Las granjas necesitan combustible para los sistemas de calefacción, generar electricidad y otras necesidades diarias. Dado que los precios de la energía aumentan constantemente año tras año, todos los propietarios de hogares o pequeñas empresas han pensado al menos una vez en cómo producir biogás en casa.
Las plantas de biogás se utilizan cada vez más en las granjas, lo que les permite ahorrar dinero en calefacción.Una planta de biogás para una casa privada le permite organizar la producción de biogás directamente en su jardín, lo que resuelve el problema del combustible. Dado que un porcentaje importante de los residentes del pueblo tienen habilidades para trabajar con herramientas de soldadura y fontanería, la cuestión de la fabricación propia de una planta de producción de gas parece lógica. De esta forma podrás ahorrar no solo en trabajo, sino también en materiales si utilizas medios improvisados.
Qué es el biogás y cómo se forma: obtención y producción
El biogás es una sustancia que se forma durante la fermentación de residuos orgánicos y que contiene metano en cantidades suficientes para ser utilizado como combustible. Cuando se quema, el biogás libera calor, suficiente para calentar una casa o repostar un coche. la fuente de energía es el estiércol, de fácil acceso y barato o incluso gratuito si se trata de una empresa ganadera o de una gran explotación privada.
El biogás es un biocombustible ecológico que puedes producir con tus propias manos; el gas biológico está relacionado con el gas natural. El gas se produce mediante el procesamiento de desechos por parte de bacterias anaeróbicas. La fermentación se lleva a cabo en un recipiente sin aire llamado biorreactor. La tasa de producción de biogás depende de la cantidad de residuos cargados en el biogenerador. Bajo la influencia de bacterias, la materia prima libera una mezcla de metano y dióxido de carbono con algunas mezclas de otras sustancias gaseosas. El gas resultante se retira del biorreactor, se purifica y se utiliza para sus propias necesidades. Las materias primas procesadas una vez finalizado el proceso se convierten en fertilizante, que se utiliza para mejorar la fertilidad del suelo. La producción de biogás es beneficiosa para las empresas ganaderas que tienen acceso gratuito a estiércol y otros desechos orgánicos.
Beneficios de quemar combustible a partir de estiércol (fertilizante agrícola) para calefacción: electricidad a partir de metano
Las ventajas del biogás como combustible incluyen:
- Reciclaje de residuos eficiente y respetuoso con el medio ambiente
- Disponibilidad de materias primas para la producción de gas en zonas rurales.
- Posibilidad de organizar un ciclo cerrado de producción de gas y fertilizantes a partir de estiércol sin residuos.
- Fuente de materias primas no agotable y autorregenerable.
Cómo construir un biorreactor (instalación) con tus propias manos.
Las plantas de biogás que producen gas a partir de estiércol se pueden montar fácilmente con sus propias manos en su propio sitio. Antes de montar un biorreactor para procesar estiércol, conviene dibujar dibujos y estudiar detenidamente todos los matices, porque Un contenedor que contiene una gran cantidad de gas explosivo puede ser una fuente de gran peligro si se utiliza incorrectamente o si hay errores en el diseño de la instalación.
Esquema de producción de biogás.La capacidad del biorreactor se calcula en función de la cantidad de materia prima que se utiliza para producir metano. Para que las condiciones de funcionamiento sean óptimas, la capacidad del reactor se llena con residuos al menos hasta dos tercios. Para estos fines se utiliza un pozo profundo. Para garantizar una alta estanqueidad, las paredes del pozo se refuerzan con hormigón o se refuerzan con plástico y, a veces, se instalan anillos de hormigón en el pozo. La superficie de las paredes se trata con soluciones impermeabilizantes. La estanqueidad es una condición necesaria para el funcionamiento eficiente de la instalación. Cuanto mejor esté aislado el contenedor, mayor será la calidad y cantidad. Además, los productos de descomposición de los residuos son venenosos y, en caso de fuga, pueden ser perjudiciales para la salud.
En el contenedor de residuos se instala un agitador. Se encarga de mezclar los residuos durante la fermentación, evitando la distribución desigual de las materias primas y la formación de costra. Después del mezclador, se instala una estructura de drenaje en el estiércol, que facilita la eliminación del gas al tanque de almacenamiento y evita fugas. Es necesario eliminar el gas por razones de seguridad, así como para mejorar la calidad de los fertilizantes que quedan en el reactor después del procesamiento. Se hace un agujero en el fondo del reactor para. El orificio está equipado con una tapa hermética para que el equipo permanezca sellado.
Cómo garantizar la fermentación activa de la biomasa en casa utilizando un generador y otros equipos: procesamiento, composición y extracción de residuos.
Para que el proceso de procesamiento en un biorreactor se desarrolle más rápido, es necesario calentar. La temperatura ambiente es suficiente para que el procesamiento del estiércol se realice sin ayuda externa. Pero en condiciones climáticas desfavorables, en invierno, una miniplanta de biogás necesita una fuente de calor adicional, de lo contrario la producción de gas se vuelve imposible. Para que las bacterias conviertan los desechos en gas, la temperatura en el reactor debe ser superior a 38 grados centígrados. Obtener biogás con tus propias manos no es difícil, lo principal es conocer ciertas reglas de fabricación.
