CONCEPTOS BÁSICOS

DIMENSIONAMIENTO DE BIODIGESTORES

OCTUBRE 2011

DIMENSIONAMIENTO BIODIGESTORESCaso Práctico.- Granja Porcina

1.- Definir la estructura de población animal (5,271 Cabezas)

Etapa Tipo de Cerdo Población Porcina

(%) Etapa

REPRODUCCIÓN

Hembras Lactantes 80 1.52%

Hembras Gestantes 410 7.78%

Hembras Secas 68 1.29%

Número de Vientres 558 10.59%

Sementales 3 0.06%

Lechones 595 11.29%

SUBTOTAL 1,156 21.93%

CRÍADestetes 1,200 22.77%

SUBTOTAL 1,200 22.77%

FINALIZACIÓN

Crecimiento 1,915 36.33%

Finalización 1,000 18.97%

SUBTOTAL 2,915 55.30%

TOTAL POBLACIÓN PORCINA 5,271 100%

2.- Definir la cantidad de excretas generadas en la unidad

Etapa Tipo de Cerdo Población Porcina

Peso Promedio

(Kg)

Peso Total (Kg)

Tasa diaria excreción

(% Peso Vivo)

Producción Excretas

(Kg/animal)

REPRODUCCIÓN

Hembras Lactantes 80 191 15,280 8.08% 15.4

Hembras Gestantes 410 182 74,620 3.35% 6.1

Hembras Secas 68 150 10,200 5.04% 7.6

Número de Vientres 558

Sementales 3 163 489 2.93% 4.8

Lechones 595 2.7 1,606 9.00% 0.25

SUBTOTAL 1,156

CRÍADestetes 1,200 14.6 17,520 8.60% 1.2

SUBTOTAL 1,200

FINALIZACIÓN

Crecimiento 1,915 40 76,600 7.11% 2.8

Finalización 1,000 77.5 77,500 6.95% 5.3

SUBTOTAL 2,915

TOTAL POBLACIÓN PORCINA 5,271 51.94 273,815

2.- Definir la cantidad de excretas generadas en la unidad

Etapa Tipo de Cerdo Población Porcina

Producción Excretas

(Kg/animal)

Producción Excretas Total

(Kg/día)

REPRODUCCIÓN

Hembras Lactantes 80 15.4 1,232

Hembras Gestantes 410 6.1 2,500

Hembras Secas 68 7.6 515

Número de Vientres 558 4,247

Sementales 3 4.8 14.5

Lechones 595 0.25 148.7

SUBTOTAL 1,156 4,410.2

CRÍADestetes 1,200 1.2 1,440

SUBTOTAL 1,200 1,440

FINALIZACIÓN

Crecimiento 1,915 2.8 5,362

Finalización 1,000 5.3 5,300

SUBTOTAL 2,915 10,662

TOTAL POBLACIÓN PORCINA 5,271 16,742

Diariamente se generan 16.7 Ton de Excretas

3.- Determinar la cantidad de materia orgánica total

Esta dependerá del sistema de manejo de excretas de la unidad y la cantidad de agua derivada de los procesos productivos

Etapa Tipo de CerdoPromedio Consumo de

Agua UP (l/animal-día)*

REPRODUCCIÓN

Hembras Lactantes 19.4

Hembras Gestantes 15.6

Hembras Secas 11.6

Sementales 16.5

Lechones 3.0

CRÍA Destetes 6.0

FINALIZACIÓNCrecimiento 9.0

Finalización 12.0

* Presentación: “Gestión del Agua en la Explotación Porcina”. Zapotlán el grande Jalisco

3.- Determinar la cantidad de materia orgánica totala) Tomando en cuenta la población animal del ejemplo, podemos estimar la cantidad total de agua residual generada en la granja.

Etapa Tipo de Cerdo Población Porcina

Consumo Agua (l/animal-día)

Agua Residual

(l/día)

REPRODUCCIÓN

Hembras Lactantes 80 19.4 1,552

Hembras Gestantes 410 15.6 6,396

Hembras Secas 68 11.6 789

Sementales 3 17.0 51

Lechones 595 3.0 1,785

CRÍA Destetes 1,200 6.5 7,800

FINALIZACIÓNCrecimiento 1,915 9.5 18,195

Finalización 1,000 12.0 12,000

TOTAL CONSUMO AGUA 5,271 48,568

Como puede apreciarse el volumen de agua residual es igual a 48.5 m3/día

El volumen total de agua residual a tratar será de 65 m3/día

3.- Determinar la cantidad de materia orgánica total (Simple)

Para este ejemplo, se tomará una relación 1:4 ( o ¼ )

¼ = 0.25 = 25% del Volumen Total = 16.5 m3 de excretas

a) Considerando lo anterior, tenemos:

b) Ahora, hay que determinar el 75% restante, para calcular el volumen total a tratar

Si 16.5 m3 = 25 %

El 75% será 49.5 m3

b) El volumen a tratar será de:

66 m3/día

4.- Establecer el Tiempo de Retención

El Tiempo de Retención se define como el tiempo de permanencia de la biomasa en el biodigestor. Está ligado con tres factores principales:

- Tipo de Sustrato

- Temperatura

- Zona Geográfica

4.- Cálculo del Volumen del Biodigestor

Por las condiciones de nuestro país, un valor promedio que puede utilizarse es de 30 días. En este sentido, el volumen de operación del biodigestor estará dado por:

Volumen Operación = Volumen MO (m3/día) X TRH

Volumen Operación = (65 m3/día) X (30 días)

Volumen Operación (VO) = 1,950 m3

(VO) = 1,950 m3

4.- Cálculo del Volumen del Biodigestor

Volumen Total = (Volumen Operación) (% Seguridad)

Volumen Total = (1,950 m3) (1.20)

Volumen Total (VT) = 2,340 m3

Agregando 20% de Volumen de Seguridad al diseño, el volumen total del sistema será:

VT= 2,340 m3

5.- Dimensiones del Biodigestor

Una vez determinado el Volumen que deberá tener el biodigestor, se deben de considerar los siguientes factores para establecer sus dimensiones.

Características Físicas

Características Topográficas

Espacio Físico de la Unidad

Especificaciones Técnicas

5.- Dimensiones del Biodigestor (Geometría)

PIRÁMIDE TRUNCADA

Lm

Am

LM

AM

H

HLM

AM

Am

Lm

Donde: Lm: Largo menorLM: Largo mayorAm: Ancho menor Comúnmente Lm = 1.5 AmAM: Ancho mayorH: Altura

5.- Dimensiones del Biodigestor (Cálculo)

Para este ejemplo, se cuentan con las siguientes medidas

H = 5 mLM=35 m

AM = 23 m

Am = 11.5

Lm = 17.5 m

a) Considerando la formula, se tienen que obtener las Áreas (Base Mayor y Menor)

5.- Dimensiones del Biodigestor (Cálculo)

b) Se procede a sustituir los valores en la formula de la pirámide truncada

6.- Cálculo de la producción de biogás

Considerando la generación de excretas en la unidad de 16,500 kg: