos un digestor de laguna
cubierta trabajando en el rango psicrofílico de temperatura.
Selección del TRH acorde al rango psicrofílico, por ejemplo, 90 días.
Análisis sobre la factibilidad en la implementación de un digestor de mezcla completa en base a tres
parámetros: la cantidad de ST en el sustrato (Alta o Baja Concentración), tipo de sustrato a utilizar (aporte de
otros residuos con altos niveles de metanización, co-digestión) y el tamaño del biodigestor (alta o baja
capacidad volumétrica).
A continuación, se presenta un ejemplo:
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Tabla N°10: Datos y Parámetros para Selección del Tipo de Biodigestor
Suero
Quesos
ST (mg/L) ST (%)Tipo Laguna
< 4,5%
Mezcla C.
> 4,5% (Kg/día)
Tipo Laguna
(No aporta)
Mezcla C.
(Sí aporta)
Generación
día (m3/día)
Capacidad
(m3)
Tipo Laguna
< 2000m3
Mezcla C.
> 2000m3
36.415
153.450
14.180
102.650
22.583
42.370
3,642
10,265
1,418
15,345
4,237
2,258
Cumple
Cumple
Cumple
Alta o Baja Concentración Solidos Totales
Parametro Restrictivo
(Lag. =No ; Sí= Mezc. C.)
Cumple
Aporte de Otros Residuos
Cumple
Parametro Restrictivo
(Lag. < 4,5% > Mezc. C.)
Cumple
Cumple
Concentración
Solidos Totales
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
0
0
0
0
0
2.050
Cumple
Alta o Baja Capacidad Volumetrica Biodigestor
Capacidad Biodigestor
(Considera TRH=90días)
Parametro Restrictivo
(Lag. <2000m3> Mezc. C.)
16,1419 1.452,8 Cumple
6,5451 589,1 Cumple
3,4726 312,5 Cumple
4,7774 430,0 Cumple
Cumple
9,4137 847,2 Cumple
Da
tos
Predio
1
3
7
8
12
14
Selección de Sistema, Tipo: (Laguna o Mezcla Completa)
3,2889 296,0
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Evaluación: El cumplimiento de tan solo un parámetro para un biodigestor del tipo laguna cubierta conlleva a la
clasificación para mezcla completa. Cabe destacar que la evaluación de cada caso involucra la puntuación de cada
concordancia (cumple) con un valor numérico =1 y la inconcordancia =0 (no cumple). La evaluación tras este
análisis queda de manifiesto a continuación. Tabla N°11: Evaluación para Selección del Tipo de Biodigestor
Tip. Lagun.
< 4,5%
Mezcla C.
> 4,5%
Tip. Laguna
(No aporta)
Mezcla C.
(Sí aporta)
Tipo Laguna
< 2000m3
Mezcla C.
> 2000m3
Da
tos
Resumen Selección de Sist. Tipo: (Laguna o Mezcla Compl.)
Alta o Baja
Concentración (ST)
Aporte de Otros
Residuos (SUERO)
Alta o Baja Capacidad
Volumétrica
Predio
Parametro Restrictivo
(Lag. <4,5% > Mezc. C.)
Parametro Restrictivo
(Lag. =No ; Sí= Mezc. C.)
Parametro Restrictivo
(Lag. <2000m3>Mezc. C.)
Cumple1 Cumple Cumple
Cumple3 Cumple Cumple
Cumple
8 Cumple Cumple Cumple
7 Cumple Cumple
0
12 Cumple Cumple Cumple 1 1
14 Cumple Cumple Cumple
1 1
0 1
1 1
0 1
1
Alt
o o
Ba
jo
(ST
)
Tipo Laguna Tipo Mezcla Completa
Evaluación de los Sististemas
Ap
ort
e d
e
(SU
ER
O) ∑ de
Para-
metros
Alt
a o
Ba
ja
Ca
pa
cid
ad
Ap
ort
e d
e
(SU
ER
O)
Alt
o o
Ba
jo
(ST
)
∑ de
Para-
metros
Alt
a o
Ba
ja
Ca
pa
cid
ad
1 3 0 0 0 0
1 2 1 0 0 1
1 3 0 0 0 0
1 2 1 0 0 1
1 3 0 0 0 0
1 2 0 1 0 1
Co
ncl
usi
ón
Laguna
Mezcla C.