El recipiente se calienta mediante un serpentín situado debajo del reactor o instalando calentadores eléctricos para calentar directamente el depósito. , que transforman los residuos en gas, ya se encuentran en la materia prima. Para activar los microorganismos e iniciar el proceso de producción de biogás, la temperatura en el recipiente debe ser suficiente para la fermentación. Para facilitar el control del cumplimiento de las condiciones de temperatura, se conecta un calentamiento automático al reactor. Calienta el contenedor cuando se carga combustible a la temperatura deseada y apaga la calefacción cuando se alcanza la marca deseada en el termómetro. Un dispositivo de control de temperatura, que es fácil de encontrar en una tienda de equipos de gas, puede desempeñar el papel de un calentador automático.
Módulo de control de temperatura. Se puede adquirir en cualquier ferretería.Eliminación correcta de gas del biorreactor: dibujos, uso de tecnología.
Para eliminar fácilmente el gas formado del tanque, las plantas de biogás están equipadas con varios dispositivos:
- Tuberías de plástico dispuestas verticalmente con gran número de orificios para facilitar la separación del gas de la materia prima. La parte superior de la tubería debe sobresalir por encima de la masa de desechos, permitiendo que el gas escape libremente.
- Una película colocada sobre el contenedor y creando una especie de efecto invernadero. Mantiene la temperatura deseada dentro del recipiente y además evita que el gas se mezcle con el aire.
A veces el contenedor se cubre con una cúpula de hormigón u otro material. Para que dicha cúpula no salga volando bajo la presión del gas resultante, se fija cuidadosamente a la estructura y se ata con cables.
- En la parte superior del reactor se coloca un tubo de escape de gases. La tubería está equipada con un mecanismo de bloqueo hermético para no violar la estanqueidad de la estructura. El biogás recién liberado, que ingresa a la tubería de salida, está saturado de vapor de agua y contiene muchas impurezas. Se produce por condensación: cuando se enfría a temperatura ambiente, el agua se deposita en forma de condensación en las paredes de la tubería. Para evitar la corrosión, la tubería de descarga se instala de tal manera que facilite la eliminación del condensado a través del separador.
- Para eliminar las impurezas de sulfuro de hidrógeno del biogás, en el camino hacia la instalación de almacenamiento se instala un filtro hecho de carbón activado especialmente tratado, en el que la mezcla se oxida a azufre y se deposita en el sorbente.
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Una planta de biogás automontada que transforma el estiércol en biogás en el hogar reduce significativamente los costos de calefacción y electricidad. Dicha instalación reducirá el costo de proporcionar calefacción a una casa privada, reducirá el costo de los productos agrícolas y aumentará así la rentabilidad de la granja. – la capacidad de convertir los residuos en una fuente de energía y una alternativa al gas natural. El biogás es ecológico y moderno.
Se presentó la base teórica para la producción de gas metano a partir de biomasa mediante digestión anaeróbica.
Se explicó el papel de las bacterias en la transformación paso a paso de sustancias orgánicas y se describieron las condiciones necesarias para la producción más intensiva de biogás. Este artículo proporcionará implementaciones prácticas de plantas de biogás, con una descripción de algunos diseños caseros.
Dado que los precios de la energía están aumentando y muchos propietarios de explotaciones ganaderas y pequeñas explotaciones tienen problemas con la eliminación de residuos, se han puesto a la venta complejos industriales para la producción de biogás y pequeñas plantas de biogás para viviendas particulares. Utilizando los motores de búsqueda, un internauta puede encontrar fácilmente una solución asequible y preparada para que la planta de biogás y su precio satisfagan las necesidades, ponerse en contacto con proveedores de equipos y acordar la construcción de un generador de biogás en casa o en la granja.
Complejo industrial para la producción de biogás
Biorreactor: la base de una planta de biogás
El recipiente en el que se produce la descomposición anaeróbica de la biomasa se llama biorreactor, fermentador o tanque de metano. Los biorreactores pueden ser completamente sellados, con cúpula fija o flotante, y tener un diseño de campana de buceo. Los biorreactores psicrófilos de campana (que no requieren calentamiento) tienen la forma de un depósito abierto con biomasa líquida, en el que se sumerge un recipiente en forma de cilindro o campana, donde se recoge el biogás.
El biogás recolectado ejerce presión sobre el cilindro, lo que hace que se eleve por encima del tanque. Por lo tanto, la campana también sirve como depósito de gas, es decir, un lugar de almacenamiento temporal del gas generado.
Biorreactor de cúpula flotante La desventaja del diseño de campana del reactor de biogás es la imposibilidad de mezclar el sustrato y calentarlo durante las estaciones frías. También un factor negativo es el fuerte olor y las condiciones insalubres debido a la superficie expuesta de parte del sustrato.
Además, parte del gas resultante escapará a la atmósfera, contaminando el medio ambiente. Por tanto, estos biorreactores se utilizan únicamente en plantas de biogás artesanales en países pobres con climas cálidos.
Otro ejemplo de biorreactor de cúpula flotante. Para prevenir la contaminación ambiental y eliminar olores desagradables, los reactores de las plantas de biogás para hogares y grandes industrias se diseñan con cúpula fija. La forma de la estructura durante la formación de gas no es de gran importancia, pero cuando se utiliza un cilindro con techo en forma de cúpula, se logran ahorros significativos en materiales de construcción. Los biorreactores con cúpula fija están equipados con tuberías para añadir nuevas porciones de biomasa y seleccionar el sustrato gastado.
Un tipo de biorreactor de cúpula fija. Principales tipos de plantas de biogás.
Dado que el diseño más aceptable es una cúpula fija, la mayoría de las soluciones de biorreactores listas para usar son de este tipo. Dependiendo del método de carga, los biorreactores tienen diferentes diseños y se dividen en:
- En porciones, con carga única de toda la biomasa y posterior descarga completa después del procesamiento de las materias primas. La principal desventaja de este tipo de biorreactor es la liberación desigual de gas durante el procesamiento del sustrato;
- Carga y descarga continua de materias primas, logrando así una liberación uniforme de biogás. Gracias al diseño del biorreactor, durante la carga y descarga, la producción de biogás no se detiene y no se producen fugas, ya que las tuberías por las que se añade y extrae biomasa están realizadas en forma de sello de agua que evita la fuga de gas.
Ejemplo de biorreactor discontinuo Los reactores discontinuos de biogás pueden tener cualquier diseño que evite las fugas de gas. Por ejemplo, en un momento, en Australia eran populares los tanques de metano de canal con un techo inflable elástico, donde un ligero exceso de presión dentro del biorreactor inflaba una burbuja hecha de polipropileno duradero. Cuando se alcanzaba un cierto nivel de presión dentro del biorreactor, se activaba un compresor que bombeaba el biogás producido.
Biorreactores de canal con recipiente elástico para gas. El tipo de fermentación en esta planta de biogás puede ser mesófila (bajo calentamiento). Debido a la gran superficie de la cúpula inflable, los biorreactores de canal sólo pueden instalarse en habitaciones con calefacción o en regiones con clima cálido. La ventaja del diseño es que no es necesario un receptor intermedio, pero la gran desventaja es la vulnerabilidad de la cúpula elástica a daños mecánicos.
Biorreactor de gran canal con tanque de gas elástico Recientemente, los biorreactores discontinuos con fermentación seca de estiércol sin agregar agua al sustrato están ganando popularidad. Dado que el estiércol tiene su propia humedad, será suficiente para la vida de los organismos, aunque la intensidad de las reacciones disminuirá.
Los biorreactores de tipo seco parecen un garaje sellado con puertas que cierran herméticamente. La biomasa se carga en el reactor mediante un cargador frontal y permanece en este estado hasta completar el ciclo completo de formación de gas (unos seis meses), sin necesidad de añadir sustrato ni mezclarlo.
Biorreactor discontinuo con carga a través de puerta herméticamente cerrada. Planta de biogás de bricolaje
Cabe señalar que en la mayoría de los biorreactores, por regla general, solo se sella la zona de formación de gas y la biomasa líquida en la entrada y salida está bajo presión atmosférica. Presión excesiva dentro del biorreactor. desplaza parte del sustrato líquido a las boquillas, por lo que el nivel de biomasa en ellas es ligeramente mayor que en el interior del contenedor.
Las líneas rojas en el diagrama indican la diferencia de niveles en el biorreactor y las tuberías. Estos diseños de biorreactores caseros son populares entre los artesanos populares que fabrican de forma independiente plantas de biogás para el hogar, lo que permite la carga y descarga manual repetida del sustrato. Al fabricar biorreactores con sus propias manos, muchos artesanos experimentan con contenedores completamente sellados, utilizando varios tubos de goma de neumáticos de vehículos grandes como recipientes para el gas.
Dibujo de un depósito de gas hecho con cámaras de aire de tractor. En el siguiente vídeo, un entusiasta de la producción casera de biogás, usando como ejemplo barriles llenos de excrementos de pájaros, demuestra la posibilidad de producir gas combustible en casa procesando los desechos de las aves de corral para convertirlos en fertilizante útil. Lo único que se puede agregar al diseño descrito en este video es que es necesario instalar un manómetro y una válvula de seguridad en un biorreactor casero.
Cálculos de productividad del biorreactor.
La cantidad de biogás está determinada por la masa y la calidad de las materias primas utilizadas. En Internet se pueden encontrar tablas que indican la cantidad de desechos que producen varios animales, pero para los propietarios que tienen que retirar el estiércol todos los días, esta teoría no sirve de nada, ya que gracias a su propia práctica saben la cantidad y masa de los futuro sustrato. En función de la disponibilidad de materias primas renovables cada día, es posible calcular el volumen requerido del biorreactor y el consumo diario. producción de biogás.
Tabla para obtener la cantidad de estiércol de algunos animales con un cálculo aproximado del rendimiento de biogás. Una vez realizados los cálculos y aprobado el diseño del biorreactor, se puede comenzar su construcción. El material puede ser un recipiente de hormigón armado vertido en el suelo o ladrillos sellados con un revestimiento especial que se utiliza para tratar piscinas.
También es posible construir el tanque principal de una planta de biogás doméstica con hierro recubierto con material anticorrosión. Los biorreactores industriales pequeños suelen fabricarse a partir de tanques de plástico de gran volumen y resistentes a productos químicos.
Construcción de un biorreactor a partir de ladrillos. En las plantas industriales de biogás, se utilizan sistemas de control electrónico y diversos reactivos para corregir la composición química del sustrato y su nivel de acidez, y se agregan sustancias especiales a la biomasa: enzimas y vitaminas que estimulan la reproducción y la actividad vital de los microorganismos dentro del biorreactor. . En el proceso de desarrollo de la microbiología, se están creando cepas cada vez más estables y eficaces de bacterias metanógenas, que pueden adquirirse en empresas dedicadas a la producción de biogás.
El gráfico muestra que con el uso de enzimas, el rendimiento máximo de biogás se produce dos veces más rápido. La necesidad de bombear y purificar biogás.
