Bomba de ariete

Una bomba de ariete es una bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética de un golpe de ariete en un fluido para subir una parte de ese fluido a un nivel superior. No necesita por lo tanto aporte de otra energía exterior. Esto y su sencillez la hace adecuada para lugares remotos donde no hay acceso a energía eléctrica o motores de otro tipo.

Funcionamiento

Esquema de funcionamiento de una bomba de ariete

A. Depósito de origen;

B. Tubería de carga;

C. Válvula de descarga;

D. Válvula de retención;

E. Calderín de presión;

F. Tubería de descarga;

G. Depósito de descarga;

K. Válvula (opcional) de admisión de aire.

El principio de funcionamiento es como sigue. El líquido, normalmente agua, procedente de un

depósito suministrador A se acelera por un tubo de carga inclinadoB con lo que su energía

potencial se convierte en energía cinética. Cuando la velocidad llega a un valor determinado,

la válvula de descarga C súbitamente cierra cortando el flujo lo cual genera una sobrepresión

en el extremo inferior del tubo de carga, un golpe de ariete, que fuerza el agua a abrir la

válvula anti-retorno D y a subir por el tubo de descarga F hacia el nivel superior del

depósito G. La válvula de descarga C se vuelve a abrir debido a la bajada de presión del flujo

de agua y el ciclo comienza de nuevo, cerrándose cada vez que el flujo adquiere cierto valor.

En E se coloca una campana o calderín lleno de un gas a presión, normalmente aire, que

amortigua los golpes de ariete y mantiene un flujo más constante de fluido por el tubo F. Este

gas se acaba disolviendo en el agua por lo que es necesario reponerlo o envolverlo en un

globo de goma para evitar que se disuelva. Algunas bombas van provistas de un sistema que

inyecta una burbuja de aire con cada ciclo. Este sistema consiste en que se diseña el

mecanismo para que al cerrar la válvula D permite que se invierta momentáneamente el flujo

del agua por lo que al cerrar súbitamente la válvula se produce una depresión que fuerza la

entrada de un poco de aire por la válvula K(esta válvula hace que el deposito E no se quede

sin aire y así, el flujo del agua sea constante). Esta válvula no se debe hacer, en caso de que

no precise de ella, debido a que cada descarga de la válvula C echa un chorro a presión. Esta

presión no llega al deposito E provocando una perdida de agua en el deposito, ya que, a más

agua dentro del tanque E, mas presión.

Si la bomba de ariete tuviera un rendimiento energético perfecto entonces la masa de agua

perdida por la válvula C, a la que llamaremos Q, multiplicada por la altura de

suministro h sería igual a la altura H multiplicada por la masa de agua elevada, q. Es decir: q

= Q*h/H. En la realidad el rendimiento siempre es inferior y depende en gran medida de la

relaciónh/H. En el mejor de los casos el rendimiento puede llegar al 85% pero decrece según

crece la altura H y puede caer hasta el 20% o menos en instalaciones que bombean a gran

altura.

Es un contenedor herméticoque permite la descomposición de la materia orgánica

en condicionesanaeróbicas y facilita la extracción del gas resultante para su uso

como energía. El biodigestor cuenta con una entrada para el material orgánico, un

espacio para su descomposición, una salida con válvula de control para el gas

(biogás), y una salida para el material ya procesado (bioabono).

Otros nombres: Digestor anaeróbico, reactor anaeróbico, reactor biológico.

Condiciones para la biodigestión

1. La temperatura es muy importante para la producción de biogás, ya que los

microorganismos que realizan la biodigestión disminuyen su actividad fuera de

estas temperaturas. La temperatura en la cámara digestiva debe ser entre los

20º C y 60º C; para optimizar el tiempo de producción es deseable mantener

una temperatura entre los 30º C y 35º C.

2. El nivel de acidez determina como se desenvuelve la fermentación del material

orgánico. El pH del material debe tener un valor entre 6.5 y 7.5. Al estar fuera de

este rango neutro la materia orgánica corre el riesgo de pudrirse, ya que se

aumenta la actividad relativa de los microorganismos equivocados; esto

normalmente produce un olor muy desagradable.

3. El contenedor debe de estar perfectamente sellado para evitar que entre el

oxigeno y de esta manera tener un procedimiento anaeróbico adecuado;

también evita fugas del biogás.

4. Debe de contener entre el 80% y 90% de humedad.

5. Los materiales más comúnmente utilizados para producir biogás son el

estiércol de vaca, caballo, puerco y humana, sin embargo también se pueden

otros materiales orgánicos.

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1. Para lograr una descomposición eficiente, la materia orgánica debe de ser

en tamañosdigeribles pues entre más chica más rápida la producción del

biogás.

2. Se deberá tener un equilibrio del carbono y el nitrógeno.

Estructura de un biodigestor.

Existen muchas variaciones en el diseño del biodigestor. Algunos elementos que

comúnmente se incorporan son:

Cámara de fermentación: El espacio donde se almacena la biomasa durante el

proceso de descomposición.

Cámara de almacén de gas: El espacio donde se acumula el biogás antes de

ser extraído.

Pila de carga: La entrada donde se coloca la biomasa.

Pila de descarga: La salida, sirve para retirar los residuos que están gastados y

ya no son útiles para el biogás, pero que se pueden utilizar como abono

(bioabono).

Agitador: Desplaza los residuos que están en el fondo hacia arriba del

biodigestor para aprovechar toda la biomasa.

Tubería de gas: La salida del biogás. Se puede conectar directamente a una

estufa o se puede transportar por medio de la misma tubería a su lugar de

aprovechamiento.

Ventajas y desventajas de los biodigestores.Ventajas:

Es una energía renovable y sustentable.

Aprovecha la producción natural del biogás.

