Curso Bdg Fmm-xoch

II.- Diseo, Dimensionamiento y Construccin de Sistemas de BiodigestinoAbril 2013

Diseo, Dimensionamiento y Construccin de Sistemas de Biodigestino gsTemario

2.5 .-Aspectos Geogrficos y de ubicacin del biodigestor2.6.- Seleccin del Tiempo de Retencin Hidrulico 2.7.- Clculo del Volumen del Biodigestor2.8.- Metodologas para el clculo de la produccin de biogs2.9.- Obra Civil (Excavacin, clculo del talud adecuado, compactacin, formacin de coronas)2.10.- Diseo de tuberas de conduccin de influentes, efluentes y biogs2.11.- Instalacin de Geomembrana en Biodigestores (Principios, Tecnologas y Operacin)2.12.- Diseo de quemadores de biogs y filtros de retencin de H2S2.13.- Sistemas Auxiliares (Separador de Slidos, Agitadores, Fosa de Mezclado)

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORAspectos Geogrficos

Depende de la ubicacin del agronegocioLas condiciones geogrficas inciden en la temperaturaLa temperatura incide en los procesos de degradacin de los slidos voltiles y la produccin del biogs.

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORRestricciones para la Ubicacin del Sitio

Evitar la cercana de aerdromos de servicio pblico o aeropuertos.No ubicarlo dentro de reas naturales protegidas.Se deber instalar a una distancia mnima de 500 m de cualquier ncleo poblacional. No ubicarlo en zonas de marismas, manglares, esteros, pantanos, humedales, estuarios, planicies aluviales, fluviales, recarga de acuferos, zonas arqueolgicas, fracturas o fallas geolgicas.

ASPECTOS GEOGRFICOS Y DE UBICACIN DEL BIODIGESTORRestricciones para la Ubicacin del Sitio

La distancia con respecto a cuerpos de aguas superficiales con caudal continuo, lagos y lagunas, debe ser de 500 m como mnimo.Se deber localizar fuera de zonas de inundacin.La distancia entre el lmite del sistema y cualquier pozo de extraccin de agua, deber ser de al menos 500 m.El manto fretico o aguas subterrneas, debern encontrarse a una profundidad de al menos 7 metros, para asegurar una distancia mnima entre estas y el fondo del biodigestor de al menos 3 metros.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR

Clculo del volumen del biodigestor

El volumen de operacin nominal, estar basado en dos parmetros:

La tasa de carga diaria de slidos voltiles (VS) por 1000 m3

El tiempo de retencin hidrulica mnima (TRH) adecuada para alcanzar el 60% de destruccin de los slidos voltiles

Aplicar el que sea mayor

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORLa tasa mxima de carga diaria de slidos voltiles (Kg VS/1,000 m3/dia)

CALCULO DEL TIEMPO DE RETENCIN HIDRULICAEl HRT mnimo se selecciona entre los valores listados en el mapa



Considerar la relacin existente entre el flujo volumtrico del influente (carga orgnica) y el tiempo de Retencin determinado.

El volumen del digestor debe ser igual al volumen del material a degradar, multiplicado por el tiempo de retencin necesario y un volumen adicional para el almacenamiento del biogs, que puede ser el recomendado y comnmente utilizado en diseo de reactores, el cual indica un 20% adicional al volumen de operacin.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo:

Material: 10 m3/da de estircol fresco Disolucin: 1:9 Material a biodegradar: 100 m3 Tiempo de digestin: 30 das Volumen: 100 x 30 = 3,000 m3El volumen adicional para el gas (20 a 30%) en el caso de tipo laguna cubierto, lo da la geomembrana.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTORPara realizar el proyecto tcnico-ejecutivo, el clculo se debe de efectuar de acuerdo a los resultados obtenidos de pruebas de laboratorio.Disear por:

Tiempo de digestin Cargo orgnica aplicada al sistema.

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREn el primer caso se obtiene, mediante la expresin:

Volumen del Biodigestor = x QTiempo de digestin () = V/QDonde:

= Tiempo de digestin en dasV = Volumen del digestor (m3)Q = Cantidad diaria de estircol suministrada al digestor (m3/d.).

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREn el segundo caso se obtiene, mediante la expresin:

Carga (kg. SV/ m3 d.) = Q. So VDonde:

So = Concentracin de SV en el estircol (Kg./ m3)SV = Slidos voltiles Q = Cantidad diaria de estircol suministrada al digestor (m3/d.). V = Volumen del digestor (m3)

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo de clculo:

No de Cerdos: 5000 animales

Produccin de estircol : 3.55 Kg/animal da Cantidad de estircol total (Kg/da) = 5000 x 3.55 = 17,750 Kg/da

Densidad del estircol: 961 Kg/m3

Volumen de estircol total = 17,750/961 = 18 m3/da

CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOREjemplo de clculo:

Disolucin: 1:9

Volumen de material a biodegradar: 18/0.1 = 184.7 m3/da Tiempo de digestin: 30 das

Volumen del biodigestor = 30 x 184.7 = 5,541.1 m3

Volumen de seguridad = 20%

Volumen final del biodigestor = 5,541.1 x 1.2 = 6,649.32 m3



El dimensionamiento geomtrico del sistema se calcula a partir del volumen total del biodigestor,

Utilizando la ecuacin con la que se estima el volumen de un cuerpo geomtrico de forma trapezoidal (pirmide invertida).

METODOLOGAS PARA EL CLCULO DE LA PRODUCCIN DE BIOGS

A) De manera general, para determinar la produccin de biogs, se podr utilizar la siguiente ecuacin*.

*Que recomienda el Panel Intergubernamental de Cambio Climtico, en su documento 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas InventoriesDonde:Yv = Produccin diaria de metano por volumen de influente l/l. VS = Concentracin de Slidos Voltiles Totales (TVS) en g/l de influente por da. Bo = Ultimo rendimiento de metano, l/g de TVS en % R = Tiempo de retencin en das. M= Velocidad mxima de crecimiento microbiano t-1 (max). K = Parmetro cintico relacionado al consumo de sustrato (adimensional).


B).- Utilizar el resultado del anlisis cuantitativo de Carbono Orgnico Total.

Las variables involucradas:

COU = Carbono Orgnico Utilizable [=] mg/Lbio = Densidad del biogs [=] kg/m3VI = Volumen de Influente [=] m3RS = Relacin de Agua en Funcin a los Slidos [=] PartesCOI = Carbono Orgnico Utilizable capaz de convertirse en biogs, presente en el Influente [=] kgVBM = Volumen Mximo de Biogs [=] m3


Se deber de realizar la estimacin del volumen del influente

Considerar el volumen del agua requerida por el proceso de limpieza y traslado al biodigestorUtilizar ese dato en la siguiente ecuacin:

COI = COU VI

El Volumen de Produccin de Biogs Mximo (VBM) se estima de acuerdo a la ecuacin que a continuacin se indica:

VMB = COI/ bio


C).- Utilizar La metodologa MDL que determina las emisiones en TCO2e/ao y despejar el biogs.

By = ((UFb )(B0LT)(NLTy)(VSLTY)(MS%BLJ))/%CH4

Donde:By = Biogas producido anual (m3/ao)UFb = Factor de correccin del modelo para calcular el modelo de incertidumbre (0.941)B0LT = Pot de prod. max. de metano de slidos volatiles generados por tipo de animal (m3 CH4/Kg)NLTy = Promedio anual de animales tipo LT en el aoMS%BLJ = Fraccin de manejo de estircol en la lnea base del sistema de manejo de estircol por animal%CH4 = Porcentaje de contenido de metano en el biogs


Anlisis para vacas, considerando factores de Norteamrica, tomados de las tablas 10A-4 a 10A-9, del volumen 4 de la Gua para inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)

Geometra del biodigestor tipo laguna

Tipo pirmide trunca invertida

CUBIERTA

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Antes de iniciar cualquier actividad, se recomienda realizar un estudio de mecnica de suelos que debe contener al menos:La capacidad de carga del sueloLa estratigrafa del subsueloClculo para la estabilidad de taludesSondeos del subsuelo, no menores a 10 m, para la determinacin del nivel del manto fretico.

Lo anterior permite conocer el tipo de suelo para la excavacin


Tambin se deber determinar : Desnivel del ltimo registr a la tubera de influente. Para ahorrar energa y si el sitio lo permite, se utilizarn desniveles para aprovechar la gravedad ( considerar como mnimo el 1% de desnivel).


ExcavacionesSe deber iniciar a construccin con los trazos y nivelaciones del terreno y lneas de influente y efluente.En caso de ser necesario, se deber localizar el banco de material, lo mas cerca posible al sitio de excavacinSe recomienda excavar por capas , con un mximo de hasta 3 m.El material retirado se deber acarrear a sitios ubicados a no mas de 1,500 m


Calculo de TaludesEl talud de las paredes del biodigestor deber de ser 1:3 y no mayor de 1:1 para la colocacin de geomembrana.

Si los taludes aumentan a 1:1 las paredes se volvern inestables aun teniendo una compactacin del 80% proctor;

Si es menor de 1:3 por el espacio que se requerir.

Se recomienda que el talud interno del digestor sea de 1:1.5 y el exterior de 1:2.


Calculo de Taludes

11111.53

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Compactacin de plantillas y taludes

La plantilla se deber compactara mediante bailarinas. Cuadrando perfectamente en ngulos de 90 grados. Sin ningn tipo de bordo o piedra para evitar problemas en la colocacin de liner.

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Compactacin de plantillas y taludes

La parte superior del digestor estar cuadrado sin hacer medios crculos en las esquinas para mejor calidad en las uniones de liner y evitar mayor merma en el plstico.

Los taludes se compactaran mediante medios manuales, mojando la superficie, compactndola con barras de acero y cepillando con rastrillo para pavimentos dejando la superficie sin bordos o piedras que puedan lastimar la geomembrana en su colocacin.

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)La corona

Tendr una compactacin del 85% al 90% proctor,

Se dar el compactado mediante bailarinas.

El ancho ser de un mnimo de 3.5 mts (libre de tuberas, registros, salida de gas, etc.,) a cada lado para el transito de maquinaria.

OBRA CIVIL (EXCAVACIN, CLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIN, FORMACIN DE CORONAS)Zanja perimetral para anclaje de la Geomembrana A un metro de distancia del inicio del talud, con un ancho de 50 cms y 90 cms de profundidad

Ahogada en concreto de f`c = 150kg/cm2, con un espesor de 40 cms.

Se rellenara con tierra producto de la misma excavacin y se compactara con medios mecnicos.

DISEO DE TUBERIAS DE CONDUCCIN DE:INFLUENTESEFLUENTESBIOGS

De especificaciones tcnicas (influente y efluente)

La tubera del influente ser instalada para conectar el tanque de mezclado con la entrada de alimentacin del biodigestor.La tubera ser dimensionada en funcin a las caractersticas:Gasto diario del influente (m3/hr, l/hr).De acuerdo a propiedades:Termodinmicas, Fsicas, (Tamao de partculas), Clculo del dimetro de la tubera, para permitir el flujo deseado en el diseo del biodigestor.

El material de la tubera ser PVC, cedula 40.

Deber contar con un registro que permita verificar el flujo y proporcione acceso al interior de la tubera en caso de taponamientos.

Cuando la instalacin de la tubera, requiera de cambios de direccin, no se deber colocar codos mayores a 45.

Si fuera necesario hacer giros de 90, se debern colocar dos codos de 45, con una separacin de 50 cm como mnimo entre cada codo (cadas de presin).

Se deber hacer un registro, en cada desviacin o conexin, fabricado de 1m x 1m x 1m de block pulido en el interior, con base de concreto y deber contar con una tapa de concreto de f`c = 150 kg/cm , en dos hojas para su fcil manejo para la supervisin.

