Conceptual Framework

Para la utilización del calentador con un caudal de combustible determinado es indispensable la utilización de un reservorio de biogás intermedio entre el biodigestor y el calentador.

El gas se genera en el interior del biodigestor de forma intermitente, ya que su producción es muy dependiente de factores externos tales como la temperatura, la radiación solar o la cantidad de ma- teria orgánica introducida, variables todos ellos a lo largo del día. Su utilización directa resulta poco práctica porque sus usos en cocina, producción de agua caliente o luz, estarían limitados a las horas de mayor producción. El reservorio intermedio actúa por tanto como un regulador de caudal, suministrando la cantidad requerida en el momento deseado.

Así pues, la instalación de un biodigestor, implica siempre el uso de un reservorio, de lo contrario el uso del biogás resultaría ineficiente.

Ilustración 6.14. Colocación de varios reservorios intermedios y distribución de gas. Fuente: Elaboración propia La utilización de uno o varios resrvorios intermedios responde a las necesidades individuales de uso y producción. Un mayor número de depósitos da mayor flexibilidad sin embargo resulta más caro. En primer lugar la capacidad total de almacenamiento, (la del depósito disponible, o la suma de todos en el caso de disponer de varios), debe ser suficiente para almacenar toda la producción de biogás pero teniendo en cuenta los gastos diarios que se tendrán del combustible.

Y por otro lado, cada depósito individual, deberá tener capacidad suficiente para suministrar el cau- dal deseado durante el tiempo requerido. Esta capacidad, [ ] vendrá dada por tanto

como:

[ ] [ ] [ ] ( )

Donde es el caudal de biogás necesario y el tiempo durante el cual se va a requerir ese cau-

dal.

Por ejemplo, en el caso particular que nos interesa para el calentador, el tiempo requerido serán alrededor de 10 min. Este es el tiempo necesario para darse una ducha. El caudal de biogás queda determinado para cada caso particular. Así por ejemplo, si el caudal para el que se ha calculado el calentador son 0,00030 m3_{/s, el volumen del reservorio debería ser:}

[ ] [ ] [ ]

[ ]

[ ] Por lo que se requerirá al menos un depósito de 180 litros.

Iluminación Cocina Calentador Biodigestor

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En el caso práctico, este reservorio suele ser un globo conformado con dos telas y termosellado en los laterales como el que aparece en la Ilustración 6.15. Y el control del caudal se hace colocando una cierta masa encima. Esta masa deberá ser calibrada para cada caso particular, de forma que obtengamos el mismo caudal deseado siempre.

Ilustración 6.15. Depósito de biogás utilizado en las pruebas

Este sistema de almacenamiento y utilización del biogás tiene como ventaja que resulta muy barato y simple, sin embargo también tiene su limitación. El hecho de utilizar una masa constante sobre un depósito que va perdiendo volumen continuamente hace que el caudal vaya disminuyendo poco a poco.

En la ilustración 5.10 del apartado experimental, aparecen los resultados del caudal instantáneo que resultaron de algunas pruebas realizadas para este trabajo para diferentes masas colocadas sobre el depósito. El reservorio utilizado en este caso era de alrededor de 400 litros.

A la hora de calcular un reservorio de estas características conviene tener en cuenta que si el depó- sito está casi vacío, el caudal será nulo, aun cuando quede algo de biogás en el interior. Por ello es necesario que exista siempre un cierto volumen de biogás extra de forma que el caudal no resulte nunca demasiado bajo. Así pues el volumen que ha de tener el depósito de estas características,

[ ], vendrá dado por:

[ ] [ ] [ ] ( )

Lo que indica que el depósito almacenará tres veces más del biogás requerido para un uso particu- lar. Para el problema del calentador anterior:

[ ] [ ] [ ]

[ ]

[ ] Por lo que se necesitará un depósito de al menos 540 litros de capacidad.

Como se ha comentado, la masa será calibrada de forma que la curva de caudal instantáneo obteni- da sea lo más próxima posible al caudal medio deseado. La instalación mínima para utilizar un ca- lentador de biogás se muestra en la ilustración 6.16.

Ilustración 6.16. Esquema del montaje para utilizar el calentador de biogás. Fuente: Elaboración propia 1. Biodigestor

2. Controlador de presión 3. Válvula del biodigestor 4. Depósito o reservorio 5. Válvula de depósito 6. Válvula de calentador 7. Calentador 8. Válvula de agua 1 2 3 5 7 6 4 8

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La metodología para usar el calentador de agua se resume en los siguientes pasos.