La producción constante de gas en un biorreactor de cualquier diseño conlleva la necesidad de bombear biogás. Algunas plantas de biogás primitivas pueden quemar el gas resultante directamente en un quemador instalado cerca, pero la inestabilidad del exceso de presión en el biorreactor puede provocar la desaparición de la llama y su posterior liberación. gas venenoso. El uso de una instalación de biogás tan primitiva conectada a una estufa es categóricamente inaceptable debido a la posibilidad de envenenamiento por los componentes tóxicos del biogás no purificado.
La llama del quemador al quemar biogás debe ser limpia, uniforme y estable. Por lo tanto, casi cualquier esquema de instalación de biogás incluye tanques de almacenamiento de gas y un sistema de purificación de gas. Como complejo de limpieza casero, puedes utilizar un filtro de agua y un recipiente casero lleno de virutas de metal, o adquirir sistemas de filtración profesionales. Se puede fabricar un recipiente para el almacenamiento temporal de biogás a partir de cámaras de aire de neumáticos, desde las cuales un compresor bombea el gas de vez en cuando a cilindros de propano estándar para su almacenamiento y uso posterior.
En algunos países africanos se utilizan recipientes de gas inflables en forma de almohada para almacenar y transportar biogás. Se puede considerar un biorreactor mejorado con cúpula flotante como alternativa al uso obligatorio de un tanque de gas. La mejora consiste en añadir un tabique concéntrico, que forma una bolsa de agua, actuando como sello de agua e impidiendo que la biomasa entre en contacto con el aire. La presión dentro de la cúpula flotante dependerá de su peso. Al pasar el gas a través de un sistema de limpieza y un reductor, se puede utilizar en una estufa doméstica, purgándolo periódicamente del biorreactor.
Biorreactor con cúpula flotante y bolsa de agua. Moler y mezclar el sustrato en un biorreactor.
Agitar la biomasa es una parte importante del proceso de producción de biogás, ya que proporciona a las bacterias acceso a los nutrientes que pueden acumularse en el fondo del digestor. Para que las partículas de biomasa se mezclen mejor en el biorreactor, deben triturarse mecánica o manualmente antes de cargarlas en el tanque de metano. Actualmente, en las plantas de biogás industriales y caseras se utilizan tres métodos de mezcla del sustrato:
- agitadores mecánicos, accionados por motor eléctrico o manualmente;
- mezcla por circulación utilizando una bomba o hélice que bombea el sustrato dentro del biorreactor;
- Mezclado por burbujeo mediante purga de biomasa líquida con biogás existente. La desventaja de este método es la formación de espuma en la superficie del sustrato.
La flecha indica el tornillo de circulación de mezcla en un biorreactor casero. La mezcla mecánica del sustrato dentro del biorreactor se puede realizar de forma manual o automática encendiendo el motor eléctrico mediante un temporizador electrónico. La mezcla de biomasa con chorro de agua o burbujeo solo se puede realizar mediante motores eléctricos controlados manualmente o mediante un algoritmo de software.
Este biorreactor está equipado con un dispositivo de mezcla mecánico.
Calentamiento de sustratos en plantas de biogás mesófilas y termófilas.
La temperatura óptima para la formación de gas es la temperatura del sustrato entre 35 y 50 ºC. Para mantener esta temperatura, varios sistemas de calefacción– agua, vapor, electricidad. El control de temperatura debe realizarse mediante un termostato o termopares conectados a un actuador que regule el calentamiento del biorreactor.
También es necesario recordar que una llama abierta sobrecalentará las paredes del biorreactor y la biomasa del interior arderá. Un sustrato quemado reducirá la transferencia de calor y la calidad del calentamiento, y la pared caliente del biorreactor colapsará rápidamente. Una de las mejores opciones es calentar agua desde la tubería de retorno del sistema de calefacción de la casa. Es necesario instalar un sistema de válvulas eléctricas para poder apagar el calentamiento del biorreactor o conectar el calentamiento del sustrato directamente desde la caldera si hace demasiado frío.
Sistema de calentamiento eléctrico y de agua para el biorreactor. Calentar el sustrato en un biorreactor utilizando elementos calefactores sólo será beneficioso si se dispone de electricidad alternativa, obtenida de un generador eólico o paneles solares. En este caso, los elementos calefactores se pueden conectar directamente a un generador o batería, lo que elimina del circuito costosos convertidores de voltaje. Para reducir la pérdida de calor y reducir el costo de calentar el sustrato en un biorreactor, es necesario aislarlo tanto como sea posible utilizando diversos materiales aislantes.
Aislamiento del biorreactor con material aislante térmico. Los experimentos prácticos son inevitables al construir plantas de biogás con sus propias manos.
No importa cuánta literatura lea un entusiasta novato de la autoproducción de biogás, y no importa cuántos videos mire, en la práctica tendrá que aprender mucho por su cuenta y los resultados, por regla general, estarán lejos de ser los mejores. los calculados.
Por lo tanto, muchos artesanos novatos siguen el camino de experimentos independientes en la producción de biogás, comenzando con pequeños contenedores, determinando cuánto gas produce su pequeña planta experimental de biogás a partir de las materias primas disponibles. Los precios de los componentes, la producción de metano y los costos futuros de construir una planta de biogás en pleno funcionamiento determinarán su rentabilidad y viabilidad.
En el vídeo de arriba, el maestro demuestra las capacidades de su instalación de biogás, midiendo cuánto biogás se produce en un día. En este caso, cuando se bombean ocho atmósferas al receptor del compresor, el volumen del gas resultante después del nuevo cálculo teniendo en cuenta el volumen del recipiente de 24 litros será de aproximadamente 0,2 m².
