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Ing. Leonidas Quiroz
Departamento de Energía y Mecánica
Quijano y Ordóñez y Márquez de Maenza
S/N
Latacunga, Ecuador,
Email : laquiroz@espe.edu.ec
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS COMO CARBURANTE ALTERNATIVO EN
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD.
Resumen.
El deterioro ambiental es consecuencia de la acción
exagerada de los sistemas productivos y la demanda
de energía en el ámbito mundial y su aumento día
tras día, las energías fósiles y vegetales (Petróleo;
carbón, etc.) con las cuales hasta ahora se intenta
cubrir esta demanda se agotan y no se renovan.
El abastecimiento de energía para futuras genera-
ciones es un problema al cual se le tiene que dar una
solución de manera urgente, pero dicha solución
tiene que tener una viabilidad técnica, humana y el
empleo de las energías renovables a de más de la
conciencia energética de los ecuatorianos, así como
su educación ambiental.
Se presenta resultados obtenidos en las distintas
características de producción y elaboración del biogás
bajo normas de calidad para los carburantes, mediante
un proceso que contribuya al aprovechamiento de la
materia prima en función del volumen de producción
del combustible alternativo.
I. INTRODUCCIÓN.
La producción de biogás, a partir del estiércol,
fuente renovable de energía, permitirá el uso
racional de los productos finales del proceso con su
impacto social y económico.
Basados en procedimientos prácticos empleados
para la construcción de plantas de biogás simples, un
enfoque energético con desarrollo sostenible para su
uso y aplicación, lo cual responde al nombre de
sistema de tratamiento a ciclo cerrado a partir de
digestores. El ciclo cerrado es un esquema de
desarrollo que integran la búsqueda de solución a
los problemas ambientales, de alimentación,
producción de abono y energía, a partir de aguas
residuales o residuos de origen orgánico, teniendo en
cuenta el ecosistema circundante.
El biogás constituye una fuente de energía de fácil
obtención a partir de desechos animales, vegetales e
industriales. Esta energía puede ser utilizada en
numerosos procesos que tienen incidencia en la
industria y economía del ecuador, especialmente en
zonas alejadas a la modernidad
La construcción de las plantas de biogás debe estar
sustentadas en una profunda caracterización de los
aspectos fundamentales que inciden en la correcta
selección, diseño y explotación de estas tecnologías,
mediante fundamentos teóricos relacionados con las
tecnologías de los biodigestores.
Figura 1 Transformación de la Biomasa
Figura 2. Biodigestor Casero
BIOMASA
Residuos Orgánicos
Urbanos
Excrementos
BIOGAS
Como Combustible
Energía Primaria,
para generación de
Electricidad
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COMPONENTES DEL BIOGAS
Está constituido por metano (CH4), dióxido de
carbono (CO2) y otros gases como nitrógeno (N2),
oxígeno (O2). El biogás tiene como promedio un
poder calorífico entre 18,8 y 23,4 mega julios por
m³.
Tabla 2 Composición del Biogas
La producción de gas de un digestor anaeróbico es
continua a lo largo de las 24 horas del día; no ocurre
lo mismo con el consumo que por lo general está
concentrado en una fracción corta de tiempo. Por
este motivo será necesario almacenar el gas produ-
cido durante las horas en que no se consuma.
III. APLICACIÓN EN MOTORES DE
COMBUSTIÓN.
El biogás puede ser utilizado en motores de combustión
interna tanto nafteros como diesel.
El gas obtenido por fermentación tiene un
octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace
muy adecuado para su uso en motores de alta
relación volumétrica de compresión, por otro lado
una desventaja es su baja velocidad de encendido.
En motores de Ciclo Otto se adapta al sistema de
alimentación de combustible un mezclador de
gases. Inicialmente son arrancados con nafta y
luego siguen funcionando con un 100% de biogás
con una disminución de potencia de 20% al 30%.
En motores de Ciclo Diesel se adapta un mezclador
de gases, con un sistema de control respecto del
sistema de inyección convencional. De esta manera
estos motores pueden funcionar con distintas
proporciones de biogás diesel, pueden convertirse
fácil y rápidamente de un combustible a otro lo cual
los hace muy confiables. El gasoil no puede ser
remplazado en los motores funcionando a campo del
80% al 95%, debido a que la autonomía conseguida
menor comparada con la original.
La proporción de H2S en el biogás causa deterioros en
las válvulas de admisión y de escape de determinados
motores obligando a un cambio más frecuente de los
aceites lubricantes. El grado de deterioro en los motores
varía considerablemente y los resultados obtenidos
experimentalmente suelen ser contradictorios.
