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RESULTADO DE APRENDIZAJE

SE OBSERAVA LO QUE ES EL BIOGAS EL BIODIGESTOR Y LA BIOMASA Y QUE NORMAS LAS ACOMPAÑAN.

¿DEFINA QUE ES EL BIOGÁS Y CUAL ES SU COMPOSICIÓN?

El biogás viene a ser un gas combustible que se genera en dispositivos específicos o en medios naturales a partir de las diferentes reacciones de biodegradación que sufre la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos así como de otros factores en ausencia de aire.

Este gas resultante está formado por un 29% dióxido de carbono (CO2), 60 % metano (CH4), y otros gases aunque en cantidades menores que los anteriores. El principal es el metano, y es este gas el que sirve como combustible.

Se produce porque los microorganismos de los que hablábamos antes, bacterias anaeróbicas, principalmente, pueden alimentarse de la materia orgánica, y el producto de su digestión son estos gases que comentamos antes. Todo esto se hace en ausencia de oxígeno.

La materia orgánica de la que hablamos puede ser desechos de la agricultura, estiércol, desechos municipales, desechos de comidas, vegetales, etc. Materiales biodegradables, que pueden fermentar tras la acción de las bacterias.

EXPLIQUE CUALES SON LAS VARIABLES DE LA BIOMASA

Biomasa natural

La biomasa natural es la que se produce en ecosistemas naturales. La explotación intensiva de este recurso no es compatible con la protección del medio ambiente, aunque sea una de las principales fuentes energéticas en los países subdesarrollados.

La biomasa natural se produce sin la intervención del hombre para potenciarla o para modificarla. Se trata fundamentalmente de residuos forestales:

* Derivados de limpieza de bosques y de restos de plantaciones

* Leñas y ramas

* Coníferas

*Frondosas

Biomasa residual

La biomasa residual es la que generada en las actividades humanas que utilizan materia orgánica. Su eliminación en muchos casos supone un problema. Este tipo de biomasa tiene asociadas unas ventajas en su utilización:

* Reduce la contaminación y riesgos de incendios.

* Reduce el espacio en vertederos.

* Los costes de producción pueden ser bajos.

* Los costes de transporte pueden ser bajos.

* Evita emisiones de CO2.

* Genera puestos de trabajo.

* Contribuye al desarrollo rural.

La biomasa residual se divide a su vez en una serie de categorías que se estudian a continuación.

Excedentes agrícolas

Los excedentes agrícolas que no sean empleados en la alimentación humana pueden ser considerados utilizados biomasa con fines energéticos. Este uso de productos agrícolas utilizados en la cadena de alimentación humana ha provocado una mala fama injustificada del uso de la biomasa con fines energéticos, al haberse acusado a este uso de una subida del coste de determinados productos agrícolas que son la base de la alimentación en muchos países del tercer mundo y en vías de desarrollo.

Estos excedentes agrícolas pueden ser utilizados tanto como combustible en plantas de generación eléctrica como transformados en biocombustibles.

Cultivos energéticos

Los cultivos energéticos son cultivos específicos dedicados exclusivamente a la producción de energía. A diferencia de los agrícolas tradicionales, tienen como características principales su gran productividad de biomasa y su elevada rusticidad, expresada en características tales como resistencia a la sequía, a las enfermedades, vigor, precocidad de crecimiento, capacidad de rebrote y adaptación a terrenos marginales.

Entre los cultivos energéticos se pueden incluir cultivos tradicionales (cereales, caña de azúcar, semillas oleaginosas) y otros no convencionales (cynara, pataca, sorgo dulce) que están siendo objeto de numerosos estudios para determinar sus necesidades de cultivo.

EXPLIQUE CUALES SON LAS PRINCIPALES VARIABLES DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL BIOGAS

Reactor de mezcla completa sin recirculaciónConsiste en un reactor en el que se mantiene una distribución uniforme de concentraciones, tanto de substrato como de microorganismos (ver Figura). Esto se consigue mediante un sistema de agitación. Ésta puede ser mecánica (agitador de hélice o palas, de eje vertical u horizontal) o neumática (recirculación de biogás a presión), y nunca violenta. Esta tipología de reactor no ofrece problemas de diseño y es el más utilizado para residuos. Comparativamente a otros reactores, el tiempo de retención necesario es alto, debido a que la concentración de cualquier especie, que se mantiene en el reactor en régimen estacionario, es la misma que la que se pretende en el efluente.

