Variabilidad de la composición y de la cantidad de biogás: de dónde proceden las fluctuaciones de CH₄ y cómo medirlas

El biogás de las instalaciones agrícolas contiene normalmente entre un 50 y un 65 % de metano y entre un 35 y un 50 % de dióxido de carbono, así como cantidades traza de sulfuro de hidrógeno, amoníaco, vapor de agua y, en ocasiones, nitrógeno y oxígeno. La composición y la cantidad no son constantes: cambian a lo largo del día (tras la dosificación), a lo largo de semanas (tras un cambio de mezcla o del estado del proceso) y a lo largo del año (calidad del ensilado, temperatura). Comprender las fuentes de la variabilidad es una condición para evaluar correctamente el funcionamiento de la instalación y seleccionar los equipos finales (CHP, purificación).

Qué influye en el contenido de CH₄

No confundir: la proporción de CH₄ en el biogás no es lo mismo que el rendimiento de metano por kg de SV. Un gas con aire añadido tiene una proporción de CH₄ más baja, aunque la cantidad de metano sea la misma.

Variabilidad diaria

Tras la dosificación de sustrato fresco, la producción de gas aumenta en el transcurso de unas horas, alcanza un máximo y desciende antes de la siguiente dosis. Las instalaciones con dosificación una o dos veces al día presentan mayores fluctuaciones que las de dosificación continua. La cubierta de membrana suaviza las fluctuaciones para el motor, pero los cambios rápidos de composición pueden afectar al encendido. Compruebe si en los datos de medición aparece un patrón diario repetible; su ausencia puede indicar un problema de medición.

Variabilidad estacional

En verano el ensilado suele tener una composición distinta (según la cosecha); en invierno aumenta la demanda de calor. La temperatura exterior influye en la condensación y en la medición del volumen si el contador de gas no está compensado. Los cambios de calidad del ensilado entre lotes (p. ej., el principio y el final del silo, la apertura de un nuevo montón) pueden desplazar el rendimiento entre varios y una docena de por ciento.

Cómo medir correctamente

1. Caudal: contadores de gas térmicos o de vórtice con compensación de temperatura y presión; convierta a Nm³ (0 °C, 1013 mbar) o indique claramente las condiciones de referencia.
2. Composición: analizadores de CH₄/CO₂ (IR), O₂ (electroquímico o paramagnético), H₂S (electroquímico). Asegure el secado de la muestra o la corrección por humedad.
3. Punto de toma: en un lugar representativo, tras el secado, con una línea de muestreo sin espacios muertos.
4. Calibración: con gases patrón según las recomendaciones del fabricante (normalmente cada pocos meses hasta un año), con registro.
5. Promediado: registre los datos en intervalos cortos y calcule medias diarias ponderadas por el caudal.

Ejemplo de normalización

El contador de gas indica 250 m³/h a 38 °C y a una presión de 1020 mbar abs. Convierta a Nm³: 250 × (273,15/311,15) × (1020/1013,25) ≈ 250 × 0,8779 × 1,0067 ≈ 221 Nm³/h. La diferencia de aprox. un 12 % se debe exclusivamente a las condiciones de medición; si se omite, sobrestima la producción y distorsiona las comparaciones. Además, el gas saturado de vapor de agua tiene una menor proporción de gas “seco”: si el analizador mide el gas seco y el contador, el húmedo, hay que tener en cuenta la humedad (a 38 °C el vapor de agua ocupa varios por ciento del volumen).

Importancia para los equipos finales

El motor de gas tiene un intervalo limitado de poder calorífico e índice de metano aceptables; un descenso del CH₄ por debajo del umbral del fabricante provoca una reducción de potencia o la parada. Las instalaciones de purificación requieren condiciones de entrada estables, incluido el control de O₂ y H₂S. La variabilidad de la cantidad de gas influye en el dimensionamiento del depósito de gas y de la antorcha.

Qué hacer cuando la composición “fluctúa”

1. Compruebe la calibración y el punto de toma de la muestra.
2. Contraste los datos del gas con la dosificación, FOS/TAC y el pH.
3. Controle la entrada de aire a la desulfuración biológica.
4. Evalúe si la causa no es un cambio de mezcla.
5. En caso de descenso continuo del CH₄, inicie el procedimiento de diagnóstico y de actuación frente a la acidificación o la inhibición.

Unos buenos datos de gas son la base de todas las decisiones posteriores: del balance de energía, de las liquidaciones, de los indicadores KPI y de la evaluación de los efectos de los cambios tecnológicos.

Datos de varios meses: cómo leerlos

Un gráfico de las medias diarias de CH₄ de todo el año muestra normalmente una banda de variabilidad “normal” de una anchura de varios puntos porcentuales. Salirse de esa banda requiere una explicación: cambio de sustrato, avería del analizador, acidificación. Si la banda es muy ancha, es una señal de que el proceso es inestable o de que la medición no es fiable. Conviene también comparar el gas de distintos puntos (digestor principal, digestor inferior, depósito), porque cada depósito tiene una composición algo distinta.

Influencia en las liquidaciones

La variabilidad de la composición influye en la cantidad de energía del gas con el mismo volumen. Las liquidaciones y los informes deben basarse en la energía (volumen normalizado × contenido de CH₄ × poder calorífico), y no solo en el volumen de biogás. Una diferencia de 3 puntos porcentuales de CH₄ equivale a aproximadamente un 5–6 % de energía con una composición típica.