Biogas Apartir de Caña de Azucar y Estiercol

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OBTENCIÓN DE BIOGÁS A POBTENCIÓN DE BIOGÁS A POBTENCIÓN DE BIOGÁS A POBTENCIÓN DE BIOGÁS A POBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DEL BAARTIR DEL BAARTIR DEL BAARTIR DEL BAARTIR DEL BAGGGGGAZO DEAZO DEAZO DEAZO DEAZO DECAÑA Y ESTIÉRCOLCAÑA Y ESTIÉRCOLCAÑA Y ESTIÉRCOLCAÑA Y ESTIÉRCOLCAÑA Y ESTIÉRCOL

FERNÁNDEZ ESCALANTE, Jesús Daniel & SAAVEDRA VARGAS, Carmen CaríbayU. E. Liceo Bolivariano Libertador. Mérida. Estado Mérida. 2007

RESUMEN

El propósito de esta investigación es “Desarrollar tecnologías alternativas a bajo costopara la obtención de biogás a partir del Bagazo de Caña y Estiércol”. A través del estudio,diseño y construcción de un Biodigestor pequeño, tipo Batch, alimentado con estiércolde ganado vacuno y el recurso orgánico nunca antes utilizado “bagazo de caña de azúcar”,mediante un trabajo de campo, de tipo explicativo y experimental. Además se hizo unestudio a profundidad de las ventajas y desventajas del uso de biodigestores; laproducción de biogás en diferentes temperaturas; la presión ejercida por el biogás; lasproporciones de Aire, Dióxido de Carbono y Metano en el biogás producido, a través dela cromatografía gaseosa; el tiempo de retención de la materia orgánica y un análisisestadístico de los resultados. Los resultados obtenidos demuestran que el Biodigestorconstruido es eficiente, no solo en la producción de Biogás a partir del bagazo de caña yestiércol a temperatura ambiente, sino también en la producción de un Bioabono rico ennutrientes el cual puede ser utilizado como fertilizante natural en suelos de pocavegetación.PPPPPalabras claalabras claalabras claalabras claalabras clavvvvveeeee: Biogás, Biodigestor, Bagazo de Caña, Estiércol.

INTRODUCCIÓN

El biogás es una mezcla de gases cuyosprincipales componentes son el metano (CH4)y el dióxido de Carbono (CO2) que se producecomo resultado de la fermentación de lamateria orgánica en ausencia de aire, por laacción de un grupo de microorganismos. ElBiogás con su alto contenido de metano, esuna fuente de energía que puede ser utilizadopara cocinar, iluminar, operar máquinasagrícolas, bombear agua o generar corrienteeléctrica. Para obtener el biogás se utilizanvarios sistemas, uno de ellos (el másgeneralizado) es el llamado Biodigestor deMetano. Un Biodigestor es un generador debiogás, que permite producir en condicionesanaerobias (en ausencia de oxígeno) un gassimilar al gas común de cocina, utilizandocomo materia base estiércol de animales,

heces humanas, restos de plantas y verduras.Este proceso de producción de biogástambién permite que se forme un residuo olodo, el cual posteriormente secado, seconvierte en un abono orgánico de buenacalidad, rico en nutrientes. (Hobfeld, 1986)

La descomposición anaerobia es uno delos pocos procesos naturales que no se habíaexplotado plenamente sino hasta hace pocotiempo. Los chinos utilizan desde hacedécadas “lagunas cubiertas” para suministrarcombustible de metano a las comunidades.No obstante, el primer intento hecho paraconstruir un biodigestor, con el fin de obtenermetano a partir de desechos orgánicos, se creeque se produjo en la India, en el año de 1900.Durante la Segunda Guerra Mundial, laescasez de combustibles en Alemania

Fernández J. y Saavedra C. y Saavedra C. y Saavedra C. y Saavedra C. y Saavedra C. Obtención de... CreandoCreandoCreandoCreandoCreando REVISTA CIENTÍFICA JUVENIL. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Enero-Diciembre Vol. VI (2007): 105-118

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condujo al desarrollo de plantas de metanoen las zonas rurales, donde se utilizaba el gaspara el funcionamiento de tractores. La idease extendió por Europa Occidental; pero seapagó cuando volvió a disponerse decombustibles fósiles. El metano principalcomponente del gas natural y del biogás, esun hidrocarburo gaseoso con menor densidadque el aire (0,554 g/c.c.), el cual se desprendede materias en putrefacción, siendo un gasinflamable que explota en contacto con unallama. El metano es poco soluble en aguateniendo puntos de fusión y ebullición muybajos (punto de ebullición -164,0ºC y puntode fusión -85,5ºC).

