Planta de biogás para una vivienda particular: recomendaciones para la instalación de un sistema artesanal
El propietario cuidadoso sueña con recursos energéticos baratos, una gestión eficiente de residuos y la obtención de fertilizantes. Una planta de biogás doméstica hecha por usted mismo es una forma económica de hacer realidad ese sueño.
El montaje por cuenta propia de este equipo resultará razonablemente económico, 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 particularidades del funcionamiento de este equipo, sus ventajas y desventajas. Y también si es posible construir uno mismo una planta de biogás y si resultará eficaz.
Contenido del artículo:
Particularidades de la obtención de biogás
El biogás se forma como resultado de la fermentación de un sustrato biológico. Las bacterias hidrolíticas, acidogénicas y metanogénicas lo descomponen. La mezcla de gases producida por las bacterias resulta combustible, ya que contiene un alto porcentaje de metano.
En sus propiedades, prácticamente no se diferencia del gas natural que se utiliza para necesidades industriales y domésticas.
El biogás es un combustible ecológico y la tecnología para su obtención no tiene un impacto significativo en el medio ambiente. Además, como materia prima para el biogás se utilizan residuos orgánicos que necesitan ser eliminados.
Se introducen en un biorreactor, donde se lleva a cabo el procesamiento:
- durante un tiempo, la biomasa es sometida a la acción de bacterias. El período de fermentación depende del volumen de la materia prima;
- como resultado de la actividad de bacterias anaerobias se libera una mezcla combustible de gases, compuesta por metano (60%), dióxido de carbono (35%) y algunos otros gases (5%). Durante la fermentación también se libera en pequeñas cantidades sulfuro de hidrógeno potencialmente peligroso. Es tóxico, por lo que es muy poco recomendable que las personas estén expuestas a él;
- la mezcla de gases del biorreactor se purifica y se envía al gasómetro, donde se almacena hasta su uso previsto;
- el gas del gasómetro se puede utilizar exactamente igual que el gas natural. Se suministra a los electrodomésticos: cocinas de gas, calderas de calefacción, etc.;
- la biomasa descompuesta debe eliminarse regularmente del fermentador. Esto supone un trabajo adicional, pero el esfuerzo merece la pena. Tras la fermentación, la materia prima se transforma en un fertilizante de alta calidad que se utiliza en campos y huertos.
Una instalación de biogás es rentable para un propietario de vivienda particular solo si tiene acceso constante a los residuos de granjas ganaderas. En promedio, de 1 m³ de sustrato se pueden obtener 70-80 m³ de biogás, pero la producción de gas no es uniforme y depende de muchos factores, incluida la temperatura de la biomasa. Esto complica los cálculos.
Para que el proceso de obtención de gas sea estable y continuo, es mejor construir varias instalaciones de biogás y cargar el sustrato en los fermentadores en momentos diferentes. Dichas instalaciones funcionan en paralelo, y la materia prima se carga de forma secuencial.
Esto garantiza una producción constante de gas, gracias a lo cual se puede lograr un suministro continuo a los electrodomésticos.
Casero equipo de biogás, ensamblado a partir de materiales disponibles, resulta mucho más barato que las instalaciones de producción industrial. Su eficiencia es menor, pero corresponde plenamente a la inversión realizada. Si tiene acceso a estiércol y desea esforzarse en el montaje y mantenimiento de la estructura, es muy rentable.
Ventajas y desventajas del sistema
Las plantas de biogás tienen muchas ventajas, pero también bastantes desventajas, por lo que antes de comenzar el diseño y la construcción conviene sopesarlo todo:
- Eliminación de residuos. Gracias a la planta de biogás se puede obtener el máximo provecho de los residuos de los que, de todos modos, habría que deshacerse. Esta eliminación es menos peligrosa para el medio ambiente que enterrar los residuos.
- Renovabilidad de la materia prima. La biomasa no es carbón ni gas natural, cuya extracción agota las reservas de recursos. En la actividad agrícola, la materia prima se genera constantemente.
- Cantidad relativamente pequeña de CO2. Durante la obtención del gas no se contamina el medio ambiente, pero al usarlo se libera a la atmósfera una pequeña cantidad de dióxido de carbono. No es peligroso ni puede alterar críticamente la ecología, ya que las plantas lo absorben durante su crecimiento.
- Emisión moderada de azufre. Al quemar biogás, se libera una pequeña cantidad de azufre a la atmósfera. Es un fenómeno negativo, pero su magnitud se aprecia en comparación: al quemar gas natural, la contaminación por óxidos de azufre es mucho mayor.
- Funcionamiento estable. La producción de biogás es más estable que la de paneles solares o aerogeneradores. Si la energía solar y eólica no se pueden controlar, las plantas de biogás dependen de la actividad humana.
