Subido por Franco Diaz

Informe Biodigestor

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Índice
Índice………………………………………………………………………………………..1
Resumen………...…………………………………………………………………………2
Introducción………..………………………………………………………………………3
¿Qué es el biogás?...................................................................................................4
Etapas de la producción de biogás……………………………………………………...5
Biodigestor…………………………………………………………………………………6
¿Qué factores influyen en el proceso de digestión?.................................................7
Tipos generales de biodigestores…………………..…………………………………...8
BIODIGESTOR IZSAKY……………………………………………….…………………9
Materiales Utilizados………………………………..…………………………………...10
Presupuesto de materiales……………………………………………………………..11
Construcción……………………………………………………………………………...12
Resultados obtenidos……………………………………………………………………13
Conclusiones…………………………………………………………………………..…14
Bibliografía………………………………………………………………………………..15
Agradecimientos…………………………………………………………………………16
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Resumen:
El presente trabajo de investigación se centró en los sectores de Malargüe que no
poseen gas, para eso se creó un tipo de encuesta que permitió conocer y llegar a la
conclusión de que, en las viviendas sin gas natural, se compran garrafas y son
utilizadas mayoritariamente para cocinar.
Luego, con los resultados de las encuestas se decidió realizar un prototipo de
biodigestor para brindar una solución a las viviendas sin gas. Como el mismo
funciona a base de materia orgánica, un grupo de alumnos se dedicó a realizar
pruebas con diversos materiales.
Para ello, realizaron una prueba bastante sencilla: introdujeron distintas cantidades
de materia orgánica junto a una proporción de agua. Posteriormente, se cierra la
botella herméticamente utilizando un globo. Dentro de la botella se produce una
descomposición anaeróbica del material, lo que lleva a producir una pequeña
cantidad de ciertos gases que da lugar a que el globo sea inflado.
Con los resultados obtenidos de las pruebas se decidió generar biogás empezando
a diseñar y construir el prototipo de biodigestor. El mismo será alimentado de papa
en descomposición y estiércol de cerdo, ya que los mismos arrojaron el mejor
resultado.
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Introducción:
El proyecto “BIODIGESTOR” tiene como finalidad ofrecer una alternativa para
solventar la problemática de ausencia de gas natural en diversas zonas de la ciudad
de Malargüe ya que la misma sufre de temperaturas muy bajas en ciertas etapas
del año.
Dicha problemática llevó a los alumnos de 5° año 1° división a indagar y proponer
una solución, la cual consiste en diseñar y construir un biodigestor. Este artefacto
utiliza y aprovecha la materia orgánica (estiércol de animales, restos de vegetales,
etcétera) acompañada de un porcentaje de agua.
Las materias involucradas para la realización del proyecto fueron: Electrónica,
Termodinámica, Lengua, Mecánica de los fluidos, Laboratorio de mediciones
eléctricas, Representación e interpretación de planos, Taller, y Cálculo de
elementos de máquinas.
Antecedentes: En el año 1808 HumpHry Davy, detectó gas metano en la
descomposición del estiércol vacuno. En 1884 Luis Pasteur llegó a la conclusión de
que la fermentación de los estiércoles podrían ser una fuente de energía para
calefacción e iluminación, aplicaciones a la que llegó el inglés Donal Cameron en el
año 1896, al perfeccionar su tanque séptico y utilizar el gas generado para consumo
propio. En el año 1900 se cita la puesta en funcionamiento del primer biodigestor en
Bombai, donde el biogás fue utilizado para lograr el accionar de un motor.
Problema: La ausencia de gas natural en distintos sectores de la ciudad de
Malargüe permite que se fabrique un biodigestor para las bajas temperaturas.
Hipótesis: Con la elaboración de un biodigestor anaeróbico, y la generación de gas
metano se podrá solucionar la ausencia de gas en Malargüe.
Objetivos:

Disminuir el costo elevado de las compras de garrafas y/o tubos de gas.

Reciclar la materia orgánica y la utilización del abono (lo que se obtiene del
biodigestor).
