Introducción En la actualidad de nuestro país podemos observar que la crisis energética es muy alta, por lo cual decidimos escoger el proyecto de generación de biogás por medio de un biodigestor anaeróbico. Tomando como materia prima para la obtención de este la pulpa de café, ya que nuestro país se encuentra en el ranking de mayores productores de este producto. Aprovecando Aprovecando este recurso !pulpa" el cual se suele desecar en su mayoría y en poca proporción reutili#able como abono. $eali#ando el proceso deseado se le dar un doble uso pasando por la primera etapa que es la obtención del biogás y luego se puede reutili#ar como abono.
Conceptos Digestión Anaeróbica% &a digestión anaerobia es un proceso biológico comple'o a través del cual, en ausencia de o(ígeno, la materia orgánica es transformada en biogás o gas biológico, formado principalmente por metano y anídrido carbónico. )e caracteri#a por la e(istencia de tres fases diferenciadas en el proceso de degradación del sustrato !término genérico para designar, en general, el alimento de los microorganismos", interviniendo diversas poblaciones de bacterias.
)e identifican cinco grandes poblaciones bacterianas, las cuales act*an catali#ando tres procesos consecutivos% idrólisis, acido génesis !formación de ácidos" y metano génesis !formación de metano". •
•
Hidrolisis% los compuestos orgánicos comple'os !lípidos, proteínas e idratos de carbono" son des+ polimeri#ados, y pasan a ser moléculas solubles y fáciles de degradar !a#ucares, alcooles". Acido génesis% en esta etapa los compuestos solubles se transforman en ácidos grasos de cadena corta !volátiles", estos son acido acético, propiónico, butírico y valérico principalmente.
•
•
Acetogénesis% &os compuestos intermedios son transformados por las bacterias acetogenicas, produciendo en su mayoría ácido acético, idrogeno y dió(ido de carbono. Metano génesis: Es la etapa final donde el ácido acético, idrogeno y dió(ido de carbono son transformados a metano y dió(ido de carbono. )e distinguen dos tipos principales de microorganismos, los que degradan el ácido acético !bacterias metanogénicas acetoclásicas" y los que consumen idrogeno !metanogénicas idrogenófilas". &a principal vía de formación del metano es la primera, con alrededor del - del metano producido, de forma general.
Condiciones optimas •
Temperatura y tiempo de retención% &a temperatura determina el tiempo de retención para la digestión y degradación de la materia orgánica dentro del digestor, la degradación se incrementa en forma geométrica con los aumentos de la temperatura de traba'o, además se incrementa la producción de biogás. /uesto que la digestión es un proceso tan lento, con frecuencia es necesario aplicar calor para acelerar las reacciones bioquímicas implicadas. &a mayoría de los digestores convencionales funcionan en la gama mesofílica, es decir, entre 01 y 234 5, optimi#ándose el proceso entre los 16 y 2245. Aunque la digestión
anaerobia puede ocurrir en la gama termofílica de entre 2+73 45, con un óptimo en las pro(imidades de los 3345, de tal manera que la digestión termofílica permite una permanencia menor en los tanques, pero, debido a su e(cepcional sensibilidad a los cambios de temperatura, e(ige un gran control y no es aconse'able. Es preferible por tanto, la digestión mesoflica, con temperatura controlada!
•
•
"alor de pH: El p8 representa el grado de acide# presente en el biodigestor , su valor óptimo oscila entre 7,7 y ,7 cuyo rango es el adecuado para que el reactor opere correctamente, valores de p8 por deba'o de 3 y por encima de 9 se corre el riesgo de inibir el proceso de fermentación o incluso detenerlo. &os valores de p8 pueden ser corregidos para mantenerlo dentro del rango adecuado para el proceso de fermentación, cuando el p8 es alto se puede sacar frecuentemente una peque:a cantidad de efluente y agregar materia orgánica fresca en la misma cantidad o bien, 5uando el p8 es ba'o se puede agregar fertili#ante, ceni#as, agua amoniacal diluida. Agentes promotores e in#ibidores de la fermentación% &os agentes promotores son materiales que fomentan la degradación de la materia orgánica y aumentar la producción de biogás, entre ellos e(isten en#imas, sales
inorgánicas, se puede emplear urea para acelerar la producción de metano y la degradación del material, 5arbonato de 5alcio para la generación de gas y para aumentar el contenido de metano en el gas. 5oncentraciones elevadas de amoníaco y nitrógeno, sales minerales como los iones metálicos y algunas sustancias orgánicas como detergentes, desinfectantes y químicos agrícolas, que aparte del o(ígeno, iniben la digestión por que destruyen las bacterias metanogénicas.
