Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A Tomo I Sistema de recolección de aguas lluvia y un biodigestor editado ingeniero Jhon Baquero Cruz noviembre 29 2014
Desarrollo de alternativas energéticas para la empresa pollos fiesta S.A Esta clase de sistemas serán más necesarios en un futuro no muy lejano, pues las consecuencias del los gases efecto invernadero extienden los veranos y agudizan los inviernos. Un sistema de recolección de aguas lluvias que pueda abastecer por unos cuantos días la labores domesticas de industrias o hogares toma un valor adicionado por ser en una ciudad en donde se implementa. Para el diseño del sistema se realizara una investigación bibliográfica o fuentes de segundo orden que nos den la mejor combinación para crear nuestro sistema e implementarlo, además de las investigaciones de diseño, se investigara los dinamismos de las lluvias en los últimos 2 años para poder realizar un buen diseño que permita aprovechar al máximo el recurso a la hora de la lluvias. Una de las ventajas más importantes a la hora de la implementación de un sistema de recolección de agua lluvia en zonas urbanas (ISALLZU) está en el ahorro de agua, que está directamente relacionado con al área de captación y el porcentaje de precipitación de lugar en donde se construya. El ahorro de agua es de vital importancia aún en épocas de lluvias ya que los embalses se pueden llenar más rápido, sin embargo resulta más eficiente con lluvias aisladas, pues generan ahorro en días de poco agua. Los porcentajes de agua recolectada van directamente dirigidas al uso domestico, como labores de limpieza y riego de jardines, que son labores que demandan gran cantidad de agua.
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Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A Tomo I Sistema de recolección de aguas lluvia y un biodigestor editado ingeniero Jhon Baquero Cruz noviembre 29 2014
Sistema de recolección de aguas lluvia AHORRO DEL RECURSO HÍDRICO Una de las ventajas más importantes a la hora de la implementación de un sistema de recolección de agua lluvia en zonas urbanas (ISALLZU) está en el ahorro de agua, que está directamente relacionado con al área de captación y el porcentaje de precipitación de lugar en donde se construya.
El ahorro de agua es de vital importancia aún en épocas de lluvias ya que los embalses se pueden llenar más rápido, sin embargo resulta más eficiente con lluvias aisladas, pues generan ahorro en días de poco agua. Los porcentajes de agua recolectada van directamente dirigidas al uso domestico, como labores de limpieza y riego de jardines, que son labores que demandan gran cantidad de agua.
AHORROS EN ECONÓMICOS Los ahorros económicos se establecen en las 2 líneas del servicio, tanto del la empresa de acueducto, como del usuario. En primer lugar las empresa de de acueducto disminuiría los volúmenes de agua que se bombea desde las plantas de tratamiento de agua potable, por otro lada al disminuir el caudal se reduce
todo el proceso de potabilización generado ahorro no solo de anergias si no de insumos químicos. En la parte del usuario y de la empresa, hay 2 variables que aumentarías los porcentajes de ahorro. El primero el tamaño de sistema de recolección de agua lluvia, a mayor tamaño, mayor capacidad de almacenaje de agua que se traduce en mas ahorro, el segundo el régimen de lluvias, así que en invierno los porcentajes de ahorro será muy superiores a los de verano. Una de las principales crisis energéticas que ha vivido Bogotá fue en el año 1992, cuando el fenómeno del niño produjo un largo periodo de sequia, disminuyendo drásticamente los niveles de los embalses de todo el país, provocando racionamiento en los servicios de luz y agua. Sin embargo desde entonces, la gestión ambiental en ciudades y campos ha sido muy limitada, y no se ha logrado generar la conciencia de la importancia del ahorro del recurso agua. La explosión demográfica que ha tenido la ciudad de Bogotá ha agudizado el problema del abastecimiento de agua que ha sido impulsado por múltiples problemas, principalmente políticos y económicos en todo el país, esto ha provocado que la cantidad de familias que viven en Bogotá haya aumentado drásticamente en él presente, y en un futuro no muy lejano se espera un gran crecimiento poblacional por razones económicas culturales, dado que las personas se desplazan de lugares apartados a las grandes ciudades en busca de oportunidades laborales, y las tasas de natalidad de la ciudad son grande 2
Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A TOMO I Sistema de recolección de aguas lluvia y un biodigestor editado noviembre 29 2014 Energías alternativas sistema de recolección de aguas lluvias Los sistemas de recolección de aguas lluvias tienes múltiples diseños, estos depende estrictamente de la ubicación, y de la estructura en la que se va implementar. Algunos de estos sistemas trabajan con filtros bastante tecnificados y otros con unos mas artesanales, sin embargo las bases de construcción son las mismas y cuentan con las siguientes partes: Área del techo de las estructura. Canales de transporte de agua. Tubería Sedimentador. Filtros Llave de salida
Un sistema de recolección de aguas lluvia en los hogares son fáciles de instalar y no ocupan grandes espacios y si por lo contrario los beneficios económicos en épocas de invierno son sustanciales
ingeniero Jhon Baquero Cruz El concepto de desarrollo sostenible se ha venido estructurando a la medida que nos damos cuenta que estamos destruyendo nuestro planeta. Sin duda alguna las culturas no han caído en cuenta de la vital importancia de los recursos naturales para la existencia de los seres vivos. Sin embargo los costos ambientales por la escasez de agua son cada día más agudos, los gobiernos del mundo han tenido que invertir cuantiosas sumas de dinero para disminuir los efectos negativos en sus economías por falta de agua. No solo se ven afectadas las zonas rurales, también se sufren las consecuencias las grandes ciudades como Bogotá.