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Desarrollo
¿Qué es el Biogás?
El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en
dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia
orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores, en ausencia de
oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). Este gas se ha venido llamando gas
de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos
vegetales semejante a la descrita.
La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado
útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor
además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo
o abono genérico.
El resultado es una mezcla constituida por metano en una proporción que oscila
entre un 50% y un 70% en volumen, y dióxido de carbono conteniendo pequeñas
proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y Ácido
sulfhídrico/sulfuro de hidrógeno. El biogás tiene como promedio un poder calorífico
entre 18,8 y 23,4 mega julio (unidad) por metro cúbico (MJ/m³).
Este gas se puede utilizar para
producir
energía
eléctrica
mediante turbinas o plantas
generadoras a gas, en hornos,
estufas, secadores, caldera
(calefacción u otros sistemas
de
combustión
a
gas,
debidamente adaptados para
tal efecto.
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Etapas de la producción de biogás
Etapa I: Hidrólisis
Los microorganismos hidrolíticos producen enzimas extracelulares capaces de
convertir la materia orgánica polimérica en compuestos orgánicos solubles. Esta
etapa es determinante en la velocidad global del proceso de producción de biogás
y puede verse afectada por factores como: la temperatura, el pH, el tamaño de las
partículas, la composición bioquímica del sustrato, entre otros.
Etapa II: Acidogénesis
Se produce la transformación de las moléculas orgánicas solubles en compuestos
que pueden ser aprovechados por las bacterias metanogénicas (acético, fórmico e
hidrógeno), otros más reducidos como (valérico, propiónico, láctico y otros) y ciertos
compuestos que no pueden ser aprovechados por estas bacterias (etanol, ácidos
grasos, y compuestos aromáticos). También eliminan cualquier traza de oxígeno
presente en el biodigestor.
Etapa III: Acetogénesis
Aprovechan los compuestos que no pueden ser metabolizadas por las bacterias
metanogénicas (etanol, ácidos grasos, y compuestos aromáticos) y los transforman
en compuestos más simples como acetato e hidrógeno. Unos microorganismos
acetogénicos muy especiales, denominados homoacetogénicos son capaces de
solo producir acetato y pueden ser empleados para mantener bajas presiones
parciales de gas hidrógeno ya que no lo producen.
Etapa IV: Metanogénesis
Las bacterias metanogénicas actúan sobre los productos de las etapas anteriores y
completan el proceso de descomposición anaeróbica mediante la producción de
metano. Se ha demostrado que el 70% del metano producido en biodigestor es
resultado de la descarbolixación del ácido acético, debido a que solo dos géneros
de bacterias metanogénicas pueden usar el acetato
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Biodigestor
El biodigestor es un recinto cerrado donde se producen reacciones anaeróbicas (sin
aire), en el que se degrada la materia orgánica disuelta en un medio acuoso, para
dar como resultado metano y dióxido de carbono, trazas de hidrógeno y sulfhídrico.
Estos microorganismos, protozoarios hongos y bacterias que están en el interior
deben ser cultivadas, por lo tanto no se obtendrá el biogás inmediatamente,
tendremos que esperar que lo empiecen a producir, esto tarda unos 15 días más o
menos. Esta producción se verá afectada por la temperatura exterior, por tanto si
queremos que nuestro biodigestor produzca algo más o menos constante debemos
enterrarlo para que la temperatura se mantenga en unos 18 grados, no es lo mejor
pero durante el invierno tendremos buena producción. Este proceso de biodigestión
se da porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos en los
excrementos que al actuar en el material orgánico produce una mezcla de gases
(con alto contenido de metano) al cual se le llama biogás.
Importancia
Su importancia radica en el aprovechamiento de los desperdicios para producir
energía renovable y de bajo costo. El fertilizante que se produce es excelente y tal
vez más fácil de aprovechar que el gas. El biodigestor procesa los residuos
orgánicos y acumula en un compartimento todo el Biogás obtenido, siendo
absolutamente apto para abastecer cualquier artefacto que se tenga en la casa o
en el campo, llámense estos cocina, horno, termotanque, estufas, lámparas o
cualquier otro que funcione con gas envasado o de red.
