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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Uso del biogás en la vida cotidiana. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Para muchos, la primera pregunta que surge es cómo coordinar las necesidades existentes con el tamaño de la instalación. Esto es lo que muchos escriben: el tamaño de una casa, digamos, 5x6 m (o un volumen, por ejemplo, 150 m3), una familia de 4 personas, es necesario calentar y proporcionar una cocina; ¿Qué tamaño de instalación se requiere? La experiencia disponible muestra que, en promedio, para calentar una casa con una superficie de 40 a 50 m2 y una estufa de cuatro quemadores se necesitan entre 3,0 y 3,5 m3 de biogás por hora. Al equipar un sistema de calefacción local, puede utilizar el calentador de agua a gas de calefacción automática AOGV-11, 3-3-U, ampliamente utilizado. Un factor importante que determina la intensidad de la formación de gas es la temperatura del proceso. No debemos olvidar que el artículo “Biogás: calienta y cocina” describe una experiencia relacionada con un país con un clima bastante templado. Aparentemente, para condiciones climáticas más severas, el calentamiento es más necesario, tal vez incluso en un proceso de estado estacionario. Y si se proporciona calefacción, parece aconsejable utilizarla como un factor de regulación eficaz, por lo que la formación de gas puede aumentar varias veces. (Hablaremos de otro factor de control, la mezcla, más adelante). Ahora bien, teniendo en cuenta la influencia combinada de estos factores en la potencia de la instalación, podemos dar algunas recomendaciones. A la hora de elegir el tamaño del fermentador, puedes centrarte en las opciones dadas en la publicación anterior; Teniendo en cuenta un clima más severo, conviene añadir a la instalación un elemento calefactor, por ejemplo, en forma de serpentines. La operación de prueba revelará inmediatamente el efecto del calentamiento en el rendimiento del dispositivo. Para sistematizar el trabajo final, se recomienda llevar un cuaderno (sin depender de la memoria) y anotar todos los cambios, tanto ingresados como recibidos. La práctica demuestra que cada 10° de calentamiento adicional de biomasa duplica la producción de gas de 1 m3 de fermentador. A continuación se ofrece información para aquellos que estén pensando en diseñar una instalación. De 1 tonelada de materia prima se obtienen 80-100 m2 de gas. Su poder calorífico es de aproximadamente 5500-6000 kcal/m3. A modo de comparación: el gas doméstico no tiene muchas más calorías: sólo 7000 kcal/m3. Ahora sobre la biología del proceso. Las bacterias productoras de metano están presentes en las propias materias primas. Sus cultivos se desarrollan en un fermentador hasta por tres semanas, hasta que la masa comienza a liberar gas. Cuando se utiliza un "iniciador de masa madre" ya preparado a partir de una porción anterior de un fermentador que ya está en funcionamiento, el período para iniciar la producción de gas se reduce a aproximadamente una semana. Las bacterias productoras de metano se dividen en tres grupos. Los psicrófilos funcionan eficazmente en el rango de +5...+20°. Con un aumento adicional de la temperatura, se desarrollan bacterias mesófilas, su rango de trabajo es +30...+42°. Y a temperaturas aún más altas, se manifiesta el efecto de las bacterias termófilas, que actúan en un rango muy estrecho: +54...+56°. Una gran cantidad de cuestiones están relacionadas con el diseño de la instalación, principalmente con la creación de la posibilidad de repostar periódicamente materias primas y mezclar biomasa sin despresurizar la campana. En primer lugar hay que decir que se puede conseguir una producción continua de gas duplicando instalaciones. Con dos fermentadores, al rellenarlos alternativamente, se puede evitar complicar el diseño. Por tanto, el futuro creador de una planta de producción de biogás debería comparar, en relación a sus capacidades, tres esquemas: el más sencillo, con recargas periódicas; protozoos emparejados, con recarga alternada; con un dispositivo especial que asegura un suministro continuo de gas. Al elegir el tercer esquema, es necesario tener en cuenta que el funcionamiento del fermentador requiere no solo rellenar con materias