Este volumen de biogás obtenido de un barril de doscientos litros no es significativo, pero, como se muestra en el siguiente vídeo de este maestro, esta cantidad de gas es suficiente para una hora de encendido de un fogón (15 minutos multiplicados por cuatro atmósferas). de un cilindro, que tiene el doble de tamaño que el receptor).
En otro vídeo a continuación, el maestro habla sobre la producción de biogás y fertilizantes biológicamente puros mediante el procesamiento de desechos orgánicos en una planta de biogás. Hay que tener en cuenta que el valor de los fertilizantes ambientales puede superar el coste del gas resultante, y entonces el biogás se convertirá en un subproducto útil del proceso de producción de fertilizantes de calidad. Otra propiedad útil de las materias primas orgánicas es la capacidad de almacenarlas durante un período determinado para utilizarlas en el momento adecuado.
La creciente popularidad de métodos alternativos para generar calor y energía eléctrica ha llevado al deseo de muchos propietarios de casas de campo y cabañas de obtener cierta autonomía de los proveedores de energía externos. Además, la energía "comprada" muestra una tendencia constante al aumento de los precios, y el mantenimiento de una granja rural es cada día más caro. La planta de biogás es una excelente alternativa a las fuentes de energía externas. Como mínimo, puede proporcionar a la casa gas inflamable para la estufa, y cuando aumenta la potencia (si hay suficiente basura propia o comprada), puede proporcionar calefacción y electricidad tanto para la casa como para todo el hogar.
¿Quién necesita plantas de biogás?
Las plantas de biogás se utilizan para producir gases combustibles a partir de materias primas biológicas. Por eso son necesarios dondequiera que se requieran gases inflamables. Es decir, para obtener energía térmica y eléctrica.
En primer lugar, las plantas de biogás son necesarias en aquellas explotaciones agrícolas en las que existe una gran cantidad de materias primas en forma de residuos biológicos. De esta manera, es posible no sólo hacer que la producción esté libre de desperdicios, sino también aumentar significativamente su rentabilidad, gracias a la producción independiente de energía y a la ausencia de costos para la compra de energía térmica y eléctrica.
Vladimir Rashin, diseñador de una planta de biogás y agricultor de Perm, ha demostrado por su propia experiencia que la producción agrícola, que elimina los residuos de forma independiente mediante un dispositivo adecuado, satisface plenamente sus necesidades de energía térmica y eléctrica, así como de gas combustible. . En su granja de codornices, el biogás se utiliza para calentar locales (tanto residenciales como industriales e industriales), para generar electricidad, en cocinas y también para repostar vehículos; todos los coches de la granja Rashin funcionan con biogás. En este caso, la principal materia prima de la planta de biogás son los excrementos de codorniz. De la producción se obtienen, además de biogás, fertilizantes orgánicos, lo que también aporta ingresos adicionales a la explotación.
Las plantas de biogás como las de Vladimir Rashin pueden aumentar significativamente la rentabilidad de cualquier producción agrícola. Como materia prima para la producción de biogás se puede utilizar no sólo el estiércol, sino también diversos residuos de la industria maderera (corteza, aserrín, etc.) y casi cualquier sustancia orgánica.
Además, las plantas de biogás se pueden utilizar en casas de campo y casas de campo, incluso si dichas granjas no tienen una finalidad agrícola. Los desechos domésticos de cualquier granja serán suficientes para proporcionar materia prima para una planta de biogás individual, y si la granja no cuenta con energía térmica y eléctrica, al menos reducirá el costo de compra de dicha energía. Además, además de los residuos domésticos, cualquier finca rural también contiene residuos de la parcela (malezas, recortes de ramas, etc.). Bueno, incluso puedes proporcionar gas inflamable a una estufa de cocina utilizando una mini instalación de biogás en una casa de campo.
Principio de producción de biogás.
El biogás se produce mediante fermentación anaeróbica (es decir, sin oxígeno) de biomasa, que es proporcionada por bacterias especiales. En el proceso intervienen tres tipos de bacterias: hidrolíticas, formadoras de ácido y formadoras de metano.
Una planta de biogás consta de varias partes (contenedores). Primero, la materia prima ingresa a un recipiente preliminar, donde se mezcla cuidadosamente y se tritura (en el caso de la fracción sólida) hasta obtener una masa homogénea. Luego la materia prima triturada ingresa al reactor (un recipiente donde se fermenta directamente la biomasa).
El reactor suele estar hecho de hormigón armado, que es resistente a los ácidos. Este contenedor está completamente sellado. Para acelerar el proceso de fermentación, el líquido del recipiente se calienta y se agita. La mayoría de las veces, se utiliza una unidad de cogeneración para calentar el reactor; en una instalación de este tipo es necesario enfriar el generador de calor y energía, y el calor eliminado ingresa al reactor. El calor también puede provenir de una caldera de agua caliente especial.
Una vez completado el proceso de fermentación, el gas producido del reactor ingresa al recipiente de gas, donde se iguala la presión, y luego el biogás ingresa al generador de calor y energía (gas o diesel-gas), como resultado de lo cual se genera calor o electricidad. se produce energía.
Además del biogás, en el reactor se deposita una fracción sólida, los fertilizantes orgánicos, que luego pueden utilizarse en el campo. Los fertilizantes líquidos también se obtienen del reactor después de la liberación de gas. Tanto los fertilizantes líquidos como los sólidos están concentrados y se utilizan activamente en la agricultura.