Es posible utilizar los productos secundarios como abono o fertilizante.

Evita el uso de leña local, así reduciendo la presión sobre los recursos

forestales.

Fomenta el desarrollo sustentable.

Redirige y aprovecha los gases de efecto invernadero producidos por los

vertederos y granjas industriales, lo cual reduce la huella de carbono de estos

establecimientos y disminuye su contribución al cambio climático.

Cumple con la normatividad nacional e internacional.

Impide la contaminación de mantos acuíferos.

Crea empleos especializados.

Crea la posibilidad de incursionar un proyecto de vanguardia.

Desventajas, riesgos y consideraciones especiales:

Idealmente, la ubicación debe de estar cerca de donde se recolecta la biomasa.

La temperatura de la cámara de digestión debe mantenerse entre 20º C y 60º C;

puede ser limitante en lugares extremos.

El biogás contiene un subproducto llamado sulfato de hidrógeno, el cual es un

gas corrosivo y toxico para los seres humanos.

Al igual a cualquier otro gas combustible, existe el riesgo de explosión o

incendios por un mal funcionamiento, mantenimiento o seguridad.

Un ejemplo de la aplicación del biodigestor a nivel municipal es el metro de

Monterrey,  

BiodigestorUn digestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen cítricos ya que acidifican-, etc) en determinada dilución de agua para que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y además, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos.

Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidrogenación y pos tratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor.

El fenómeno de indigestible ocurre porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en el material fecal que, al actuar sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal, producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4) llamada biogás, que es utilizado como combustible. Como resultado de este proceso se generan residuos con un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica (ideales como fertilizante s) que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferación de moscas.

Una de las características más importantes de la biodigestión es que disminuye el potencial contaminante de los excrementos de origen animal y humano, disminuyendo la Demanda Química de Oxígeno DQO y la Demanda Biológica de Oxígeno DBO hasta en un 90% (dependiendo de las condiciones de diseño y operación).

Se deben controlar ciertas condiciones, como son: el pH, la presión y temperatura a fin de que se pueda obtener un óptimo rendimiento.

El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.

Índice

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1 Clases de biodigestores

o 1.1 Biodigestores de flujo discontinuo

o 1.2 Biodigestores de flujo semicontinuo

o 1.3 Biodigestores de flujo continuo

1.3.1 Biodigestores de salchicha, Taiwan, CIPAV o biodigestores familiares de bajo

costo

2 Diseño de los biodigestores

3 Lecciones aprendidas en divulgación y diseminación

4 Difusión, divulgación y diseminación

5 Talleres de difusión de la tecnología

6 Véase también

7 Bibliografía

8 Enlaces externos

Clases de biodigestores[editar]

Biodigestores de flujo discontinuo[editar]

La carga de la totalidad del material a fermentar se hace al inicio del proceso y la descarga del efluente se hace al finalizar el proceso; por lo general requieren de mayor mano de obra y de un espacio para almacenar la materia prima si esta se produce continuamente y de un deposito de gas (debido a la gran variación en la cantidad de gas producido durante el proceso, teniendo su pico en la fase media de este) o fuentes alternativas para suplirlo.

Biodigestores de flujo semicontinuo[editar]

La carga del material a fermentar y la descarga del efluente se realiza de manera continua o por pequeños baches (ej. una vez al día, cada 12 horas) durante el proceso, que se extiende indefinidamente a través del tiempo; por lo general requieren de menos mano de obra, pero de una mezcla más fluida o movilizada de manera mecánica y de un deposito de gas (si este no se utiliza en su totalidad de manera continua). Los biodigestores continuos sirven para purificar el agua contaminada por diferentes fosas. Existen tres clases de biodigestores de flujo continuo:

De cúpula fija (chino).

De cúpula móvil o flotante (hindú).

De salchicha, tubular, Taiwan, CIPAV o biodigestores familiares de bajo costo.

Biodigestores de flujo continuo[editar]

Se usan generalmente para tratamiento de aguas residuales, tienden a ser grandes de corte industrial, con sistemas comerciales para el control y gestión del proceso. La producción de Biogas es mucho mayor. pueden ser:

Sistema de desplazamiento horizontal (movimiento por flujo pistón, gravedad).

Sistema de tanques múltiples.

Sistema de tanque vertical.

Biodigestores de salchicha, Taiwan, CIPAV o biodigestores familiares de bajo costo[editar]

Los biodigestores familiares de bajo costo han sido desarrollados y están ampliamente implementados en países del sureste asiático, pero en Sudamérica, solo países como Cuba, Colombia, Brasil y Costa Rica tienen desarrollada esta tecnología. Estos modelos de biodigestores familiares, construidos a partir de mangas de polietileno tubular, se caracterizan por su bajo costo, fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir sólo de materiales locales para su construcción. Por ello se consideran una "tecnología apropiada".

La falta de leña para cocinar en diferentes regiones de Bolivia hacen a estos sistemas interesantes para su difusión, divulgación y diseminación a gran escala. Las familias dedicadas a la agricultura, suelen ser propietarias de pequeñas cantidades de ganado (dos o tres vacas por ejemplo) y pueden, por tanto, aprovechar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. Se debe considerar que el estiércol acumulado

cerca de las viviendas supone un foco de infección, olores y moscas que desaparecerán al ser introducido el estiércol diariamente en el biodigestor familiar. También es importante recordar la cantidad de enfermedades respiratorias que sufren, principalmente las mujeres, por la inhalación de humo al cocinar en espacios cerrados con leña o bosta seca. La combustión del biogás no produce humos visibles y su carga en ceniza es menor que el humo proveniente de la quema de madera.