Laguna
Mezcla C.
Laguna
Mezcla C.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.2. TIPOS DE UNIDADES BÁSICAS O PRINCIPALES SEGÚN SISTEMA DE DIGESTIÓN
6.2.1. Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta
Se describe como un sistema de 4 etapas: separación, digestión, almacenamiento y aprovechamiento.
Separación: Método físico por decantación en el cual se realiza una retención hidráulica de RILES por un
determinado periodo con el fin de separar las fases y eliminar los elementos no deseados para la biodigestión.
Como resultado del proceso se obtienen 3 fases, dos sólidas (superior e inferior) y una líquida (intermedia).
Proceso realizado en un estanque decantador.
Digestión: Proceso de metanización mediante bacterias psicrófilas a temperaturas de operación entre 10°C a
25°C, dependiendo de las condiciones climáticas particulares de la zona y estación del año. Se realiza al interior
de un biodigestor anaerobio sellado herméticamente considerando Tiempos de Retención Hidráulica (TRH)
extensos (>50 días).
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Almacenamiento: Para cada uno de los productos resultantes.
a. Digestato: (subproducto): Se almacena en un estanque de acopio contiguo al biodigestor con un volumen
dado por un TRH de entre 30 a 60 días. Una vez alcanzada la capacidad máxima, debe ser vaciado y
regado en praderas para dar paso a una nueva producción.
b. Biogás: (producto): Acumulado en el mismo biodigestor mediante su cubierta flexible que opera como
gasómetro. Su capacidad es limitada, posibilitando el almacenamiento de 2 a 3 días de producción.
Aprovechamiento: Consumo de los productos de la digestión.
a. Digestato: Utilizado como bio-fertilizante.
b. Biogás: Aprovechamiento para generación térmica, eléctrica o ambas en simultáneo (co-generación)
dependiendo del potencial de generación de biogás para cada predio en particular.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Criterio de utilización de biogás
Aprovechamiento térmico: Uso del biogás en una caldera para reemplazar de forma total o parcial los consumos
de agua caliente principalmente para higienización de salas y equipos.
Aprovechamiento eléctrico: Utilización de equipos de generación de eléctrica para autoabastecer los consumos
existentes y, en caso de presentar excedentes, inyectar a la red.
Producción de biogás Utilización del biogás
≤ 25 [m3/día] Térmico
> 25 [m3/día] Potencial para generación eléctrica. Evaluación caso a caso dependiendo de los consumos existentes y el nivel de inversión requerido.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Tabla N°12: Ejemplo Cálculo de Distribución de Volumen de Biogás
_ _ 0,03 _
_ _ 0,03 _
200 1 0,03 6,0
_ _ 0,03 _
Cant
idad
de
Bio
gás
a U
sar
en (
m3 /d
ía)
Cald
era
Agu
a
Calie
nte
Núm
ero
de
Vec
es e
n U
so
Bio
gas
para
cale
ntar
1 L
t.
Agu
a a
80°C
(Lts)N°
/día (m3/Lt) BELÉc.
_ _ 0,03 _
Bio
gás
Des
tina
do
Gen
erac
ión
de
Ener
gía
(m
3/dí
a)
(%)
Porc
enta
je d
e
Prod
ucci
ón q
ue s
e
Usa
en
Gen
erac
ión
PredioPPPBD Kcal/Kg Kcal/m
3 BGLP
Dat
os
Biogás para
Generador Eléc.
Pro
ducc
ión
de
Bio
gás
(m3 /d
ía)
Cant
idad
de
Bio
gás
a U
sar
en (
m3 /d
ía)
BGEBGE
/PPPBD
OBS.
Tipo de Biodigestor
Tipo Laguna
Cubierta o
Tipo Mezcla
Completa
(%)
Porc
enta
je d
e
Prod
ucci
ón d
e
Bio
gás
%PPPBD
DATOS
Ener
gía
que
Entr
ega
un
1m3
Bio
gás
Estimaciones Biogás
Reemplazo Eléctrico
DATOS
1 88,9 12.000 5600 _ 88,9 100%
_ 143,7 90,5%
Laguna C.