En cuanto a la fermentación, todos los investigadores de este tema coinciden en
que hay diferentes grupos tróficos de bacterias en los digestores anaerobios; desde
un punto de vista tecnológico, estas bacterias son nuestro plantel funcional para que
el equipo nos otorgue lo que pretendemos. Pero como en todo producto tecnológico,
para que la producción de biogás suceda, hay una intervención muy importante del
hombre.
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¿Qué factores influyen en el proceso de digestión?
El proceso de digestión está
muy
relacionado
con
la
gestión de la biomasa que se
utiliza en el biodigestor.
No debemos pasar por alto,
por ejemplo, que cuanto más
fresco es el estiércol vacuno
que se va a utilizar en el
biodigestor, mejores son las
posibilidades de aumentar la
producción de gas, como así
también el compostaje de la
biomasa de origen vegetal.
Biomasa
La biomasa es materia orgánica utilizada como fuente energética. Por su amplia
definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se
caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza.
En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica
originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente
de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general
en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de
las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de
los residuos sólidos urbanos (FORSU), y otros residuos derivados de las industrias.
La valoración de la biomasa puede hacerse a través de cuatro procesos básicos
mediante los que puede transformarse en calor y electricidad: combustión, digestión
anaerobia (como la utilizamos nosotros), gasificación y pirólisis.
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Tipos generales de biodigestores
El sistema hindú
El biodigestor hindú surgió porque los campesinos necesitaban combustible para
los tractores y calefacción para sus hogares en épocas de invierno. Como la India
es pobre en combustibles se construyó el digestor hindú y el nombre del combustible
obtenido conocido como biogás. Este digestor trabaja a presión constante y es muy
fácil su operación ya que fue ideado para ser manejado por campesinos de muy
poca preparación.
El sistema chino
El biodigestor chino fue desarrollado ya que el problema en China no era energético
sino sanitario. Los chinos se deshicieron de las heces humanas en el área rural y al
mismo tiempo obtuvieron abono orgánico, con el biodigestor se eliminan los malos
olores y al mismo tiempo se obtiene gas para las cocinas y el alumbrado. El
biodigestor chino funciona con presión variable ya que el objetivo no es producir gas
sino el abono orgánico ya procesado.
Digestores de segunda y tercera generación
El digestor de segunda generación opera básicamente en dos niveles. En la parte
baja del mismo se construye un túnel o laberinto, que sirve para retener
temporalmente todos los materiales que tienden a flotar; por medio de planos
inclinados y ranuras delgadas en las placas de ferrocemento que conforman el techo
del laberinto, se permite el paso del gas y del material ya hidrolizado y degradado.
El digestor de tercera generación es la mezcla de varios digestores en una unidad,
es el sistema más sencillo de todos los digestores; en la parte superior, se encuentra
la última recámara, grande, con su campana flotante. Este tipo de digestor ofrece
dos ventajas económicas, por un lado, se construye una sola unidad del tamaño
adecuado a las necesidades; y por otro lado se elimina el costo de mano de obra.
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Nuestra Propuesta
BIODIGESTOR IZSAKY
Nuestro proyecto consiste en un biodigestor vertical de alimentación semicontinua,
basado en experiencias realizadas para poder comprobar cuál es la materia
orgánica más conveniente para la producción del gas metano. La materia prima más
conveniente resultó ser la papa en descomposición y estiércol de cerdo.
Para poder solucionar esta situación pensamos en un recurso que no sea tan
costoso y a su vez, no afecte al medio ambiente ya que no requiere procesos
industriales.
El diseño está sustentado en un recipiente de ciento ochenta litros acompañado de
diversos accesorios necesarios para su correcto funcionamiento, como por ejemplo
caños de PVC. La orientación de la escuela electromecánica nos llevó a pensar en
la posible automatización del biodigestor para monitorear valores de presión,
volumen, presencia de gas, nivel de fluido y temperatura.