En el caso de Bolivia, donde existen tres regiones diferenciadas como altiplano, valle y trópico, esta tecnología fue introducida en el año 2002 en Mizque, (2200 m.s.n.m. Cochabamba) como parte de la transferencia tecnológica a una ONG cochabambina. Desde entonces, en constante colaboración por Internet con instituciones de Camboya, Vietnam y Australia y la ONG de Cochabamba, estos sistemas han sido adaptados al altiplano. La primera experiencia fue en el año 2003 instalando un biodigestor experimental a 4100 m.s.n.m. que aprovechaba el efecto invernadero. Este diseño preliminar sufrió un desarrollo para abaratar costes y adaptarlo a las condiciones rurales manteniendo el espíritu de tecnología apropiada. Este modelo de biodigestor consiste en aprovechar el polietileno tubular (de color negro en este caso) empleado en su color natural transparente en carpas solares, para disponer de una cámara de varios metros cúbicos herméticamente aislada. Este hermetismo es esencial para que se produzca la reacciones biológicas anaerobias.

La película de polietileno tubular se amarra por sus extremos a tuberías de conducción, de unas seis pulgadas de diámetro, con tiras de liga recicladas de las cámaras de las ruedas de los autos. Con este sistema, calculando convenientemente la inclinación de dichas tuberías, se obtiene un tanque hermético. Al ser flexible, el polietileno tubular, es necesario construir una ‘cuna’ que lo albergue, ya sea cavando una zanja o levantando dos paredes paralelas. Una de las tuberías servirá como entrada de materia prima (mezcla de estiércol con agua de 1:4). En el biodigestor se alcanza finalmente un equilibrio de nivel hidráulico, por el cual, tanta cantidad de estiércol mezclado con agua es agregada, tanta cantidad de fertilizante sale por la tubería del otro extremo.

Debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la cámara hermética, las bacterias anaerobias contenidas en el propio estiércol comienzan a digerirlo. Primeramente se produce una fase de hidrólisis y fermentación, posteriormente una acetogénesis y finalmente la metanogénesis, por la cual se produce metano. El producto gaseoso llamado biogás, realmente tiene otros gases en su composición como son dióxido de carbono (20-40%), nitrógeno molecular (2-3%) y sulfhídrico (0,5-2%), siendo el metano el más abundante con un 60-80%.

La conducción de biogás hasta la cocina se hace directa, manteniendo todo el sistema a la misma presión: entre 8 y 13 cm de columna de agua dependiendo la altura y el tipo de fogón. Esta presión se alcanza incorporando en la conducción una válvula de seguridad construida a partir de una botella de refresco. Se incluye un ‘tee’ en la conducción, y mientras sigue la línea de gas, el tercer extremo de la tubería se introduce en el agua contenida en la botella de 8 a 13 cm. También se añade un reservorio o almacén de biogás en la conducción, permitiendo almacenar unos 2 a 3 metros cúbicos de biogás.

Estos sistemas adaptados para altiplano han de ser colocados en ‘cunas’ enterradas para aprovechar la inercia térmica del suelo, o bien dos paredes gruesas de adobe en caso que no se pueda cavar. Además, se puede encerrar a los biodigestores en un invernadero de un sola agua soportado sobre las paredes laterales de adobe. En el caso de biodigestores de trópico o valle, el invernadero es innecesario pero se ha de proteger el plástico con una semisombra.

Los costes en materiales de un biodigestor pueden variar de 110 dólares para trópico a 170 dólares para altiplano, ya que en la altura tienen mayores dimensiones y requieren de carpa solar.

Diseño de los biodigestores[editar]

Los biodigestores han de ser diseñados de acuerdo a su finalidad, a la disposición de ganado y tipo, y a la temperatura a la que van a trabajar. Un biodigestor puede ser diseñado para eliminar todo el estiércol producido en una granja de cerdos, o bien como herramientas de saneamiento básico en un colegio. Otro objetivo sería el de proveer de cinco horas de combustión en una cocina a una familia, para lo que ya sabemos que se requieren 20 kilos de estiércol fresco diariamente. Como se comentó anteriormente, el fertilizante líquido obtenido es muy preciado, y un biodigestor diseñado para tal fin debe permitir que la materia prima esté mayor tiempo en el interior de la cámara hermética así como reducir la mezcla con agua a 1:3.

La temperatura ambiente en que va a trabajar el biodigestor indica el tiempo de retención necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. En ambientes de 30 °C se requieren unos 10 días, a 20 °C unos 25 y en altiplano, con invernadero, la temperatura de trabajo es de unos 10 °C de media, y se requieren 55 días de tiempo de retención. Es por esto, que para una misma cantidad de materia prima entrante se requiere un volumen cinco veces mayor para la cámara hermética en el altiplano que en el trópico.

Nota : En la sección de enlaces externos se encuentra un enlace a una calculadora de

biodigestores para porcicultura.

Lecciones aprendidas en divulgación y diseminación[editar]

En todo este proceso de desarrollo, divulgación y diseminación de esta tecnología en Bolivia hay varias lecciones aprendidas.

La introducción de los biodigestores en una familia significa que ya no se requiere buscar leña diariamente para cocinar, tarea normalmente asignada a las mujeres y niños. Por ello es necesario que sea la mujer la que se apropie de la tecnología como nuevo combustible para cocinar. Incluso para hacer las cocinas de biogás se han adaptado las cocinas tradicionales de barro mejorado para que la combustión de biogás sea más eficiente. Esta liberación de la carga de trabajo de las mujeres implica mayor disponibilidad de tiempo para otros usos productivos, capacitación, participación social, etc. Por otro lado, la producción de fertilizante despierta mayor interés en el hombre, ya que suele ocuparse de los cultivos, y por tanto es importante capacitarle convenientemente en su uso de forma que él también se apropie de la tecnología que le provee de un fertilizante ecológico y natural. Los niños y niñas también es importante tenerlos en cuenta, y hacerlos partícipes como parte de la familia, evitando que en juegos o vandalismo, pudieran dañar el biodigestor.