La instalacin de la tubera se deber colocar dentro de una zanja sobre una cama de arena nivelada perfectamente, con una pendiente mnima del 1%

Se proteger y se rellenar la zanja con material producto de la excavacin para la proteccin de la tubera. y como acabado final se realizar una adecuada compactacin.

La conexin de la tubera con la geomembrana o sistemas de soporte debern ser impermeabilizadas con el mismo material de la geomembrana para lograr su fijacin y sellado.

Para asegurar el sello hidrulico dentro la laguna del digestor, la tubera deber de tener una inclinacin necesaria, la cual es posible hacer poniendo un tubo con una inclinacin de 45, en la parte final, colocndolo 1 metro por debajo del espejo del fluido.

De especificaciones tcnicas (biogs)La tubera se debe seleccionar con el espesor de pared suficiente para soportar la presin de diseo del digestor, y en su caso, resistir cargas externas previstas.

Cada componente de la tubera deber de ser diseada para resistir las presiones de operacin y las caractersticas termodinmicas del gas, a efecto de que estas operen adecuada y eficientemente en el momento de mxima demanda de biogs.

Para el caso de las tuberas de conduccin de biogs, en especfico por el contenido de metano que tendr el sistema, se considerar lo establecido en el apartado 5.1 de la NOM-003-SECRE-2002.

Como referencia, la tubera de conduccin de biogs ser de PVC, polietileno de alta densidad, polipropileno o cualquier otro material que resista la corrosin con RD 26 o equivalente en dimetros de 3 a 12 dependiendo del volumen de biogs.

Dependiendo del material de estas tuberas, se seguir lo establecido en los lineamientos considerados en la NOM-003-SECRE-2002, para cada uno de estos materiales.

El dimetro de la tubera tambin estar en funcin de la distancia a recorrer desde el punto en el que se origine el biogs hasta el punto en el que se la dar el uso final.

Se deben instalar soportes adecuados que garanticen la inmovilidad de la tubera y en zonas con alto flujo de personal o equipo se deben instalar tuberas subterrneas con la debida sealizacin.

Se debern identificar la tubera con color amarillo e indicar el sentido del flujo del biogs.

Se debern instalar trampas de humedad para remover el agua en todos los puntos bajos o tiros verticales de tubo de conduccin de gas.

De especificaciones tcnicas (bioslidos)Se deber instalar la tubera de extraccin de slidos, para remover el material sedimentado en el interior del digestor debido al proceso, para evitar que se llegue a azolvar y que disminuya el volumen de operacin del biodigestor.

Se localizar a 60 cm de profundidad sobre la corona y a 1 m del inicio del talud. Ser de tubera PVC hidrulico de cd 40.

Correr paralelamente a la pared interior del biodigestor llegando a la plantilla para poder extraer los slidos de la parte inferior.

Todas las tuberas de extraccin de slidos estarn desplantadas en la plantilla sobre soportes que no daen la geomembrana de la base.

Sobre la corona se dejar una conexin roscada para la colocacin de una bomba de preferencia elctrica, con una capacidad de acuerdo al volumen de lodos a extraer.

Para el bioproceso (digestin anaerobia en digestores tipo laguna)

Objetivos del Diseo de Tuberas:

Disear sistemas de transporte de cierta cantidad de algn fluido desde el punto fuente hasta el destino deseado con las especificaciones de los conductos, vlvulas, accesorios y sistema de bombeo adecuado.

Especificar el tamao deseado de las tuberas o tubos para transportar una tasa de flujo de un fluido a una velocidad especifica.

Definir:

El tipo de fluido que circula.El propsito del sistema.La clase de conducto o tubo que se emplea y el material con que esta hecho.El tamao del conducto o tubo y sus eventuales cambios.Cualquier cambio en la elevacin del fluido.Informacin acerca de la presin en el fluido en cualquier punto.

FLUJO VOLUMTRICOTasas comunes de flujo volumtrico para distintas clases de sistema.Flujo Volumtrico(m3/h)(L/h)(Gal/min)0.9-7.515-125Bombas recprocas que manejan fluidos pesados y compuestos acuosos de lodo.4-330.60-6.010-100Sistemas hidrulicos de aceites industriales.3-306.0-36100-600Sistemas hidrulicos para equipos mviles.30-1502.4-27040-4500Bombas centrifugas en procesos qumicos.10-120012-240200-4000Bombas para control de flujos y drenajes.50-10002.4-90040-15000Bombas centrifugas para manejar desechos de minera.10-4000108-5701800-9500Bombas centrifugas de sistemas contra incendios.500-2500

Cmo determinamos el flujo volumtrico, msico y en peso:

Q = Flujo volumtrico (=) m3/sQ = (A)()Donde: A = rea de la seccin (Tubera) (=) m2 = Velocidad promedio del flujo (=) m/sM = Flujo msico (=) kg/sM = ()(Q)Donde: = Densidad del Fluido (=) kg/m3W = Flujo en peso (=) N/sW = ()(Q) = Peso Especifico del Fluido (=) N/m3

Ecuacin de Continuidad:

1 A1 1 = 2 A2 2

Tuberas y Tubos Disponibles Comercialmente:

Es responsabilidad del diseador especificar los ductos y tubera para una aplicacin en particular, debido a que esto tendr una influencia significativa en:

El costo.En la duracin.En la seguridad.En el rendimiento del sistema.

El diseador puede hacer uso de herramientas normativas, cdigos y estndares establecidos por instituciones u organizaciones gubernamentales como:

American Water Works Association (AWWA)American Fire Sprinkler Association (AFSA)National Fire Protection Association (NFPA)ASTM International (ASTM)Intenational Association of Plumbing and Mechanical Officials (IAMPO)International Organization for Standardization (ISO)

Tipos de Tubera Comerciales (Seleccin):

Tubera de Acero.Tubos de Acero.Tubos de Cobre.Tubos de Hierro Dctil.Tuberas y Tubos de Plstico.Manguera Hidrulica.