- Se pueden utilizar varias plantas. El gas siempre implica riesgos. Para reducir los posibles daños en caso de accidente, se pueden distribuir varias plantas de biogás por el terreno. Si se diseña y monta correctamente un sistema con varios fermentadores, funcionará de forma más estable que un único biorreactor grande.
- Beneficios para la agricultura. Para obtener biomasa se cultivan ciertas especies vegetales. Se pueden elegir aquellas que mejoran el estado del suelo. Por ejemplo, el sorgo reduce la erosión del suelo y mejora su calidad.
El biogás también tiene desventajas. Aunque es un combustible relativamente limpio, contamina la atmósfera. También pueden surgir problemas con el suministro de biomasa vegetal.
Los propietarios irresponsables de las plantas a menudo la obtienen de tal manera que agotan la tierra y alteran el equilibrio ecológico.
Cálculo de la rentabilidad de la instalación
Como materia prima para la producción de biogás, generalmente se utiliza estiércol de vaca. Una vaca adulta puede proporcionar suficiente para producir 1.5 m³ de combustible; un cerdo – 0.2 m³; una gallina o un conejo (dependiendo del peso corporal) – 0.01-0.02 m³. Para entender si esto es mucho o poco, se puede comparar con tipos de recursos más familiares.
1 m³ de biogás proporciona la misma cantidad de energía térmica que:
- leña – 3.5 kg;
- carbón – 1-2 kg;
- electricidad – 9-10 kWh.
Si se conoce el peso aproximado de los residuos agrícolas que estarán disponibles en los próximos años y la cantidad de energía necesaria, se puede calcular la rentabilidad de la planta de biogás.
Para cargar en el biorreactor se prepara un sustrato que incluye varios componentes en las siguientes proporciones:
- estiércol (preferiblemente de vaca o cerdo) – 1.5 t;
- residuos orgánicos (pueden ser hojas podridas u otros componentes de origen vegetal) – 3.5 t;
- agua calentada a 35 grados (la cantidad de agua caliente se calcula de modo que su masa represente el 65-75% de la cantidad total de materia orgánica).
El cálculo del sustrato se ha realizado para una carga de seis meses, suponiendo un consumo moderado de gas. Aproximadamente después de 10-15 días, el proceso de fermentación dará los primeros resultados: el gas aparecerá en pequeñas cantidades y comenzará a llenar el depósito. Después de 30 días, se puede esperar una producción completa de combustible.
Si la instalación funciona correctamente, el volumen de biogás aumentará gradualmente hasta que el sustrato se descomponga. El rendimiento del diseño depende directamente de la velocidad de fermentación de la biomasa, que a su vez está relacionada con la temperatura y la humedad del sustrato.
Instrucciones para la construcción por cuenta propia
Si no se tiene experiencia en el montaje de sistemas complejos, tiene sentido buscar en internet o diseñar el plano más simple de una instalación de biogás para una casa particular.
Cuanto más simple sea el diseño, más fiable y duradero será. Más tarde, cuando se adquieran habilidades de construcción y manejo del sistema, se podrá modificar el equipo o instalar una planta adicional.
Al calcular el volumen del fermentador, se debe considerar unos 5 m³. Esta instalación permite obtener la cantidad de gas necesaria para calentar una casa particular de 50 m², si se utiliza una caldera o estufa de gas como fuente de calor.
Este es un valor promedio, ya que el poder calorífico del biogás generalmente no supera las 6000 kcal/m³.
La construcción de una planta de biogás se puede dividir en varias etapas.
Etapa 1 – Preparación del foso para el biorreactor
Prácticamente toda la planta de biogás se encuentra bajo tierra, por lo que mucho depende de cómo se haya excavado y revestido el pozo. Existen varias opciones para reforzar las paredes y sellar el pozo – plástico, hormigón, anillos de polímero.
La solución óptima es la compra de anillos poliméricos prefabricados con fondo ciego. Serán más caros que los materiales improvisados, pero no requerirán un sellado adicional. Los polímeros son sensibles a las cargas mecánicas, pero no temen a la humedad ni a las sustancias químicamente agresivas. No son reparables, pero si es necesario, se pueden reemplazar fácilmente.
Etapa 2 – Instalación del drenaje de gas
La compra e instalación de agitadores especiales para plantas de biogás es costosa. El sistema se puede abaratar instalando un drenaje de gas. Este consiste en tubos de alcantarillado de polímero instalados verticalmente, con múltiples agujeros perforados.
Al calcular la longitud de los tubos de drenaje, se debe tener en cuenta la profundidad planificada de llenado del biorreactor. Las partes superiores de los tubos deben estar por encima de este nivel.
En el biorreactor terminado se puede cargar el sustrato inmediatamente. Se cubre con una película para que el gas liberado durante la fermentación esté bajo una ligera presión. Cuando la cúpula esté lista, esto asegurará el suministro normal de biometano a través del tubo de salida.