La estrategia para la divulgación y diseminación de esta tecnología que se ha visto más acertada es a través de biodigestores demostrativos. Esto es, instalar uno o dos biodigestores por comunidad, en una granja municipal si hay interés de las autoridades o en granjas o centros educacionales ‘modelo’ que existan, de forma que los vecinos vean su funcionamiento, manejo y beneficios. Esta estrategia no es agresiva y se da a conocer una tecnología nueva, de modo que las familias tendrán información y criterios propios para decidir la conveniencia de introducir, o no, un biodigestor en sus viviendas y manejo agropecuario. En posteriores visitas a las comunidades se puede hacer ya una diseminación mayor a las familias interesadas.

Una lección de última hora aprendida es introducir los biodigestores demostrativos en dos familias a la vez en una comunidad, de forma que se genera un apoyo mutuo entre ambas familias en cuanto a trabajo, dudas y transmisión de conocimiento.

La participación de la familia en toda la instalación de biodigestor ayuda a su apropiación y entendimiento de la tecnología. Se han dado casos en los que la familia ha desmontado y vuelto a montar un biodigestor por considerar otra ubicación más idónea, o para repararlo. El trabajo propio de la familia cavando la zanja que servirá de ‘cuna’, instalando la línea de biogás desde el biodigestor hasta la cocina es importante valorarlo.

Cuando un biodigestor se instala se realiza su primer llenado con gran cantidad de estiércol y agua, hasta que el lodo interior tape las bocas de las tuberías de entrada y salida para asegurar una atmósfera anaeróbia. Es importante hacer un seguimiento posterior, puesto que el biodigestor tardará tantos días como tiempo de retención se haya considerado para entrar en plena producción de biogás y fertilizante. En el caso del altiplano esto puede suponer dos meses cargando diariamente un biodigestor que aun no da los productos esperados, y por tanto es necesario acompañar y apoyar a la familia en este proceso para que no se siente que el trabajo es vano.

Es importante aprovechar las estructuras sociales propias de cada lugar, como por ejemplo la asociación de productores de leche local u otros tipos de asociaciones. De esta manera ya existe una forma de represtación, de comunicación, convocatoria y de control interno que no es necesario generar con cada nuevo proyecto.

En caso de existir subvenciones monetarias para adquirir los materiales, ya sea por parte de ONGs, municipios o cualquier otro tipo de ayuda, nunca ha de ser total, y por tanto hay que hacer partícipe a la familia en los costos. Es importante que la familia no solo ponga parte de la mano de obra para la construcción de la ‘cuna’, sino que además aporte dinero. Esta cantidad de dinero puede ser variable de acuerdo al contexto social, pero es recomendable que no sea inferior a los 30$us. De esta forma las familias que decidan instalar un biodigestor, lo harán en un grado muy importante de apropiación de la tecnología, además que obliga a la institución o promotor a tener una responsabilidad y dar garantía en los materiales empelados y en el funcionamiento del sistema. De otro modo, tanto la apropiación de la tecnología por parte de la familia así como el compromiso del buen hacer del instalador pueden ser menores.

Difusión, divulgación y diseminación[editar]

Esta triada de aspectos van relacionados entre sí. La diseminación de la tecnología con instalaciones demostrativas se convierte en el mejor mecanismo de divulgación entre las familias potencialmente interesadas. Para poder diseminar esta tecnología, y por tanto divulgarla, es necesario contar con actores capacitados en el diseño e instalación de biodigestores, y por tanto se requiere de talleres prácticos para ellos como medio de difusión de la tecnología.

En una primera fase los talleres son dirigidos a profesionales del desarrollo rural, ya sean de ONGs, técnicos municipales, promotores rurales u otras instituciones, puesto que de esta forma la tecnología se disemina por todo el ámbito nacional. Cuanta más diseminación y divulgación mayor demanda de personas capacitadas se requiere, y el objetivo último de todo este proceso es que la transferencia tecnológica se realice de campesino a campesino. Para ello es necesario generar modelos de biodigestores ya adaptados a cada ecoregión y uso, que vendrá dado con el tiempo y diseminación.

Los proyectos con biodigestores pueden incorporar nuevos elementos con los que se complementa muy bien. Un ejemplo es incluir una letrina que conecte su desagüe directamente con el biodigestor, de forma que se prescinde de fosa séptica o de manejo extra en el caso de las letrinas secas. También se puede incluir una mejora en la infraestructura ganadera, incorporando un piso de cemento con cierto desnivel a los corrales. La limpieza diaria de los corrales con agua hará que esta arrastre el estiércol

acumulado hasta el biodigestor, facilitando la carga y manteniendo un ambiente mucho más higiénico.

Talleres de difusión de la tecnología[editar]

Disponiendo de una tecnología apropiada, de gran potencial en Bolivia, pero de poca difusión, divulgación y diseminación, la mejor forma de comenzar es a través de talleres prácticos. El objetivo de estos talleres es capacitar a personas en el diseño, instalación, propuesta y ejecución de proyectos de diseminación de biodigestores.

Los talleres se plantean de forma intensiva con una duración de tres días. El primer día se tratan los conceptos biológicos que rigen este sistema natural, se dan las claves y parámetros para su diseño según el objetivo del biodigestor (generación de biogás, producción de fertilizante o de manejo de residuos orgánicos por criterios medioambientales). Además se invita a personas con experiencia en biogás, proyectos de biodigestores, manejo del fertilizante, etc. para que compartan sus experiencias con los asistentes.