Tubos de cobre (posibilidad para conduccin de biogs)Existen seis tipos de tubos de cobre, la seleccin de alguno de ellos depende de:

La aplicacin.Consideraciones ambientales.Presin del fluido.Propiedades del fluido.

Tipos de Tubos de Cobre:Tipo K: Se emplea para el servicio con agua, combustibles, gas natural y aire comprimido.Tipo L: Similar al tipo K, pero con un espesos de pared menor.Tipo M: Similar a los tipos K y L, pero con espesor de pared ms pequeo; es preferible para la mayora de servicios hidrulicos y aplicaciones de calor a presiones moderadas.Tipo DWV: Se utiliza en drenaje, desechos y ventilacin en sistemas de plomera.Tipo ACR: Acondicionamiento de aire, refrigeracin, gas natural, gas licuado de petrleo (LP) y aire comprimido.Tipo OXI/MED: Se emplea para la distribucin de oxigeno o gases medicinales, aire comprimido en la medicina y aplicaciones de vacio. Hay disponibles tamaos similares a los tipo K y L, pero con procesamiento especial para poseer una limpieza mayor.

Caractersticas de los Tubos de Cobre:

Estirado en frio (el ms rgido y fuerte) .Conserva una forma recta.Soporta mayores presiones.

Tubera Recocida:Utilizada en serpentines y adopta incluso otras formas especiales.

Los tamaos nominales o estndar de los tipos K, L, M, y DWV son de 1/8 de pulgada menor que el dimetro exterior real.

Los espesores de pared son diferentes para cada tipo, de modo que varan el dimetro interior y las reas de flujo (Suele conocerse a este sistema como Tamaos de tubo de cobre; CTS, por sus siglas en ingls).

El tamao nominal para la tubera tipo ACR es igual al dimetro exterior.(Apndice H del MOTT; 2006):

Dimensiones de los tubos de acuerdo a tipo, con dimetros interiores y exteriores.B) Espesor de pared y rea de flujo en unidades del SI.

Tuberas y tubos de plstico (opcin para influentes y efluentes; agua y bioslidos)

Verstiles aplicaciones debido a:

Peso ligeroFacilidad de instalacinResistencia a la corrosin y a los productos qumicosCaractersticas de flujo sobresalientes.

Usos:Distribucin de agua, gas, drenaje y aguas residuales.Produccin de petrleo y gas.Minera y muchas ms aplicaciones industriales.

Variedades de Plstico:Polietileno (PE)Polietileno Trenzado (PEX)Poliamida (PA)Polipropileno (PP)

Cloruro de Polivinilo (PVC)Cloruro de Polivinilo Clorado (CPVC)Polivinilo Fluorado (PVDF)Vinilo y Nylon.

Este tipo de tuberas, tambin se adecua a los estndares de tamao especial, existentes para tuberas de hierro y cobre del mercado como:

Tubera de Hierro (IPS)Tubera de Hierro Dctil (DIPS)Tubera de Cobre (CTS)

Para lo anterior es necesario confirmar los datos especficos del fabricante, para los dimetros exterior (OD), interior (ID), espesor de pared y rea de flujo.

Sin embargo, otros sistemas de tubos de plstico utilizan:

Relacin de Dimensin interior Estndar (SIDR) Relacin de Dimensin Estndar (SDR).

SIDRSe basa en la razn del dimetro interior promedio especificado al espesor de pared mnimo especificado (ID/t). Se utiliza donde el dimetro interior es crucial para la aplicacin.El ID permanece constante y los cambios del OD, y con el espesor de pared se adecuan a presiones diferentes y a consideraciones estructurales y de manejo.

SDRSe basa en la especificacin del dimetro exterior promedio especificado al espesor de pared mnimo especificado (OD/t).El OD permanece constante y varan el ID y el espesor de la pared.Este sistema es til, debido a que la calificacin de la presin del tubo se relaciona de manera directa con esta relacin.Ejemplo: Para las tuberas de plstico con rgimen de esfuerzo de diseo hidrosttico 1250 psi (11 MPa), los regmenes de presin para distintos grados SDR son los siguientes:

SDRRegmenes de Presin 2650 psi (345 kPa)2162 psi (427 kPa)1780 psi (552 kPa)13.5100 psi (690 kPa)

Estos regmenes de presin son para agua a 73 F (23 C). En general, las tuberas y tubos de plstico se especifican hasta 250 psi (1380 kPa).

Velocidad de flujo recomendable en tuberas y ductosFactores que influyen para lograr una velocidad de flujo satisfactoria en los sistemas de fluido:

Tipo de tubera o tubo.La cada de presin que puede tolerarse.Los dispositivos (Bombas, vlvulas y accesorios), que han de conectarse a la tubera o tubo.Temperatura.Presin.Ruido.

Cmo funciona:

La velocidad de flujo se incrementa conforme disminuye el rea en la trayectoria del flujo. Las perdidas de energa y la cada de presin correspondiente aumentan en forma espectacular conforme se incrementa la velocidad de flujo (mantener bajas las velocidades).Establecer limites de velocidad de flujo de acuerdo a costos.

Para Lneas de Succin y Descarga:

Especificar el tamao de las tuberas, como funcin del flujo volumtrico para sistemas comunes de distribucin de fluidos por medio de bombas.

Considerando:

Datos de un anlisis de flujo volumtrico especificado para muchas bombas volumtricas disponibles comercialmente, cerca de su punto de eficiencia mayor, y teniendo en cuenta el tamao de las conexiones de toma y descarga.

(Figura 6.2, Pg.. 162, Moot; 2006)

Lneas de Succin, Descarga y RetornoSuccin: Las lneas de succin que abastecen una bomba, es necesario mantener un perfil de velocidad baja.

Garantizar un llenado apropiado de los pasajes en la entrada de la succin.Se limitaran perdidas de energa en la lnea de succin.Se mantendr elevada la presin de la bomba. Buen paso del fluido.Las presiones bajas pueden provocar un dao conocido como cavitacin, que origina ruido excesivo, rendimiento muy degradado y erosin acelerada de la bomba y las superficies impulsoras.