Etapa 3 – Montaje de la cúpula y las tuberías
La etapa final del montaje de una planta de biogás simple es la instalación de la parte superior abovedada. En el punto más alto de la cúpula se instala una tubería de salida de gas y se extiende hasta el gasómetro, sin el cual no se puede prescindir.
El recipiente del biorreactor se cierra con una tapa hermética. Para evitar la mezcla de biometano con aire, se instala un sello de agua. También sirve para la purificación del gas. Se debe prever una válvula de alivio que se active si la presión en el fermentador es demasiado alta.
Para más detalles sobre cómo hacer biogás a partir de estiércol, lea este material.
Métodos de calentamiento del biorreactor
Los microorganismos que procesan el sustrato están presentes constantemente en la biomasa, pero para su reproducción intensiva se necesita una temperatura de 38 grados o más.
Para calefacción en la época fría se puede usar un serpentín conectado al sistema de calefacción de la casa, o calentadores eléctricos. El primer método es más económico, por lo que se usa con mayor frecuencia.
No es necesario enterrar la planta de biogás en el suelo; existen otras opciones de instalación. A continuación se muestra un ejemplo del funcionamiento de un sistema montado a partir de barriles en el siguiente video.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Aunque el montaje e instalación del equipo de biogás no tiene nada de complicado, se debe prestar máxima atención a los detalles. Los errores son inaceptables, ya que pueden provocar explosiones y daños. Ofrecemos videotutoriales que ayudarán a comprender el diseño de las instalaciones, ensamblarlas correctamente y agregar accesorios útiles para un uso más conveniente del biogás.
En el video se explica cómo está diseñada y funciona una planta de biogás estándar:
Ejemplo de una planta de biogás casera. Videotutorial sobre cómo instalar el sistema usted mismo:
Videoinstrucciones para ensamblar una planta de biogás a partir de un barril:
Descripción del proceso de fabricación de agitadores para el sustrato:
Descripción detallada del funcionamiento de un almacenamiento de gas casero:
Por muy simple que sea la planta de biogás elegida para una casa particular, no conviene escatimar en ella. Si es posible, es mejor comprar un biorreactor desmontable de fabricación industrial.
Si no es posible, fabríquela con materiales de calidad y resistentes: polímeros, hormigón o acero inoxidable. Esto permitirá crear un sistema de suministro de gas verdaderamente confiable y seguro para el hogar.
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¿He entendido bien que lo mejor es instalar una planta de biogás en una granja ganadera? Allí hay suficiente materia prima y espacio para instalar el propio dispositivo. Mi padre trabajó una vez como pastor en una granja de ovejas. Había turnos nocturnos, y en el lugar donde la gente dormía, hacía frío. Ni siquiera sé si los corrales de ovejas se calentaban. Pero la idea es bastante realizable, con las manos y la cabeza adecuadas se puede llevar a cabo.
Después de todo, es bueno que la humanidad poco a poco esté llegando a la idea de mantener la limpieza del medio ambiente, se despierta la responsabilidad, la conciencia y el afán de buscar fuentes alternativas. Después de todo, nuestros hijos vivirán aquí. Me gustó la idea de la planta de biogás. Parece nada complicado a primera vista, resultará muy beneficioso si consideramos nuestros precios del gas. Pero hay, por supuesto, desventajas que no se pueden pasar por alto.
Pregunta 1 (probablemente la más importante) – tengo un terreno (casa de campo) de aproximadamente 0,5 hectáreas. Quiero construir dicha instalación (tengo las manos adecuadas). ¿Qué tan cómodo será estar cerca de dicha instalación? En pocas palabras, ¿no habrá un hedor que se sienta en toda la hectárea? Entiendo que mucho depende del diseño y la calidad del montaje, pero supongamos que todo está hecho como es debido.
Pregunta 2: ¿Y cómo se limpia realmente dicha instalación del material procesado? Y de nuevo, una subpregunta: ¿se necesita una máscara antigás de tipo cerrado o se puede arreglar con un tipo abierto?
Y la última pregunta 3: ¿Son obligatorias las bacterias especiales para la fermentación de la biomasa, o es solo un truco comercial?
P.D.: En cuanto a los precios del gas, sí... (largo escribir insultos hacia quien usted sabe y dónde...) – tengo un apartamento de una habitación aislado según todas las reglas, pero por la calefacción de gas recibo una factura igual (o incluso mayor) que por todos los demás servicios públicos – electricidad, suministro de agua, servicios comunales por “Mantenimiento del edificio y del área circundante” e internet – ¡¡¡JUNTOS!!!
Saquen conclusiones, Damas y Caballeros.
Será mucho más cómodo para una persona estar cerca de dicha instalación que cerca de un montón de estiércol y basura apestosos en un espacio abierto.