Mezcla C.3 158,7 12.000
100%
_ 11,1 65%7 17,1 12.000100% _ 5600
100%8 145,6 12.000 5600 _ 145,6100% _ _ _ 0,03 _
62,3%12 17,1 12.000 5600 6,4 10,6Laguna C. 3,000 _ 0,03
14 136,9 12.000 5600 _ 112,9 82,5%Mezcla C. _ 200 0,03 24,04
Laguna C.
Mezcla C.
Estimaciones Biogás para
Reemplazo GLP
Producción
Promedio
Ener
gía
que
Entr
ega
un
1Kg
GLP
Cons
umo
GLP
Gen
erac
ión
Agu
a Ca
lient
e
Kg/día
_
_
100%
100%
100% 5600
(Lts) (m3/Lt) BLEÑA
_ 0,03 _
Estimaciones Biogás
para Reemplazo LEÑA
DATOS
Cant
idad
de
Bio
gás
a U
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en (
m3 /d
ía)
Cald
era
Vap
or
o A
gua
Cal.
Bio
gas
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cale
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1 L
t.
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a a
80°C
Núm
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Vec
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so
N°
/día
_
250 0,03 15,0
_ 0,03 _
_ 0,03 _
2
__
_
_
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Equipos principales sistema de Laguna Cubierta
Nombre equipo Cantidad Observaciones
Estanque Decantador 2 Biodigestor 1 Cámara de Registro 4 a 5 Estanque de Acopio 1 Caldera a biogás 1 Recuperador de calor (intercambiador) 1 Solo para generación eléctrica Generador de Energía Eléctrica 1 Solo para generación eléctrica Estación de Filtrado 1 Solo para generación eléctrica Sala de Máquinas 1 Solo para generación eléctrica Sala Tableros de Fuerza 1 Solo para generación eléctrica
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta Sin Generación Eléctrica
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Sistema de Digestión Tipo Laguna Cubierta Con Generación Eléctrica
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.2.2. Sistema de Digestión Tipo Mezcla Completa
Se describe como un sistema de 5 etapas, recepción, digestión, almacenamiento, filtrado, y aprovechamiento.
Recepción: Se realiza en un estanque que contempla agitación periódica y suave, permitiendo solo una leve
separación de 3 fases, resultando una fase superior e inferior sólidas y una intermedia líquida. A diferencia del
proceso de separación por decantación, en la recepción se busca solo la separación de la materia solida más
gruesa y producir un mezclado de la materia sólida diluible u homogenizable en la fase líquida a fin de que sea
ingresada en el biodigestor como sustrato.
Digestión: Proceso de metanización mediante bacterias mesófilas a temperaturas de operación entre los 25°C a
45°C. Se realiza en el interior de un digestor anaerobio herméticamente sellado con Tiempos de Retención
Hidráulica de entre 20 a 40 días, razón por la cual su volumen es menor que los de laguna cubierta, pero requiere
una estructura de soporte debido a que contempla agitación.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Almacenamiento: Para cada uno de los productos resultantes.
a. Digestato (subproducto): Se almacena en un estanque de acopio contiguo al biodigestor con un volumen
dado por un TRH de entre 30 a 60 días. Una vez alcanzada la capacidad máxima, debe ser vaciado y
regado en praderas para dar paso a una nueva producción.
b. Biogás (producto): Acumulado en el mismo biodigestor mediante su cubierta flexible que opera como
gasómetro. Su capacidad es limitada, posibilitando el almacenamiento de 2 a 3 días de producción.
Filtrado: Proceso en el cual se retienen las trazas de gases no deseados en el biogás con el propósito de:
a. Eliminar ciertas trazas que son corrosivas para el equipo de generación eléctrica (grupo electrógeno).
b. Aumentar la concentración de metano al eliminar gases inertes o no deseados, aumentando el poder
calorífico del biogás y, por ende, su calidad.
Aprovechamiento: Consumo de los productos de la digestión.
a. Digestatoto: Utilizado como bio-fertilizante.
b. Biogás: Aprovechamiento para generación eléctrica o co-generación. Dependiendo de los consumos
particulares de cada caso, puede considerar adicionalmente la generación de energía térmica.