Pendiente del techo Cuanto más pendiente tenga el techo más velocidad tendremos en la caída del agua, lo que es recomendable es manejar una pendiente prudente para darle tiempo al sistema en lluvias fuertes de captar el total de agua que cae sobre la estructura de recolección. Una variable muy impórtate a la hora de la implementación de un sistema de agua lluvias es elmaterial de los techos yaque de ahí se evaporación de agua, que se puede despreciar desprende 2 aspectos importantes, el en algunas ocasiones cuando los sistemas son coeficiente de rugosidad, y la constante de aéreas pequeñas. 3
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Sistema de recolección de aguas lluvia Canaletas Esta estructura se calcula a partir del largo del área del techo, y se deben tener en cuenta el caudal máximo para escoger un buen
Filtros en la canaleta.
diseño. Esta parte del sistema será quien lleve las aguas hasta los tanques de tratamiento. Es importante calcular la pendiente para garantizar la velocidad del agua para que llegue a los tanques para ser tratada y almacenad.
grades que pueda parecer dente de la canaleta y afecten su libre caudal. Para evitar residuos muy grandes en la canaleta esta ira cubierta de con una maya plástica para detener desechos tales como: hojas,
Los filtros de esta primera etapa pretender detener partículas del tamaño más
restos de madera, o cualquier objeto que pueda afectar el funcionamiento del sistema. Por otro lado pequeños filtros dentro de la canal impedirán el tránsito de partículas más pequeñas. Es importante que los filtros que irán dentro de la canaleta sean de fácil instalación y mantenimiento especialmente al final de la canal en donde se presenta el mayor caudal allí se podrá maximizar el rendimiento de la filtración. Así mismo los sistema de sedimentación trabajaran conforme al nivel de las lluvias y del la cantidad de material particulado halla el lugar de instalación
Sedimentación La sedimentación es la etapa en donde las partículas en suspensión del agua de mayor densidad de precipitan, este fenómeno ocurre naturalmente sin embargo pude ser controlado y optimizado por medio de tanque y determinados materiales para acelerar el proceso de filtración, en las sistemas de captación de agua lluvia por lo general se usan sistemas que trabajan de arriba hacia abajo como se muestra en la siguiente figura 3
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Sistema de recolección de aguas lluvias
La base docuemntal en sonde se justifica la aplicación de un sistema de aprovechamiento de agua lluvias, esta entorno a la importancia que posee este recurso natural para el desarrollo y suprevivencia del ser humano en Para la determiancion de un sistemas eficinte de captacion de aguas lluvias Los sistemas de recolección de aguas lluvias se construyen a base de las construcciones ya establecidas, aprovechado el potencial que cada estructura tenga y que se pueda adaptar al sistema recolecto de agua, en las ciudades resulta un tanto más complejo debido al poco espacio de las edificaciones. Por ello a la hora de la implementación se debe tener en cuenta tanto el área del techo como el área donde si ubicara el tanque recolect
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Cartilla UNAD energĂas alternativas Pollos Fiesta S.A Tomo I
Costo sistema de recolecciĂłn aguas lluvias
2daÂŞ alternativa
