INSTITUTO TECNLOGICO DE MATAMOROSINGENIERA QUMICATaller de Investigacin IIConstruccin De Un Biodigestor Casero Para La Obtencin De Biogs A Partir De Desechos Orgnicos

Alumnos: Yohualli E. Cervantes Snchez Mara del Consuelo Romero Avia Cecilia Dahali Sebastin Martnez Juan Alberto Zaraza Garca

Construccin De Un Biodigestor Casero Para La Obtencin De Biogs A Partir De Desechos OrgnicosIntroduccinLas necesidades energticas de nuestro planeta son satisfechas hasta en un 90 % con la utilizacin de combustibles fsiles (petrleo, gas licuado de petrleo, carbn), todos ellos extinguibles en un futuro cercano, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente (Campos 1999), segn Barrena, et al, (2010). De igual manera, las necesidades energticas en las zonas rurales de los pases en vas de desarrollo, obliga a los pobladores a utilizar a gran escala lea (para lo cual deforesta) y desperdicios agrcolas secos (estircol y residuos de cosecha). Es as que esta problemtica, plantea la necesidad de encontrar una tecnologa apropiada, utilizando recursos locales disponibles como son los residuos orgnicos. (1) La valoracin de los residuos, cada vez ms, se encuentra asociada a ingresos econmicos y adems, produce beneficios ambientales. La transformacin anaerbica de los Residuos Slidos Urbanos produce metano y ste puede convertirse en energa. Como beneficio ambiental, la transformacin del metano en energa contribuye a los esfuerzos mundiales de hoy, de cara al cambio climtico, por ser un Gas Efecto Invernadero responsable, en un 20% del calentamiento global y 21 veces ms daino que el CO2. (2) La digestin anaerbica, biodigestin o metanizacion es considerada una herramienta efectiva en el manejo de desechos orgnicos y la produccin de metano (CH4) como una fuente de energa renovable. La digestin anaerbica se refiere al uso de procesos biolgicos en un medio anaerbico para romper cadenas de molculas complejas en sustancias ms simples. (3) Los biodigestores son sistemas diseados para optimizar la produccin de biogs por medio de desechos orgnicos, lo que permite obtener energa limpia, renovable y de bajo costo. El uso de esta tecnologa no es nuevo, pero en los ltimos aos ha cobrado gran inters debido a la actual crisis energtica producto del agotamiento de los combustibles fsiles. En algunos pases como Alemania y Francia, el biogs se emplea como combustible para automotores, sin embargo, en Costa Rica y en otros pases en vas de desarrollo, el uso del biogs se ha visto limitado al sitio donde se produce, en el cual se puede emplear de forma directa para combustin con fines de coccin e iluminacin, o bien se puede utilizar

indirectamente, para alimentar motores de combustin interna que generan fuerza motriz o elctrica. (4)

Fundamentos tericosQu es el Biogs? Con el trmino biogs se designa a la mezcla de gases resultantes de la descomposicin de la materia orgnica realizada por accin bacteriana en condiciones anaerobias. El biogs se produce en un recipiente cerrado o tanque denominado biodigestor el cual puede ser construido con diversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plstico. El biodigestor, de forma cilndrica o esfrica posee un ducto de entrada a travs del cual se suministra la materia orgnica (por ejemplo, estircol animal o humano, las aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y un ducto de salida en el cual el material ya digerido por accin bacteriana abandona el biodigestor. Los materiales que ingresan y abandonan el biodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestin que ocurre en el interior del biodigestor libera la energa qumica contenida en la materia orgnica, la cual se convierte en biogs. (5) Los principales componentes del biogs son el metano (CH4) y el dixido de carbono (CO2). Aunque la composicin del biogs vara de acuerdo a la biomasa utilizada, su composicin aproximada se presenta a continuacin: Metano, CH4: 40 - 70% volumen Dixido de carbono, CO2: 30% - 60% Sulfuro de hidrgeno, H2S: 0% - 3% Hidrgeno, H2: 0% - 1% Es una fuente de energa que puede utilizarse para: Cocinar Iluminar Generar calor Generar energa elctrica

Bombear agua Operar maquinaria agrcola. Disminuir la carga de contaminantes Mejorar la capacidad de fertilizante Eliminar malos olores (6)

El metano, principal componente del biogs, es el gas que le confiere las caractersticas combustibles al mismo. El valor energtico del biogs por lo tanto estar determinado por la concentracin de metano - alrededor de 20 25 MJ/m3, comparado con 33 38MJ/m3 para el gas natural. A pequea y mediana escala, el biogs ha sido utilizado en combustin directa en estufas simples en la coccin de alimentos, atenuando de esta manera la presin sobre los materiales dendroenergticos (i.e., madera, lea, carbn vegetal) y/o representando un ahorro para el agricultor por no tener que comprar gas natural comercial. Sin embargo, tambin puede ser utilizado para iluminacin (i.e., lmparas de gas o a gasolina), para calefaccin y refrigeradoras. Tambin el biogs puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a gasolina, a partir de los cuales se puede producir energa elctrica por medio de un generador. En el caso de los motores diesel, el biogs puede reemplazar hasta el 80% del acpm o diesel (la baja capacidad de ignicin del biogs no permite reemplazar la totalidad del acpm en este tipo de motores que carecen de buja para la combustin). Aunque en los motores a gasolina el biogs puede reemplazar la totalidad de la misma, en general en los proyectos a nivel agropecuario se le ha dado preferencia a los motores diesel considerando que se trata de un motor ms resistente y que se encuentra con mayor frecuencia en el medio rural. Un metro cbico de biogs totalmente combustionado es suficiente para: Generar 1.25 kw/h de electricidad. Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt. Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora. Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos.

Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas. (7)

Metano El metano es un gas incoloro, inflamable, no txico, cuya frmula qumica es CH4. Este gas se produce de forma natural por la descomposicin de la materia orgnica. Los humedales, el ganado y la energa son las principales fuentes que emiten metano a la atmsfera, donde acta como gas de efecto invernadero. El metano es adems uno de los principales componentes del gas natural. Se extrae fundamentalmente de yacimientos y se utiliza como combustible y con fines industriales. (8) El metano es importante para la generacin elctrica ya que se emplea como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor. Si bien su calor de combustin, de unos 802 kJ/mol, es el menor de todos los hidrocarburos, si se divide por su masa molecular (16 g/mol) se encuentra que el metano, el ms simple de los hidrocarburos, produce ms cantidad de calor por unidad de masa que otros hidrocarburos ms complejos. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberas hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefaccin y para cocinar. En este contexto se le llama gas natural. (9) El biogs contiene un alto porcentaje de metano, CH4 (entre 50-70%), por lo que es susceptible de un aprovechamiento energtico mediante su combustin en motores, en turbinas o en calderas, tanto slo, como mezclado con otros combustibles. (10)

Factores Determinantes En El Proceso De Generacin De Biogs

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Reacciones bioqumicas en la formacin del BIOGAS

Qu es un biodigestor? Un biodigestor est formado por un tanque hermtico donde ocurre la fermentacin y un depsito que sirve para el almacenaje de gas. Las dos partes pueden estar juntas o separadas y el tanque de gas puede ser de campana fija o flotante. En el caso del biodigestor de polietileno, el tanque de digestin y de recoleccin de gas, conforman uno slo. El proceso de digestin ocurre en la parte inferior del recipiente, y en la parte superior se colecta el gas.