Lo anterior a menos que existan dificultades como:

Espacio disminuido.Costo o compatibilidad con una conexin dada de la bomba.

Si especificamos un tamao ligeramente mayor o menor de que planteamos originalmente, no se afectara demasiado el rendimiento del sistema; en general debe preferirse el tamao ms grande de tubera para lograr una velocidad baja.

Descarga:La lnea de descarga conduce un fluido a alta presin de la salida de la bomba a componentes de trabajo como los actuadores o los motores de fluido. Retorno:La lnea de retorno, transporta de regreso al deposito el fluido de los actuadores, vlvulas de alivio de presin o motores de fluido.

Velocidades de Flujo Recomendables para sistemas de fluidos de potencia de acuerdo a tipo de servicio:

Tipo de ServicioRango Recomendado de Velocidadpie/sm/sLneas de Succin2-40.6-1.2Lneas de Retorno4-131.5-4Lneas de Descarga7-182-5.5

Las perdidas de energa.Las presiones en puntos crticos del sistema.La energa requerida en la bombaCosto de ciclo de vida.Es responsabilidad del proyectista especificar los tamaos finales del ducto para lograr un rendimiento razonable bueno al tomar en cuenta:

Las velocidades de flujo que resultan de los tamaos recomendados, por lo general son ms pequeos para tuberas chicas que para grandes, como se muestra a continuacin:

Flujo VolumtricoLnea de SuccinLnea de Descargagal/minm3/hTamao de tub. (pulg)VelocidadTamao de tub. (pulg)VelocidadPies/sm/sPies/sm/s102.313.71.16.01.810022.72 6.72.029.62.950011458.02.43 16.24.92000454812.83.9622.26.8

Ecuacin de Bernoulli

La dinmica de los fluido a travs de conductos o tuberas, resulta de suma importancia en los procesos ingenieriles de diseo.La ecuacin de Bernoulli, basada en el principio de conservacin de la energa, es la herramienta fundamental para tomar en cuenta los cambios en el flujo volumtrico o msico de algn sistema.P1/ + z1+ 12/2g = P2/ + z2 + 22/2g Donde:P/ = Carga de la presinz = Carga de la elevacin2/2g = Carga de la velocidad

CARGA TOTALCada termino de la ecuacin es una forma de energa que posee el fluido por unidad de peso del fluido que se mueve en el sistema.

La ecuacin se utiliza para determinar los valores de:

Carga de Presin.Carga de Elevacin.Cambio de la Carga de Velocidad.

De acuerdo al fluido que circula a travs de la tubera.

La ecuacin toma en cuenta los cambios en la carga de elevacin, presin, y carga de velocidad entre dos puntos en un sistema de flujo de fluidos.

Se supone que no hay perdidas adicionales de energa entre los dos puntos, por lo que la carga total permanece constante.

Condiciones en Cuanto a Presin:

Las presiones en los dos puntos de referencia, deben expresarse ambas como presiones absolutas o manomtricas (misma presin de referencia).Es recomendable utilizar la presin manomtrica, debido a que algunas partes del sistema de fluidos expuesta a la atmosfera tendrn una presin manomtrica igual a cero.As mismo, a la mayora de las presiones se les mide por medio de un medidor con respecto a la presin atmosfrica local.

Restricciones de la ecuacin de bernoulliAunque la ecuacin es aplicable a bastantes problemas prcticos, hay limitaciones que debemos conocer, a fin de aplicarla con propiedad:Es valida solo para fluidos incompresibles, porque se supone que el peso especifico del fluido es el mismo en las dos secciones de inters.No puede haber dispositivos mecnicos que agreguen o retiren energa del sistema entre las dos secciones de inters, debido a que la ecuacin establece que la energa en el fluido es constante.No puede haber trasferencia de calor hacia el fluido o fuera de este.No puede haber perdida de energa debido a la friccin.

Procedimiento para aplicar la ecuacin de bernoulliDecidir cules son los trminos conocidos y cules deben calcularse.

Determinar cules son las dos secciones del sistema que se usarn para escribir la ecuacin. Una de ellas se elige porque se concentran varios datos conocidos. En la otra, por lo general, algo habr de calcularse.

Es importante que la ecuacin se escriba en la direccin del flujo.

Es necesario ser explicito en la denominacin de los subndices de los trminos de la carga de presin, carga de elevacin y carga de velocidad de la ecuacin (Dibujar sistema).

Simplificar la ecuacin, si es posible, con la cancelacin de los trminos que valgan cero o de los que aparezcan como iguales en ambos lados de la ecuacin.

Despejar la ecuacin, en forma algebraica, el trmino que se busca.

Sustituir cantidades conocidas y calcular el resultado, con unidades consistentes en todos los clculos.

La geomembrana debe ser de polietileno de alta densidad (HDPE) .

Se colocar para otorgar la hermeticidad del biodigestor,

deber cumplir con las normas descritas en los estndares GM13 y GM 17 del Instituto de Investigacin de Geosintticos (GRI por sus siglas en ingls).

Caractersticas de la Geomembrana

Caractersticas de la GeomembranaLa geomembrana, que se considere utilizar para la implementacin de los proyectos, deber cumplir como mnimo con las siguientes propiedades:

El espesor de la geomembrana que cubrir la base del biodigestor deber ser de al menos 60 milsimas de pulgada (1.5 mm)

El espesor de la de la cubierta debe ser igual , para evitar rupturas en el material ms dbil, en caso de incrementos de presin por acumulacin de biogs.La vida til de estas geomembranas deber ser de ms de 20 aos, y se deber garantizar por al menos 10 aos.

Caractersticas de la Geomembrana

Proceso de colocacin de la geomembrana

Proceso de colocacin de la geomembranaSe reviste esta laguna con esta geomembrana de polietileno de alta densidad (HDPE).