Las plantas industriales de biogás tienen control automático. La automatización se encarga del flujo de materias primas hacia la instalación, y de la mezcla, controla la temperatura, el funcionamiento del generador, etc. Además, dichas instalaciones están equipadas con dispositivos de bengala de emergencia: en caso de que el motor se detenga, el gas simplemente se quema. Además, las plantas industriales de biogás suelen estar equipadas con una línea para envasar fertilizantes líquidos; en este caso, los fertilizantes se envasan en botellas pequeñas (de hasta 1 litro).
Planta de biogás individual
El principio de funcionamiento de una planta de biogás individual es el mismo que el de una industrial. Es cierto que las miniinstalaciones rara vez están equipadas con dispositivos automáticos para mezclar el sustrato y otras automatizaciones, debido al aumento significativo en el costo de una instalación doméstica con dicho equipo. En la mayoría de los casos, estas instalaciones solo cuentan con dispositivos para controlar la temperatura, el funcionamiento del generador, etc., y todo el mantenimiento de la miniplanta de biogás se realiza manualmente.
Las plantas de biogás domésticas se utilizan principalmente para la producción de gas combustible para las necesidades de la cocina, si la explotación no tiene ganado ni producción agrícola. Sin embargo, existe una tendencia creciente a utilizar miniinstalaciones para dotar a las casas de campo y casas de campo de un complejo energético completo, es decir, no sólo gas de “cocina”, sino también energía térmica y eléctrica. Además, esto ya no depende de la presencia de ganado grande o pequeño en la explotación: las materias primas para las plantas de biogás domésticas simplemente se compran en la explotación más cercana. Puede ser estiércol o desechos de las industrias de procesamiento de madera.
Planta de biogás de bricolaje
La construcción de plantas de biogás, incluso pequeñas, para las necesidades domésticas no es barata. Y, aunque el período de recuperación de la inversión de dichos equipos es relativamente corto (de 5 a 7 años), no todos los propietarios están preparados o tienen la oportunidad de invertir la cantidad necesaria. Sí, las ventajas son obvias: en poco tiempo, con la ayuda de una miniplanta de biogás, puede obtener una autonomía casi total de las fuentes de energía compradas, convertir su granja en autosuficiente e incluso tener fertilizantes gratuitos como bonificaciones adicionales. Sin embargo, debe pagar dinero hoy y los beneficios solo aparecerán en unos años. Por eso, muchos propietarios de casas de campo y cabañas se preguntan: ¿cómo hacer usted mismo una planta de biogás?
Una miniplanta de biogás no es tan complicada y su construcción es bastante manejable. Esto ahorra una cantidad significativa. Además, hay proyectos de plantas de biogás que utilizan medios y materiales improvisados (por ejemplo, con un reactor de campana, y la campana puede ser de caucho, etc.). Es decir, las instalaciones caseras para la producción de biogás suponen adquirir las bonificaciones deseadas por un dinero mínimo.
A la hora de construir una planta de biogás, es necesario realizar un cálculo preciso de cuál debe ser su productividad. Para hacer esto, se deben tener en cuenta todos los consumidores deseados de biogás (por ejemplo, una cocina, equipos automotrices, etc.). Si se prevé utilizar biogás para producir energía eléctrica y/o térmica, el cálculo debe incluir a todos los consumidores de energía. A partir del cálculo se crea un proyecto de planta de biogás.
Las plantas caseras de producción de biogás están ampliamente disponibles en Internet. Puede encontrar cálculos de muestra, un dibujo del dispositivo y una descripción detallada. Una gran selección de dispositivos le permitirá crear tanto una instalación compleja con varias cámaras como una versión simplificada (por ejemplo, un dispositivo tan simple como un pozo negro cubierto con una campana de goma con un dispositivo para ventilar el gas). Cualquiera puede elegir una instalación casera según sus deseos, capacidades y habilidades. Las descripciones acompañadas de fotografías o vídeos del paso a paso son especialmente útiles en este caso.
Hacer una planta de biogás con sus propias manos le permite ahorrar hasta un 50% del costo del dispositivo, lo que acelera significativamente la recuperación de la inversión del equipo. Además, para empezar, realizar la instalación más sencilla permite evaluar la necesidad de dicho equipo en el hogar, así como invertir dinero gradualmente, lo que para muchos es mucho más fácil que pagar la cantidad total requerida de una vez.
¿Cómo funciona una planta de biogás?
Un propietario ahorrativo sueña con recursos energéticos baratos, eliminación eficiente de residuos y obtención de fertilizantes. Una planta de biogás casera hecha por usted mismo es una forma económica de hacer realidad su sueño.
El montaje independiente de dicho equipo costará una cantidad razonable de dinero y el gas producido será de gran ayuda en el hogar: se puede utilizar para cocinar, calentar la casa y otras necesidades.
Intentemos comprender las características específicas de este equipo, sus ventajas y desventajas. Y también si es posible construir una planta de biogás usted mismo y si será eficaz.
El biogás se forma como resultado de la fermentación de un sustrato biológico. Se descompone por bacterias hidrolíticas, formadoras de ácido y metano. La mezcla de gases producida por bacterias es inflamable, porque Contiene un gran porcentaje de metano.
Sus propiedades prácticamente no se diferencian del gas natural, que se utiliza para necesidades industriales y domésticas.
Si lo desea, todos los propietarios de viviendas pueden adquirir una planta de biogás industrial, pero es cara y la inversión se amortiza en un plazo de 7 a 10 años. Por tanto, tiene sentido hacer un esfuerzo y hacer un biorreactor con tus propias manos.