El esquema superior es un dibujo del perfil de un biodigestor para tener una idea bsica de su concepto. A: Tubera de entrada del biodigestor. B: Tubera de salida del biodigestor C: Tanque donde se va a digerir la mezcla de agua y estircol. D: Cmara de coleccin de gas. E: Tubera de salida del gas. F: Recipiente de entrada para la carga G: Recipiente de recoleccin de Biol. Este biodigestor, posee una tubera de entrada a travs del cual se suministra la materia orgnica (por ejemplo, estircol animal o humano, las aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y una tubera de salida en el cual el material ya digerido por accin bacteriana abandona el biodigestor. Los materiales que ingresan y abandonan el biodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestin que ocurre en el interior del biodigestor libera la energa qumica contenida en la materia orgnica, la cual se convierte en biogs. La

duracin de la reduccin del material biolgico depende de los microorganismos especiales y de sus temperaturas ptimas del crecimiento. (12) Por qu biodigestor? Bio: vida. Contiene microorganismos vivos (bacterias) que son los que trabajan. Digestor: porque la fermentacin sin oxigeno se conoce como digestin anaerbica. (13) Clasificacin de los Biodigestores Modelo chino Se origin en China y consiste en una estructura cerrada con cmaras de carga y descarga que puede ser construida de concreto armado o ladrillos. Tiene una larga vida til mayor a 15 aos con un adecuado mantenimiento. Son embargo, el relativo alto costo que representa la construccin de este modelo hace que no se haya popularizado en pases latinoamericanos tanto como otros diseos. El digestor almacena solo un pequeo volumen e gas generado en el interior, por lo que requiere un contenedor diferente construido para tal fin.

Modelo indio Tambin llamado de domo flotante, en su parte superior presenta una campana o domo que se mantiene flotando en el lquido a causa del biogs que retiene en su interior. El domo puede ser de metal o preferiblemente de un material resistente a la corrosin como los plsticos reforzados. Esta campana sube y baja dependiendo del volumen del gas que contiene y por esto requiere una varilla

gua central o rieles laterales que eviten el rozamiento con las paredes de la estructura. (14)

CARACTERSTICAS DEL BIOGAS

PRINCIPIOS DE LA COMBUSTIN DEL BIOGAS

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La combustin perfecta, puede ser representada por las siguientes ecuaciones qumicas:

Carga La carga se constituir por la mezcla de un 20 a 25 % de material orgnico y de un 80 a 75% de agua. Parte de este agua puede reemplazarse por el lquido (efluente) tratado que sale del biodigestor tambin conocida como biol, y de esa forma producir ms biogs a expensas de obtener menos fertilizante. (16)

Tiempo de retencin y Carga diaria

Es necesario estimar un tiempo de retencin segn la temperatura a la que se trabaje. El tiempo de retencin es la duracin del proceso de digestin anaerobia, es el tiempo que requieren las bacterias para digerir el lodo y producir biogs. Este tiempo, por tanto, depender de la temperatura de la regin donde se vaya a instalar el biodigestor. As, a menores temperaturas se requiere un mayor tiempo de retencin que ser necesario para que las bacterias, que tendrn menor actividad, tengan tiempo de digerir el lodo y de producir biogs.

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Principales factores que afectan la produccin de gas: Entre los factores ms importantes a tenerse en cuenta se desarrollarn los siguientes: el tipo de sustrato (nutrientes disponibles); la temperatura del sustrato; la carga volumtrica; el tiempo de retencin hidrulico; el nivel de acidez (pH); la relacin Carbono/Nitrgeno; la concentracin del sustrato; el agregado de inoculantes; el grado de mezclado; y la presencia de compuestos inhibidores del proceso. (18)

Parmetros matemticos relacionados con la productividad de un biodigestor Uno de los parmetros que permite estimar la produccin de biogs en un biodigestor es la productividad de metano o productividad metanoica, la cual se define como la cantidad de metano generado en la unidad de tiempo con respecto a la materia dispuesta en el reactor. De esta manera, la expresin matemtica que permite calcular la productividad de metano de un determinado resto orgnico en un tiempo dado, es la siguiente:

Donde VCH4 es el volumen de metano generado; Vreactor es el volumen de materia dispuesta en el recinto fermentador y t es el tiempo considerado. La produccin de metano, tiene un lmite que depende fundamentalmente de la naturaleza de la materia dispuesta en el sistema digestor. La frmula que permite estimar la mxima generacin de metano para un producto determinado, es la siguiente:

Donde VCH4 es el volumen de metano generado y Sorg_total es la cantidad de materia orgnica total utilizada en todo el proceso. (4)

Beneficios de la tecnologa del Biogs Los sistemas de biogs pueden proveer beneficios a sus usuarios, a la sociedad y al medio ambiente en general:

produccin de energa (calor, luz, electricidad) ; transformacin de desechos orgnicos en fertilizante de alta calidad; mejoramiento de las condiciones higinicas a travs de la reduccin de patgenos, huevos de gusanos y moscas; reduccin en la cantidad de trabajo relacionado con la recoleccin de lea para cocinar (principalmente llevado a cabo por mujeres); ventajas ambientales a travs de la proteccin del suelo, del agua, del aire y la vegetacin leosa, reduccin de la deforestacin; beneficios micro-econmicos a travs de la sustitucin de energa y fertilizantes, del aumento en los ingresos y del aumento en la produccin agrcola-ganadera; beneficios macro-econmicos a travs de la generacin descentralizada de energa, reduccin en los costos de importacin y proteccin ambiental.

Por lo tanto, la tecnologa del biogs puede contribuir sustancialmente a la conservacin y el desarrollo. Sin embargo, el monto de dinero requerido para la instalacin de las plantas puede ser en muchos casos prohibitivo para la poblacin rural. Por ello, se deben concentran los esfuerzos en desarrollar sistemas ms baratos y en proveer a los interesados de crditos u otras formas de financiacin. (19)

Biodigestin anaerbica Este tipo de fermentacin es un proceso natural, conocido por el hombre desde tiempo atrs, pero poco utilizado, especialmente en nuestro medio. Es una fermentacin que ocurre en ausencia de oxgeno (sin aire) y produce, como resultado final, un gas combustible conocido como biogs, adems de un efluente lquido alcalino que es un excelente abono orgnico. En el desarrollo de este proceso ocurren simultneamente tres etapas dentro del sistema:

PRIMERA ETAPA: Ocurre una hidrlisis generalizada de la materia orgnica compleja adicionada al digestor, realizada por enzimas producidas por diversas bacterias: proteolticas, lipticas y carbolticas, que destruyen inicialmente las protenas, grasas y carbohidratos presentes, convirtindolas en sustancias ms simples, en su mayora cidos grasos. SEGUNDA ETAPA: El producto de la primera etapa, es tomado por un segundo tipo de bacterias, conocidas generalmente como acidognicas, que transforman la materia orgnica hidrolizada, en cidos orgnicos de bajo peso molecular, principalmente cido actico (CH3COOH) y cido propinico (C2H5.COOH). En este grupo de microorganismos formadores de cidos se encuentran especies de Clostridium, Desulphovibrio, Corynebacterium, Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus y Escherichia coli. Durante esta etapa no hay formacin de metano ni estabilizacin del sustrato. TERCERA ETAPA:

Los cidos de bajo peso molecular obtenidos, son a su vez tomados por un tercer grupo de bacterias, llamadas propiamente metanognicas, que los transforman en gas metano y dixido de carbono principalmente. Estas bacterias, que incluyen Metanobacterium, Metanobacillus, Metanococcus y Metanosorcina, son estrictamente anaerbicas y de lento crecimiento. El comportamiento microbiolgico es ms complejo que estas tres etapas; dentro de un biodigestor en operacin ocurren multitud de reacciones y fermentaciones simultneas de docenas de bacterias diferentes, que trabajan de forma simbitica y elaboran gran variedad de productos, que a su vez son tomados por otras bacterias que retransforman para otros grupos. Por lo anterior, con el biogs se encuentran trazas de Hidrgeno (H2), Nitrgeno (N2), cido Sulfhdrico (H2S) y otros. Cualquier cambio brusco que ocurra dentro del digestor en funcionamiento destruir el delicado equilibrio establecido en el sistema y el proceso se detendra, o desviara la reaccin para otro lado. Casi un 75% del gas metano producido durante el proceso, proviene del cido actico formado en los pasos intermedios. El hidrgeno producido por algunas bacterias se recombina en forma casi instantnea con dixido de carbono para formar metano y agua en un proceso llamado de biometanizacin. Varios factores alteran el proceso de fermentacin anaerbica; el ms importante de ellos es el cambio en la acidez del sistema. El punto ptimo de fermentacin est entre los 7.0 y 8.523 de la escala de pH, es decir un tanto alcalino. Una vez establecida la reaccin metanognica total, con la adicin de las bacterias adecuadas en cantidad y calidad suficientes y se haya estabilizado el pH de la misma por enzima de 7.424 que es considerado como el valor ms adecuado, la reaccin es muy estable y la gran cantidad de biomasa en fermentacin acta como una solucin amortiguadora, que se opone a cualquier cambio brusco dentro de ella. Si por algn motivo se llegara a bajar el pH a 6.5 o menos, cesa completamente la produccin de metano, pero la fermentacin continuara, produciendo principalmente dixido de carbono. Otro factor importante a tener en cuenta para una adecuada fermentacin es la temperatura de la masa durante el proceso. Existen tres rangos de operacin bien definidos: El crioflico, que opera por debajo de los 15.C (59.F). A esta temperatura la reaccin es muy lenta y casi nula; la produccin de metano se detiene debajo de los 17.C. Este es el principio utilizado por los refrigeradores domsticos para conservar, alimentos perecederos, entre los 4 a 6.C. Por debajo del punto de congelacin del agua cesa completamente cualquier fermentacin, por lo cual, la carne congelada se conserva casi indefinidamente.

El mesoflico, opera entre los 17 y 40.C (60 a 104.F), la temperatura ideal es la de los 35 a 37.C (95 a 99.F). A esta temperatura la fermentacin es rpida y efectiva desde el punto de vista de velocidad de degradacin de la materia orgnica. Es por esta razn que los alimentos se pudren rpidamente en tierra caliente cuando no estn refrigerados. El termoflico, que opera a temperaturas entre los 40 a 64.C (104 a 149.F) con un ideal de 55.C. A estas temperaturas la fermentacin es extremadamente rpida y efectiva, pero tambin es supremamente sensible a los cambios bruscos de pH y temperatura. Comparando el tiempo que tarda en degradarse totalmente por ejemplo el estircol del ganado, en el rango crioflico sera aproximadamente 120 das, mientras que en el mesoflico, puede durar entre 40 y 55 das. En el rango termoflico la operacin tardara unos 4 a 5 das. De lo anterior se deduce que con un control adecuado de temperatura de la masa en fermentacin, se puede lograr una aceleracin considerable en la velocidad del proceso. El grado y la calidad de la agitacin interna que se logre, es otro factor que ayuda a mejorar y acelerar la eficiencia de la fermentacin anaerbica, pues da oportunidad a las bacterias de estar en contacto con material no digerido.

Un factor limitante del proceso anaerbico es el de la presin total de operacin. Cuando la presin hidrosttica a que estn sometidas las bacterias es superior a 4 psi, su velocidad de trabajo se reduce en un 50%. Con el aumento de presin disminuye el rendimiento pero no llega a detenerse el proceso. En digestores sencillos, cuyo ancho es menor que la profundidad y sin ms efecto de agitacin que el burbujeo del gas producido, cuando sube a la superficie, no se debe sobrepasar una profundidad efectiva de lquido de 3.6 m. Si se ha de sobrepasar esta profundidad, es necesario proporcionar agitacin mecnica para que las bacterias puedan operar a diferentes profundidades. PRODUCTOS FINALES Es muy conocido el efecto por el cual, una gran variedad de desechos orgnicos se degradan produciendo un gas combustible, rico en metano. El proceso se produce siempre y cuando el material se encuentre en un ambiente cerrado libre de oxgeno (fermentacin anaerbica). El gas as producido se denomina BIOGS y los residuos slidos producidos se denominan BIOABONO. Tanto el biogs como el bioabono son de gran utilidad. (20) Los beneficios asociados a la digestin anaerobia son: Produccin de biogs que sirve como combustible Obtencin de abono orgnico.