Proceso de colocacin de la geomembranaSe comienza a llenar la laguna con los residuos animales previamente mezclados

Proceso de colocacin de la geomembranaSe distribuye la tubera de polietileno de alta densidad en todo el permetro para la captacin directa del gas metano

Proceso de colocacin de la geomembranaUna vez llena la laguna, se instala la cubierta,

Proceso de colocacin de la geomembranaSe coloca la geomembrana sobre la base y taludes, bien conformados y compactados; Se utiliza una barra mecnica para agilizar el tendido, traslapando los lienzosadyacentes 5 pulgadas para su termofusin.

Ajustar la mquina Wedge Welder (o cua caliente) para iniciar los trabajos de Termofusin (soldadura) entre los lienzos adyacentes.

se ajusta la maquina al calibre o espesor del material y se programa a una temperatura de 650 F aproximadamente, dependiendo de la temperatura ambiente.

Se regula a una velocidad entre 3.0 y 4.0 metros lineales por minutoProceso de colocacin de la geomembrana

Ajuste de la mquina X-truder (o de extrusin) para continuar los trabajos dereparacin y/o detalles de soldadura.

Se ajusta a una temperatura de alrededor de 600 F y un precalentado a 450 F dependiendo de la temperatura del medio ambiente al momento de realizar las soldaduras. La soldadura por extrusin se utiliza para realizar reparaciones y detalles en crcamos, salidas de tubera (fundas o botas), esquinas, soldaduras defectuosas en la termofusin, entre otras.

Proceso de colocacin de la geomembrana

PRUEBAS DE SOLDADURA DE WEDGE WELDER

Se introduce en el canal una presin de aire de 30 a 35 libras/pulgada2 durante 5 minutos bloqueando ambos lados del mismo con la misma soldadura, si esta presin llega a tener una cada del 10% (3 libras/pulgada2 aproximadamente) se procede a detectar la fuga para realizar posteriormente la reparacin correspondiente con soldadura por extrusin.Proceso de colocacin de la geomembrana

PRUEBAS DE SOLDADURA PARA LA EXTRUSION

Se utiliza una caja de vaco (vacuum box) para succionar la soldadura extrusionadaen la geomembrana, para llevar a cabo dicha prueba se necesita una combinacinde agua y jabn como testigo dando una presin de -5 libras/pulgada2.

En caso de que exista alguna fuga se puede detectar debido a la existencia deburbujas continuas en el rea de la soldadura defectuosa, la cual se procede areparar por medio de extrusin..Proceso de colocacin de la geomembrana

DISEO DE QUEMADORES DE BIOGS Y FILTROS DE RETENCIN DE H2S

DE ESPECIFICACIONES: FILTROS PARA H2S.En aquellos sistemas que realicen el aprovechamiento del biogs para generar energa elctrica o trmica, se deber instalar un filtro para la retencin del cido sulfhdrico, debido a que ste cido es precursor de cido sulfrico, mismo que corroe las partes metlicas y acorta el tiempo de vida til de los equipos.

El tamao del filtro y su capacidad estar en funcin del volumen de biogs producido y de la concentracin en partes por milln (ppm) del cido sulfhdrico y se instalar antes del medidor del flujo de biogs y la lnea de alimentacin en donde se ubique el equipo de generacin de electricidad y/o el aprovechamiento trmico (motogenerador, caldera, entre otros).

El filtro se deber reemplazar con cierta periodicidad, conforme a las indicaciones del fabricante para asegurar que la retencin y la concentracin del cido sulfhdrico (ppm) que contiene el gas que est entrando a los equipos de aprovechamiento sea inferior al indicado por los fabricantes de estos equipos

El quemador ser diseado en funcin al flujo de biogs que se considere disponer en este sistema. Tendr una capacidad de al menos igual a la produccin mxima de biogs prevista.

Deber ser fabricado de preferencia con placa de acero inoxidable (no usar acero al carbn), con un dimetro mnimo de 18. Contendr un elemento aislante en el interior de la cmara de combustin que resista temperaturas superiores a las que se puedan alcanzar durante la combustin del gas.

La combustin dentro del quemador se debe llevar a cabo en una cmara cerrada que garantice eficiencias superiores al 90%.

DE ESPECIFICACIONES: QUEMADOR DE BIOGS

Deber estar equipado con un sistema de encendido automtico tal como bujas o electrodos, alimentados por un sistema permanente con suministro de energa elctrica, como pueden ser paneles solares equipados con bateras y en su caso conectado directamente a la red de suministro convencional. Dichos sistemas debern garantizar el encendido constante al emitir chispas para ignicin del gas de cada 2 a 5 segundos.

Adems contar con boquillas de alta eficiencia y detectores de flama que aseguren que, en caso de extincin de la flama, se corte el suministro de biogs y se evite as, la posibilidad de explosin.

El quemador que se considere instalar dentro de la unidad productiva, tendr que estar diseado para cumplir con los Lmites Mximos Permisibles de emisin a la atmsfera de humos, partculas suspendidas totales, bixido de azufre y xidos de nitrgeno, que establece la NOM-085-SEMARNAT-1994.

Estos Lmites estarn en funcin de la capacidad del quemador (MJ/h), y de la localizacin geogrfica del proyecto.