Diseño del biodigestor Izsaky
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Materiales Utilizados:
Un tanque de plástico de 180 litros
Un metro y medio de caño PVC de ¾”
MT caño 110 PVC
Cupla 110
Tee ½
Llave ½ FV Metal
Teflón ½ x 20 MT
Sellador H3 25XX
Conexión tanque ½
Conexión tanque 1
Niple de diversas medidas (8; 10; 20) cm de ½
Cámara para rueda de carretilla
Mechero piloto
Recipiente de medio litro
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Presupuesto de materiales
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Materia prima utilizada
Composición del estiércol de cerdo
Como todos los otros abonos orgánicos, el estiércol no tiene una concentración fija
de nutrientes. Esto depende de la especie animal, su edad, su alimentación y los
residuos vegetales que se utilizan, entre otros. Mientras los animales jóvenes
consumen una gran cantidad de nutrientes para su crecimiento y producen
excrementos pobres, los animales adultos solamente substituyen las pérdidas y
producen estiércoles ricos en elementos fertilizantes. Además, mientras más rica la
alimentación, mejor sale la composición del abono.
Los cerdos suelen comer harina de maíz o de sorgo y soya, con diversos nutrientes
y minerales añadidos. Entre éstos son el calcio, fósforo, zinc, cobre y selenio. La
presencia de estos nutrientes se refleja en la composición del estiércol.
Minerales
Según el USDA, aproximadamente el 86 por ciento de cobre, todo el zinc, el 79 por
ciento de manganeso, 40 por ciento de calcio, de magnesio, 74 por ciento, 59 por
ciento de potasio y 66 por ciento del sodio consumido por un cerdo están presentes
en su estiércol. La FDA regula la cantidad de selenio añadido a la carne de cerdo
de alimentos debido a las preocupaciones sobre los efectos ambientales de estiércol
que contenga selenio.
Otros componentes importantes de las heces son materiales no digeribles de la
carne de cerdo. La celulosa, la hemicelulosa y la lignina son todos los componentes
de las paredes celulares de las plantas ni los animales ni los humanos pueden
digerir, y los tres representan una fracción importante de estiércol de cerdo, junto
con las proteínas y otro material fibroso. El pH o acidez de estiércol de cerdo varía
desde 7,2 hasta 8,3. Tanto aeróbica (con oxígeno) y anaeróbico (sin oxígeno)
procesos contribuyen a la distribución de estos compuestos, la liberación de
subproductos tales como dióxido de carbono, nitrato, nitrito, sulfato, metano,
amoníaco y sulfuro de hidrógeno.
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Construcción
Para la construcción del Biodigestor anaeróbico en un tanque de agua de 180 litros
no se necesitan grandes conocimientos técnicos ni materiales difíciles de conseguir
para su construcción. El diseño propuesto es bastante común, y al ser semi-continuo
permite adicionar residuos orgánicos periódicamente.
Luego de conseguir un tanque con tapa removible, se facilita ampliamente la
construcción del biodigestor. Primero extraemos la tapa del tanque y realizamos dos
agujeros de 40 mm de diámetro y otro de 12mm de diámetro. En el de 40 mm se
coloca un trozo de caño de 4”, al de 12 mm se le instala una conexión a tanque de
½” Sellando los mismos con teflón y sella roscas asegurándonos así de no poseer
pérdidas de gas, también aplicamos silicona antihongos en las uniones.
A la conexión a tanque se le agrega un niple de 15 cm de largo de forma vertical
que en su extremo superior contiene una unión Tee de ¾” que en uno de sus
extremos posee un niple de 10 cm de largo colocado de forma horizontal, seguido
de un conector para manguera de bronce con rosca macho. En el otro extremo de
la Tee conectamos un niple de 5 cm, una llave para aire a presión de acero
inoxidable, y otro niple de 10 cm que luego se convertirá en la salida del gas. En la
parte inferior del tanque se adhiere una llave que cumple la función de desaguar el
biodigestor durante el proceso de limpieza.