Hoy en día, las investigaciones sobrebiogases y biodigestores de materialesorgánicos se enfocan principalmente en laIndia. En esta región, las vacas producencerca de ochocientos millones de toneladasde estiércol al año; casi la mitad se quemapara obtener combustible y, en esa forma, sepierde su uso como fertilizante. En al décadade 1950 se desarrollaron modelos debiodigestores simples, apropiados para loshogares aldeanos. La mayor aparte de lainformación sobre la digestión y lasoperaciones con biodigestores en pequeñaescala, procede de experiencias en la India,Europa Occidental y Sudáfrica, y depublicaciones periódicas, tales como CompostScience, Water Swager Work, Soils andFertilizer. (Lehringer, 1975)

La escasez de energía, hecho que sepresenta frecuentemente en América y elmundo, ha promovido el desarrollo depaliativos que intentan afrontarla. Entre losdispositivos, que la cultura y la investigacióngeneraron, están los Biodigestores, los cualesse caracterizan por el aprovechamiento de ladescomposición orgánica, que en condicionesanaerobias, en presencia de microorganismosy temperatura adecuada producen comosubproducto el gas metano, de un gran podercalorífico. Existen muchos modelos de estos

biodigestores, están clasificados en dosgrandes grupos, los discontinuos y loscontinuos. Entre los biodigestores continuosmás importantes tenemos el modelo “Hindú”y el “Chino”. El biodigestor discontinuo masutilizado es el modelo “Batch”, el cual realizaun proceso fermentativo que se caracterizaporque toda la materia orgánica biodegradablese convierte en biomasa, quedando sólo lamateria orgánica recalcitrante.

En la actualidad han surgido numerosasinterrogantes en la relación existente entre elgas natural y el biogás. El gas natural es elresultado de sucesivas transformaciones delos materiales básicos y crudos, seguida porla acumulación de los mismos en reservascuya diversidad de composición se ve reflejadaen el origen de sus componentes. El biogásse obtiene por medio de la descomposiciónde la materia orgánica (vegetal o animal),resultado de un proceso anaeróbico en dondeestán presentes las bacterias metanogénicasy termogénicas, encontradas en el estiércol devaca y de cerdo principalmente. El estiércoltambién recibe como nombre inóculo, cuyafunción es descomponer materia orgánicapara la producción de biogás, cuyorendimiento va depender de la temperaturaen la que se encuentra la materia, el tiempode retención, la relación existente entre lacantidad de desecho orgánico y la cantidadde inoculo.

En Venezuela la obtención de biogás apartir de estos desechos todavía no es muyfomentada, posiblemente a la condición denuestro país como exportador de petróleo, sinembargo el biogás representa una alternativaenergética que permite el desarrolloespecialmente de las áreas rurales en dondesu obtención como combustible se puederealizar mediante un fácil y no complicadoprocedimiento.

La investigación presentada consiste enla obtención de biogás a partir del bagazo decaña (el resultado del paso de la caña de


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azúcar a través de maquinarias adecuadaspara extraer el liquido de ésta, posteriormentesecada se conoce como bagazo de caña). Estebagazo se mezcló con estiércol (excrementosde vaca) y a esta mezcla se le agregó unadeterminada proporción de agua parahomogenizarla. Después de un determinadotiempo se inició la producción de biogás. Serealizaron una serie de experimentos con dosbiodigestores bajo distintas variables paradeterminar dentro de que condiciones seobtiene el biogás con el mejor rendimiento.También se realizaron cromatografías albiogás producido para determinar lasproporciones de aire, dióxido de carbono ymetano. La razón por la cual se escogió elbagazo de caña como desecho para obtenerel biogás, se debió a que hasta el momentono se conocía algún estudio sobre laproducción de biogás a partir de estematerial. Muchos estudios han sido realizadossobre la producción de biogás a partir de otrasmaterias, como por ejemplo de la yucaamarga; por lo tanto la obtención de biogás apartir del bagazo de caña representa hasta loque conocemos hoy en día algo innovador ennuestro país.

El objetivo general de esta investigación esprimordialmente Desarrollar tecnologíasDesarrollar tecnologíasDesarrollar tecnologíasDesarrollar tecnologíasDesarrollar tecnologíasalternativas a bajo costo para laalternativas a bajo costo para laalternativas a bajo costo para laalternativas a bajo costo para laalternativas a bajo costo para laobtobtobtobtobtención de biogás a parención de biogás a parención de biogás a parención de biogás a parención de biogás a partir del bagazotir del bagazotir del bagazotir del bagazotir del bagazode caña y estiércolde caña y estiércolde caña y estiércolde caña y estiércolde caña y estiércol. Utilizando para ello dosbiodigestores, alimentados con bagazo decaña y estiércol de vaca.

Posteriormente como objetivosespecíficos se trazaron “Diseñar y Crear unBiodigestor pequeño”, “Evaluar la influenciade la temperatura sobre la producción deBiogás”, “Determinar la proporciones de aire,dióxido de carbono y metano en el del biogásobtenido a través de la cromatografía gaseosa”y “Determinar la viabilidad de implementarun biodigestor en una población rural”

Se obtuvieron excelentes resultados quepueden ser utilizados por instituciones que

estudian la obtención de biogás, permitiendocombinar el estiércol con otra materiaorgánica, logrando de esta manera una mayorproducción de biogás. Esta experienciarepresenta una nueva alternativa en laproducción de biogás, la cual aún no habíasido estudiada, dándole una utilidad albagazo de caña de azúcar que esdesperdiciado y algunas veces usado en laincineración contaminado de este modo elambiente. Normalmente el biogás se obtienea partir del estiércol de cochino, vaca, entreotros; sin mezclarlo con otro material;combinando el estiércol con el bagazológicamente el comportamiento del biogásdebe cambiar, precisamente en este cambiose diferencio esta investigación de las demás.