El segundo día resulta el más interesante, ya que se traslada a los participantes a alguna comunidad campesina cercana para la instalación de un biodigestor. Previamente la familia ya ha construido la ‘cuna’ donde se albergará el biodigestor. Durante una mañana se trabaja junto con los participantes y la familia en la instalación, paso por paso, del biodigestor. Este día sirve de clase práctica al taller, no solo en cuanto a tecnología, sino también en la capacitación de la familia en su construcción, manejo y mantenimiento.

Y el tercer día se imparten clases sobre la ejecución de proyectos, su identificación, planificación, presupuestos y forma de diseminación y ejecución. A la tarde, en una mesa redonda entre todos los participantes, se plantea las formas de financiamiento y sostenibilidad de esta tecnología a medio plazo en Bolivia. Además se realiza un mapeo nacional de los primeros proyectos que coordinarían las instituciones participantes en el taller.

A partir de estos talleres son varias las instituciones que deciden incorporar a los biodigestores familiares de bajo costo en sus programas de desarrollo rural. Es importante subvencionar inicialmente la tecnología.

¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES FUENTES EMISORAS DE GAS METANO?

Metano (CH4): Al igual que el CO2, las fuentes de metano pueden ser naturales o producto de actividades

humanas. La actividad humana es la que crea la mayor fuente de emisiones de metano, las 3 principales

fuentes son: Combustible fósil (Carbón, petróleo y gas)

Vertederos

Agrícola (estiércol)

Figure 1: Source: Inventory of U.S. Greenhouse

Gas Emissions and Sinks (2008), EPA. Combustible fósil:

El metano es encontrado siempre donde hay combustible fósil. Se emite durante operaciones normales de

extracción de petróleo, gas natural o carbono. También durante la manipulación, procesamiento y

transporte (ya sea en camiones o a través de tuberías) del combustible fósil. Con simplemente comprar o

usar combustible fósildel tipo carbono, gas natural o petróleo estás contribuyendo a las emisiones de

metano. Animales de cría:

Algunos animales de granja emiten metano de dos formas diferentes. Vacas, ovejas y cabras son ejemplos

de animales rumiantes que durante su proceso natural de digestión crean grandes cantidades de metano.

Lo que se conoce como fermentación entérica ocurre en el estómago de estos animales y es la causa de

emisiones.

La segunda forma es a través de la descomposición del estiércol del ganado. Cuando vacas, cerdos y

gallinas son criados con fines comerciales, existen obviamente grandes cantidades de estiércol que se

producen todos los días, por lo tanto las granjas tienen procedimientos para su tratamiento. La manera

que se procesa el excremento es utilizando sistemas de tratamiento de estiércol y tanques. El estiércolse

descompone dentro de estos tanques que permanecen cerrados sin oxígeno. Cuando material orgánico se

descompone de forma anaeróbica (sin ingreso de oxígeno) se producen grandes cantidades de metano.

En este caso no es culpa de los animales sino de los procedimientos utilizados y en la cantidad de

animales de granja que se comercializan. La cantidad de carne que ingerimos a diario tiene directa

influencia sobre esta problemática. Vertederos:

Tanto el estiércol como los vertederos y la basura al aire libre están llenos de materia orgánica (Ej. Restos

de comida, periódicos, pasto y hojas). La basura nueva se apila sobre la que ya estaba y la materia

orgánica de nuestra basura se descompone en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) y así se producen

grandes cantidades demetano.

Metano

Metano

Estructura química.

Estructura tridimensional.

Nombre IUPAC

Metano

General

Otros nombres Tetrahidruro de carbono

Hidruro de metilo

Gas del pantano

Fórmula molecular C H 4

Identificadores

Número CAS 74-82-81

SMILES [mostrar]

InChI [mostrar]

Propiedades físicas

Densidad 0.717 kg/m 3 ; 0,000717 g/cm 3

Masa molar 16,04 g/mol

Punto de fusión 90,6 K (-183 °C)

Punto de ebullición 111,55 K (-162 °C)

Termoquímica

ΔfH 0 gas -74,87 kJ/mol

S 0 gas, 1 bar 188 J·mol-1·K

Peligrosidad

Punto de 85,15 K (-188 °C)

inflamabilidad

Temperatura de

autoignición

810,15 K (537 °C)

Límites de

explosividad

5-15 %

Riesgos

Inhalación Asfixia; en algunos casos inconsciencia,

ataque cardíaco o lesiones cerebrales.

Piel El compuesto se transporta como líquido

criogénico. Su exposición causará

obviamente la congelación.

Más información NIST WebBook

Valores en el SI y en condiciones estándar

(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

[editar datos en Wikidata]

El metano (del griego methy vino, y el sufijo -ano)2 es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es C H 4.

Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro, inodoro e insoluble en agua.

En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de las plantas. Este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Muchos microorganismos anaeróbicos lo generan utilizando el CO2 como aceptor final de electrones.

Constituye hasta el 97 % del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo. No obstante en las últimas décadas ha cobrado importancia la explotación comercial del gas metano de carbón, como fuente de energía.

El metano es un gas de efecto invernadero relativamente potente que contribuye al calentamiento global del planeta Tierra ya que tiene un potencial de calentamiento global de 23.3 Esto significa que en una medida de tiempo de 100 años cada kg de CH4calienta la Tierra 23 veces más que la misma masa de CO2, sin embargo hay aproximadamente 220 veces más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra que metano por lo que el metano contribuye de manera menos importante al efecto invernadero.