Capacidad del Equipo de Combustin (Mj/h)Tipo de Combustible EmpleadoDensidad del HumoPartculas (PST) mg/m3 (Kg/106Kcal)Bixido de Azufre ppm V (Kg/106Kcal)xidos de Nitrgeno ppm V (Kg/106Kcal)Exceso de Aire Combustin % Volumen Nmero de mancha u opacidadZMCMZCRPZMCMZCRPZMCMZCRPHasta 5,250Combustleo o gasleo3NANANA550 (2.04)1,100 (4.08)2,200 (8.16)NANANA50Otros Lquidos2NANANA550 (2.04)1,100 (4.08)2,200 (8.16)NANANAGaseosos0NANANANANANANANANADe 5,250 a 43,000LquidosNA75 (0.106)350 (0.426)450 (0.568)550 (2.04)1,100 (4.08)2,200 (8.16)190 (0.507)190 (0.507)375 (1.0)40GaseososNANANANANANANA190 (0.486)190 (0.486)375 (0.959)De 43,000 a 110,000LquidosNA60 (0.805)300 (0.426)400 (0.568)550 (2.04)1,100 (4.08)2,200 (8.16)110 (0.294)110 (0.294)375 (1.0)30GaseososNANANANANANANA110 (0.281)110 (0.281)375 (0.959)Mayor de 110,000SlidosNA60 (0.090)250 (0.375)350 (0.525)550 (2.16)1,100 (4.31)2,200 (8.16)110 (0.309)110 (0.309)375 (1.052)25LquidosNA60 (0.085)250 (0.355)350 (0.497)550 (2.04)1,100 (4.08)2,200 (8.16)110 (0.234)110 (0.234)375 (1.0)GaseososNANANANANANANA110 (0.281)110 (0.281)375 (0.959)

PROBLEMTICA DE LA PRESENCIA DEL H2S EN EL BIOGS:Toxicidad,Corrosin,Durante la combustin se puede formar SO2 (Compuesto altamente toxico y corrosivo),Disminucin de poder calorfico del biogs,Olores desagradables y problemas de composicin por compuestos sulfurados como:Mercaptanos (RSR)Sulfuros de carbonilo (SCO)Disulfuro de carbono (CS2)

TIPOS DE PROCESOSProceso de absorcin qumica: Procesos con aminas y carbonato de potasio. La regeneracin se hace con incremento de temperatura y decremento de presin.

Proceso de absorcin fsica: La regeneracin no requiere calor.

Procesos hbridos: Utiliza una mezcla de solventes qumicos y fsicos. El objetivo es aprovechar las ventajas de los absorbentes qumicos en cuanto a su capacidad para remover cidos y de los absorbentes fsicos en cuanto a bajos requerimientos de calor para regeneracin.

Procesos de conversin directa: El H2S es convertido directamente a azufre.

Procesos de absorcin en lecho seco (Adsorcin): El gs agrio se pone en contacto con un slido que tiene afinidad por los gases cidos. Se conoce tambin como proceso de adsorcin.

Este proceso tambin es capaz de retener molculas de agua.

LA REACCIN DE ADSORCIN POR LIMADURA DE HIERRO:

FeO + H2S FeS + H2O ; 2FeS + O2 FeO + 2S

VENTAJASEconmicamente favorables para limpieza de gases con bajo contenido de H2S.

Pueden ser muy selectivos.

Cuando hay presente agua pueden limpiar y deshidratar simultneamente.

DESVENTAJA

Se puede formar COS en el filtro molecular por reacciones entre el CO2 y H2S, y por lo tanto en el proceso de regeneracin se va a obtener un gas de salida que no estaba presente en el gas agrio.

SELECCIN DEL MTODO APLICABLEComposicin del gas de entrada.

Consideraciones del proceso.

Disposicin final del gas.

Composicin del gas residual.

Costos: de equipo, de potencia, de solvente, de combustible, de adicionales.

RENDIMIENTO

Hasta 4 ppm de H2S.

No existe degradacin.Pero si taponamiento, perdiendo capacidad y eficiencia de remocin, de esta forma, obliga a su peridica sustitucin (esponja de hierro).

CONSIDERACIONES DE DISEODimensionamiento apropiado.Acondicionamiento del gas de entrada.Seleccin de materiales.Filtrado de Solucin.Perdidas y degradacin de las aminas.Formacin de espumas.Operacin del regenerador.Corrosin.

OTRAS OPCIONES

Filtros biolgicos.

Uso de membranas de filtracin selectiva en el tratamiento de gases.

Cotizacin con proveedor:

El caudal Q (mnimo-mediano-mximo) en m3/h del biogs, H2S de entrada (mg/l o ppm) al filtro, H2S de salida del filtro y Ubicacin del proyecto.

DISEO DE QUEMADORES DE BIOGSUno de los principales requerimientos en el diseo de un sistema de quemado es la combustin 100% sin humo para sistemas de desfogues que son frecuentes y vayan a ser localizados en zonas pobladas. La operacin sin humo debe ser en todo el rango de flujo de desfogue del quemador.

Para promover la distribucin uniforme del aire de combustin, y as prevenir la formacin de humo, se requiere de energa para crear turbulencia y mezclar el aire de combustin con el gas a quemar. Esta energa est presente en los gases, en forma de presin o bien, ser suministrada por otros medios, tales como la inyeccin de vapor de alta presin, aire comprimido o soplado de aire a baja presin a los gases de salida de la boquilla del quemador.

La eliminacin de humo en los quemadores, se consigue por medio de las siguientes tcnicas:

Para gases de desfogue de alta presin, 1.05 kg/cm2 (15 psig), se debe contar en la boquilla del quemador con un poder calorfico mnimo 1779.66 kcal/m3 (200 BTU/ft3).

Para fluidos con baja presin en la boquilla del quemador [0.35 kg/cm2 (5 psig)] y un poder calorfico mnimo de 2669.49 kcal/m3 (300 BTU/ft3) debe disponerse de servicios auxiliares (agua, aire o vapor).

Los fluidos con poder calorfico bajo, requieren inyeccin de gas combustible.

PROCEDIMIENTOS PARA LA ELIMINACIN DE HUMOInyeccin de vapor. Inyeccin de aire a baja presinInyeccin de aire a alta presin.Gases de desfogue a alta presin.

SELECCIN DEL TIPO DE QUEMADOREstado fsico del fluido a quemar. Masa relevada. Lmites de radiacin trmica. Lmites de concentracin de contaminantes. Emisin de humo. Emisin de ruido. Espacio disponible para su instalacin. Costos de instalacin y operacin.

CUANDO Y PORQUE OCUPO UN QUEMADORCuando el fluido manejado est en estado gaseoso, sea txico y/o corrosivo e inflamable.