MATERIALES Y MÉTODOS

De acuerdo a los objetivos planteados,se realizó una investigación de campo ya quelos datos son obtenidos directamente de larealidad de los hechos, es decir de laconstrucción y estudio de un Biodigestor tipoBatch, ajustada al tipo de investigaciónexplicativa y experimental. Se consideraexplicativa ya que se caracteriza por buscarel por qué de los hechos mediante elestablecimiento causa-efecto. También seconsidera Experimental, debido a que ungrupo de materiales orgánicos son sometidosa determinadas condiciones con el fin deobservar los efectos que se producen.

Se diseño una estrategia de trabajo quepudiese dar respuesta al problema planteado,en consecuencia se establecieron cuatrofases: La primera fase consistió en un ArqueoBibliográfico, en la Segunda Fase se diseñoy aplicó el proceso experimental, en la tercerafase se hizo el procesamiento, análisis ydiscusión de los resultados y en la cuartafase se presentaron las conclusiones yrecomendaciones.


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La recolección de los datos se llevo acabo mediante la construcción del Biodigestory la determinación diaria del biogás obtenido.

1.) CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR

El Biodigestor a utilizar es de tipo Batch,que es un modelo muy común en los camposdonde se emplea este tipo de tecnologíaexperimental del biogás. Los BiodigestoresBatch, realizan un proceso fermentativo quese caracteriza porque toda la materia orgánicabiodegradable se convierte en Biomasa,quedando solo materia orgánica recalcitrante.Este proceso dura varias semanas y cuandose agota la materia orgánica hay querenovarla; si se posee un solo biodigestor, seobliga a que debe ser de un tamaño grande eigualmente el gasómetro, para poder generary almacenar durante los periodos que no haygeneración de gas, si se posee dosbiodigestores y así sucesivamente, el gas aalmacenar será mayor.

La construcción del Biodigestor tipoBatch a escala que se empleó para estainvestigación presenta una capacidad para 8Kg de gas, que es el lugar donde se sitúatanto el gas como la biomasa.

El Biodigestor es de un modelo prácticoy sencillo, su estructura esta conformada porun cilindro para gas propano de 8 Kg, el cualcontiene dos tubos a los lados, que son lacámara de carga y la cámara de descarga.Contiene una válvula para la salida del biogásy un manómetro para medir la presión delmismo. Además tiene un tubo de salida en laparte inferior, para el efluente o Bioabono.

MAMAMAMAMATERIALES EMPLEADOS EN LATERIALES EMPLEADOS EN LATERIALES EMPLEADOS EN LATERIALES EMPLEADOS EN LATERIALES EMPLEADOS EN LACONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTORCONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTORCONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTORCONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTORCONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR

1 Cilindro para gas propano de 8 Kg; 4llaves de paso de ½”; 7 niples galvanizadosde ½”; 4 niples de 5cm de rosca corrida de½”; 1 manómetro para 100 libras; 2 Te de ½”;

1 acople de bronce de ½”; 8 laminas pulidascalibre 0,016 de 0,15 x 0,15; ¼ de kilo deelectrodos 3,32; pintura martillada color grisoscuro; 4 varillas de bronce finas y 2 taponesgalvanizados de ½”. Para el llenado delBiodigestor se utilizó Bagazo de Caña yestiércol de vaca.

PPPPPASOS A SEGUIR PASOS A SEGUIR PASOS A SEGUIR PASOS A SEGUIR PASOS A SEGUIR PARA LA CONSARA LA CONSARA LA CONSARA LA CONSARA LA CONSTRTRTRTRTRUCCIÓNUCCIÓNUCCIÓNUCCIÓNUCCIÓNDEL BIODIGESTORDEL BIODIGESTORDEL BIODIGESTORDEL BIODIGESTORDEL BIODIGESTOR

Lo primero que hay que hacer es quitarlela llave al cilindro para hacerle la limpieza, luegose debe llenar con agua y jabón en polvo, parapoder perforar con un taladro donde se van acolocar los niples de entrada y salida de labiomasa. Seguidamente se hacen lasadaptaciones y soldaduras requeridas con unarco eléctrico y una soldadura autógena.Posteriormente se fabrican los cubos con laslaminas pulidas y se soldan a los niples, luegose colocan todos los materiales necesarios enadaptación (manómetro, te, llave decompuerta). Finalmente se hace una pruebade fuga con aire comprimido, ya realizado todoeste proceso se le aplica al cilindro el esmaltemartillado.

2.) CONTROL DE PORCENTAJES ENTREEL ESTIÉRCOL Y EL BAGAZO

Para poder precisar los porcentajes deEstiércol y Bagazo de caña dentro de lacomposición de la biomasa, se realizaron dosmuestras con variación de porcentajes en lasmismas para comparar la producción de gasy la calidad del mismo.

Los porcentajes estuvieron especificadosde esta manera, cuando el estiércol posea un25% el bagazo tendrá un 75%; al llegar elestiércol al 50% el bagazo tendrá la mismacantidad, es decir cincuenta por ciento paraambos. Para un mejor entendimiento sepuede observar en la tabla Nº 1:


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TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1.....Porcentajes de la Biomasa contenida en

el Biodigestor

Se puede observar que la suma de cadaporcentaje verticalmente da un total de un100% que vendría a ser el peso constanteque se aplicará a cada biodigestor.

3.) CONCENTRACIÓN DE LA BIOMASA

Para que pueda haber una uniformidadentre le estiércol y el bagazo de caña se debiómezclar estas cantidades con una determinadaproporción de agua de tal manera que dichamezcla quedara homogénea.