Índice

  [ocultar] 

1 Riesgos potenciales sobre la salud (seguridad)

2 Reacciones

o 2.1 Combustión

o 2.2 Reformación

o 2.3 Halogenación

3 Usos

o 3.1 Combustible

o 3.2 Usos industriales

4 Fuentes

o 4.1 Fuentes naturales

o 4.2 Fuentes alternativas

5 Metano en la atmósfera de la Tierra

o 5.1 Emisiones de metano

o 5.2 Liberación repentina de los clatratos de metano

o 5.3 Emisión de metano desde turberas

o 5.4 Mecanismos de eliminación

6 El metano en Marte

7 Fuentes de metano

8 Propiedades

9 Véase también

10 Referencias

11 Enlaces externos

Riesgos potenciales sobre la salud (seguridad)[editar]

El metano no es tóxico. Su principal peligro para la salud son las quemaduras que puede provocar si entra en ignición. Es altamente inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire. El metano reacciona violentamente con oxidantes,halógenos y algunos compuestos halogenados. El metano también es asfixiante y puede desplazar al oxígeno en un espacio cerrado. La asfixia puede sobrevenir si la concentración de oxígeno se reduce por

debajo del 19,5 % por desplazamiento. Las concentraciones a las cuales se forman las barreras explosivas o inflamables son mucho más pequeñas que las concentraciones en las que el riesgo de asfixia es significativo. Si hay estructuras construidas sobre o cerca de vertederos, el metano desprendido puede penetrar en el interior de los edificios y exponer a los ocupantes a niveles significativos de metano. Algunos edificios tienen sistemas por debajo de sus cimientos para capturar este gas y expulsarlo del edificio. Un ejemplo de este tipo de sistema se encuentra en el edificio Dakin, en Brisbane, California.

Reacciones[editar]

Las principales reacciones del metano son: combustión, reformación con vapor (steam reforming) para dar gas de síntesis(syngas), y halogenación. En general, las reacciones del metano son difíciles de controlar. Por ejemplo, la oxidación parcial para llegar a metanol es difícil de conseguir; la reacción normalmente prosigue hasta dar dióxido de carbono y agua.

Combustión[editar]

En la combustión del metano hay involucrados una serie de pasos:

Se cree que el metano reacciona en primer lugar con el oxígeno para formar formaldehído (HCHO o H2CO). Acto seguido el formaldehído se descompone en el radical formil, que a continuación da dióxido de carbono e hidrógeno. Este proceso es conocido en su conjunto como pirólisis oxidativa.

CH

4 + 2O

2 → CO

2 + 2H

2O

Siguiendo la pirolisis oxidativa, el H2 se oxida formando H2O, desprendiendo calor. Este proceso es muy rápido, siendo su duración habitual inferior a un milisegundo.

2H

2 + O

2 → 2H

2O

Finalmente el CO se oxida, formando CO2 y liberando más calor. Este proceso generalmente es más lento que el resto de pasos, y requiere unos cuantos milisegundos para producirse.

Reformación[editar]

El enlace covalente carbono-hidrógeno se encuentra entre los más fuertes de todos los hidrocarburos, y por tanto su uso como materia prima es limitado. A pesar de la alta energía de activación necesaria para romper el enlace CH, el metano es todavía el principal material de partida para fabricar hidrógeno mediante reformación con vapor. La búsqueda de catalizadores que puedan facilitar la activación del enlace CH en el metano y otros alcanos ligeros es un área de investigación de gran importancia industrial.

Halogenación[editar]

El metano reacciona con los halógenos bajo las condiciones adecuadas. La reacción tiene lugar de la siguiente manera.

CH

4 + X

2 → CH

3X + HX

En donde X es un halógeno: flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br) y a veces Yodo (I). El mecanismo de esta reacción es el de halogenación por radicales libres.

Usos[editar]

Combustible[editar]

Para más información del uso del metano como combustible, consulte: gas natural .

El metano es importante para la generación eléctrica ya que se emplea como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor.

Si bien su calor de combustión, de unos 802 kJ/mol, es el menor de todos los hidrocarburos, si se divide por su masa molecular (16 g/mol) se encuentra que el metano, el más simple de los hidrocarburos , produce más cantidad de calor por unidad de masa que otros hidrocarburos más complejos. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberías hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefacción y para cocinar. En este contexto se le llama gas natural. En Colombia así como en otros países emergentes, el gas natural es empleado como combustible alterno por algunos vehículos de transporte.

Usos industriales[editar]

El metano es utilizado en procesos químicos industriales y puede ser transportado como líquido refrigerado (gas natural licuado, o GNL). Mientras que las fugas de un contenedor refrigerado son inicialmente más pesadas que el aire debido a la alta densidad del gas frío, a temperatura ambiente el gas es más ligero que el aire. Los gasoductostransportan grandes cantidades de gas natural, del que el metano es el principal componente.

En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos químicos, el metano se transforma primero en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, mediante reformación por vapor. En este proceso, el metano y el vapor de agua reaccionan con la ayuda de un catalizador de níquel a altas temperaturas (700 -1.100 °C).

CH

4 + H

2O → CO + 3H

2

La proporción de monóxido de carbono frente al hidrógeno puede ser ajustada mediante la reacción de desplazamiento de gas de agua al valor deseado.

CO + H

2O → CO

2 + H

2

Otros productos químicos menos importantes derivados del metano incluyen el acetileno obtenido haciendo pasar metano a través de un arco eléctrico, y los clorometanos (clorometano, diclorometano, cloroformo, y tetracloruro de carbono), producidos por medio de la reacción del metano con cloro en forma de gas . Sin embargo, el uso de estos productos está disminuyendo, el acetileno está siendo reemplazado por sustitutos más económicos y los clorometanos debido a motivos de salud y medioambientales.

Fuentes[editar]

Fuentes naturales[editar]

El 60 % de las emisiones en todo el mundo es de origen antropogénico. Proceden principalmente de actividades agrícolas y otras actividades humanas.