Reduccin significativa de malos olores. Reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la reduccin de emisiones incontroladas de CH4 y CO2.

Las variables que influyen en el proceso son las siguientes: Temperatura: se encuentra un ptimo de funcionamiento alrededor de los 35 C Acidez: determina la cantidad y el porcentaje de metano en el biogs, habindose encontrado que el valor ptimo de pH oscila entre 6,6 y 7,6 Contenido en slidos: se suele operar en mejores condiciones con menos de un 10% en slidos, lo que explica que la biomasa ms adecuada sea la de alto contenido en humedad Nutrientes: para el crecimiento y la actividad de las bacterias, stas tienen que disponer de carbono, nitrgeno, fsforo, azufre y algunas sales minerales Txicos: aparte del oxgeno, inhiben la digestin concentraciones elevadas de amonaco, sales minerales y algunas sustancias orgnicas como detergentes y pesticidas. (10)

Factores Que Afectan La Digestin Anaerobia. Los principales son los siguientes: Tipo de desechos. Dificultan o impiden o exigen ciertos microorganismos para la digestin anaerbica, los siguientes desechos: La presencia de lignina, de hidrocarburos alifticos de cadena larga, de altas concentraciones de nitrgeno y de sulfuro. La concentracin de la materia orgnica MO. La bibliografa consultada habla de que la ptima relacin Agua materia orgnica es aquella en la que la MO participa entre el 6 y el 7% de la mezcla Presencia material txico. Inhibe o anula la digestin anaerbica, segn la concentracin. Existen microorganismos que se utilizan para remediar zonas contaminadas porque son capaces de almacenar los txicos en su organismo Nutrientes: La relacin Carbono / Nitrgeno ideal para Producir biogs es de C/N = 30 pH: La mejor actividad se logra para un pH entre 6,5 y 7,5

Tiempo retencin hidrulica y Tiempo retencin de slidos Tasa de alimentacin de los microorganismos Tasa de carga reactor Tasa de remocin de txicos La Temperatura que aumenta la productividad del proceso, en la medida que sube la temperatura o reduce el nmero de das requeridos para la produccin de biomasa. (2)

AntecedentesBarrena G. Miguel, et al, (2010) utilizaron estircol vacuno fresco recolectado en el Camal Municipal de la ciudad de Chachapoyas, y cscaras de papa introducidos en botellas de plstico de 1.75 L, que funcionaron como biodigestores. El experimento se realiz en la Universidad Nacional Toribio Rodrguez de Mendoza de Amazonas. El gas se recolect en botellas de 260 ml, calibradas cada 50 ml, las cuales se llenaron de agua, y por desplazamiento se mide el volumen de biogs recolectado. Se realizaron 15 experimentos de los cuales el experimento 14 produjo mayor volumen de biogs. Las variables del experimento 14 fueron: 583 ml de estircol de ganado vacuno (relacin estircol: agua de 1:2), 35 ml de agua de desage (2% vol. /vol.) y 79 g de cscara de papa (9% peso/vol.) y se produjeron 195 ml de biogs. Utilizando el software Statgraphics para escalamiento se deduce que el volumen producido por dichas variables debe ser 195.827 ml de biogs, valor ligeramente superior al obtenido experimentalmente. (1)

Escudero de Fonseca A. (2009), compar las cantidades de metano obtenidas en la mezcla de excrementos de pollo y cscaras de naranja contra la mezcla de excrementos de cerdo y cscaras de pltano recolectados en la Central de Abastos-Granabastos de Barranquilla-Colombia, dispuestos en plantas a escala laboratorio en el Instituto para el Desarrollo Sostenible- Universidad del Norte. La primera comparacin es la relacin de produccin de metano contra carbono contenido. La mezcla de excremento de cerdo produjo 20,71 L de metano por Kg de Carbono contra 8,6 L de metano por Kg de Carbono de la mezcla con excrementos de pollo. El pH de la mezcla de cscaras y excrementos de cerdo estuvo en un rango entre 8 y 9, y el rango de pH para la mezcla con excrementos de pollo fue entre 5 y 6, por lo que el pH estuvo a favor de la mezcla con excrementos de cerdo, puesto que la otra mezcla se acidific. Se esperaba tericamente producir en la mezcla de excrementos de pollo y cascaras 55 L/ kg de metano, y slo se obtuvieron 6.71 L/kg; para la mezcla de excrementos de cerdo y cscaras se esperaban 23 L/kg de metano y se produjeron 4.48 L/kg, con lo cual se concluye que el nitrito y el pH fueron los factores inhibidores del proceso de biodigestin. (2)