Reactor de mezcla completa con recirculaciónEste sistema tiene el nombre de reactor anaerobio de contacto y sería equivalente al sistema de fangos activos aerobios para el tratamiento de aguas residuales Se comprueba que regulando la recirculación es posible conseguir tiempos de retención hidráulica más bajos que en un reactor simple de mezcla completa. Esto es a costa de aumentar el tiempo de retención de los microorganismos, gracias a su confinamiento en el sistema mediante la separación en el decantador y recirculación.Debido a la necesaria separación de microorganismos en el decantador, este sistema sólo es aplicable a aguas residuales de alta carga orgánica (aguas residuales de azucareras, cerveceras, etc.), para las que sea posible una separación de fases líquido-sólido, con la fracción sólida consistente básicamente en flóculos biológicos. Reactor con retención de biomasa, sin recirculación

Si se consigue retener bacterias en el interior del reactor, evitando la configuración de reactor de mezcla completa, es posible reducir el tiempo de retención por debajo del reactor RMC tomado como referencia. Los métodos de retención de biomasa son

básicamente dos:a) inmovilización sobre un soporte (filtros anaerobios y lechos fluidizados);b) agregación o floculación de biomasa y su retención por gravedad (reactores de lecho de lodos).

El filtro anaerobio. En este sistema las bacterias anaerobias están fijadas a la superficie de un soporte inerte —formando biopelículas—, columna de relleno, o atrapadas en los intersticios de éste, con flujo vertical. El soporte puede ser de material cerámico o plástico. Su distribución puede ser irregular y en este caso las bacterias se encuentran mayoritariamente atrapadas en los intersticios, o regular y orientado verticalmente, y en este caso la actividad es debida básicamente a las bacterias fijadas, recibiendo el nombre de lecho fijo con flujo descendente. En caso de utilizar un soporte orientado verticalmente con flujo ascendente y un sustrato lentamente degradable, con elevado tiempo de retención, la retención por sedimentación de los fragmentos de biopelícula desprendidos adquiere un efecto de importancia en la actividad del reactor.Este sistema ha sido extensamente aplicado para el tratamiento de aguas residuales de industria agroalimentaria, y existen experiencias piloto para la fracción líquida de residuos ganaderos.

El lecho fluidizado. En este sistema las bacterias se encuentran fijadas, formando una biopelícula, sobre pequeñas partículas de material inerte que se mantienen fluidizadas mediante el flujo ascendente adecuado del fluido. Para mantener el caudal adecuado, que permita la expansión y fluidización del lecho, se recurre a la recirculación (ver Figura). Igual que el filtro, puede ser aplicado a aguas residuales, especialmente de la industria agroalimentaria, y a fracciones líquidas o sobrenadante de residuos ganaderos, aunque las experiencias en este ámbito son muy limitadas.

El reactor de lecho de lodos. En este sistema se favorece la floculación o agregación de bacterias entre ellas, formando gránulos o consorcios, de forma que por sedimentación se mantienen en el interior del reactor, con la velocidad ascendente adecuada del fluido, siempre que en la parte superior exista un buen separador sólido(biomasa)/líquido/gas. El diseño más común es el Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), (ver Figura), el cual está siendo extensamente aplicado al tratamiento de aguas residuales de la industria agroalimentaria. Es el diseño más simple de entre los sistemas con retención de biomasa y el único limitante para su aplicación es que la biomasa activa granule, esto es, que forma agregados de alta densidad. Para ello es determinante la composición del agua a tratar y mantener una operación adecuada.

Sistemas discontinuosEn un sistema discontinuo, la curva de evolución temporal de la producción de biogás sigue la misma tendencia que la curva típica del crecimiento de microorganismos (latencia, crecimiento exponencial, estacionalidad y decrecimiento).Aquí el concepto de tiempo de retención no tiene sentido y se hablaría de tiempo de digestión. Para conseguir una producción de biogás cercana a la continuidad deben combinarse varios reactores discontinuos con puestas en marcha intercaladas en el tiempo. Estos reactores han sido aplicados a residuos con una alta concentración de sólidos que dificultan la adopción de sistemas de bombeo, tales como residuos de ganado vacuno con lecho de paja.

Sistemas de dos etapas

Estos consisten en un primer reactor con elevado tiempo de retención, en el cual se favorece la hidrólisis, seguido de un reactor de bajo tiempo de retención que digiere la materia orgánica disuelta y los ácidos producidos en la primera etapa.Si la primera etapa consiste en un reactor discontinuo, el líquido tratado en la segunda es el obtenido por percolación en la primera una vez recirculado el efluente de la segunda. Este sistema permite mantener fácilmente la temperatura en el reactor discontinuo, controlando la temperatura del efluente del segundo reactor.Ha sido aplicado con éxito para tratar residuos sólidos cuya etapa limitante es la hidrólisis: frutas, verduras, residuos sólidos urbanos, de ganado vacuno, etc.