La mayor fuente de metano, es su extracción de los depósitos geológicos conocidos como campos de gas natural. Se encuentra asociado a otros hidrocarburos combustibles y a veces acompañado por helio y nitrógeno. El gas, especialmente el situado en formaciones poco profundas (baja presión), se forma por la descomposición anaeróbica demateria orgánica y el resto se cree que proviene de la lenta desgasificación de los materiales primordiales situados en las partes más profundas del planeta, tal como lo demuestra la presencia de hasta un 7 % helio en ciertos yacimientos de gas natural. En términos generales, los depósitos de gas se generan en sedimentos enterrados a mayor profundidad y más altas temperaturas que los que dan lugar al petróleo.

También se puede extraer el metano de los depósitos de carbón (CMB son sus siglas en inglés) mediante la perforación de pozos en las capas de carbón, bombeando a continuación el agua de la veta para producir una despresurización lo que permite la desabsorción del metano y su subida por el pozo hasta la superficie. Con esta técnica se produce el 7 % del gas natural de los Estados Unidos, si bien puede haber problemas medioambientales debido a la bajada del nivel de los acuíferos y a la presencia de contaminantes en el agua extraída.

Los hidratos de metano o clatratos (combinaciones de hielo y metano en el fondo marino) son una futura fuente potencial de metano, si bien hasta ahora no existe ninguna explotación comercial de la misma.

Los procesos en la digestión y defecación de animales (especialmente del ganado): 17 %. Las bacterias en plantaciones de arroz: 12 %. La digestión anaeróbica de la biomasa.

Fuentes alternativas[editar]

Además de los campos de gas natural una forma alternativa para obtener metano es mediante el biogás generado por la fermentación de materia orgánica que se encuentra en los estiércoles, en los lodos de las aguas residuales, en la basura doméstica, o en cualquier otra materia prima biodegradable, bajo condiciones anaeróbicas.

El metano también se puede obtener industrialmente empleando como materias primas el hidrógeno (el cual se puede obtener mediante electrólisis) y el dióxido de carbonomediante el proceso Sabatier.

CO

2 + 4H

2 → CH

4 + 2H

2O.

Metano en la atmósfera de la Tierra[editar]

Resultado de las observaciones de metano desde 1996 a 2005 que

muestran el aumento del metano, las variacionesestacionales y la

diferencia entre loshemisferios norte y sur.

El metano es un gas de efecto invernadero muy importante en la atmósfera de la Tierra con un potencial de calentamiento de 23 sobre un período de 100 años. Esto implica que la emisión de una tonelada de metano tendrá 23 veces el impacto de la emisión de una tonelada de dióxido de carbono durante los siguientes cien años. El metano tiene un gran efecto por un breve período (aproximadamente 10 años), mientras que el dióxido de carbono tiene un pequeño efecto por un período prolongado (sobre los 100 años). Debido a esta diferencia en el efecto y el periodo, el potencial de calentamiento global del metano en un plazo de 20 años es de 63.

La concentración de metano en la atmósfera ha aumentado durante los últimos cinco mil años. La explicación más probable de este

aumento continuado reside en las innovaciones asociadas al comienzo de la agricultura, sobre todo probablemente al desvío de los ríos para el riego del arroz.4

Hace unos siete mil años, en Oriente Próximo se descubrió la técnica del regadío y luego esta práctica se extendió hasta el sureste asiático y el sur de China, creando así humedales artificiales. En estos humedales, la vegetación crecía, moría, se descomponía y emitía metano.4

La concentración de metano se ha incrementado un 150 % desde 1750 y es responsable del 20 % del forzante radiativo total de todos los gases de efecto invernadero de larga vida y distribución global.5

La concentración media de metano en la superficie de la tierra el año 1998 era de 1,745 ppb.6 Su concentración es más alta en el hemisferio norte porque la mayoría de las fuentes (naturales y antropogénicas) son mayores en ese hemisferio. Las concentraciones varían estacionalmente con un mínimo a finales del verano.

El metano se forma cerca de la superficie, y es transportado a la estratosfera por el aire ascendente de los trópicos. El aumento de metano en la atmósfera de la Tierra es controlado naturalmente (aunque la influencia humana puede interferir en esta regulación) por la reacción del metano con el radical hidroxilo, una molécula formada por la reacción del oxígeno con el agua.

Al principio de la historia de la Tierra, aproximadamente hace 3.500 millones de años, había 1.000 veces más metano en la atmósfera que en la actualidad. El metano primordial fue liberado por la actividad volcánica. Fue durante esta época cuando apareció la vida en la Tierra. Entre las primeras formas de vida se encontraban bacterias metanógenasque mediante el hidrógeno y el dióxido de carbono generaban metano y agua.

El oxígeno no fue un componente mayoritario de la atmósfera hasta que los organismos fotosintéticos aparecieron más tarde en la historia de la Tierra. Sin oxígeno al metano podía permanecer en la atmósfera más tiempo y además en otras concentraciones que en las actuales condiciones.

Emisiones de metano[editar]

Houweling y cols. (1999) dan los siguientes valores para las emisiones de metano (Tg/a: teragramos por año):6

Concentraciones medias de metano globales (NOAA).

Origen

Emisiones de CH4

Masa (Tg/año)

Porcentaje (%/año)

Total (%/año)

Emisiones naturales

Humedales (incl. arrozales)

225 83 37

Termitas 20 7 3

Océano 15 6 3

Hidratos 10 4 2

Total Natural 270 100 45

Emisiones antropogénicas

Energía 110 33 18

Basureros 40 12 7

Ganadería de Rumiantes(bovinos)

115 35 19

Tratamiento de desechos 25 8 4

Combustión de Biomasa 40 12 7

Total Antropogénico 330 100 55

Sumideros

Suelos 30 5 5

OH Troposférico 510 88 85

Pérdida estratosfèrica 40 7 7

Total sumideros 580 100 97

Emisiones - Sumideros

Desequilibrio (tendencia) +20 ~2.78 Tg/ppmm+7.19

ppmm/a

Casi la mitad de la emisión total se debe a la actividad humana.5 Las plantas (p. ej. los bosques) han sido recientemente identificadas

como una importante fuente de metano. Un artículo reciente ha calculado unas emisiones anuales de 62-236 millones de toneladas y que esta nueva fuente puede tener implicaciones importantes.7 8 Sin embargo, los autores también señalan que sus descubrimientos son preliminares respecto a la importancia exacta de esta emisión de metano.9 Las medidas a largo plazo del metano por laNOAA muestran que el aumento de metano en la atmósfera ha disminuido de manera drástica, después de casi triplicarse desde la época preindustrial.10 Se cree que esta reducción se debe a la disminución de las emisiones industriales y a la sequía en las zonas de humedales.