Dispersin con mayor efectividad de los productos de la combustin.

Reduce la radiacin de calor al nivel de piso, debido a que la boquilla en donde se lleva a cabo la combustin se monta en el extremo superior de la chimenea.

Es apropiado para quemar grandes cantidades de gas.

FACTORES DE DISEO.

Requisitos para determinar el dimetro.

Un quemador debe ser capaz de mantener una flama estable durante el mayor flujo posible, los vapores deben estar libres de lquidos y la formacin de humo debe minimizarse con el fin de cumplir con las regulaciones ambientales establecidas en el articulo 12 del reglamento para la prevencin y control de la contaminacin atmosfrica originada por la emisin de humos y polvos. Debe mantener un encendido continuo. El dimetro del quemador se debe seleccionar con base en la velocidad de salida de los gases y la cada de presin a travs de la boquilla.

Se debe estimar una velocidad adecuada de salida de los gases a quemar para mantener una flama estable.

Para seleccionar la boquilla de quemado se debe determinar la presin mxima, la temperatura mxima, la composicin de los gases a quemar y considerar que en las descargas de desfogue mas frecuentes, se debe operar sin emisin de humo. Se permite la emisin de humo, solo en caso de las descargas de emergencia por periodos de tiempo muy cortos. El quemador debe disearse para la condicin de flujo mximo.

Las cargas de relevo afectan grandemente el tamao requerido de los cabezales del quemador y la lnea ascendente. La carga total de relevo al quemador, se obtiene por adicin de las cargas de relevo que ocurran simultneamente.

La velocidad de salida de los gases a quemar no debe ser mayor de 0.5 Mach para los mximos flujos, manteniendo una velocidad de 0.2 Mach para las condiciones de operacin normal para sistemas de desfogue de baja presin.

La cada de presin a travs de la boquilla, debe tener un valor aproximado de 13.79 KPa (2 psig).

b) Requisitos para determinar la altura.

La altura del quemador se debe seleccionar con base en la intensidad del calor radiante generado por la flama y en la distancia requerida de la base del quemador al punto en el cual se requiera tener la intensidad de radiacin mxima permisible.

La estructura del quemador se debe disear con un valor de intensidad de radiacin de 15.77 kW/m2, (5000 BTU/h-pie2).

El nivel de radiacin permisible est en funcin del tiempo de exposicin del personal; por lo que debe considerarse el tiempo en que tarden las personas de percatarse de una situacin de emergencia y el tiempo que requieren para movilizarse.

c) En las emisiones de emergencia se considera que las personas reaccionan en un tiempo de 3 a 5 segundos y se requieren 5 segundos ms para que el personal se retire del rea, por lo que resulta un tiempo total de exposicin de 8 a 10 segundos. El nivel de intensidad de radiacin permisible en la base del quemador es de 4.73 kWm (1 500 BTU/h-pie) para un tiempo mximo de exposicin de 9 segundos.

d) Cuando se manejen gases txicos debe considerarse tambin, que el quemador tenga la altura suficiente para que la concentracin de los mismos a nivel del piso no exceda el lmite aceptable de toxicidad en caso de que se extinguiera la flama del quemador.

e) Para el diseo de la estructura de los quemadores se debe considerar la temperatura de los gases desfogados, la resonancia producida por el viento y la temperatura ambiente.

Los valores recomendados de nivel de ruido en funcin del tiempo de exposicin se muestran en tabla 10.

El nivel de ruido, producido en el quemador no debe exceder de 85 db a nivel de piso para desfogues frecuentes y no debe exceder de 105 db a nivel de piso para desfogues espordicos.

No todo el calor generado por la reaccin de combustin es transmitido por radiacin, por lo que debe determinarse la fraccin de calor radiado. Los valores de la fraccin de calor radiado (F), segn Oenbring y Sifferman, dependen del peso molecular del gas :

M de 16.8, F = 0.25 M de 40 sin inyeccin de vapor, F = 0.5 M de 40 con inyeccin de vapor, F = 0.4

El efecto del viento se debe considerar para determinar el centro de flama y calcular la distancia a la cual se debe instalar el quemador.

Una flama bajo influencia de viento se inclina en la direccin que el viento est soplando, esta se relaciona con el desplazamiento horizontal y vertical del centro de la flama con la relacin de velocidades del viento lateral y de salida de los gases.

SEPARADOR DE SLIDOSAGITADORESFOSA DE MEZCLADOSISTEMAS AUXILIARES:

DE ESPECIFICACIONES (SEPARADOR DE SLIDOS)La instalacin de esta operacin accesoria, depender del sistema de manejo de excretas y estircoles, y de la calidad del influente que se alimentar al digestor. Se considerar la instalacin de un separador de slidos antes de ingresar al digestor y/o un separador de partcula.

Lo anterior a efecto de que por el tamao del slido se eviten taponamientos en las tuberas, velocidades de reaccin disminuidas, por lo tanto mayor tiempo de retencin, y mayor tamao del digestor.

DE ESPECIFICACIONES (FOSA DE MEZCLADO)Se considerar la instalacin de una fosa de mezclado que concentre los influentes provenientes de la unidad productiva, ya sea, aprovechando la gravedad o mediante sistemas de bombeo.

Dicha fosa, servir para monitorear y controlar la relacin agua-slidos que ingresarn al biodigestor. Las dimensiones de la fosa de mezclado se definen en funcin del tamao del proyecto que se desea instalar.

Se instalarn sistemas de agitacin que prevengan la sedimentacin y acumulacin de slidos, el taponamiento de tuberas, as como para garantizar perfiles de temperatura constantes dentro del biodigestor, y una eficiente interaccin entre los microorganismos y el sustrato. El sistema de agitacin ser definido una vez conociendo la magnitud del proyecto del sistema de disposicin y aprovechamiento de residuos agropecuarios.

DE ESPECIFICACIONES (SISTEMA DE AGITACIN)

SISTEMA GENERAL:

Curso Bdg Fmm-xoch

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