El volumen de los biodigestores como seexplicó anteriormente es de 8 Kg, por lo tantose debió tener en cuenta el volumen queocupará la biomasa y el volumen que ocuparáel agua. La concentración del bagazo-estiércol/ agua se realizó en función del peso y elvolumen.

TTTTTabla Nº 2.abla Nº 2.abla Nº 2.abla Nº 2.abla Nº 2.Cantidad de Biomasa contenida en el

Biodigestor

4.) TEMPERATURA

La temperatura a la que debía estar cadaBiodigestor fue variada. Se implementaron lastres opciones de temperatura existentes comolos son temperatura caliente, temperaturaambiente y temperatura fría; para poder

BIODIGESTOR 1111 2222

Estiércol 25 % 50 %

Bagazo 75 % 50 %

observar la variación de cada uno de losbiodigestores se aplicaron de la siguiente manera:

TEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATURA AMBIENTE (25ºC):TURA AMBIENTE (25ºC):TURA AMBIENTE (25ºC):TURA AMBIENTE (25ºC):TURA AMBIENTE (25ºC):Para la temperatura ambiente no hubo

inconveniente ya que esta es la que no esmodificada por un medio externo ygeneralmente tampoco es constante en todopor las diversas variaciones meteorológicas.

Para estudio de los Biodigestores entemperatura ambiente se dispuso a colocarlos dos biodigestores siempre en un mismolugar con poca ventilación para evitar lavariación de temperatura, ya que esta actúacomo agente acelerador para la producciónde biogás.

Se mantuvieron en temperaturaambiente por 24 días, tomando nota de lapresión y cantidad del biogás cada día.

TEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATURA FRÍA (1TURA FRÍA (1TURA FRÍA (1TURA FRÍA (1TURA FRÍA (17-17-17-17-17-18ºC):8ºC):8ºC):8ºC):8ºC):Para realizar el cambio en la temperatura

de los Biodigestores, no se utilizaron aparatoseléctricos ni ninguna especie deinstrumentos, sino una idea práctica y sencilla,la cual consistía en colocar una cavarelativamente grande con un volumen deagua, donde entran los biodigestores, dichacava posee una abertura en la parte inferiorde uno de los laterales, donde se le fueaplicado un tapón con un agujero paradisminuir el flujo de agua que salía por este.Para compensar la salida del flujo del aguase colocó una manguera con un chorrocontrolado para que la entrada del agua fuesela misma que la salida, y así de tal formamantener un volumen constante del agua, deeste modo el agua circulaba en el interior dela cava. El agua tenia una temperaturaconstante de 17ºC a 18ºC, lo cual era perfectopara la investigación.

Los Biodigestores se mantuvieron entemperatura fría por 8 días, tomando nota dela presión y cantidad del biogás cada día.


Biodigestor 1 Biodigestor 2

ESTIÉRCOL 25% = 1,25 Kg 50% = 2,50 Kg

BAGAZO 75% = 3,75 Kg 50% = 2,50 Kg

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TEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATEMPERATURA CALIENTE (40ºC):TURA CALIENTE (40ºC):TURA CALIENTE (40ºC):TURA CALIENTE (40ºC):TURA CALIENTE (40ºC):Para el efecto de temperatura caliente,

se tuvo que implementar un aparato el cualmantenía constante la temperatura del flujode agua. La temperatura a la cual se mantuvoel flujo de agua fue de unos 40ºCaproximadamente, la cual era graduadamanualmente y tenía incluido un termómetroelectrónico.

Los Biodigestores se mantuvieron entemperatura caliente por 8 días, tomando notade la presión y cantidad del biogás cada día.

5.) CROMATOGRAFÍA

Para la cromatografía se tuvo quedisponer de ciertos instrumentos como lo son:Jeringa para Cromatografía gaseosa(Halmiton, modelo 7105), Cromatógrafo deGases Perkin Elmer modelo 1116, Sistemacomputarizado Pe Nelson modelo 1026 y unaComputadora EPSON; esenciales para lacromatografía. El cromatógrafo de gases PekínElmer Modelo 1116 posee dos inyectores unaFID y otro TCD de los cuales utilizamos el TCDpor tener columnas que pueden detectarmetano, dióxido de carbono y aire.

Los Biodigestores que se utilizaron parala Obtención de Biogás ya cargados sellevaron al lugar de la cromatografía, dondese introduce en el septum de cada biodigestorla jeringa para extraer el biogás existente enel interior del mismo. Después de habercargando la jeringa con el Biogás se introduceésta en el inyector TCD del cromatógrafo ysimultáneamente en la computadora se colocaen el menú de selección “star run” y seprocede a inyectar el gas en el cromatógrafo;después de la inyección se aprietarápidamente el botón “RUN” de color verdeen el tablero de operaciones de dichocromatógrafo. Es importante destacar que elinyector también posee una temperatura de50ºC. Para impulsar el Biogás por la columna,existe el gas de arrastre que en este caso fue

hidrogeno, pero también se puede utilizarhelio; este gas esta continuamente circulando,pero no se sale por el inyector ya que elcromatógrafo posee una especie de septumen el lugar en donde se realiza la inyección.Luego que llega a la columna es calentadopor el horno, debido a la condición especificade este trabajo se tomo el mínimo valor detemperatura que es de 28ºC. Las columnaspor donde pasa el gas, poseen dos extremosuno se comunica con el inyector y el otro conel detector TCD que está a una temperaturade 100ºC; otra condición es la longitud deestas columnas la cual tieneaproximadamente 30 metros con un diámetrode 1 milímetro, el cual contiene una sustanciaque realiza la función más importante que esla de hacer que cada gas que se encuentreen la mezcla fluya con menos rapidez, por lotanto cada gas tendrá un tiempo de salidadistinto que es captado por el detector.