Sistemas de dos fases

A diferencia de los sistemas de dos etapas, la separación de fases se refiere a mantener dos reactores en serie, en los cuales se realizan, respectivamente, las fases de acidogénesis y metanogénesis, y su objetivo es conseguir un tiempo de retención global inferior al correspondiente a un único reactor de mezcla completa.La separación es de tipo cinético, controlando el tiempo de retención de cada reactor, el cual será inferior en el primero, debido a las más altas tasas de crecimiento de las bacterias acidogénicas. Este tipo de sistema ha sido aplicado con éxito a la digestión de residuos con alta concentración de azúcares y bajo contenido en sólidos, pero no para residuos con fibras y, en general, sustratos complejos cuyo limitante es la hidrólisis.Sistemas híbridos. En general serán sistemas que combinen los conceptos que sustentan los diferentes tipos de reactores descritos. Los dos sistemas anteriores podrían considerarse como tales. También se han realizado diseños de reactores con retención de biomasa híbridos, en los cuales la parte baja de éste se comporta como un UASB y la parte superior como un filtro.

¿DEFINA QUE ES BIOMASA?

La biomasa es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y deshechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. Las plantas transforman la energía radiante del sol en energía química a través de la fotosíntesis, y parte de esta energía queda almacenada en forma de materia orgánica.

MENCIONE Y EXPLIQUE TRES ESPECIFICACIONES PARA LA NORMATIVIDAD VIGENTE Y ESTIMULOS RELACIONADOS CON EL

IMPULSO DE BIOENERGETICAS

El Artículo 2° fracción II de esta ley define a los bioenergéticos como los “combustibles obtenidos de la biomasa provenientes de materia orgánica de las actividades, agrícola, pecuaria, silvícola, acuacultura, algacultura, residuos de la pesca, domésticas, comerciales, industriales, de microorganismos, y de enzimas, así como sus derivados, producidos, por procesos tecnológicos sustentables que cumplan con las especificaciones y normas de calidad establecidas por la autoridad competente en los términos de esta Ley; atendiendo a lo dispuesto en el artículo 1 fracción I de este ordenamiento.”

VII. El transporte y distribución de bioenergéticos que se realice por ductos, así como el almacenamiento de los mismos que se encuentren directamente vinculado a los sistemas de transporte o distribución por ducto, así como las terminales de importación o distribución de dichos productos;

XXI. Ordenar las medidas de seguridad e imponer en el ámbito de su competencia, las sanciones administrativas previstas en la Ley Reglamentaria del Artículo 27 Constitucional en el Ramo del Petróleo y en la Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos, por infracciones a las disposiciones de esas leyes y sus disposiciones reglamentarias en las actividades reguladas.”

EXPLIQUE TRES CARACTERISTICAS OPERATIVAS DEL SITIO DE DISPOSICION FINAL DE ACUERDO A LA NORMA 083-SEMARNAT-2003

(monitoreo de biogás, monitoreo de lixiviados y monitoreo de acuíferos)

 4.7 Biogás: Mezcla gaseosa resultado del proceso de descomposición anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos, constituida principalmente por metano y bióxido de carbono.

 4.21 Lixiviado: Líquido que se forma por la reacción, arrastre o filtrado de los materiales que constituyen los residuos y que contiene en forma disuelta o en suspensión, sustancias que pueden infiltrarse en los suelos o escurrirse fuera de los sitios en los que se depositan los residuos y que puede dar lugar a la contaminación del suelo y de cuerpos de agua, provocando su deterioro y representar un riesgo potencial a la salud humana y de los demás organismos vivos.

4.1 Acuífero: Cualquier formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas subterráneas, que puedan ser extraídas para su explotación, uso o aprovechamiento.

EXPLIQUE EN QUE CONSISTE EL BIODIGESTOR: por lotes y continuo

Los biodigestores discontinuos o por lotes son contenedores cerrados que una vez cargados no permiten extraer o añadir más sustratos hasta que finalice el proceso completo de biodegradación y producción de biogás.  En otras palabras, el proceso finaliza cuando no se produce más biogás. Estos tipo de digestores admiten mayor carga de materiales poco diluidos,  por lo que el requerimiento de agua es menor que en los  sistemas continuos.  Otro aspecto a favor es que no son afectados por presencia de material pesado como tierra o arena. Al principio y al final del proceso la producción de biogás es marcadamente menor; Lo cual se debe a la carencia de condiciones óptimas para los microorganismos anaeróbicos al inicio y posteriormente al agotamiento de de los nutrientes para los mismos.