primas, sino también eliminar los desechos. En este último esquema, la reposición de materias primas y la eliminación de residuos no tienen la misma frecuencia. Por tanto, la eliminación de residuos se puede combinar con la parada del proceso para limpieza e inspección del sistema. En cuanto al repostaje, se hace con más frecuencia y es más sencillo: cada día se retira 1/10 del volumen desde abajo y se añade la misma cantidad de materias primas biológicas frescas encima. Una de las posibles formas de repostar el fermentador sin perder gas se basa en el llamado principio de vasos comunicantes. Para ello, se instala un pequeño recipiente de llenado junto al foso del fermentador, conectado a él mediante una tubería ubicada debajo del nivel del líquido (Fig. 1). La tubería está hecha de un trozo de tubería de alcantarillado cerámico o de fibrocemento, que se incrusta en las paredes de los contenedores. Un sistema de este tipo es en sí mismo un sello de gas líquido. Puede aumentar la eficiencia del suministro de concentrado utilizando una tolva-embudo insertada (Fig. 1a). Puedes empujar la tierra a través de la tubería con un simple pistón de malla. Al mismo tiempo, se utiliza como amortiguador que evita la automezcla de la biomasa entre ambos contenedores.
La necesidad de mezclar periódicamente la biomasa plantea muchas preguntas. ¿Cómo realizar esta operación sin despresurización? No todo el mundo conoce la posibilidad de automezclarse. Recordemos el efecto de convección: se puede observar en una habitación cuando una pelusa aparece encima del radiador de calefacción, flota, cae en la pared opuesta y nuevamente es arrastrada por el flujo de aire hacia el radiador. Este efecto de circulación térmica del medio no es difícil de obtener en el fermentador si se colocan tubos de calentamiento (serpentín) en su parte inferior, moviéndolos hacia un borde; la convección proporcionará la automezcla. Cuando comienza el proceso de formación de gas, éste se complementa con el efecto de las burbujas de gas ascendentes en la zona situada encima del calentador. También es fácil fabricar un mezclador mecánico de biomasa. Es especialmente adecuado en zonas con clima templado, donde no es necesario utilizar calefacción. Como muestra la práctica, es mejor preverlo de antemano. Después de todo, si el sistema mismo comienza a calentarse, entonces, uno podría preguntarse, ¿por qué desperdiciar energía en la mezcla? Además, no es necesario en absoluto remover la masa continuamente. Puede hacerlo periódicamente, por ejemplo, por la mañana y por la noche. Incluso vale la pena convertir esta operación en una de ajuste adicional. Para hacer esto, basta con controlar la posición de la campana: tan pronto como descienda al nivel inferior (pequeña reserva de gas), es necesario mezclar la biomasa y la liberación de gas aumentará inmediatamente. El mezclador más simple se puede fabricar fácilmente en forma de impulsor accionado por conexiones flexibles a través de la misma tubería de sifón (Fig. 3). No es necesaria una rotación continua en una dirección. Si el mezclador tiene palas radiales, es suficiente un movimiento de balanceo. Puede limitarse a una hoja (Fig. 2). En general, hay espacio para las propias decisiones. Es mejor utilizar materiales que no se pudran como varillas, por ejemplo, alambre eléctrico aislado o cordón de nailon (cloruro), que se vende en ferreterías como lino.
También está el problema de la estabilidad de la campana. Los lectores que han estudiado detenidamente el material "Biogás: calienta y cocina" ya han notado que si se implementan los esquemas que se muestran en la Figura 1 sin modificar el diseño, la campana puede perder el equilibrio tan pronto como flote: o se volcará. o mermelada. No es casualidad que en la Figura 3 de la misma publicación haya un tubo guía para la campana, pero dicha instalación es más complicada para la producción casera. En la figura mostramos un esquema de equilibrio de una campana con dos bloques (Fig. 4a) y un contrapeso y la opción “grúa” (Fig. 4b). El error resultante del movimiento vertical no estricto del punto de suspensión de la campana en la “grúa” (a lo largo de un arco circular) es insignificante debido al exceso significativo del brazo de palanca sobre la carrera del balancín.