Rivas Solano O., et al. En el 2008 realizaron una investigacin en el Instituto Tecnolgico de Costa Rica sobre los factores influyentes en la productividad de un biodigestor. El rendimiento de un biodigestor est ligado principalmente a la estructura de la comunidad microbiana presente en el mismo. Adems, la produccin de metano tiene un lmite que depende tambin de la naturaleza de la materia dispuesta en el sistema digestor. Por lo cual se deben manipular los factores qumicos, fsicos y biolgicos para mejorar la produccin de biogs. Los ms importantes son: La relacin carbono-nitrgeno debe estar en una proporcin de entre 20 y 30 partes del primer elemento por cada parte del segundo. Si la proporcin de nitrgeno aumenta la produccin de biogs puede disminuir debido a la formacin de amonio. Utilizar grasas vegetales puede aumentar hasta un 2400% la produccin de biogs. La temperatura debe estar en un rango de 5 a 60 C. La remocin de impurezas como plsticos o arena permite lograr un incremento significativo en la cantidad de biogs con valor energtico. (4)

Chvez I. P., (2006), realiz un estudio, recopilando datos de los biodigestores en funcionamiento en Per, sobre los principales factores que intervienen en proceso de digestin anaerobia as como los valores de generacin de biogs segn diferentes sustratos. Aqu enlistaremos los datos ms importantes: las excretas de porcino producen en promedio 450 L/kg de gas metano. Las excretas de vacuno en promedio producen 250 L/kg. Los desperdicios de verduras generan 350 L/kg. Asimismo para un periodo de retencin entre 30 a 60

das la temperatura ptima se encuentra en un rango de 28 a 33 C, y el pH entre 7 y 7.2. (11)

Rodrguez, C., et al, (2006), en el Centro de Investigaciones Cientficas y Tecnolgicas del Ejrcito (Sangolqu, Quito, Ecuador) desarrollaron un anlisis completo de los factores que intervienen en el diseo y la construccin de un biodigestor. Las pruebas se realizaron en 9 tanques con desechos vegetales y excrementos bovinos. La temperatura ambiente inicial se mantuvo en 30 C y la presin promedio fue de 5 psi. Una vez hechas las pruebas en los 9 tanques, se determin que el sustrato ms adecuado debe estar en una concentracin entre 30 a 40% de materia orgnica vegetal y 60 a 70% de materia orgnica digerida (estircol bovino). La poblacin bacteriana, es muy sensible a los cambios bruscos de temperaturas, es decir inhibe su crecimiento e inclusive muere a elevadas temperaturas (sobre los 45C). En este proyecto se alcanzo a los 10 das 49C, la presin del biogs que en ese momento haba alcanzado los 13 psi dentro del sistema, empez a reducir, por esa razn se concluye que una parte de las bacterias murieron. (20) Mart Herrero, J. (Cochabamba-Bolivia, 2008), menciona que la carga diaria de un biodigestor debe ser una parte de excrementos y 3 partes de agua. El biodigestor debe llenarse al 75% de su capacidad. Tambin hace un anlisis del tipo ideal de biodigestor para 3 regiones geogrficas: altiplano, valle y trpico. Los datos principales son los siguientes: Biodigestores para altiplano: Carga diaria: 20 kg de estircol y 60 litros de agua mezclados. Produccin de biogs diario: 700-750 litros (4-5 horas de cocina). Temperatura de trabajo 10C. Biodigestores para Valle: Carga diaria: 20 kg de estircol y 60 litros de agua mezclados. Produccin de biogs diario: 700-750 litros (4-5 horas de cocina). Temperatura de trabajo 20 C. Biodigestores para Trpico: Carga diaria: 20 kg de estircol y 60 litros de agua mezclados. Produccin de biogs diario: 700-750 litros (4-5 horas de cocina). Temperatura de trabajo 30 C. (17)

ObjetivoConstruir un biodigestor casero para la obtencin de biogs a partir de desechos orgnicos en el Instituto Tecnolgico de Matamoros (laboratorio de ambiental) en el semestre agosto- diciembre del 2011.

