El aprendizaje respecto de los recursos energéticos es más rico en la medida que se vincule con la cotidianidad del que aprende.
Unas de las potencialidades que presenta la energía de biomasa, en su abor- daje didáctico, es la de posibilitar un trabajo contextualizado de la temática. En este sentido, este tema no sólo permite trabajar posicionamientos teóricos res- pecto de la energía y trabajar distintos modelos para su abordaje y entendimien- to, sino que es un insumo válido para el aprendizaje no sólo significativo sino además relevante, en términos de Pérez Gómez (1999) para quien el aprendizaje relevante se refiere a aquel tipo de aprendizaje significativo que, por su importan- cia y por su utilidad para el sujeto, provoca la reconstrucción de sus esquemas habituales de conocimiento.
Es interesante poder vincular la realidad de un pequeño productor, cotidiana en muchas regiones del país, con la posibilidad de aprovechar un recurso dispo- nible como es el desecho de corrales para la satisfacción de necesidades energé- ticas del propio productor. Esto permite trabajar la idea de “Energía sostenible” que la ONU se refiere como aquel aprovechamiento que apoya a largo plazo el desarrollo humano en el ámbito social, económico y ecológico.4
Problema desarrollado
Mi primo Esteban tiene una pequeña granja. Le conté sobre el tema del bio- gás y se entusiasmó bastante. Como él tiene 6 vacas quiere construir un digestor anaeróbico de flujo continuo con el residuo del estiércol de estos animales.
¿Será suficiente el biogás que obtendría para cocinar y calefaccionar su vi- vienda? ¿Qué dimensiones deberá tener el biodigestor y el gasificador?
Para poder responder esta pregunta te proponemos investigar:
a. La producción de metano que obtendría para un tiempo de retención de 30 días y temperatura de 25°C.
b. Si la composición del biogás es de un 60 % CH4 y un 40 % CO2, ¿cuáles son las cantidades que se obtendrían de biogás, de CH4 y de CO2?
c. Si utiliza este metano para la producción de energía por calor, ¿cuántos kg de gas licuado de petróleo podría reemplazar durante un mes si sólo se aprovechara el 70 % de la energía obtenida?
3 Adaptada de Sánchez Miño, S. J. (2003). Energías Renovables. Conceptos y Aplicaciones. Quito: WWF - Fundación Natura (páginas 111-114)
ENERGÍA: CARACTERÍSTICAS Y CONTEXTO
Solución:
a)Producción diaria de metano
datos: Peso de cada animal W = 500 kg, temperatura = 25 °C, composición biogás = 60 % CH4 y 40 % CO2, tiempo de retención RT = 30 días.
Peso total de los animales = 6 • 500 kg = 3.000 kg
No. Recurso W T TS VS N P K TS/T VS/ TS 1 Vaca 500 86 12 10 0,45 0,094 0,29 14 % 83 % 2 Toro 500 58 8,5 7,2 0,34 0,092 0,21 15 % 85 % 3 Becerro 40 62 5,2 2,3 0,27 0,066 0,28 8 % 44 % 4 Chancho 70 84 11 8,5 0,52 0,18 0,29 13 % 77 % 5 Oveja 60 40 11 9,2 0,42 0,087 0,32 28 % 84 % 6 Chivo 50 41 13 --- 0,45 0,11 0,31 32 % 0 % 7 Caballo 400 51 15 10 0,3 0,071 0,25 29 % 67 % 8 Gallina 2,2 85 22 17 0,84 0,3 0,3 26 % 77 % 9 Roedor 2 64 16 12 1,1 0,3 0,4 25 % 75 % 10 Pavo 8 47 12 9,1 0,62 0,23 0,24 26 % 76 % 11 Pato 3 110 31 19 1,5 0,54 0,71 28 % 61 %
Tabla 6.2. Características de la materia orgánica utilizada en biodigestión anaeróbica Fuente: ASAE Standard D384.1 DEC93, American Society of Agricultural Engineers5
Donde:
W = Peso promedio del animal en kg.
T = Cantidad total de residuo (kg de estiércol por cada 1.000 kg de peso del animal)
TS = Contenido promedio total de sólidos en kg por cada 1.000 kg de peso del animal.