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Equipos principales sistema de Mezcla Completa
Nombre equipo Cantidad Observaciones
Estanque de Recepción 1 Biodigestor 1 Cámara de Registro 4 a 5 Estanque de Acopio 1 Recuperador de calor (intercambiador) 1 Generador de Energía Eléctrica 1 Estación de Filtrado 1 Sala de Máquinas 1 Sala Tableros de Fuerza 1 Sistema de agitación 1 Sistema de calefacción por loza radiante 1 Dependiendo de los consumos térmicos Caldera a biogás 1 Dependiendo de los consumos térmicos
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Figura N°13: Sistema de Digestión Tipo Mezcla Completa
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
6.3. DIMENSIONAMIENTO DE CADA UNIDAD POR TRH
Una vez seleccionado el sistema a utilizar, se puede estimar el volumen del biodigestor en función del TRH.
𝑇𝑅𝐻 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎=
𝑉
𝑄𝑒
Tipo de Sistema Tiempo de Retención Hidráulica (TRH)
Laguna Cubierta 100 días Mezcla Completa 40 días
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Tabla N°13: Ejemplo cálculo de volúmenes de Biodigestores para cada predio
DATO
(L x A)S
(m)
(52x10)
(L x A)I
(m)
(55x13)
(13x11,5)
(14x13)
(13x9)
(11x10)
(12x10)
(10x8,5)
122
ф M : (m) ф S : (m) ф I : (m)
25,8 28,8
62
106
85
3,0 (9x7)14 Mezcla Com. 9,41 9,13 40 365 12,5 15,5 9,5 (15x13)
3,0 (8x7)12 Laguna Cub. 3,29 3,19 100 319 11,6 14,6 8,6 (14x13)
3,0 (7x3)8 Mezcla Com. 4,78 4,63 40 185 8,9 11,9 5,9 (10x6)
7 Laguna Cub. 3,47 3,37 100 337 3,0 (8x17)112 12,0 15,0 9,0 (11x10)
3 Mezcla Com. 6,55 6,35 40 254 3,0 (7x5,5)10,4 13,4 7,4
1 Laguna Cub. 16,14 15,66 100 1.566 3,0 (49x7)
Capa
cida
d
Vol
umét
rica
de
los
BIo
dige
stor
es
Predio
Tipo Laguna
Cubierta
o
Tipo Mezcla
CompletaQ0 Qe TRH V : (m
3) h : (m)
Prof
undi
dad
Esta
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Bio
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stor
Áre
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Supe
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2)
Bio
dige
stor
es
A : (m2)
522 22,8
Biodigestor REDONDO
Larg
o y
Anc
ho
Med
io
Bio
dige
stor
(L x A)M
(m)
Dat
os
OBS.Caudal Entrada
(Sustrato)
Tipo de
Biodigestor
Caud
al A
flue
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ada
a
Dec
anta
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Caud
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trad
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3% M
enos
Tiem
o en
(dí
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de r
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ción
Hid
rául
ica
Volumen
(Biodigestor)Dimensiones de los (Biodigestores)
Diá
met
ro
Med
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Bio
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stor
Diá
met
ro
Supe
rior
Bio
dige
stor
Diá
met
ro
Infe
rior
Bio
dige
stor
Biodigestor RECTANGULAR
Larg
o y
Anc
ho
Infe
rior
Bio
dige
stor
Larg
o y
Anc
ho
Supe
rior
Bio
dige
stor
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
En este manual se ejemplifican las dimensiones del biodigestor para dos casos: piscinas o estanques enterrados
de forma circunferencial y rectangular. Para ello, es necesario conocer previamente el concepto de Talud.