Este sistema de equilibrio de campana también es ventajoso porque se puede utilizar como dispositivo de elevación al inspeccionar y limpiar el fermentador. Teniendo esto en cuenta, no es difícil complementar el diseño con algunos elementos auxiliares: es mejor colocar los bloques en una pluma repetida (después de todo, está estrictamente prohibido simplemente levantar la campana para trabajar debajo de ella - “Don ¡No te quedes debajo de la carga!”). Vale la pena hacer que el balancín de la “grúa” sea giratorio, de soporte y el contrapeso, como en las básculas de almacén. Pero si no hay heladas en tu zona, proporciona un contrapeso en forma de recipiente lleno de agua. La dificultad más grave que se interpone en el camino de un casero es hacer una campana. La plancha galvanizada para tejados te permitirá darle la forma deseada con medios sencillos y además resultará ligera. Pero la fragilidad de un material de este tipo ante la rápida corrosión en un entorno agresivo nos obliga a buscar otras opciones. Por lo tanto, le recomendamos encarecidamente que observe más de cerca la chatarra asequible. Los contenedores viejos, por ejemplo, de productos derivados del petróleo, cuando se cortan, pueden resultar un producto semiacabado muy adecuado, tanto en forma (generalmente con fondos esféricos soldados) como en el espesor del material laminar: de 2 a 5 mm. . Al parecer, las dimensiones de funcionamiento de la campana serán de Ø 2-3 my la misma altura. Si el “barril” resulta más pequeño, conviene pensar si hacer una campana grande o coger dos más pequeñas (por ejemplo, Ø 1,5 m), volviendo al mismo tiempo a la opción de instalaciones sencillas pareadas. Algunos lectores tienen dudas sobre cómo determinar la presión del gas. Al parecer, no prestaron atención a lo obvio: tan pronto como la campana flotó hacia la superficie, la fuerza de presión del gas alcanzó el valor de la masa de la campana. Expliquemos esto con un ejemplo. Con un faldón de campana de 2 m de diámetro, su área de sección transversal será S=πR2=3,14*1=3,14 m2=31 cm400. Con una pared de campana de 2 mm de espesor y una altura de 5 m, su peso será de unos 2 kg. Supongamos que el peso real de la campana es de 500 kg. Entonces la campana flotará a una presión de gas de 470 atm. (En el sistema SI, masa M = 0,15 kg, peso fuerza G = 470 N, presión del gas p = 4700/4700 31 = 400 N/cm0,15 = 2 atm). A medida que sube la campana, la presión apenas cambiará; su aumento se producirá únicamente debido al desplazamiento de un volumen de líquido igual a la parte flotante de las paredes de la campana. Al notar la baja presión del gas, vemos que (si es necesario) se puede aumentar de una manera sencilla: instale un peso adicional en la campana, colocándolo más abajo, para un mejor equilibrio de la campana. Algunos ejemplos interesantes para comparar. La presión del gas en la red urbana oscila entre 200 y 300 mm de agua. Art., y permitido: hasta 600 mm de agua. Arte. En nuestro sistema, esta presión también debe ser máxima. Naturalmente, surge la pregunta: ¿una granja personal es capaz de producir biomaterias primas en cantidades suficientes? Por supuesto que no. Nuestras recomendaciones se aplican principalmente a las explotaciones ganaderas cooperativas, que cada día se desarrollan más. Además, las reservas, y considerables, se encuentran en las granjas colectivas y estatales: a veces se acumula una cantidad importante de estiércol cerca de las granjas ganaderas, que no se utiliza de ninguna manera. Los residentes locales podrían reciclarlo y luego llevarlo a los campos. Después de todo, las materias primas de desecho del fermentador prácticamente no pierden su valor como fertilizante. Hay un doble beneficio económico. En conclusión, volvemos a hacer un llamado a los lectores para que compartan su experiencia en el diseño y operación de plantas de biogás. Autor: P.Zak
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