5 Tomada de Sánchez Miño, S. J. (2003). Energías Renovables. Conceptos y Aplicaciones. Quito: WWF - Fundación Natura (página 111)
IDEAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL CONCEPTO DE ENERGÍA
VS = Contenido promedio de sólidos volátiles en kg por cada 1.000 kg de peso del animal.
N = Contenido promedio de nitrógeno en gramos por kilo de sustancia.
P = Contenido promedio de fósforo gramos por kilo de sustancia.
K = Contenido promedio de potasio en gramos por kilo de sustancia. = Porcentaje de TS sobre T. = Porcentaje de VS/TS. Residuo Orgánico BO [m3 CH 4/kg VS] Vaca 0,2 Res 0,35 Desecho municipal 0,2 Chancho 0,45 Gallina 0,39 Aguas negras 0,406
Tabla 6.3. Potencial de Producción de Metano (BO) de algunos Residuos
Con datos de la tabla anterior puede calcularse la producción diaria de es- tiércol (T), los sólidos totales (TS) y los sólidos volátiles (VS). Posteriormente de la tabla 6.3. Se extrae el valor del Potencial de producción de metano (BO), que representa el volumen de metano producido por masa de sólidos volátiles en [m3 CH4/kgVS] T = 3000 kg • 86 kg/1.000 kg de animal = 258 kg / día TS = 3000 kg • 12 kg/1.000 kg de animal = 36 kg /día VS = 3000 kg • 10 kg/1000 kg de animal = 30 kg /día VO = 0,2 m3 CH 4/kgVS (de tabla 6.3.)
El paso siguiente es calcular Volumen de metano producido por día (VCH4), pero para ello se deben calcular previamente los factores K (número adimensio- nal que indica la descomposición de los sólidos volátiles en el tiempo) y U (creci- miento diario de la producción de metano con el cambio de temperatura)
ENERGÍA: CARACTERÍSTICAS Y CONTEXTO
K = 0,6 + 0,0006 • e (0,1185 • VS) = 0,6 + 0,0006 • e (0,1185 • 30) = 0,621
U = 0,013 • TC – 0,129 = 0,013 • 25 – 0,129 = 0,196
b) Cantidades de CH4, CO2 y biogás
La cantidad de metano obtenida es la calculada en el punto anterior. Este valor se toma como punto de partida para calcular el volumen de dióxido de car- bono y el total de biogás a obtenerse, teniendo en cuenta que este último se com- pone de un 60 % CH4 y un 40 % CO2.
Volumen de CH4 = 5,32 [m3 CH4/día]
Volumen debiogás = 5,32 • % biogás / % CH4 = 5,32 • 100 % / 60 % = 8,87
[m3
biogás/día]
Volumen de CO2 = Vbiogás – VCH4 = 8,87 – 5,32 = 3,55 [m3 CO2/día]
c) Reemplazo de gas licuado de Petróleo (GLP) con biogás
Datos:
El Poder calorífico del CH4 equivale a 55 MJ/kg = 38 MJ/m3
El Poder calorífico del GLP equivale a 50 MJ/kg (Datos obtenidos de Sánchez Miño, S. J. (2003)
Energía aprovechable por biogás = Volumen de CH4 • Poder calorif. CH4 • Rendimiento
Energía aprovechable por biogás = 5,32 m3
CH4/día • 38 MJ/m3• 0,70 = 141,72
MJ/día
IDEAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL CONCEPTO DE ENERGÍA De los cálculos se puede inferir que el biogás producido por seis vacas en un mes equivale a más de ocho garrafas de 10 kg cada una de gas licuado de petróleo (GLP). Podemos decir que es más que suficiente para todos los requerimientos energéticos para cocción y calefacción.
Problema a resolver
El vecino de mi primo Esteban tiene 4 chivos y 2 chanchos grandes, ¿podrá él también abastecerse con suficiente biogás para cocinar y calefaccionar la casa?
Para poder responder esta cuestión tendrás que investigar y calcular. ¡¡¡Entonces, manos a la obra!!!