El biogás es un combustible respetuoso con el medio ambiente y la tecnología para su producción no tiene mucho impacto en el medio ambiente. Además, los productos de desecho que es necesario eliminar se utilizan como materia prima para el biogás.
Se colocan en un biorreactor, donde se procesa:
- la biomasa está expuesta a las bacterias durante algún tiempo. El período de fermentación depende del volumen de materias primas;
- Como resultado de la actividad de las bacterias anaeróbicas, se libera una mezcla inflamable de gases, que incluye metano (60%), dióxido de carbono (35%) y algunos otros gases (5%). La fermentación también libera sulfuro de hidrógeno potencialmente peligroso en pequeñas cantidades. Es venenoso, por lo que es muy indeseable que las personas estén expuestas a él;
- la mezcla de gases del biorreactor se purifica y se suministra a un tanque de gas, donde se almacena hasta su uso para el fin previsto;
- El gas de un tanque de gasolina se puede utilizar de la misma manera que el gas natural. Se destina a electrodomésticos: estufas de gas, calderas de calefacción, etc.;
- La biomasa descompuesta debe retirarse periódicamente del fermentador. Se trata de trabajo adicional, pero el esfuerzo vale la pena. Después de la fermentación, la materia prima se convierte en fertilizante de alta calidad, que se utiliza en campos y huertas.
Una planta de biogás es beneficiosa para el propietario de una casa privada sólo si tiene acceso constante a los residuos de las explotaciones ganaderas. En promedio, desde 1 metro cúbico. Podrás conseguir 70-80 metros cúbicos de sustrato. biogás, pero la producción de gas es desigual y depende de muchos factores, incluido temperaturas de la biomasa. Esto complica los cálculos.
Muchos propietarios de hogares están preocupados por cómo reducir los costes de calefacción, cocina y suministro de electricidad. Algunos de ellos ya han construido plantas de biogás con sus propias manos y se han aislado total o parcialmente de los proveedores de energía. Resulta que conseguir combustible casi gratis en un hogar privado no es muy difícil.
¿Qué es el biogás y cómo se puede utilizar?
Los propietarios de granjas lo saben: al amontonar cualquier material vegetal, excrementos de pájaros y estiércol, con el tiempo se puede obtener un valioso fertilizante orgánico. Pero pocos saben que la biomasa no se descompone por sí sola, sino bajo la influencia de diversas bacterias.
Al procesar el sustrato biológico, estos diminutos microorganismos liberan productos de desecho, incluida una mezcla de gases. La mayor parte (alrededor del 70%) es metano, el mismo gas que arde en los quemadores de las estufas domésticas y las calderas de calefacción.
La idea de utilizar estos ecocombustibles para diversas necesidades económicas no es nueva. Los dispositivos para su extracción se utilizaron en la antigua China. Los innovadores soviéticos también exploraron la posibilidad de utilizar biogás en los años 60 del siglo pasado. Pero la tecnología experimentó un verdadero resurgimiento a principios de la década de 2000. Actualmente, las plantas de biogás se utilizan activamente en Europa y Estados Unidos para calentar hogares y otras necesidades.
¿Cómo funciona una planta de biogás?
El principio de funcionamiento del dispositivo de producción de biogás es bastante sencillo:
- La biomasa diluida con agua se carga en un recipiente sellado, donde comienza a “fermentar” y liberar gases;
- el contenido del tanque se actualiza periódicamente: las materias primas procesadas por bacterias se drenarán y se agregarán otras nuevas (en promedio, entre un 5 y un 10 % diario);
- El gas acumulado en la parte superior del tanque se suministra a través de un tubo especial al colector de gas y luego a los electrodomésticos.
Diagrama de una planta de biogás.
¿Qué materias primas son adecuadas para el biorreactor?
Las instalaciones de producción de biogás sólo son rentables cuando hay una reposición diaria de materia orgánica fresca: estiércol o excrementos de ganado y aves de corral. También se puede añadir al biorreactor hierba picada, copas, hojas y residuos domésticos (en particular, cáscaras de verduras).
La eficiencia de la instalación depende en gran medida del tipo de materia prima que se cargue. Se ha demostrado que, con la misma masa, el mayor rendimiento de biogás se obtiene a partir de estiércol de cerdo y excrementos de pavo. A su vez, los excrementos de vaca y los desechos del ensilaje producen menos gas para la misma carga.
Uso de biomaterias primas para la calefacción del hogar.
¿Qué no se puede utilizar en una planta de biogás?
Hay factores que pueden reducir significativamente la actividad de las bacterias anaeróbicas o incluso detener por completo el proceso de producción de biogás. Materias primas que contienen:
- antibióticos;
- moho;
- detergentes sintéticos, disolventes y otros “químicos”;
- resinas (incluido aserrín de coníferas).
Es ineficaz utilizar estiércol que ya se está pudriendo: solo se pueden cargar desechos frescos o presecados. Además, no se debe permitir que las materias primas se encharquen; un indicador del 95% ya se considera crítico. Sin embargo, aún es necesario añadir una pequeña cantidad de agua limpia a la biomasa para facilitar su carga y acelerar el proceso de fermentación. El estiércol y los desechos se diluyen hasta obtener la consistencia de una papilla de sémola fina.
Planta de biogás para el hogar.
Hoy en día, la industria ya está fabricando instalaciones para producir biogás a escala industrial. Su adquisición e instalación son caras; en los hogares privados, dichos equipos se amortizan no antes de 7 a 10 años, siempre que se utilicen grandes volúmenes de materia orgánica para su procesamiento. La experiencia demuestra que, si lo desea, un propietario cualificado puede construir una pequeña planta de biogás para una casa privada con sus propias manos y con los materiales más asequibles.