$roducción de biog%s El denominado biogás es una me#cla gaseosa que se obtiene de la descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y cuyos principales componentes son el metano !33+73" y el anídrido carbónico !23+;3" y en menor proporción, nitrógeno, !-+2", idrógeno !-+0",o(ígeno !-+ 0" y sulfuro de idrógeno !tra#as" que se producen como resultado de la fermentación de la materia orgánica en ausencia de aire por la acción de un microorganismo. El proceso de digestión anaerobia produce de ;-- a -- litros de gas por cada kilogramo de materia volátil destruida, seg*n sean las características del fango. El biogás del digestor !debido al metano" posee un poder calorífico apro(imado de ;,3-- a 3,7--
todo o parte del 5> 1 presente en el biogás. &a producción total de gas depende fundamentalmente de la cantidad de alimento consumido por las bacterias o, dico de otra forma, de la cantidad de sustrato eliminado en el proceso.
Elaboración Materiales y Equipo • • • • • •
• • • • • • • •
?idón @anguera transparente Tubo /5 !0=1 pulg" T de /5 !0=1 pulg" 0 álvula /5 !0=1 pulg" Tanque !recipiente donde se introducirá el gas en este caso un flotador" Adaptador 8embra de /5 !1 unidades 0=1 pulg" $eductor de metal de B a C Alargador de metal C Dasa !0 unidad" @alla de ierro o(idada !e Arandelas ! 1 unidades " /egamento de /5 Teflón
• • •
Terminal para manguera !0 unidad" /+metro 5a5>2 -.0 @ !estado sólido"
$rocedimiento 0. /rimero se llena el recipiente de la materia orgánica, en nuestro caso pulpa de café pesándola antes de adicionarla y además agregando agua. !0;--g" 1. &uego el siguiente paso es recortar el tubo de /5 que servirá para la canali#ación del biogás. )e deben acoplar a estos tubos a la válvula de paso, se debe revisar minuciosamente las cone(iones para evitar fugas y utili#ar pegamento para /5 en todos los acoplamientos. 2. El siguiente paso será el acople de la manguera cuya finalidad es unir el biodigestor al almacenamiento del biogás, en nuestro caso es un flotador. /ara el acople de la manguera se utili#arán terminales para manguera y reductores de diámetro. Es muy importante asegurarse de que no ayan fugas. También se colocó una trampa de ierro por la producción de 81) que se produce en la digestión anaeróbica. ;. &uego acoplamos los tubos que conducirán el biogás al recipiente donde se producirá la digestión anaeróbica. En donde utili#amos un adaptador embra y se le coloco teflón en la salida del recipiente y también se aplica pegamento a la cone(ión entre el adaptador y para evitar fuga del biogás. 3. /ara la cone(ión entre la manguera y el flotador se usó unas bridas y teflón con el fin de minimi#ar las fugas.