La mierda de todos modos produce gases (metano y otros), y si necesitas vermicomposta, entonces hay que esperar 2-3 años para que la mierda se pudra y todos los gases nocivos se disipen. Pero las plantas de biogás son la solución a un problema global. Si se hacen bien los sistemas, no habrá ningún olor. Ni siquiera se oirá el sonido de algunos equipos que trabajan en este sistema. Solo hay que pensarlo bien.
Como resultado: eliminación justa de residuos, bioenergía gratuita, fertilizantes gratuitos. Creo que todo agricultor debería instalar un reactor así solo para eliminar los residuos.
Me topé con este tema por una razón, porque empecé a pensar en organizar una mini granja de pollos. Lo planifiqué todo claramente y me topé con los excrementos: apestará, los vecinos se quejarán. Estudié las normas sanitarias: no se puede construir una granja de pollos en el pueblo. «Qué obstáculo», pensé, y de alguna parte surgió la idea de usar los residuos... pero la cuestión es: ¿cómo? Pensé mucho y escuché de alguna parte sobre la planta de biogás. En resumen. Si te dedicas a la agricultura, debes ocuparte de la planta de biogás. Si no tienes agricultura, entonces ocuparse del biogás no es rentable.
Responderé a Alena y Vadim.
¡Toda esta tontería es realizable! Pero nadie respondió a mis preguntas. La cuestión es que a la industria petrolera y gasística le resultan absolutamente desventajosas/pérdidas las FUENTES DE ENERGÍA ALTERNATIVAS. Y nuestro desgraciado gobierno hará todo lo posible para matar de raíz los intentos de generar tecnologías similares. Sobre el apoyo financiero a estas empresas – me guardo silencio.
Bueno, en general, una planta de biogás es posible incluso en una parcela de campo de 0,25 hectáreas. Pero todo depende de los requisitos/posibilidades específicos. Escuché (no lo afirmo) que en una de las dachas en la región de Poltava, el excedente de biogás simplemente se quemaba para que no oliera, porque los compresores no podían llenar la batería de cilindros conectados en serie para almacenar biogás.
Si no hay estiércol, pero hay tallos de maíz y mazorcas vacías o paja de trigo (centeno), hojas, etc., ¿cuánta materia prima se necesitaría para producir un metro cúbico de gas?
Hola. Intentaré responder sobre cada materia prima que usted pregunta. Las cifras no serán exactas, con cierto margen de error, ya que dependen de muchos factores que no se pueden calcular a simple vista.
Entonces, una tonelada de paja, según datos preliminares, permitirá obtener alrededor de 300 metros cúbicos de gas. En cuanto a las hojas, aquí no es tan sencillo, ya que usted no menciona específicamente de qué árboles se trata. Pero incluso ahora, las instalaciones experimentales (de aficionados) permiten obtener 50 metros cúbicos de gas por tonelada de hojas.
Creo que esta información será suficiente para calcular el rendimiento aproximado de la futura instalación. También se puede considerar la obtención de biogás a partir de residuos orgánicos. Para su consulta, también adjunto una tabla con datos sobre otros tipos de materia prima.
He leído todos los comentarios y responderé a todos a la vez. En uno de los ejemplos anteriores precisamente está mi instalación experimental. Por experiencia de operación – la instalación es hermética, por lo tanto no hay olor, si hay olor, lógicamente falta hermeticidad, y por tanto hay pérdida de gas. Después del procesamiento, la materia prima tiene un ligero olor, pero no se parece a estiércol, aguas residuales o similares, tiene un ligero olor amargo. El efluente del reactor es un lombricompuesto de calidad, que después de aireación se puede verter con seguridad en los huertos. La aireación con aire es necesaria para que mueran todos los metanógenos.
Lo mejor es hacer un reactor de ciclo continuo, ya que hacer un reactor – llenar, esperar dos semanas, una semana se produce gas y luego se vacía todo, lo considero poco práctico. Lo más óptimo es agregar cada 1-2 días un 5-7% de materia prima fresca y vaciar la misma cantidad, entonces el reactor producirá gas de forma continua.
El volumen de gas por día es en promedio igual a una vez y media el volumen del reactor. Solo no confundir el gas líquido con el gaseoso. El biorreactor produce precisamente gas gaseoso.
Si usted tiene su propia casa, para la calefacción necesita un biorreactor con un volumen de al menos 5 m³. Y sí, el biorreactor debe estar aislado y parte del gas debe gastarse en calentarlo en invierno.
En principio todo me queda claro, excepto cómo quitar todo lo podrido. Si hago 2 reactores de 3 m³ cada uno, ¿cuáles son las proporciones del contenido en un reactor? ¿Se puede agregar sustrato durante el funcionamiento del reactor? Agradezco de antemano su respuesta.