El análisis de los gases se realiza en lacomputadora donde se registra la informacióndel cromatógrafo, el tiempo de duración de losanálisis es de tres minutos por cadacromatografía. Para empezar a realizar losanálisis se deben tener primero los patronesde los compuestos que posiblemente seencuentran en el biogás a estudiar. En este casose hicieron patrones de: aire y dióxido decarbono; metano puro; y dióxido de carbono,aire y metano. Con esto se determinaba en quetiempo salía la señal de metano, la del dióxidode carbono y la del aire. Luego de tener losresultados de los patrones se procedió aimprimirlos para que al finalizar las pruebasdel biogás se compararan y se conociera confacilidad cuál pico representaba al aire, cuál aldióxido de carbono y cuál al metano.

De cada muestra extraída de losbiodigestores, se realizaron dos cromatografíaspara poder así determinar la autenticidad delos resultados.


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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Una vez iniciada la producción de biogásse realizaron medidas diarias para determinarel volumen de biogás que se obtenía por día.Estas medidas eran realizadas de acuerdo alascenso que realizaba el manómetro delbiodigestor. Los ascensos del manómetrofueron los siguientes:

- T- T- T- T- Temememememperatura Ambientperatura Ambientperatura Ambientperatura Ambientperatura Ambiente 1 (25ºC)e 1 (25ºC)e 1 (25ºC)e 1 (25ºC)e 1 (25ºC)

TTTTTabla Nº 3.abla Nº 3.abla Nº 3.abla Nº 3.abla Nº 3.Presión del Biogás a Temperatura

Ambiente 1 (25ºC)

En el sexto día se notó que los volúmenesde los manómetros habían disminuidonotablemente, se decidió botar el biogáshaciéndolo combustionar con un yesquero. Elbiogás combustionó durante algunos minutos.


Ambiente 1 (25ºC)

NONONONONOTTTTTA: A: A: A: A: El hecho que el manómetro noascienda no significa que no haya biogás enel Biodigestor, sino que la cantidad obtenidaes tan poca que no tiene la suficiente presiónpara alzar la aguja del mismo.

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 1 22 mm 25 mm 2 35 mm 35 mm 3 38 mm 39 mm 4 39 mm 42 mm 5 10 mm 60 mm 6 2 mm 8 mm

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 7 0 mm 0 mm 8 0 mm 0 mm

Gráfica Nº 1.Gráfica Nº 1.Gráfica Nº 1.Gráfica Nº 1.Gráfica Nº 1.Presión del Biogás a Temperatura

Ambiente 1 (25ºC)

Para comparar nuevamente la producciónde biogás en temperatura ambiente, el día 9se prepararon otra vez las mezclas de losbiodigestores 1 y 2.

A partir del día 10 la producción debiogás asciende.


Ambiente 1 (Nueva Muestra)

Gráfica Nº 2.Gráfica Nº 2.Gráfica Nº 2.Gráfica Nº 2.Gráfica Nº 2.Presión del Biogás a Temperatura

Ambiente 1 (25ºC)

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8

Días

Pres

ión

del B

iogá

s en

mm

Biodigestor 1

Biodigestor 2

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 9 0 mm 0 mm

10 12 mm 15 mm 11 20 mm 28 mm 12 25 mm 32 mm 13 30 mm 40 mm 14 38 mm 52 mm 15 49 mm 60 mm 16 65 mm 80 mm

0102030405060708090

9 10 11 12 13 14 15 16

Días

Pres

ión

del B

iogá

s en

mm

Biodigestor 1

Biodigestor 2


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Como se puede observar en las graficas1, 2 y 3, en los biodigestores se evidenciaronbuenas producciones de biogás, durante eltiempo de retención. Las mezclas con unaproporción igual entre bagazo de caña yestiércol son las que producen un mayorvolumen de biogás en un ciclo de una semanaaproximadamente.

Se observó que el volumen de biogáscontenido en los biodigestores disminuyocompletamente en el sexto día. Posteriormentese vació el gas de los biodigestores haciéndolocombustionar. Al día siguiente éste se habíaproducido nuevamente. La pregunta en aquelmomento era ¿Por qué ocurría un descensoen el volumen de biogás ya obtenido?

Gráfica Nº 3Gráfica Nº 3Gráfica Nº 3Gráfica Nº 3Gráfica Nº 3Máximas Producciones de Biogás a

Temperatura Ambiente 1

CROMATOGRAFÍA DEL BIOGÁS OBTENIDOA TEMPERATURA AMBIENTE 1 (25ºC)

Mediante la cromatografía se determinóla siguiente composición de las muestras debiogás. Se realizaron dos tomascromatográficas de cada muestra:

TTTTTabla Nº 6.abla Nº 6.abla Nº 6.abla Nº 6.abla Nº 6.Proporciones de Aire, Dióxido de

Carbono y Metano en el Biogás obtenido aTemperatura Ambiente 1 (25ºC)

Biodigestor Proporción de Aire

Proporción de Dióxido de Carbono

Proporción de Metano

1 6,06% 11,44%

26,18% 49,45%

67,75% 39,12%

2 8,58% 9,24%

35,57% 38,86%

55,85% 51,89%

Analizando la tabla Nº 6 y la grafica Nº 4de la cromatografía realizada se puedeobservar que los porcentajes de aire, metanoy dióxido de carbono son muy similares entrelos biodigestores.