Liberación repentina de los clatratos de metano[editar]

A altas presiones como las que existen en el fondo del océano, el metano forma un clatrato sólido con el agua, conocido como hidrato de metano. La cantidad de metano que se encuentra atrapada con esta forma en los sedimentos oceánicos es desconocida pero posiblemente sea muy grande, del orden del billón de toneladas.

La hipótesis del «fusil de clatratos» es una teoría que sugiere que si el calentamiento global produce un aumento de la temperatura suficiente de estos depósitos, todo este metano se podría liberar repentinamente a la atmósfera. Debido a que el metano es veintitrés tres veces más potente (para el mismo peso, en un periodo de 100 años) que el dióxido de carbono como gas de efecto invernadero, amplificaría de manera inmensa el efecto invernadero, calentando la Tierra hasta niveles sin precedentes. Esta teoría serviría también para explicar la causa del rápido calentamiento global en el pasado lejano de la Tierra, como en el máximo térmico del Paleoceno-Eoceno hace 55 millones de años.

Emisión de metano desde turberas[editar]

Aunque menos dramáticas que las de los clatratos, pero ya produciéndose, es un aumento en las emisiones de metano por parte de las turberas mientras el permafrost se funde. Aunque los registros del permafrost son limitados, en años recientes (1999 y 2001) se han batido los récords de deshielo en el permafrost en Alaska y Siberia.

Las medidas recientes en Siberia también muestran que el metano liberado es cinco veces mayor que las estimaciones previas.11

Mecanismos de eliminación[editar]

El principal mecanismo de eliminación de metano de la atmósfera es mediante la reacción con el radical hidroxilo, el cual se forma por el bombardeo de los rayos cósmicos sobre las moléculas de vapor de agua.

CH

4 + ·OH → ·CH

3 + H

2O

Esta reacción en la troposfera da al metano una vida de 9,6 años. Dos sumideros más son el suelo (160 años de vida) y la pérdida estratosférica por la reacción con los elementos químicos ·OH, Cl y O (2D) en la estratosfera (120 años vida), dando lugar a una vida neta de 8,4 años.6

El metano en Marte[editar]

La presencia demostrada de metano en Marte constituye todavía un misterio y es un posible signo de vida en Marte. La variación estacional de este gas en la atmósfera marciana sugiere que hay una fuente activa de origen geológico o biológico.

Syrtis Major es una de las regiones del planeta rojo donde se origina el metano.

El metano en Marte se descubrió en el año 2003 y aparece en la atmósfera marciana en una proporción de 10 partes por 1.000 millones dentro de una atmósfera que en un 95 % es de dióxido de carbono.

La sonda europea Mars Express confirmó la presencia permanente de metano que dada la degradación fotoquímica que sufre, solo se puede explicar si hay una fuente renovable de este gas.

El origen del metano marciano puede ser geológico (volcánico, aunque sin evidencias de volcanes superficiales) o biológico. En este segundo caso deberían ser microbios anaerobios que quizá podrían vivir bajo la superficie en una posible agua líquida.

Según publicó la revista Science en enero de 2009, se han empleado detectores de infrarrojos desde telescopios terrestres y se ha podido observar la evolución del metano a lo largo de tres años marcianos (equivalentes a 7 años terrestres ) y se ha visto que el metano muestra variaciones en el tiempo y acumulación en ciertas regiones.

Concretamente se ha visto que la fuente principal contenía 19.000 toneladas con una emisión por segundo de 600 gramos.

La vida media del metano en Marte es muy corta, de cuatro años terrestres, y quizás lo degradan oxidantes presentes en el polvo flotante.

Una hipótesis apunta a la presencia de microbios bajo el hielo marciano, donde la radiación podría producir hidrógeno a partir de agua líquida y el CO2 proporcionar el carbono para producir finalmente metano.

El rover marciano MSL, más conocido como "Curiosity", está equipado con sistemas para medir metano y determinar qué isótopo de carbono contiene. En caso de tratarse de carbono-12, sería biológico.

Fuentes de metano[editar]

Los orígenes principales de metano son:

Descomposición de los residuos orgánicos por bacterias.

Fuentes naturales (pantanos): 23 %.

Extracción de combustibles fósiles: 20 % (el metano

tradicionalmente se quemaba y emitía directamente. Hoy día

se intenta almacenar en lo posible para reaprovecharlo

formando el llamado gas natural).

Los procesos en la digestión y defecación de animales. 17 %.

(Especialmente del ganado).

Las bacterias en plantaciones de arroz: 12 %.

Digestión anaeróbica  de la biomasa.

Materia viva vegetal: (Se ha descubierto que plantas y

árboles emiten grandes cantidades de gas metano).

El 60 % de las emisiones en todo el mundo es de origen antropogénico. Proceden principalmente de actividades agrícolas y otras actividades humanas. La concentración de este gas en la atmósfera se ha incrementado de 0,8 a 1,7 ppm, pero se teme que lo haga mucho más a medida que se libere, al aumentar la temperatura de los océanos, el que se encuentra almacenado en el fondo del Ártico.