A continuación, ensamblamos la llamada “trampa de agua” la cual consiste en un
recipiente de plástico con agua conectado a la salida del gas cumpliendo la función
de que en caso de que la llama vuelva, no le permita el ingreso al tanque gracias al
agua del recipiente.
Una vez finalizada la construcción del biodigestor, introducimos aproximadamente
60 kilos de la mezcla de papa y estiércol de cerdo acompañada de una cantidad de
80 litros de agua. Cerramos herméticamente el tanque dejando generar la
descomposición anaeróbica.
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Resultados obtenidos
Realizamos encuestas en diversas viviendas de dos barrios que no gozan de gas natural
(Nueva Esperanza- Carbometal)
Datos
Barrio: Nueva Esperanza
Domicilio
Apellido
¿Cómo emplea el gas en la vivienda?
Promedio mensual de garrafas
Cuenta con los recursos necesario
SI
NO
Los resultados obtenidos fueron:
Empleación de gas
10%
30
cocina
60%
estufa hogar
calefon electrico
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Futura automatización
Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual
está basada en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los
creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de
microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede
darles diferentes tipos de uso.
En este caso, se utilizará la placa Arduino para controlar distintos parámetros del
biodigestor como lo son la temperatura, presión, nivel de fluido y presencia de gas.
El Arduino cuenta con entradas digitales y analógicas a las que conectaremos
distintos sensores. La lectura de los mismos se lleva a cabo a través de la
configuración de un programa, que es introducido en la memoria del Arduino.
‘Lenguaje de programación:
El Arduino utiliza un lenguaje de programación processing, siendo el mismo un
dialecto de Java específicamente diseñado para el desarrollo de arte gráfico,
animaciones y aplicaciones gráficas de todo tipo. Processing es un software libre,
disponible en las plataformas donde Java está disponible (Mac OS, Linux,
Windows, etc). Permite desarrollar aplicaciones desde muy sencillas a muy
complejas. También permite 3 formas de programar: básica, procedural/
estructurada y orientada a objetos.
Una vez teniendo el programa determinado de cada sensor (códigos), el
microprocesador realiza una lectura en momento real de cada parámetro censado,
obteniendo diversos valores que son exhibidos en la pantalla de una computadora.
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Conclusiones
En conclusión, con este proyecto intentamos dar a conocer un método para poder
solucionar problemas como lo son la ausencia de gas y lograr concientizar a la
sociedad de no desperdiciar la materia orgánica y así poder utilizarla para su
beneficio.
Como grupo nos satisface el poder brindar este beneficio ya que no toda la
población cuenta con gas.
En un futuro desearíamos realizar mejoras a nuestro proyecto y llegar al punto de
poder generar una cantidad considerable para así poder satisfacer las principales
necesidades de las familias malargüinas.
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Bibliografía
Internet:
http://www.bioguia.com/notas/biodigestores
https://es.wikipedia.org/wiki/Biog%C3%A1s
http://es.wikipedia.org/wiki/Biodigestor
https://www.inet.edu.ar/index.php/material-de-capacitación/recuersos-didácticos/
https://www.appa.es/appa-biomasa/que-es-la-biomasa/
http://arduino.cl/que-es-arduino/
https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2015/03/22/que-es-el-hardwarelibre/
http://www.fundesyram.info/biblioteca.php?id=3892
http://bueno-saber.com/aficiones-juegos-y-juguetes/ciencia-ynaturaleza/estiercol-de-cerdo-en-quimica.php
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Agradecimientos
Queremos dar las gracias a las siguientes personas por su ayuda y apoyo
incondicional para poder realizar el proyecto. Prof. Poblet Fabián, Prof. Peña
Carolina, profesor Camiletti Vicente, Profesores del área técnica, y alumnos de 5°
año.
Sin su ayuda esto no hubiese sido posible ya que entre todos pudimos llevar a cabo
un buen trabajo
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