También se colocó una válvula en inferior del recipiente para e(traer agua o para adicionar agua si el proceso necesitara más. 7. )e midió y se a'ustó el p8, ya que este proceso se debe llevar en un rango de p8 específico, el cual su valor óptimo oscila entre 7.7 y .7, cuyo rango es el adecuado para que el reactor opere correctamente. )e usó 5a5>2 para a'ustar el p8. . )e reali#ó una revisó final de que no e(istieran fugas de gas y que la válvula estuviera cerrada y se colocó el monta'e de'ando el almacenamiento del gas !flotador" más alto que el recipiente donde se produce el biogás. 9. )e midió el p8 durante su digestión, a'ustándolo al rango adecuado en el que se recomienda operar, e(trayendo agua del biodigestor por la válvula colocada en la parte inferior del recipiente. &eaccion de eliminacionde tra'as de sulfuros de #idrogeno
Esta reacción se reali#a con el ob'etivo de eliminar las tra#as de sulfuros de idrogeno que se producirá durante la digestión anaeróbica. Fe2O3 + H2S → 2 FeS + S + 3 H2O
Diagrama del proceso
Diagrama de la reacción dentro del biodigestor
A(A)I*I* DE) $&+CE*+
Suposiciones Tomando como nuestro sistema el tanque !lotador" asumimos que% 5ualquier variación debido a la posición del bio+ digestor es insignificante decimos que nuestra variación en a energía potencial es cero. !FE/G-" Ho tenemos variación en la energía cinética !FE5G-" Iecimos que tenemos un sistema adiabático !JG-" El *nico traba'o que se produce es de frontera por tanto KG/dv Iecimos que el volumen inicial es cero ya que tenemos el contenedor del gas vacío. Iecimos que no tenemos ning*n tipo de perdida por fricción o acumulación. Todo el gras que entra al tanque será metano y 5> 1 )e asumirá que el gas generado sigue el comportamiento de un gas ideal •
•
• •
•
•
• •
A)A(CE DE MA*A @entra G @entra L @gas generado
alance de Energa -
-
-
-
FE5 M FE/ M FG J L K K G / !f L-" K G / N f
alance de Entropa
F) G
&esultados obtenidos
MATE&IA $&IMA •
•
• •
>$ODEH% inca &os @an#anos, Pbicada en 5edritos, )antiago /uringla, &a /a#, 8onduras TOE@/> JPE TEHQA IE 5>$TE% apro(imadamente 0 mes 5AHTOIAI% ; lbs E)TAI>% Iescomposición
)e introdu'eron al contenedor 0;--g de pulpa.
Control del p# Iurante el proceso se llevó un control muy minucioso sobre el p8 ya que este nos altera totalmente el proceso. Ptili#ando inicialmente Ha>8 como reactivo para este control, pero se observó que este no daba los resultados que se querían obtener ya que este variaba el p8 demasiado rápido lo cual ace que los microorganismos se mueran. /ara solucionar dico problema se traba'ó con 5a5> 2 el cual fue agregado en estado sólido directamente al biodigestor llegando a ser este finalmente 2- los cual nos proporcionó el p8 óptimo para el proceso.
Medidas de pH dentro del biodigestor
Dí as
pH
1 04/ 11/ 2014
6 . 4 1
2 05/ 11/ 2014
6 . 3 0
3 06/ 11/ 2014
6 . 1 9
4 07/ 11/ 2014
6 . 1 0
7. 10/ 11/ 2014
5 . 8 7
Variación del pH 6.6 6.41
6.4
6.3 6.2
6.19 6.1
pH
6 5.87
5.8 5.6 5.4 0
1
2
3
4
Tiempo (Días)
5
6
7
8
Al transcurrir este periodo de tiempo tomamos por medio de le principio de Arquímedes el volumen de gas producido. El cual fue y con este mismo asumiendo que se comporta como un gas ideal pudimos obtener el n*mero de moles de gas obtenido.
inalmente reali#amos una prueba de ignición para determinar la presencia del metano dentro del flotador.
Conclusiones Es de vital importancia la determinación del p8 ideal para el crecimiento microbiano, ya que esto afecto la producción abundante del biogás, y a su ve# el reactivo con el cual se ará dico control. Al reali#ar la prueba de ignición y observar el cambio de coloración de la llama a a#ul lo cual significa que se está reali#ando una combustión completa decimos que el gas obtenido fue metano. Tomando en cuenta todo lo resultado obtenido se dice que es viable este proceso, y aplicable a nuestra realidad ya que se podría compensar en gran proporción la crisis energética y el alto costo de esta en cualquier industrial cafetalera ya sea en grande o peque:a escala.
A(E-+*
@ateriales Ptili#ados
@ateria /rima
@onta'e del biodigestor
I)I+.&A/IA
•
Ale'andro ?autista ?uigas !>ctubre 1-0-", Pniversidad 5arlos OOO de @adrid, Iepartamento de 5iencia e Ongeniería de @ateriales e Ongeniería Juímica. )istema biodigestor para el tratamiento de desecos orgánicos. Acceso 01 de octubre de 1-0;. ttp%==e+ arcivo.uc2m.es=bitstream=id=;370=/5=R'sessionidG1 AI6E16?327IE63E-;3-739I90;5 Tove )vSrd !13=-3=1--;", Iepartment of 5emical Engineering OO, &und Pniversity, /. >. ?o( 01;, )E+110 -- &und, )eden. Adsorption of 8ydrogen )ulfide at lo temperature. Acceso 01 de octubre de 1-0;. ttp%==.cemeng.lt.se=e('obb=E-62.pdf