Biodigestor Costo del sistema de recolecciĂłn de aguas Un digestor se define como un recipiente No pieza C Precio Precio sellado hermĂŠticamente donde se adicionan a unitario residuos de tipo orgĂĄnico con el fin generar nt biogĂĄs mediante la descomposiciĂłn de la id materia orgĂĄnica. El digestor cuenta con: a una cavidad de entrada para el material d orgĂĄnico, un espacio para su 1 Tejas 4 $15.000 $600.00 descomposiciĂłn, una salida con vĂĄlvula de plĂĄstic 0 control para el gas (biogĂĄs), y una salida as para el material ya procesado (compostaje). 2 Canal 7 115.000 $ 805.00 La ventaja principal de este tipo de etas tecnologĂa es que mediante el reciclaje de 3 Tanqu 4 $ 90.000 $ 340.000 residuos es posible obtener energĂa es (tĂŠrmica o elĂŠctrica) y fertilizantes 4 Filtros 3 $ 20.000 $ 60.000 generando ahorro energĂŠtico. 5 llaves 2 $ 5.000 $ 10.00 Biodigestor: Se define como uno de los 6 Solda 2 $ 10,500 $ 21.000 sistemas mĂĄs sencillos para conseguir dura solventar la problemĂĄtica energĂŠticaPVC Total $1.776.000 lluvias El sistema de recolecciĂłn de guas lluvia trabajara en el ĂĄrea de 342đ?’Žđ?&#x;? Biodigestores de flujo semicontinuo: La carga del material a fermentar y la descarga del efluente se realiza de manera continua o por pequeĂąos baches (ej. una vez al dĂa, cada 12 horas) durante el proceso, que se extiende indefinidamente a travĂŠs del tiempo; por lo general requieren de menos mano de obra, pero de una mezcla mĂĄs fluida o movilizada de manera mecĂĄnica y de un depĂłsito 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 cĂşpula fija (chino). • De cĂşpula mĂłvil o flotante (hindĂş). • De salchicha, tubular, Taiwan, CIPAV o biodigestores familiares de bajo costo. Biodigestores de flujo continuo: Se usan generalmente para tratamiento de aguas residuales, tienden a ser grandes de corte industrial, con sistemas comerciales para el control y gestiĂłn del proceso. La producciĂłn de BiogĂĄs es mucho mayor. Pueden ser 6
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TIEMPO DE RETENCIÓN
El tiempo de retención es el número de días que una cantidad dada de desechos debe permanecer dentro del digestor. Este factor esta correlacionado con la temperatura ambiente promedia del sitio, de manera que cuando esta es alta, se puede aplicar un tiempo de retención corto, y cuando es baja se fijaran tiempos de retención más largos. Durante este tiempo, la cantidad dada de desechos debe haber liberado todo el biogás que potencialmente puede liberar, de tal forma que termina totalmente digerida. En la tabla 1 se indica los tiempos de retención, en función de la temperatura ambiente, cuando se emplean desechos de origen animal.
Temperatura (°c)
Tiempo de retención. Días
10 15 20 25 30 35
90 60 45 37 32 28
EL BIOGÁS. El biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente por metano y dióxido de carbono en proporciones que varían según el residuo degradado. Este gas se obtiene en el proceso de digestión anaeróbica o fermentación de la materia orgánica en ausencia del aire generada por la acción de microorganismos.
Es posible producir biogás mediante la utilización de una gran variedad de residuos orgánicos. Algunos de estos residuos son: desechos de animales domésticos como vacas, cerdos y aves, residuos vegetales como pajas, pastos, hojas secas y basuras domésticas. Digestión anaeróbica La digestión anaeróbica, denominada también como fermentación, es un proceso mediante el cual los residuos orgánicos se descomponen en ausencia de oxígeno para producir biogás mediante la acción de bacterias anaeróbicas y metano génicas. Estas bacterias pueden encontrarse en el contenido del estómago de vacas, ovejas, cabras, en lodos de tratamiento de efluentes y de otros biodigestores. Se debe cargar el biodigestor con estas bacterias para que mediante la digestión de los residuos se produzca biogás
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Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A Recomendaciones sistema de recolección de aguas lluvia Es muy necesario saber los porcentajes de precipitación de de la ciudad de Bogotá dado que bajo este mismo parámetro se diseñara el sistemas de recolección de aguas lluvias. Desde los tanques de almacenamiento como los filtros y el área del techo dependen de la cantidad de agua que cae en promedio cada año.