Talud: Se define matemáticamente como la relación entre la altura y la basa de una pendiente
𝑻𝒂𝒍𝒖𝒅 = 𝑻 =𝑩𝒂𝒔𝒆
𝑨𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂=𝒃
𝒉= 𝒃:𝒉
(b/h)
Forma rectangular
El cálculo puede ser realizado por la siguiente expresión:
𝑉 =ℎ
3· 𝐿 · 𝐴 + 𝐿 − 2 · ℎ · 𝑇 · 𝐴 − (2 · ℎ · 𝑇) + 𝐿 · 𝐴 · 𝐿 − (2 · ℎ · 𝑇) · 𝐴 − (2 · ℎ · 𝑇
Modulo 26. DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES PRINCIPALES DE UNA
PLANTA DE BIOGÁS
Forma circunferencial
𝑉 = 𝑉∅𝑆 −𝑉∅𝑆 − 𝑉∅𝐼
2= 𝜋 · 𝑟∅𝑆
2 · ℎ −𝜋 · 𝑟∅𝑆
2 · ℎ − 𝜋 · 𝑟∅𝐼2 · ℎ
2
Donde,
𝑉∅𝑆: Volumen del cilindro según diámetro superior sin talud
𝑉∅𝐼: Volumen del cilindro según diámetro inferior sin talud
Talud = 1:1
NOTA: Para el cálculo o dimensionamiento de los estanques de acopio se debe realizar el mismo procedimiento.
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Esta Guía contempla el cálculo o la estimación de variables como la energía total contenida, potencia nominal,
generación eléctrica y generación térmica, dichas variables serán individualizadas a continuación.
7.1. Cálculo de Energía Total Contenida y Potencia Nominal
Se debe entender por Energía Total Contenida (𝐸𝑇𝐶) como la energía total disponible con la que cuenta un
combustible antes de ser combustionado. Dicha energía es la máxima teórica, la cual será aprovechada
parcialmente dependiendo de la eficiencia del equipo. Por lo tanto, para 1m3 biogás con 61% de metano (CH4)
tendremos el desarrollo de la siguiente expresión Expresión para la Energía Total Contenida en el Biogás, ilustrada
a continuación:
𝐸𝑇𝐶[𝑘𝑊ℎ
𝑑í𝑎] = 𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠
𝑚3
𝑑í𝑎· 𝑚 %𝐶𝐻4 · 𝑃𝐶𝐼 [
𝑘𝑊ℎ
𝑁𝑚3 𝐶𝐻4]
Donde,
𝐸𝑇𝐶: Energía Total Contenida en el biogás
𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠: Caudal diario de producción de biogás
𝑚: Porcentaje de metano contenido en el biogás
𝑃𝐶𝐼: Poder calorífico inferior del metano
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Tabla N°14: Ejemplo cálculo de Energía Total Contenida
DATOS
Sí
No
Sí
PRO
YECT
OS
QU
E A
PLIC
AN
PAR
A G
ENER
ACI
ÓN
ELÉ
C.
Sí o No
Sí
Sí
No
DATOS
232,8 55% 432,1 49,5%26,7%3 Mezcla C. 87,65 1,8 90%
144,0
67,4
884,6
873,0
9,96
9,96
9,96
182,9 55%
17,2 55%
143,7
64,6
685,9 339,5 49,5%26,7% 90%14 Mezcla C. 112,9 68,87 1,8 90%9,96
32,0 49,5%26,7% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 1,8 90%9,96
437,9 49,5%26,7% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 1,8 90% 236,0 55%
33,4 49,5%26,7% 90%7 Laguna C. 11,1 6,77 1,8 90% 18,0 55%
90% 49,5%26,7%
90%
1 Laguna C. 88,9 54,19 1,8 90%
%
(GT/ETC)BGE
Con %CH4
(60,98%)KWh/m
3 (%)PE GE%
(GT/ETC)GTETC
KWh/N
m3CH4
(%)PE
55% 267,2539,89,96
(%)
Porc
enta
je e
n
Rel
ació
n a
Ener
gía
Tota
l Con
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Dat
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OBS.Estimaciones de Generación
Térmica
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(%)P
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Gen
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Térm
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Predio
Tipo
Laguna
Cubierta o
Tipo
Mezcla
(%)
Porc
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Ener
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%
(GE/ETC)
Tipo de Biodigestor
Bio
gás
Des
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Gen
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Ener
gía
(m
3 /día
)
Met
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Gen
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(Kw
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Biogás Destinado Generación
Ener
gía
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a B
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KW
h/dí
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) Po
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rífi
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Infe
rior
(CH
4)
Estimaciones de Generación
Eléctrica
Gen
erac
ión
Térm
ica
en
(Kw
ht/d
ía)
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
A partir de la Energía Total Contenida es posible calcular la Potencia Nominal Teórica de la instalación:
𝑃𝑛𝑜𝑚 [𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶 [
𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎
]
24 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎
]=𝑄𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠
𝑚3
𝑑í𝑎· 𝑚 %𝐶𝐻4 · 𝑃𝐶𝐼 [
𝑘𝑊ℎ𝑁𝑚3 𝐶𝐻4
]
24 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎
]
Donde,
𝑃𝑛𝑜𝑚: Potencia nominal
NOTA: Decreto N°119, Reglamento de seguridad de Plantas de Biogás. Título III, Capítulo I, Artículo 78.