Gráfica Nº 4.Gráfica Nº 4.Gráfica Nº 4.Gráfica Nº 4.Gráfica Nº 4.Proporciones de Aire, Dióxido de Carbono

y Metano en el Biogás obtenido a TemperaturaAmbiente 1 (25ºC)

NONONONONOTTTTTA:A:A:A:A: Sin embargo los porcentajes engeneral de metano son relativamente altos conrelación a los que se esperaba obtener. Segúnalgunas fuentes de información se decía quelo máximo que se podía obtener de metano enuna muestra de estiércol con bagazo de cañaera de 40%. Las dos muestras tienen unacomposición mayor al 50% de metano.


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RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL BIOGÁSOBTENIDO EN LOS BIODIGESTORES:TEMPERATURA AMBIENTE 2 (25ºC),TEMPERATURA FRÍA (17-18ºC) Y TEMPERATURACALIENTE (40ºC)


Debido a que no se conseguía darexplicación factible al descenso de volumenexperimentado por los Biodigestoresanteriores, se decidió repetir la experiencia.Los resultados fueron los siguientes:

TTTTTabla Nº 7abla Nº 7abla Nº 7abla Nº 7abla Nº 7.....Presión del Biogás a Temperatura

Ambiente 2 (25ºC)

Las producciones de biogás a temperaturaambiente son óptimas, en el biodigestor 1 seobtuvo como máxima presión de biogás 88 mmy en el biodigestor 2 se obtuvo como máximapresión de biogás 100 mm.

Gráfica Nº 5.Gráfica Nº 5.Gráfica Nº 5.Gráfica Nº 5.Gráfica Nº 5. Presión del Biogás a Temperatura

Ambiente 2 (25ºC)

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 17 65 mm 80 mm 18 68 mm 82 mm 19 70 mm 85 mm 20 74 mm 90 mm 21 79 mm 92 mm 22 80 mm 94 mm 23 82 mm 96 mm 24 88 mm 100 mm

Gráfica Nº 6.Gráfica Nº 6.Gráfica Nº 6.Gráfica Nº 6.Gráfica Nº 6. Máximas Producciones de Biogás a

Temperatura Ambiente 2 (25ºC)

- T- T- T- T- Temememememperatura Fperatura Fperatura Fperatura Fperatura Fría (1ría (1ría (1ría (1ría (17ºC – 17ºC – 17ºC – 17ºC – 17ºC – 18ºC)8ºC)8ºC)8ºC)8ºC)

Para hacer el estudio de las produccionesde biogás a temperatura fría en losbiodigestores 1 y 2. El biogás contenido encada uno se hizo combustionar el día 25.

TTTTTabla Nº 8.abla Nº 8.abla Nº 8.abla Nº 8.abla Nº 8.Presión del Biogás (combustión del

Biogás)

Las presiones de biogás del Biodigestor1 y del Biodigestor 2 en temperatura fría, sonlas siguientes:

TTTTTabla Nº 9.abla Nº 9.abla Nº 9.abla Nº 9.abla Nº 9.Presión del Biogás a Temperatura Fría

(17-18ºC)

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 25 0 mm 0 mm

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 26 10 mm 15 mm 27 18 mm 16 mm 28 19 mm 18 mm 29 19 mm 19 mm 30 20mm 20 mm 31 20 mm 0 mm 32 0 mm 0 mm 33 0 mm 0 mm


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GráfGráfGráfGráfGráfica Nº 7ica Nº 7ica Nº 7ica Nº 7ica Nº 7.Presión del Biogás en Temperatura Fría

(17-18ºC)

En temperatura fría la producción deBiogás comparando con la temperaturaambiente fue inferior, esto se debe a que amenor temperatura las bacteriastermogénicas no se desarrollancompletamente, y si estas no se desarrollanen grandes cantidades, no habrá tampoco eldesarrollo posterior de las bacteriasmetanogénicas que realizan el ultimo pasodel proceso de fermentación en donde seforma el metano y el dióxido de carbono. Amayor temperatura la actividad metabólica dela bacteria aumenta, haciendo que estasdescompongan con mayor velocidad lamateria orgánica y a menor temperatura porsupuesto la actividad metabólica de labacteria tiene que disminuir haciendo que elproceso de descomposición de la materiaorgánica anteriormente mencionadaigualmente disminuya. Esta es la razón porla cual la temperatura influye en laproducción de biogás. El volumen de biogásproducido fue muy poco.

- T- T- T- T- Temememememperatura Calientperatura Calientperatura Calientperatura Calientperatura Caliente (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)

Para hacer el estudio de lasproducciones de biogás a temperaturacaliente en los biodigestores 1 y 2. El biogáscontenido en cada uno se hizo combustionarel día 34.

TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 10.0.0.0.0.Presión del Biogás (combustión del

Biogás)

Las presiones de biogás del Biodigestor1 y del Biodigestor 2 en temperatura caliente,son las siguientes:

TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 111111.....Presión del Biogás a temperatura

caliente (40ºC)

Gráfica Nº 8.Gráfica Nº 8.Gráfica Nº 8.Gráfica Nº 8.Gráfica Nº 8.Presión del Biogás en Temperatura

Caliente (40ºC)

Analizando los resultados se puede verque la producción de biogás durante losprimeros días fue abundante, pero luego elvolumen del gas desciende notablementehasta el punto en donde ya no existeproducción. Se llegó a la conclusión que eldescenso de biogás en todos los casos era por

Día Biodigestor 1 Biodigestor 2 35 12 mm 10 mm 36 20 mm 18 mm 37 20 mm 18 mm 38 20 mm 18 mm 39 0mm 0 mm 40 20 mm 0 mm 41 0 mm 10 mm 42 0 mm 0 mm


0

5

10

15

20

25

26 27 28 29 30 31 32 33

Días

Pres

ión

del B

iogá

s en

mm

Biodigestor 1

Biodigestor 2

0

5

10

15

20

25

35 36 37 38 39 40 41 42

Días

Pres

ión

del B

iogá

s en

mm

Biodigestor 1

Biodigestor 2

DíaDíaDíaDíaDía Biodigestor 1Biodigestor 1Biodigestor 1Biodigestor 1Biodigestor 1 Biodigestor 2Biodigestor 2Biodigestor 2Biodigestor 2Biodigestor 234 0 mm 0 mm

/ 115/ 115/ 115/ 115/ 115

la misma causa. Se fueron descartando lassoluciones que se habían planteado alproblema y la única posibilidad que seencontraba era que algo estaba pasando enel interior de los biodigestores. Se pensó quepodría ser que el estiércol que habíamosrecogido contenía además de las bacterias yaanteriormente mencionadas, un tipo debacteria que comían algún componente delgas y posiblemente el metano. Estas bacteriasdeberían desarrollarse juntamente con lasdemás y al terminar el ciclo de producción demetano, estas lo comerían quedando elbiogás formado por dióxido de carbono, airey otras pequeñas impurezas.

CROMATOGRAFÍA DEL BIOGÁS OBTENIDOEN LOS BIODIGESTORES A TEMPERATURAAMBIENTE 2 (25ºC), TEMPERATURA FRÍA (17-18ºC) Y TEMPERATURA CALIENTE (40ºC)

Mediante la cromatografía se determinóla siguiente composición de las muestras debiogás. Se realizaron dos tomascromatográficas de cada muestra.


· No se detectó metano

TTTTTabla Nº 12.abla Nº 12.abla Nº 12.abla Nº 12.abla Nº 12.Proporciones de Aire, Dióxido de Carbono

y Metano en el Biogás producido aTemperatura Ambiente 2 (25ºC)

Biodigestor Aire Dióxido de Carbono 1 9,62%

9,95% 90,38% 90,05%

2

6,57% 6,62%

93,43% 93,38%

Gráfica Nº 9.Gráfica Nº 9.Gráfica Nº 9.Gráfica Nº 9.Gráfica Nº 9.Proporciones de Aire, Dióxido de Carbono

y Metano en el Biogás producido a TemperaturaAmbiente 2 (25ºC)

- T- T- T- T- Temememememperatura Fperatura Fperatura Fperatura Fperatura Fría (1ría (1ría (1ría (1ría (17ºC – 17ºC – 17ºC – 17ºC – 17ºC – 18ºC)8ºC)8ºC)8ºC)8ºC)


TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 13.3.3.3.3.Proporciones de Aire, Dióxido de Carbono

y Metano en el Biogás producido enTemperatura Fría (17-18ºC)

GráfGráfGráfGráfGráfica Nº 1ica Nº 1ica Nº 1ica Nº 1ica Nº 10.0.0.0.0.Proporciones de Aire, Dióxido de Carbono

y Metano en el Biogás producido a TemperaturaFría (17-18ºC)

0 20 40 60 80 100 120

Biodigestor 1

Biodigestor 2

%

Aire Dioxido de Carbono Metano


3,73% 96,17% 96,27%

2

4,84% 3,71%

95,16% 96,29%

0 20 40 60 80 100 120

Biodigestor 1

Biodigestor 2

%



116 /116 /116 /116 /116 /

- T- T- T- T- Temememememperatura Calientperatura Calientperatura Calientperatura Calientperatura Caliente (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)e (40 ºC)


TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 14.4.4.4.4.Proporciones de Aire, Dióxido de

Carbono y Metano en el Biogás producido aTemperatura Caliente (40ºC)

Gráfica Nº 11.Gráfica Nº 11.Gráfica Nº 11.Gráfica Nº 11.Gráfica Nº 11.Proporciones de Aire, Dióxido de

Carbono y Metano en el Biogás producido aTemperatura Caliente (40ºC)

Posteriormente se analizó que ademásde que el volumen disminuyera, los gases nopresentaban en su composición metano. Estosirvió para dar una definitiva solución a esteproblema. La solución que se presentóanteriormente era cierta, algo estaba pasandoen el interior de los biodigestores.Posiblemente en el estiércol se encontrabaun tipo de bacteria que comió el metanohaciendo que el volumen de gas disminuyera.Esto solo se hacia visible cuando ya no habíaproducción de metano y este eratransformado por las bacterias en otroproducto posiblemente en forma liquida.