MaterialesGarrafn vaco Mangueras de plstico Globo metlico Vlvula de bola Tapn para el garrafn Cinta de aislar Silicn para aislar caliente Mechero de bunsen Desechos orgnicos Tubo de cobre de 20 cm Papel de lija Bote de plstico Guantes de ltex Palo de madera.

Mtodo de GreenLearning Canad Modificado A. Prepare el sistema de recoleccin de biogsCorte un pedazo de tubera de cobre de 20 cm y limar los dos extremos de la tubera recin cortada con papel de lija. El globo tiene una vlvula por dentro que evita el escape de helio, una vez que se llena. Esta vlvula ayudar a formar un sello hermtico alrededor del

tubo. Empuje el tubo en el cuello del globo, ms all del final de la manga, dejando unos 2cm que sobresale del cuello del globo. Probar que el aire pueda entrar y salir del tubo, soplando un poco a travs del tubo, el globo debe inflarse con poca o ninguna resistencia y el aire debe ser capaz de escapar con facilidad a travs del tubo. Colocar la cinta de aislar en el cuello del globo sujetando al tubo. Cortar la manguera en 3 partes. Hacer dos perforaciones al tapn del garrafn, e introducir 2 de las mangueras de descarga y pegarlas con el pegamento para aislar caliente. Conectar una de las mangueras pegadas al tapn, con el tubo de cobre que sale del globo. Conectar la otra manguera que sale del tapn, con la vlvula de bola. Conectar la 3er manguera suelta a la vlvula de bola y dejar un lado solo para conectar el mechero de bunsen, a la hora de la comprobacin.

B. Introducir de la mezcla de desechos.Hacer un embudo con un bote de plstico, es decir cortarlo por la mitad. Con la ayuda del embudo introducir los desechos orgnicos en el garrafn, hasta una tercera parte del garrafn. Ponerse guantes de goma para hacer esta operacin. Agregar una cantidad de agua suficiente para cubrir todos los desechos. Revolver con un palo, para que los deshechos estn bien mezclados con el agua.

C. Montaje finalColocar la tapa del garrafn y verificar que est bien sellada, pegndola con silicn caliente. Verificar que el aire pueda pasar por la vlvula de bola, posteriormente verificar que este bien cerrada.

D. Cuando el gas se empieza a acumular en el globo, se hace la prueba al tratar de encender el mechero de BunsenEn primer lugar, abrir la vlvula de manera que el biogs pueda tener flujo del globo al mechero de Bunsen. Alguien tiene que apretar el globo suavemente mientras se intenta encender el mechero de bunsen, con un fosforo o encendedor de chispa. Si su mechero de Bunsen se enciende, el biogs generado es un xito. (21)

Cronograma de actividades

Presupuestos

Bote de plastico

Resultados esperados Se espera construir un biodigestor casero y obtener biogs a partir de desechos orgnicos en el Instituto Tecnolgico de Matamoros (laboratorio de ambiental) en el semestre agosto- diciembre del 2011.

Referencias Bibliogrficas

(1).- Barrena G, Miguel, Gamarra T., Oscar y Maicelo Q, Jorge. Produccin de biogs en laboratorio a partir de residuos domsticos y ganaderos y su escalamiento. Aporte Santiaguino, ene. /jun. 2010, vol.3, no.1, p.86-92. ISSN 2070-836X. En http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S2070-836X2010000100012&lng=es&nrm=iso&tlng=es Consulta realizada el 13 de septiembre de 2011

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