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Tabla N°15: Ejemplo Cálculos de Potencia Nominal
DATOS
Sopl
ador
de
Bio
gás
Predio
Laguna
Cubierta o
Mezcla
Completa BGE%CH4
(60,98%)
KWh/N
m3CH4
Pnom.
KWh
/m3
PRO
YECT
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)
Tipo de Biodigestor
Bio
gás
Des
tina
do
Gen
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ión
de
Ener
gía
(m
3/dí
a)
Met
ano
Pres
ente
en la
Pro
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s D
iari
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Pote
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Nom
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KW
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DATOS
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(%)
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DATOS (Potencias)
Tota
l Pot
enci
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Aut
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o K
W
Dat
os
OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de
Generación Eléctrica
Estimaciones de Potencia
Eléctrica para Autoconsumo
(%)
en R
elac
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a
Elec
tric
. Gen
erad
a
%(PEA
/GEH)
Sí/N
o
1 Laguna C. 88,9 2,26 9,96 22,5 1,8 90%
(%)PE GEH
%
GEH/PNCKW KW PEA
No6,0 26,7% 0 0 0 0%
6,9 71,1% Sí1,8 90% 9,7 26,7% 6,0 0,53 Mezcla C. 143,7 3,65 9,96 36,4
0 0% No
8 Mezcla C. 145,6 3,70 9,96 36,9 1,8
1,8 90% 0,7 26,7% 0 007 Laguna C. 11,1 0,28 9,96 2,8
70,2% Sí90% 9,8 26,7% 6,0 0,5 6,90,4
12 Laguna C. 10,6 0,27 9,96 2,7 1,8 0% No90% 0,7 26,7% 0 0 00
5,0 0,5 5,9 77% Sí0,414 Mezcla C. 112,9 2,87 9,96 28,6 1,8 90% 7,6
Bio
gás
Des
tina
do
Gen
erac
ión
de
Ener
gía
(m
3/hr
.)
BGE
por hora
3,7
6,0
26,7%4,7
0,5
6,1
Bom
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KW
0
0,4
0,4
(%)P
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y
Bio
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(CH
4)
Ran
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Prod
ucci
ón
Eléc
tric
a
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
7.2. Generación de Energía
Para calcular la energía teórica total generada, ya sea eléctrica o térmica, se debe incorporar el concepto de
eficiencia de los equipos. En generación eléctrica, la eficiencia de generación corresponde a aproximadamente
un 30%, mientras que para la térmica, corresponde a cerca de un 85%. En el caso de cogeneración, la eficiencia
global del sistema es cercana al 85%, donde la eléctrica representa un 30%, mientras que la térmica un 45%
adicional. Resulta importante mencionar que dicha eficiencia depende exclusivamente de los equipos utilizados y
es entregada por el fabricante en las especificaciones técnicas.
