Hoy he tenido un breve debate con Vladimir Morales, especialista en biogas del
Programa andino-boliviano de biodigestores que recién arracó el pasado 8 de Octubre de 2014.
Vladimir, junto con
Davide Poggio, Thibault Perrigault y Vergil Weatherford, los considero las personas que mas experiencia han tenido en el desarrollo de los biodigestores tubulares adaptados a clima frío, ellos desde Perú y yo desde Bolivia. Con Davide, Thibo y Vergil, de hecho, publique un articulo (y con Thibault Perrigault y Vergil Weatherford) en el 2012 sobre el comportamiento térmico de estos biodigestores (
Perrigault, T., Weatherford, V., Martí-Herrero, J., Poggio, D., 2012. Towards thermal design optimization of tubular digesters in cold climates: a heat transfer model. Bioresour. Technol. 124, 259–268.)
El caso es que hablábamos de la importancia del invernadero y sus muros de adobe para aumentar y mantener la temperatura dentro de los biodigestores adaptados a clima frío. Estos tienen un aspecto como el que se ve en las siguientes fotografías.
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| Biodigestor tubular de bajo costo adaptado a clima frío, Bolivia |
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| Biodigestor tubular de bajo costo adaptado a clima frío, Bolivia |
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| Biodigestor tubular de bajo costo adaptado a clima frío, Bolivia |
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| Interior del invernadero de un Biodigestor tubular de bajo costo adaptado a clima frío, Bolivia |
Como se puede ver, siempre hemos venido usando muros de adobe y cubierta de plástico de invernadero para cubrir y proteger el biodigestor, que por dentro, como se ve en la última imagen, es similar a cualquier otro biodigestor tubular.
El caso es que antes usábamos paja como aislante en la zanja, cubriendo el fondo y paredes de la zanja con unos 5-10 cm de paja. En el
CIB3 nos dimos cuenta que esta paja desaparecía al cabo de un año, dejando por tanto sin aislamiento al biodigestor. Ya entonces estábamos probando a usar poliestireno expandido como aislante en la zanja, como se ve en la siguiente fotografía en un grupo de biodigestores instalados en Laguna Colorada a 4300 msnm (de los que espero poder hablar otro día), otro ejemplo son los biodigestores del zoológico de Mallasa, ya comentado en el blog
aquí y
aquí.
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| biodigestores instalados en Laguna Colorada a 4300msnm como parte de un sistema de tratamiento de aguas de un campamento de 80 personas, donde se ve el uso del poliestireno expandido como aislante en las zanjas |
Hasta ahora siempre hemos dicho que los muros de adobe del invernadero son claves por su inercia térmica, que permiten mantener cierta temperatura en el interior del invernadero durante las noches frías. Y es verdad que los muros tienen mejor temperatura de noche que el ambiente, como ya se mostraba en el articulo comentado arriba (
Perrigault, T., Weatherford, V., Martí-Herrero, J., Poggio, D., 2012. Towards thermal design optimization of tubular digesters in cold climates: a heat transfer model. Bioresour. Technol. 124, 259–268.) de donde saco esta gráfica:
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| Figura1: Temperaturas de un biodigestor adaptado a clima frío, reportado en (Perrigault, T., Weatherford, V., Martí-Herrero, J., Poggio, D., 2012. Towards thermal design optimization of tubular digesters in cold climates: a heat transfer model. Bioresour. Technol. 124, 259–268) |
Como se puede ver en la Figura 1, de noche, los muros interiores tienen una temperatura de unos 5ªC por encima de la temperatura ambiente. Pero el interior del invernadero, solo tiene unos 2-3ºC más que la temperatura ambiente de noche. Aun así, mirando la temperatura ambiente nocturna, vemos que el biodigestor (Tslurry) se mantiene a unos 12ºC por encima, considerando que en este caso había unos 10cm de aislamiento de paja en la zanja en el momento de las medidas. Esto ya nos estaría indicando que de noche el invernadero no protege, ni mantiene tanto la temperatura, como esperaríamos. Quiero resaltar que la temperatura del interior del lodo no esta lejos de las temperaturas ambiente máximas
Pero en 2014, publicamos otro articulo con datos del comportamiento térmico de biodigestores adaptados a clima frío, que hicimos en el
CIB3. Esta publicación en verdad iba dirigida a reportar el aumento de producción de biogas que se producía (50% mas) al meter anillos de botellas plásticas de refresco dentro del biodigestor, pero ademas reportábamos los datos de temperatura (
Martí-Herrero J,
Alvarez R, Rojas MR, Aliaga L, Céspedes R, Carbonell J. 2014b. Improvement throughLow cost biofilm carrier in anaerobictubular digestion in cold climate regions. Bioresource Technology. 167, 87-93.). Esta vez, también medimos la temperatura del biogas, además de la del invernadero y el interior del biodigestor, como se muestra en la siguiente figura:
En la parte de arriba de la Figura 2 vemos otra vez como las temperaturas mínimas del ambiente y del invernadero (greenhouse) no son tan diferentes, encontrando solo un par de grados de diferencia entre ellos. O sea, de nuevo, los muros de adobe no son capaces de mantener caliente el invernadero. Pero por otro lado, si miramos las temperaturas mínimas del biogas (Tb_min) encontramos que estas si son unos 7-8ºC superiores a las mínimas del ambiente ¿que esta pasando? que el biogas está siendo calentado por el lodo del biodigestor, que sí tiene mucha inercia térmica. En la parte de abajo de la Figura 2 se puede ver la temperatura del lodo interior del biodigestor (Tsl_min) que se encuentra a unos 10ºC por encima de las temperaturas mínimas ambiente, considerando que se instaló en Mayo de 2011 con 5cm de aislamiento de paja en la zanja, y que dos años después no quedaba nada. Entonces, la verdadera inercia térmica a conservar es la del lodo. Y este solo puede perder calor o bien a través del fondo y paredes de la zanja, o bien a través del biogas que hay acumulado en la campana. De nuevo, en este caso la temperatura del interior del lodo no esta lejos de las temperaturas ambiente máximas,
Si aislamos la zanja con poliestireno expandido, minimizamos fuertemente las perdidas por ese lado, mientras que por el lado del biogas, hay que considerar que este se comporta como una "cámara de aire", usada en el aislamiento de paredes en casas, pero en este caso, es una "cámara de biogas" entre el biodigestor y el ambiente/invernadero. ¿es necesario el resto del invernadero que solo me aporta 2-3ºC durante las noches? el invernadero es importante porque, ademas de proteger el plástico tubular del biodigestor de la radiación directa del Sol, protege del viento, que puede ser fuerte y frío en ciertas épocas (y que podría robar calor al biogas acumulado, y por tanto este a al lodo del biodigestor).
Si hemos cambiado la paja por el poliestireno, hemos reducido muchísimo las perdidas de calor del biodigestor hacia la zanja. Pero por otro lado, ¿que ocurre de día? de día el invernadero incrementa fuertemente su temperatura (llegando a 50 y 60ºC) y esto podría ser un punto a favor de la importancia del invernadero. Pero este aumento de temperatura del invernadero de día, no esta relacionado con los muros de adobe y su inercia térmica, así que seguimos sin encontrar puntos a favor para mantener los muros de adobe.
Pero reporto aquí los datos de un biodigestor, con aislamiento de poliestireno expando en zanja, pero sin invernadero (en valles, a 2600msnm), de un ensayo llevado en el matadero municipal de Cochabamba (
del que ya hablamos aquí), de cual estamos escribiendo ahora el articulo:
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| Figura 3:Temperaturas de un biodigestor con aislamiento en la zanja pero sin invernadero |
Aqui esta la clave. este biodigestor solo tiene 5cm de aislamiento en la zanja con poliestireno expandido, y no hay invernadero. Si comparamos las temperaturas ambiente mínimas de la serie de la Figura 3, están en un rango cercano, y comparable, a los reportado en la Figura 1 de temperaturas del artículo de 2012: T ambiente mínima entorno a 10ºC. Pero miremos la temperatura del biodigestor; en este caso está por encima de los 25ºC, y de nuevo muy cerca de las temperaturas ambientes máximas.Si volvemos a mirar la Figura 1 de temperaturas, veremos que el biodigestor también esta a 25ºC, con temperaturas mínimas y máximas ambiente similares a este último caso.... Tanto el biodigestor dela Figura 1 como el de la Figura 3 se comportan de forma muy similar, en condiciones ambientales similares, teniendo en ambos casos aislamiento (paja en el primero y poliestireno expandido en el segundo), pero en el primer caso se tiene invernadero y en el segundo no. El invernadero no parece la clave, y menos sus muros de adobe.
¿cual es la función térmica del invernadero? pues tras lo expuesto aquí lo pongo en duda. Otra cosa es su función como protector de accidentes, y de la incidencia directa de la radiación solar sobre el plástico negro. Se que desde 2003 que empezamos a utilizar estos invernaderos compactos con muros de adobe para adaptar los biodigestores al clima frío del altiplano Boliviano. Y se que desde entonces hemos instalado mas de mil de estos sistemas, con sus invernaderos de muros de adobe...pero los datos son los datos, y estos nos ayudan a comprender mejor los fenómenos de transferencia de calor que están sucediendo en el biodigestor, y de este modo, seguir avanzando en la optimización sin anclarnos en ideas preconcebidas, que aunque intuitivamente atractivas, no soportan un análisis numérico.
Creo que es hora de probar biodigestores en el altiplano, con aislamiento en la zanja de unos 5cm de poliestireno, y en vez de invernadero cerrado con adobe y plástico, cerrarlo con malla y cubierta de calamina plástica... algo mas parecido a esto, aunque yo le hubiera puesto la cubierta mucho mas pegada al biodigestor, no tan alta, y quizás alguna manera de proteger del viento:
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| Biodigestor instalado en Tarija en Junio de 2014, con aislamiento en zanja, cubierta de calamina plástica y cerco con malla |
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| Biodigestor instalado en el Zoológico de Mallasa de La Paz, Bolivia, con aislamiento en zanja y cubierta de calamina. Mas información de este biodigestor aquí, y aquí. |
Espero que esta entrada ayude