EXPLIQUE LOS ELEMENTOS DE ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE PLANTA PARA GENERACIÓN DE BIOGAS EN BASE A DATOS DE SE REGION

Se construyeron 10 pozos exploratorios de 2 pulgadas de diámetro y 1.5 m de profundidad, distribuidos en el interior del Relleno Sanitario, a fin de determinar la zona más apropiada para la instalación de los 3 pozos de extracción de biogás de 4 pulgadas de diámetro y 10.5 m de profundidad con sus respectivos pozos de verificación, de 1.5 pulgadas de diámetro y 2.5 m de profundidad. La determinación se llevó a cabo el 28 y 29 de mayo de 2008, para lo cual se utilizó un equipo GEM 2000. Los resultados de la determinación de metano (CH4), anhídridocarbónico (CO2), oxígeno (O2) y temperatura (°F) entre otros parámetros que fueron determinados, se presentan en el Cuadro 1-9. En la Figura 1-8 se muestran curvas de igual concentración de metano, cuya información fue utilizada para determinar las zonas con mejor producción de biogás. Adicionalmente se tomaron muestras de residuos de cada uno de los pozos exploratorios a 1 m de profundidad, para realizar el primer método de cuarteo y obtener una caracterización de residuos ya depositados en el sitio, estos resultados se muestran en el. Para la determinación de la densidad de residuos ya compactados y cubiertos se pesaron los residuos extraídos de tres pozos (PM5, PM2, PM8), los cuales tenían un volumen de perforación de aproximadamente 3 m3.

MENCIONE CUALES SON ELEMENTOS A CONTROLAR PARA LA GENERACION DE BIOGAS

Es importante controlar y medir ciertos parámetros en los biodigestores para poder determinar la eficiencia en la operación y poder realizar rectificaciones al proceso. Si no se tiene una medición y control de los parámetros es imposible determinar si un biodigestor está operando correctamente. Los parámetros operativos más importantes que se deben medir y registrar en un biodigestor-biogás son los siguientes.

•Cantidades de biomasa con que se alimenta al biodigestor

•Volumen de la producción de biogás en (m3/h)

•Concentración de CH4 (%)

•Concentración de O2 (%)

•Concentración de H2S (ppm, mg/l)

•Temperatura, pH, humedad

•Presión en el biodigestor y tuberías

EXPLIQUE EN QUE CONSISTE UN ESTUDIO DE LAS ACTIVIDADES AGRICOLAS Y GANADERAS DE SU REGION

El Estado cuenta con 1’525,263 has. de uso agrícola, de las cuales 551,762 son de riego y 973,501 son de temporal.

El ciclo Otoño-Invierno es uno de los más importante ya que se siembran la mayor cantidad de hectáreas, en el ciclo 2012-2013 se sembraron 817,020 Ha, los principales cultivos de este ciclo son: Sorgo Grano, Maíz Grano, Okra, Cebolla, Cártamo, Tomate Rojo y Chile Verde entre otros.

El periodo de siembras en este ciclo inicia en el mes de octubre y termina en marzo del año siguiente, las cosechas inician en diciembre y terminan en el mes de septiembre del año siguiente.

El ciclo Primavera-Verano por lo general tiene mayor importancia en el centro y sur de nuestro Estado, durante el ciclo Primavera-Verano 2013 se sembraron 414,388 Ha, destacando los siguientes cultivos como lo son: Sorgo Grano, Maíz Grano, Soya, Frijol, Chile Verde, Sorgo Forrajero en Verde, Tomate Rojo y Tomate Verde.

En este ciclo su periodo de siembras comienza en el mes de abril y finaliza en septiembre del mismo año, y las cosechas inician en junio y concluyen en el mes de marzo del año subsecuente.

Tamaulipas en el ciclo Perennes 2013 alcanzó una siembra de 182,767 Ha. algunos de los principales cultivos en este ciclo son la Caña de Azúcar, Naranja, Limón, Toronja, Mandarina, Nopal, Tuna, Agave, Henequén Verde, Sábila y Pastos.

En el ciclo Perennes por lo general los cultivos se cosechan entre los meses de enero a diciembre. Hay que recordar que los cultivos perennes se refiere a frutales y plantaciones con vida útil de 2 a 30 años aunque hay especies con mucha mayor edad que pueden llegar hasta 100 años que pueden estar en producción. Si desea más información puede consultar el Avance mensual agrícola y el Anuario Agrícola.

Ganadería

En Tamaulipas existen 4’977,699 hectáreas de superficie pecuaria, de las cuales 1’240,507 son de temporal y uso intensivo y 3’737,192 son de agostadero o de uso extensivo.

El Estado produce 72,566 Ton de carne en canal de especies Bovino, Porcino, Ovino, Caprino y Ave. Además también se producen 27,772 litros de leche de Bovino y Caprino (miles de litros).

Otros productos pecuarios de los cuales se destaca en la producción es la cera con 29 toneladas, en Huevo para plato con 226 toneladas y Miel con 617 toneladas.