Donde,
𝐸𝑒: Energía eléctrica teórica generada
𝐸𝑡: Energía térmica teórica generada
𝜂𝑒: Eficiencia equipo de generación eléctrica
𝜂𝑡: Eficiencia equipo de generación térmica
𝐸𝑒𝑘𝑊ℎ
𝑑í𝑎= 𝐸𝑇𝐶
𝑘𝑊ℎ
𝑑í𝑎· 𝜂𝑒[%]
𝐸𝑡𝑘𝑊ℎ
𝑑í𝑎= 𝐸𝑇𝐶
𝑘𝑊ℎ
𝑑í𝑎· 𝜂𝑡[%]
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Luego, tanto la potencia eléctrica y térmica se pueden expresar mediante las siguientes expresiones:
𝑃𝑒[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶
𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎
· 𝜂𝑒[%]
24 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎
]
𝑃𝑡[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶
𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎
· 𝜂𝑡[%]
24 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎
]
Donde,
𝑃𝑒: Potencia eléctrica del equipo de generación
𝑃𝑡: Potencia térmica del equipo de generación
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
Tabla N°16: Ejemplo cálculos de Energía y Potencia Eléctrica Tabla N°17: Ejemplo cálculos de Energía y Potencia Térmica
DATOS
Sí205,8 8,6 55% 90% 339,5 49,5%14 Mezcla C. 112,9 68,87 9,96 685,9 24,0 30%
32,0 49,5% No24,0 30% 19,4 0,8 55% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 9,96 64,6
437,9 49,5% Sí24,0 30% 265,4 11,1 55% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 9,96 884,6
0,8 55% 90% 33,4 49,5% No7 Laguna C. 11,1 6,77 9,96 67,4 24,0 30% 20,2
10,9 55% 90% 432,1 49,5% Sí3 Mezcla C. 143,7 87,65 9,96 873,0 24,0 30% 261,9
49,5% Sí30% 161,9 6,7 55% 90% 267,2
GT%
(GT/ETC)Sí o No
1 Laguna C. 88,9 54,19 9,96 539,8 24,0
hrs/día (%)Ne Ee Pe
%
(GT/ETC)(%)PE
Predio
Tipo
Laguna
Cubierta o
Tipo
Mezcla BGE
Con %CH4
(60,98%)
KWh/N
m3CH4
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Da
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OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de Generación
Eléctrica
Estimaciones de Generación
Térmica
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de
En
erg
ía
(m3/d
ía) DATOS
Sí308,7 12,9 55% 90% 339,5 49,5%14 Mezcla C. 112,9 68,87 9,96 685,9 24,0 45%
32,0 49,5% No24,0 45% 29,1 1,2 55% 90%12 Laguna C. 10,6 6,48 9,96 64,6
437,9 49,5% Sí24,0 45% 398,1 16,6 55% 90%8 Mezcla C. 145,6 88,82 9,96 884,6
1,3 55% 90% 33,4 49,5% No7 Laguna C. 11,1 6,77 9,96 67,4 24,0 45% 30,3
16,4 55% 90% 432,1 49,5% Sí3 Mezcla C. 143,7 87,65 9,96 873,0 24,0 45% 392,8
49,5% Sí45% 242,9 10,1 55% 90% 267,2
GT%
(GT/ETC)Sí o No
1 Laguna C. 88,9 54,19 9,96 539,8 24,0
hrs/día (%)Nt Et Pt
%
(GT/ETC)(%)PE
Predio
Tipo
Laguna
Cubierta o
Tipo
Mezcla BGE
Con %CH4
(60,98%)
KWh/N
m3CH4
ETC
Ge
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raci
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Té
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(Kw
ht/
día
)
(%)
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(PC
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(%)P
orc
en
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ón
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l
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nid
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DATOS
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ón
de
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en
(K
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ía)
Est
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n d
e
Po
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Té
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(K
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OBS. Biogás Destinado Generación Estimaciones de Generación
Térmica
Estimaciones de Generación
Térmica
PR
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Tipo de Biodigestor
Bio
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Ge
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raci
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ía
(m3/d
ía)
Modulo 27. ESTIMACIÓN DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
7.3. Determinación de Potencia Instalada
Para determinar la potencia instalada, se debe considerar el tiempo de operación de los equipos. Ello viene dado
por diversos factores, entre los que se encuentra la demanda total de energía, periodos punta que se busca
reducir, sistemas de almacenamiento de energía (térmica principalmente), entre otros.
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎[𝑘𝑊] =𝐸𝑇𝐶
𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎
· 𝜂𝑡[%]
𝑇𝑓 [ℎ𝑟𝑠𝑑í𝑎
]
Donde,
𝑇𝑓: Tiempo de funcionamiento diario.
Pablo Bahamonde Burgos
pablobahamondeb@Gmail.com