Los motores a biogás tienen amplio espectro de
aplicación como: bombeo de agua, trituradoras,
ordeñadoras, y el más generalizado empleo para
activar generadores de electricidad.
Utilizando biogás como combustible con un 60% ó
más de metano en moto generadores:
Motores con combustible dual
Motores especiales para biogás con sistema de
pre-tratamiento del gas
En motores utilizando biogás en pilas de combustible
La potencia de las plantas eléctricas de generación y
cogeneración a partir de Biomasa y el aprovechamiento
del biogás esta entre 30Mw y 90Mw
La producción de gas de un digestor anaeróbico es
continua a lo largo de las 24 horas del día; no ocurre
lo mismo con el consumo que por lo general está
concentrado en una fracción corta de tiempo. Por
este motivo será necesario almacenar el gas produ-
cido durante las horas en que no se consuma.
50
Días de retención
más de 100
más de 20
Las principales formas de producción de metano son
la conversión de:
Hidrógeno y dióxido de carbono en metano y agua.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Acetato en metano y dióxido de carbono.
CH3COOH → CH4 + CO2
Según la temperatura interior del digestor la fermen-
tación es:
Tabla 1 Fermentación vs. Temperatura
II. TECNOLOGÍA DEL BIOGÁS
La digestión anaerobia produce la descomposición
de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de
oxígeno molecular. Esta digestión es considerada un
proceso biológico de complejas reacciones y
procesos bioquímicos asociados a la actividad bacte-
riana de determinadas especies, por ende tiene una
fuerte dependencia de la composición del sustrato.
El proceso de digestión anaerobia y por ende la
producción de biogás se lleva a cabo en un reactor
completamente cerrado y en ausencia de oxígeno
molecular denominado digestor o biodigestor.
Fermentación
Temperatura ºC
Psicrófila (15 – 20)
Mesofílica
Mesofílica
(20 – 35)
(50 – 60) más de 8 días
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Figura 4 Mezclador dosificador.
IV. INSTALACIÓN EN EL MOTOR DE COM-
BUSTIÓN.
Es necesario instalar un mezclador que dosifica
proporcionalmente el carburante con el aire de
aspiración en cantidades correctas para alimentar el
motor. El conducto tubo por donde pasa el gas y está
equipado con un regulador para dosificar el gas.
La electroválvula de gas impide que pase el biogás
al detener el motor o cuando éste funciona con
carburantes fósiles
Figura 3 Aplicación del biogás en generación.
Figura 5 Electroválvula de control
Figura 6 Selector De Combustible
El conmutador de combustible permite hacer la
selección del combustible, por medio de control a las
electroválvulas. Muestra el nivel de gas y activa
o desactiva otros componentes del sistema
según el combustible, ubicado cerca del
conductor permitiendo fácil acceso y operación.
V. CONCLUSIONES.
• La selección de la metería orgánica está en
función del sistema de digestión anaeróbica a
utilizar
• El control del PH del biogás es fundamental
para determinar la calidad del mismo
• Se requieren realizar algunas variantes en
los motores de combustión interna en sus
sistema de alimentación, para trabajar de una
manera segura y confiable
• Existe varios tipos de reactores y digestores
• Durante la conversión de los compuestos
orgánicos se deben considerar algunos factores
como temperatura, días de descomposición, etc.
• Existen otras aplicaciones del biogás a nivel
industrial y doméstico
• La generación de electricidad se puede
realizar mediante calderas y turbinas de gas.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
• Aisse, M. “Protocolo de Investigación,
Tratamiento de Desagües Domésticos en Reac-
tores Anaeróbicos UASB” Pág. 71, Mayo 1985,
Lima.
• Aisse,M.M. - Zeny.A.S. "Estudio técnico
dos biodigestores anaeróbicos alternativos.
Relatorio final". Curitiba, Panamá, Pág. 112,
Diciembre 1984, Brasil.
• Calvin M. 1984. Renewable fuels for the
future. Journal of Applied Biochemistry 6: 3-18.
• Guerrero, Carlos A. Tratamiento anaeróbico
de aguas residuales y sus aplicaciones”. Semi-
nario Latinoamericano sobre tratamiento de
aguas residuales, Cali, ACODAL, pág. 1-51,
agosto 1985.
• Taiganides, E.P., 1980. BIOGÁS, recuper-
ación de energía de los excrementos animales,
Zootecnia, Nº35, pp.2-12
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