18,26% 81,81% 81,74%

2

16,56% 16,89%

83,44% 83,11%

0 20 40 60 80 100 120

Biodigestor 1

Biodigestor 2

%


* MÁXIMAS PRESIONES DE BIOGÁSREGISTRADAS EN EL MANÓMETRODURANTE EL EXPERIMENTO

TTTTTabla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 1abla Nº 15.5.5.5.5.Máximas presiones de Biogás durante el

experimento

Gráfica Nº 12.Gráfica Nº 12.Gráfica Nº 12.Gráfica Nº 12.Gráfica Nº 12.Máximas presiones de Biogás durante el

experimento

LeyendaLeyendaLeyendaLeyendaLeyenda

En la Tabla Nº 15 y la Grafica Nº 12, sepueden observar las máximas presiones debiogás registradas en el manómetro durantelos 42 días de duración del experimento.

La máxima presión se dio en elBiodigestor 2 a temperatura ambiente (25ºC);el cual se encontraba alimentado con 50% deBagazo de Caña y 50% de Estiércol. Lasegunda máxima presión se dio en elBiodigestor 1 a temperatura ambiente (25ºC);también alimentado con 50% de Bagazo deCaña y 50% de Estiércol.

Temperatura

Biodigestor


(25ºC)


(25ºC)

Temperatura Fríaaaa

(17----18ºC)

Temperatura Caliente (40ºC)

Biodigestor 1

65 mm

88 mm

20 mm

20 mm

Biodigestor 2

80 mm

100 mm

20 mm

18 mm

0102030405060708090

100Pr

esió

n de

l Bio

gás

en m

m

BDT1

BDT2

BDT1´

BDT2´

BDT1´´

BDT2´´

BDT1´´´

BDT2´´´

BDT 1: Temperatura Ambiente1 (25ºC): 25% Estiércol / 75% BagazoBDT 2: Temperatura Ambiente1 (25ºC): 50% estiércol / 50% BagazoBDT 1´: Temperatura Ambiente2 (25ºC): 25% Estiércol / 75% BagazoBDT 2´: Temperatura Ambiente2 (25ºC): 50% estiércol / 50% BagazoBDT 1´´: Temperatura Fría (17-18ºC): 25% Estiércol / 75% BagazoBDT 2´´: Temperatura Fría (17-18ºC): 50% estiércol / 50% BagazoBDT1´´´: Temperatura Caliente (40ºC): 25% Estiércol / 75% BagazoBDT2´´´: Temperatura Caliente (40ºC): 50% estiércol / 50% Bagazo


/ 117/ 117/ 117/ 117/ 117

Esto demuestra que es recomendabletener el biodigestor a temperatura ambiente(25ºC) y alimentado con 50% de Bagazo de cañay 50% de estiércol de vaca. Lo primero porquelas bacterias se desarrollan efectivamente y losegundo ya que se estaría aprovechando unrecurso orgánico de gran importancia como loes el bagazo de caña de azúcar.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El trabajo de investigación consistió enrealizar un enfoque general a la producciónde biogás, específicamente a la produccióndel mismo a partir del bagazo de caña deazúcar y el estiércol. El Biogás es un elementoabundante en los pantanos por la presenciade elementos putrefactos que sondescompuestos liberando metano, dióxido decarbono y aire que existe en el ambiente.

La obtención de Biogás a partir debagazo de caña se muestra como unaalternativa para obtener un gas similar al decocina con un alto porcentaje de metano, estaes la única actividad que se emplea con elbagazo de caña, con excepción de la quemadel mismo con la finalidad de producir calor,contaminando el ambiente, esta actividad espracticada por los trapiches del EstadoMérida, donde después de exprimir la cañapara la elaboración de azucares y panelas, loexponen al sol para que este se seque y puedautilizarlo una vez mas pero esta vez como unayudante de las basuras, y hasta en algunoscasos utilizan caucho que es peor aún.

Después de haber realizado numerosasexperiencias en la obtención de biogás a partirdel bagazo de caña, se observó que a medidaque la biomasa se encuentre a menortemperatura la producción de biogásdesciende, y cuando esta se encuentra a unamayor temperatura, la producción asciende.Esto se debe a la acción de las bacterias quese encuentran en la biomasa, a mayor

temperatura el metabolismo de las mismasaumentan generando una mayor cantidad demetano y dióxido de carbono, a menortemperatura el metabolismo de las bacteriasdisminuye trayendo como consecuencia unamenor producción de biogás. El Biodigestorconstruido es eficiente, no solo en la producciónde Biogás a partir del bagazo de caña y estiércola temperatura ambiente, sino también en laproducción de un Bioabono rico en nutrientesel cual puede ser utilizado como fertilizantenatural en suelos de pobre vegetación.

Se debe fomentar la búsqueda denuevas alternativas energéticas que nocontaminen o alteren nuestro hábitat, comola energía solar, la energía eólica, la obtenciónde biogás, a través de Biodigestores, entreotras. Esto no se logra de un día para otro,sino que exige un cambio de mentalidad yun esfuerzo por parte de la humanidad paraevitar la destrucción continua de nuestroplaneta.


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ANEXOSANEXOSANEXOSANEXOSANEXOS

1:1 BIODIGETOR CONSTRUIDO1:1 BIODIGETOR CONSTRUIDO1:1 BIODIGETOR CONSTRUIDO1:1 BIODIGETOR CONSTRUIDO1:1 BIODIGETOR CONSTRUIDO


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