Grafico 1 Historial de lluvias de los últimos 4 años en la ciudad Bogotá 1.200 1.000 historial de lluvias en mm ultimos 4 años en la ciudad de Bogotá
800 600 400 200 0 2010
2011
2012
2013
2014
Precipitación anual últimos 10 años en la ciudad de Bogotá Año Precipitación anual mm 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
423,80 610,90 615,40 740,40 647,30 740,20 591 1.085,10 948,30 688,20 791
Tabla 1 Secretaria Distrital de Ambiente y Ministerio de ambiente tomado de http://oab.ambientebogota.gov.co/es/indicadores?id=15
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Costos de biodigestor COSTOS Y MATERIALES DE COSTRUCCION BIODIGESTOR REFERENCIA
PRODUCTO
TANQUE ANAEROBIO 500 LT 31650 COLEMPAQUES ADAPTADOR 4" LIMPIEZA 22767 SANITARIA PAVCO Tubo PVC sanitario 3" por 1 mt 6199 segmento corto de tubo 4" 6200 sanitario 4622 reducción PVC de 4" a 3" REFERENCIA Para la salida del efluente 86725 adaptador de tanque 2" hembra adaptador de tanque 2" macho 30027 Tubo PVC 2" para la tubería de 6198 salida 4577 codo PVC 2" 4736 adaptador de tanque 1" 204041 válvula de esfera PVC 1" Para la salida del biogás REFERENCIA 59495 conector de tanque 1/2" 204040 válvula de esfera con rosca 1/2" 86702 adaptador para manguera 16990 manguera 1mt REFERENCIA 4699 223702 65897
PRECIO
CANTIDAD PRECIO TOTAL TOTAL NETO
$
297,000
1
$
297,000 $
297,000
$
10,900
1
$
10,900 $
10.900
$
11,900
1
$
11,900 $
11,900
$
17,900
1
$
17,900 $
17,900
$
5,000 1 $ 5,000 PRECIO CANTIDAD PRECIO TOTAL $ 5,200 1 $ 5,200 $ 3,150 1 $ 3,150 $ $ $ $ $ $ $ $
Para unir las partes y sellar
9,450
1
$
9,450 $
1,230 3 $ 3,690 6.400 1 $ 6.400 29,900 1 $ 29,900 PRECIO CANTIDAD PRECIO TOTAL 3,050 1 $ 3,050 14,900 1 $ 14,900 24,900 1 $ 24,900 7,700 1 $ 7,700 PRECIO
soldadura PVC 1/128 gl 28 ml $ PAVCO silicona selladora transparente $ 280ml Tubería PVC 2"x 6mtr $ TOTAL
$ 5,000 TOTAL NETO $ 5,200 $ 3,150 9,450
$ 3,690 $ 6.400 $ 29,900 TOTAL NETO $ 3,050 $ 14,900 $ 24,900 $ 7,700
CANTIDAD PRECIO TOTAL TOTAL NETO
5,450
2
$
10,900 $
10,900
6,900
1
$
6,900 $
6,900
45,900
5
$
229.500 $ $
229.500 693.340
El metano (CH4), es considerado como el segundo gas que se encuentra en mayor proporción (14%) en la totalidad de los gases de efecto invernadero (Bermejo, 2010) cuenta con un poder calorífico inferior a aproximadamente 5500 Kcal/m3 y es clasificándolo como un gas combustible que puede ser aprovechado térmica o eléctricamente (UPME, 2009). A partir de esto, se han desarrollado diferentes investigaciones que han permitido establecer las características del biogás generado a partir de residuos específicos, tales como estiércol de bovinos y cerdos (CORPOICA, 2008), residuos sólidos urbanos (López, 2011), bagazo de caña y estiércol, entre otros, que han permitido comprobar su uso como fuente energética,
Los residuos y su manejo, constituyen una oportunidad para que por medio de la digestión anaeróbica de la fracción orgánica de los residuos, se produzca una cantidad de biogás que contiene trazas de gas metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S) y agua, con los cuales se puede generar energía eléctrica o mecánica. El biogás producido tiene como composición 55-70% de CH4, 30-45% de CO2, 0,5-3% de N2, 0,1% de H2S, 1-3% de H2 (Llaneza & Moris, 2010). El H2S es uno de los contaminantes más problemáticos para ser utilizado como fuente de energía, es toxico, corrosivo y además es un compuesto oloroso (Llaneza & Moris, 2010). Las emisiones de gas metano (CH4), el cual tiene un potencial de calentamiento atmosférico 21 veces superior al del CO2 (Camacho, 2006).
de tal forma se contribuye con la disminución de la emisión inadecuada de los gases de efecto invernadero a la atmosfera. En la actualidad el mundo afronta diferentes retos para disminuir los grandes impactos ambientales ocasionados por las actividades desarrolladas por el ser humano. Los recursos naturales del planeta han ido disminuyendo conforme el ser humano los emplea para satisfacer sus necesidades, llegando al punto de ser necesario generar nuevas estrategias que permitan un desarrollo sostenible (López, 2011). Uno de los aspectos que mayor impacto ha generado en el planeta son las concentraciones atmosféricas mundiales de metano
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Cartilla UNAD energías alternativas Pollos Fiesta S.A Recomendaciones para el biodigestor
No trabajar con alimentos ácidos bajo en ph Trabajar con materia orgánica rica en glucosa como pastos y materia orgánica. Tener en cuenta la temperatura media de la ciudad de Bogotá. Al momento de comenzar a generar gas se debe tener en cuenta que el biodigestor tiene oxigeno adentro lo que pude provocar fugas y posibles explosiones.
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