 Una vez que el biodigestor (1) llene de biogás el reservorio (4), se puede proceder a utilizar el calentador. El depósito se considerará lleno cuando la presión en su interior supere la de la columna de agua (10 cm) del controlador de presión (2). En este estado se cierra la vál- vula del biodigestor (3). Lo ideal en este caso sería disponer de un reservorio secundario de forma que el biogás continúe acumulándose, ya que de lo contrario se perderá al exte- rior a través del controlador de presión.

 Se abriría la válvula de paso de agua (8) y se dejaría correr el agua.

 Posteriormente se colocaría la masa calibrada sobre el reservorio de biogás, se abriría la válvula del calentador (7) y se encendería por medio de una vela o cualquier otro instru- mento que nos permita introducir una llama al quemador del calentador sin peligro. Es im- portante no encender el calentador si no circula agua por su interior como se explicará en el punto siguiente.

 Una vez encendido el agua comenzará a salir caliente en unos instantes, y la temperatura se regulará con la llave de paso de agua. A mayor caudal el agua saldrá más fría y cuanto menor sea, más caliente.

 Cuando se haya finalizado la tarea se cierra la válvula del calentador primero, y después se corta el agua. Para volver a llenar el reservorio se quita la masa de encima y se abre la vál- vula del biodigestor.

Para obtener una temperatura constante, se hará necesario ir reduciendo paulatinamente el caudal de agua, ya que, como se ha comentado, el biogás que sale del depósito cuando la masa es cons- tante ira disminuyendo. Un mismo reservorio podrá utilizarse así mismo para distintas aplicaciones, lo único que habrá que variar será la masa a colocar, si se quieren conseguir caudales específicos para cada uso.

6.5.3. Recomendaciones y mantenimiento

A la hora de utilizar el calentador conviene tener en cuenta diferentes pautas para alargar al máximo su vida útil.

 No se debe encender el calentador si por el interior del serpentín no existe agua en circula- ción. El agua en movimiento evita que la temperatura del tubo alcance temperaturas muy altas, si por su interior solamente circula aire, la temperatura del tubo ascenderá por enci- ma de los límites permisibles provocando daños. Por otro lado si existe agua, pero esta no se encuentra en movimiento, se calentará muy rápido, generando burbujas de vapor en poco tiempo, y provocando sobrepresiones en el serpentín.

 No se recomienda trabajar con caudales de agua mayores de 3 L/min. En primer lugar, porque probablemente no se consiga un aumento de temperatura satisfactorio, y en se- gundo, porque la presión en el interior del intercambiador puede llegar a ser excesiva (fu- gas).

 Al igual que con los caudales de agua, tampoco se debe trabajar con caudales de biogás distintos a los calculados para el modelo. Ni menores porque se obtendremos una tempe- ratura menor del agua, ni mayores, porque si el quemador no está adaptado, pueden pro- ducirse más gases tóxicos o inquemados de los deseados al producirse una reacción in- completa.

 Debe protegerse en la medida de lo posible el calentador de la lluvia, ya que, a pesar de que no debería influir sobre su funcionamiento, a la larga puede producir óxidos y desper- fectos indeseables.

 Es recomendable llevar a cabo ocasionalmente las tareas de mantenimiento que se descri- ben a continuación.

Se trata de tareas de mantenimiento sencillas para evitar tener que realizar sustituciones de elemen- tos prematuramente.

 Limpieza adecuada del serpentín externamente eliminando el óxido y el hollín depositado.  Al calentar agua en el interior del serpentín es fácil que se produzcan deposiciones de cal

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que tener en cuenta que los depósitos de agua estancada a una temperatura de entre 20 y 40ºC son ideales para la formación de bacterias como la legionella, que es potencialmente peligrosa y se contagia al aspirar los vapores y microparticulas del agua caliente. Limpiar con producto adecuado.

 Revisión de las uniones de agua y gas, sustitución de la cinta de teflón y búsqueda de fu- gas en las tuberías.

 Limpieza del quemador y sobre todo del agujero del inyector, ya que dado su pequeño diámetro es fácil que se obstruya parcialmente.

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7. Conclusiones