Preparando el búnker de procesamiento
En primer lugar, necesitará un recipiente cilíndrico cerrado herméticamente. Por supuesto, se pueden utilizar ollas o hervidores grandes, pero su pequeño volumen no permitirá conseguir una producción suficiente de gas. Por lo tanto, para estos fines se utilizan con mayor frecuencia barriles de plástico con un volumen de 1 m³ a 10 m³.
Puedes hacer uno tú mismo. Las láminas de PVC están disponibles comercialmente, con suficiente resistencia y resistencia a ambientes agresivos, se pueden soldar fácilmente a la estructura de la configuración deseada. También se puede utilizar como búnker un barril de metal de volumen suficiente. Es cierto que tendrá que tomar medidas anticorrosión: cubrirlo por dentro y por fuera con pintura resistente a la humedad. Si el depósito es de acero inoxidable, esto no es necesario.
Sistema de escape de gases
El tubo de salida de gas está montado en la parte superior del barril (generalmente en la tapa); aquí es donde se acumula, de acuerdo con las leyes de la física. A través de una tubería conectada, el biogás se suministra al sello de agua, luego al tanque de almacenamiento (opcionalmente, usando un compresor en un cilindro) y a los electrodomésticos. También se recomienda instalar una válvula de liberación al lado de la salida de gas; si la presión dentro del tanque aumenta demasiado, liberará el exceso de gas.
Sistema de suministro y descarga de materia prima.
Para garantizar una producción continua de la mezcla de gases, las bacterias del sustrato deben ser "alimentadas" constantemente (diariamente), es decir, se debe agregar estiércol fresco u otra materia orgánica. A su vez, las materias primas ya procesadas del búnker deben retirarse para que no ocupen espacio útil en el biorreactor.
Para hacer esto, se hacen dos orificios en el cañón: uno (para descargar) casi cerca del fondo y el otro (para cargar) más arriba. En ellos se sueldan (sueldan, pegan) tuberías con un diámetro de al menos 300 mm. La tubería de carga está dirigida hacia arriba y equipada con un embudo, y el drenaje está dispuesto de manera que sea conveniente recoger el purín procesado (luego se puede usar como fertilizante). Las juntas están selladas.
Sistema de calefacción
Aislamiento térmico del búnker.
Si el biorreactor se instala al aire libre o en una habitación sin calefacción (lo cual es necesario por razones de seguridad), debe contar con aislamiento térmico y calentamiento del sustrato. La primera condición se logra "envolviendo" el cañón con cualquier material aislante o profundizándolo en el suelo.
En cuanto a la calefacción, puedes considerar una variedad de opciones. Algunos artesanos instalan en el interior tuberías por las que circula el agua del sistema de calefacción y las instalan a lo largo de las paredes del barril en forma de serpentín. Otros colocan el reactor en un tanque más grande con agua en su interior, calentado por calentadores eléctricos. La primera opción es más cómoda y mucho más económica.
Para optimizar el funcionamiento del reactor, es necesario mantener la temperatura de su contenido a un cierto nivel (al menos 38⁰C). Pero si supera los 55⁰C, las bacterias productoras de gas simplemente se “cocinarán” y el proceso de fermentación se detendrá.
Sistema de mezcla
Como muestra la práctica, en los diseños, un agitador manual de cualquier configuración aumenta significativamente la eficiencia del biorreactor. El eje al que se sueldan (atornillan) las palas del “mezclador” se retira a través de la tapa del barril. Luego se coloca la manija de la puerta y se sella cuidadosamente el orificio. Sin embargo, los artesanos del hogar no siempre equipan los fermentadores con tales dispositivos.
Producción de biogás
Una vez lista la instalación, se carga en ella biomasa diluida con agua en una proporción aproximada de 2:3. Los residuos grandes deben triturarse; el tamaño máximo de la fracción no debe exceder los 10 mm. Luego se cierra la tapa; todo lo que hay que hacer es esperar a que la mezcla comience a "fermentar" y a liberar biogás. En condiciones óptimas, el primer suministro de combustible se observa varios días después de la carga.
El hecho de que el gas haya "comenzado" se puede juzgar por el característico gorgoteo en el sello de agua. Al mismo tiempo, se debe comprobar si el cañón tiene fugas. Esto se hace con una solución jabonosa común: se aplica en todas las articulaciones y se observa si aparecen burbujas.
La primera actualización de las biomaterias primas debería realizarse en unas dos semanas. Después de verter la biomasa en el embudo, el mismo volumen de materia orgánica residual saldrá por el tubo de salida. Luego este procedimiento se realiza diariamente o cada dos días.
¿Cuánto dura el biogás resultante?
En una pequeña explotación agrícola, una planta de biogás no será una alternativa absoluta al gas natural y otras fuentes de energía disponibles. Por ejemplo, utilizando un dispositivo con una capacidad de 1 m³, se puede obtener combustible solo para un par de horas de cocción para una familia pequeña.
Pero con un biorreactor de 5 m³ ya es posible calentar una habitación de 50 m², pero para mantener su funcionamiento será necesario cargar diariamente materias primas que pesen al menos 300 kg. Para hacer esto, necesitas tener unos diez cerdos, cinco vacas y un par de docenas de pollos en la granja.
Los artesanos que lograron hacer funcionar de forma independiente plantas de biogás comparten videos con clases magistrales en Internet:
