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INGENIERIA METAL MECNICA

DISEO Y MANUFACTURA DE UN BIODIGESTOR EN LA PLANTA DE AGUAS RESIDUALES DE HUEJUTLA HIDALGO

MEMORIA PRESENTADACOMO REQUISITO PARA OBTENER EL TTULODE INGENIERO EN METAL MECNICA

AUTOR: ADAN CAMPA RAMREZASESOR ACDEMICO: ING. MIGUEL NGEL ARGELLES REYNAASESOR INDUSTRIAL: ING. EMILIO LVAREZ LARA

HUEJUTLA, HGO. Abril de 2014

DISEO Y MANUFACTURA DE UN BIODIGESTOR EN LA PLANTA DE AGUAS RESIDUALES DE HUEJUTLA HIDALGO.

Memoria presentada

por

ADAN CAMPA RAMREZ

Ante la universidad tecnolgica de la huasteca hidalguensecomo requisito para obtener al ttulo de:

INGENIERO EN METAL MECNICA

Abril de 2014

DATOS GENERALES DE LA EMPRESAEMPRESACOMISIN DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO DE HUEJUTLA HIDALGO (CAPASHH)SECTORPBLICODIRECCINCOLONIA CENTRO, CALLE NICANDRO CASTILLO NUMERO 12PROYECTO

DISEO Y MANUFACTURA DE UN BIODIGESTOR EN LA PLANTA DE AGUAS RESIDUALES DE HUEJUTLA HIDALGO.

ASESOR INDUSTRIALING. EMILIO LVAREZ LARA

CARGO DEL ASESORSUBDIRECTOR DE (CAPASHH)

Dedicatorias

A MIS ASESORES A mi asesor acadmico Ing. Miguel ngel Argelles Reyna por sus consejos que me ayudaron a desarrollar mi proyecto al igual a mi asesor industrial al Ing. Emilio lvarez Lara. Gracias por su empeo y dedicacin para sacar adelante mi proyecto.

A MIS PADRESPor el tiempo e inversin en mis estudios, por el apoyo que me brindaron.

Agradecimientos

A DIOS Por permitirme ser un ser una persona que lucha por sus metas, darle confianza y fe en si mismo, gracias por la vida prestada y dejarme conocer personas que me apoyaron incondicionalmente.

A MIS PAPS Gracias por el apoyo que me brindaron, tanto econmico y emocionalmente, les agradezco el permitirme superarme para llegar hasta donde estoy, los amo.

A MIS ASESORES ACADEMICOS Mil gracias a los asesores que estuvieron al pendiente de m y de cada uno de mis compaeros, siempre hubo obstculos en el estudio, pero ustedes de alguna manera nos brindaron su apoyo y algo muy importe (su dedicacin, pasin por su trabajo y algo que nunca podremos reponer nosotros como alumnos, su tiempo) gracias a cada uno de ustedes, esperando volvernos a cruzar en el camino del estudio.

A MIS AMIGOS Gracias por siempre apoyarme y darme nimos para seguir con mi proyecto y no dejarme solo. Siempre habr dificultades en nuestro camino, pero tambin existirn siempre una mano que te ayude a superarte. Gracias a esos amigos que siempre estuvimos brindando apoyo y nimos.ndice de contenido

DedicatoriasivAgradecimientosvndice de contenidovindice de tablasviindice de figurasviiiResumenixxAbstracx

I. Introduccin1II. Antecedentes22.1 Datos generales de la empresa22.2 Trabajos previos3III. Planteamiento del problema43.1 Justificacin43.2 Objetivos de la investigacin53.2.1 Objetivo general53.2.2 Objetivos especficos53.3 Metas5IV. Fundamentos tericos6V. Hiptesis16VI. Desarrollo del proyecto176.1 Metodologa176.2 Desarrollo18VII. Resultados257.1 Interpretacin de resultados25VIII. Conclusiones26IX. Referencias bibliogrficas27X. Apndice28Apndice A) Diseo del biodigestor en el software solidworks28Apndice B) Cotizacin y herramientas30Apndice C) Material32Apndice D) Proceso de manufactura del biodigestor34Apndice E) Clculos fsicos.37

ndice de tablas

Tabla 10.1 Piezas del biodigestor34Tabla 10.2 Cotizacin de materiales y herramientas35Tabla 10.3 De descripcin de costos de produccin.37Tabla 10.4 Materiales39Tabla 10.5 Proceso de manufactura del biodigestor41

ndice de figuras

Figura 10.1 diseo biodigestor29Figura 10.2 Plano del biodigestor30Figura 10.3 Representacion de la brida de rotoplas31Figura 10.4 Pieza de linea de gas32Figura 10.5 Tapon de entrada de materia prima33Figura 10.6 Base de reactor34

DISEO Y MANUFACTURA DE UN BIODIGESTOR EN LA PLANTA DE AGUAS RESIDUALES DE HUEJUTLA HIDALGOResumen

El proyecto se realiz en la empresa de (CAPAHSS) que est situada en colonia centro, calle Nicandro Castillo Numero 12 en Huejutla, Hidalgo.Este proyecto genera una alternativa para controlar los problemas de contaminacin, provocados por las aguas residuales que contienen excretas y as evitar enfermedades en plantas, animales y el mismo hombre.El uso desconsiderado de agua del municipio de Huejutla de Reyes Hidalgo tiene como consecuencia la contaminacin de los ros. Cuidarla por completo resulta ser una tarea muy complicada ya que el agua es el principal recurso que abastece las necesidades diarias de la localidad.La empresa apoy este proyecto, ya que servira de aprendizaje para los alumnos involucrados como tambin para la misma empresa, viendo esto como una alternativa ms para la participacin en el cuidado del medio ambiente, donde sobresaldr ante la ciudadana.La intencin de este proyecto fue mostrar una alternativa de energa al lugar con la implementacin de biodigestores.

Palabras clave: Biodigestor, Contaminacin, Cuidado, Tratamiento e Implementacin

DESIGN AND MANUFACTURE OF A BIODIGESTER IN WATER PLANT RESIDUAL HIDALGO HUEJUTLAAbstrac

The project was conducted in the company (CAPAHSS) which is located in colony center, Nicander Castle Street Number 12 in Huejutla, Hidalgo.This project creates an alternative to control the pollution problems caused by wastewater containing excreta and prevent diseases in plants, animals and man himself.Inconsiderate use of water in the municipality of Hidalgo Reyes Huejutla results in the pollution of rivers. Completely care for being a very difficult task since water is the main resource that supplies the daily needs of the localityThe company has supported this project since learning to serve the students involved as well as for the same company, seeing this as an alternative to participation in the care of the environment, which will extend to citizens. The intent of this project was to show an alternative energy to the place with the implementation of digesters.

Keywords: Bio digester, Pollution, Care, Treatment and Implementation.x

I. Introduccin Dado la crisis econmico actual en el cual estamos condicionados, por el uso de una energa cada vez ms escasa, es necesario darle uso a las energas propias y naturales que tenemos en nuestro entorno; energas renovables como la energa solar o el biogs que genera el gas metano, en este proyecto se puede utilizar todo tipo de residuos orgnicos para el aprovechamiento de esta energa: ganadero, domestico, biomasa y desechos humanos. En definitiva lo que se trata de aprovechar es todos los residuos orgnicos que actualmente no se aprovechan y que de no ser as representa un constante peligro de contaminacin ambiental. En la gran parte de los sitios donde hay ganadera o criaderos de otros animales no existen medios para el aprovechamiento racional de los residuos de manera que son innumerables los vertederos donde se arrojan o van a terminar directamente en el sistema de drenaje, todos estos residuos contaminando el ambiente y perdiendo una materia prima que puede ser atizada en la implementacin de biodigestores. Sin embargo hay un gas que se puede obtener de esta materia (Aguas negras) como tambin en localidades que estn lejos de poder tener cloacas disponibles y tienen que utilizar pozos spticos para ocultar dichos desperdicios y es simplemente sometiendo el estircol y otros residuos orgnicos, a un proceso de fermentacin anaerobia, (en ausencia de oxigeno) ya que este proceso est al alcance de cualquier productor o comunidad organizada que quiera realizarlo. Este gas as obtenido lo denominamos biogs o gas, obtenido por la descomposicin de toda la materia orgnica que se deposita en el mismo.II. Antecedentes2.1 Datos generales de la empresa

El presente anlisis estriba en la obtencin de Biogs como una fuente de energa renovable pues ha demostrado tener una garanta de rentabilidad, dado que no slo resuelve un problema ambiental al momento de reutilizar materia orgnica, sino que permite un ahorro econmico al volverse autosustentable en la generacin de energa elctrica y calorfica (Aguilar & Botero, 2006). El biogs consiste esencialmente en una mezcla de gases originada por la descomposicin microbiana de sustancias orgnicas, como el estircol, en condiciones anaerbicas, es decir en ausencia de oxgeno. A este proceso se le llama: Biodigestin. Este proyecto genera una alternativa para controlar los problemas de contaminacin, provocados por las aguas residuales que contienen excretas y as evitar enfermedades en plantas, animales y el mismo hombre.

2.2 Trabajos previos

En la planta de aguas residuales perteneciente a la Comisin de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Huejutla Hidalgo (CAPASHH) no se ha trabajado con un biodigestor en todo su tiempo existente. Por tal motivo se propuso el proyecto de construir un biodigestor a pequea escala para realizar pruebas y determinar si este es capaz de brindar biogs ya que la materia prima para llevar a cabo este objetivo abunda en la planta de aguas residuales. La empresa est dispuesta a apoyar este proyecto ya que servira de aprendizaje para los alumnos involucrados como tambin para la misma empresa, viendo esto como una alternativa ms para la participacin en el cuidado del medio ambiente donde sobresaldr ante la ciudadana. La empresa cuenta con un departamento que se dedica a la participacin de manera constante en el cuidado del medio ambiente y este proyecto encajara participando en este departamento.

III. Planteamiento del problema

3.1 Justificacin

De acuerdo al XII Censo de Poblacin y Vivienda el municipio cuenta con 34,141 habitantes los cuales todos cuentan con servicio de drenaje y alcantarillado. La poblacin como ya se conoce mantiene un constante consumo de agua potable la cual se convierte en aguas residuales por el uso cotidiano. Existen los datos solicitados a la Planta de Aguas Residuales de Huejutla de Reyes Hidalgo y de acuerdo a los estudios realizados por (ANEAS Asociacin Nacional de Empresas de Agua y Saneamiento de Mxico) una persona consume aproximadamente en sus necesidades diarias la cantidad de 144 litros de agua.Se realiza una operacin de clculo donde se obtiene que en total la localidad de Huejutla de Reyes Hidalgo consume 4, 916,304 l. de agua, esto sin mencionar las empresas ganaderas y agricultoras e industriales de la localidad. La propuesta de este proyecto es para darle un uso a estos desechos que como se sabe en la planta de aguas residuales se le da un tratamiento que disminuye la cantidad de contaminantes, sin embargo se desechan en el rio con cierta cantidad de cloro, analizando que de una u otra manera termina en los mantos acuferos de nuestra comunidad La instalacin del biodigestor traer consigo grandes beneficios econmicos, ya que tiene diferentes usos: produce gas metano, el cual se puede utilizar para la calefaccin; y en la iluminacin, reduciendo as el uso de energa elctrica convencional. Esta es una forma de producir energa que no es contaminante ni en el proceso de su produccin ni en su combustin, contrario a lo que sucede con los combustibles fsiles. Del biogs se obtiene un fertilizante orgnico de alta calidad de inmediata disponibilidad a los cultivos y que se puede integrar fcilmente al sistema de produccin.3.2 Objetivos de la investigacin3.2.1 Objetivo general Desarrollar la estructura de un biodigestor para el estudio de sus caractersticas y el beneficio que tiene para el cuidado del medio con los habitantes de la comunidad y como una utilidad ms de las aguas residuales.3.2.2 Objetivos especficos Analizar el proceso orgnico que realiza el biodigestor para la produccin de biogs. Estudiar las posibilidades que nos brinda la utilizacin del biodigestor en la comunidad. Construir un biodigestor y compartir los resultados con la comunidad.

3.3 Metas Construir el biodigestor. Obtener biogs. Determinar la rentabilidad del biodigestor. Lograr los objetivos.

IV. Fundamentos tericos

El motivo por el cual se realizar un biodigestor es para tener una innovacin como estudiantes de la Universidad Tecnolgica de la Huasteca Hidalguense la cual ayude, fomentando la iniciativa de ayudar a la comunidad principalmente evitando la contaminacin del medio ambiente y se evitara al disminuir el gas LP que provoca un gran ndice de contaminacin, realizando un gas natural (orgnico) con desechos que se sustraen en la planta de aguas residuales. El porqu del proyecto es sencillamente para disminuir la contaminacin y lograr una innovacin que es la manufactura de un biodigestor, qu pueda servir para futuras generaciones para ya no deteriorar el medio ambiente de esta comunidad y no solo de esta sino de cualquier lugar donde se lleven a cabo la prctica, con esto se crea una gran ventaja y ayuda porque se reutilizara todo lo que nos rodea que son los desechos orgnicos que en este caso sern(desechos fecales principalmente de nuestra comunidad).En su forma simple es un contenedor (llamado reactor) el cual est hermticamente cerrado y dentro del cual se deposita material orgnico como excremento y desechos vegetales (exceptuando los ctricos ya que stos acidifican). Los materiales orgnicos se ponen a fermentar con cierta cantidad de agua, produciendo gas metano y fertilizantes orgnicos ricos en fsforo, potasio y nitrgeno. Este sistema tambin puede incluir una cmara de carga y nivelacin del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogs y cmaras de hidropresin y pos tratamiento (filtro deshidratador) a la salida del reactor. El proceso de indigestin se da porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaerbicos en los excrementos que al actuar en el material orgnico produce una mezcla de gases (con alto contenido de metano) al cul se le llama biogs. El biogs es un excelente combustible y el resultado de este proceso genera ciertos residuos con un alto grado de concentracin de nutrientes el cul puede ser utilizado como fertilizante y puede utilizarse fresco, ya que por el tratamiento anaerbico los malos olores son eliminados. No se terminara por completo con la contaminacin pero si haremos la diferencia al introducir una cultura ecolgica en nuestra localidad, obteniendo as la participacin de la ciudadana en el cuidado de nuestro entorno natural. Los residuos orgnicos al ser introducidos en el biodigestor son descompuestos de modo que el ciclo natural se completa y las basuras orgnicas se convierten en fertilizante y biogs el cual evita que el gas metano est expuesto ya que es considerado uno de los principales componentes del efecto invernadero. Es el sistema donde se transforma una materia orgnica utilizando como instrumento a los microorganismos. Los microorganismos producen metabolitos primarios y secundarios y necesitan tambin material para alimentarse y sobrevivir, bajo este principio opera un biodigestor. Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestin anaerobia (en ausencia de oxigeno) de las bacterias que ya habitan en el estircol, para transformar este en biogs y fertilizante. El biogs puede ser empleado como combustible en las cocinas, o iluminacin (lmparas de gas o gasolina), y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un motor que genere electricidad. El fertilizante, llamado bil, actualmente se est considerando de la misma importancia, o mayor, que el biogs ya que provee a las familias campesinas de un fertilizante natural que mejora el rendimiento de las cosechas. Ventajas: En las grandes urbes, los residuos slidos orgnicos son un gran problema ya que stos son dispuestos en rellenos sanitarios los cules rompen el ciclo natural de descomposicin porque contaminan las fuentes de agua subterrnea debido al lavado del suelo por la filtracin de agua (lixiviacin) y tambin porque favorece la generacin de patgenos. Los residuos orgnicos al ser introducidos en el biodigestor son descompuestos de modo que el ciclo natural se completa y las basuras orgnicas se convierten en fertilizante y biogs, el cual evita que el gas metano est expuesto ya que es considerado uno de los principales componentes del efecto invernadero. La utilizacin de biogs puede sustituir a la electricidad, al gas propano y al diesel como fuente energtica en la produccin de electricidad, calor o refrigeracin. En el sector rural el biogs puede ser utilizado como combustible en motores de generacin elctrica para autoconsumo de la finca. Se deben controlar ciertas condiciones pH, presin y temperatura a fin de que se pueda obtener un ptimo rendimiento. 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 (Werner et al 1989).Metano, CH4 40 - 70% volumen

Dixido de carbono, CO2 30 60

Sulfuro de hidrgeno, H2S 0 3

Hidrgeno, H2 0 1

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 (Werner et al 1989). El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales econmicos y se est introduciendo en comunidades rurales aisladas y de pases subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemtica energtica-ambiental, as como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales. Los biodigestores han de ser diseados de acuerdo a su finalidad, a la disposicin de ganado y tipo, y a la temperatura a la que van a trabajar. Un biodigestor puede ser diseado para eliminar todo el estircol producido en una granja de cerdos, o bien como herramientas de saneamiento bsico en un colegio. Otro objetivo sera el de proveer de 5 horas de combustin en una cocina a una familia, para lo que ya sabemos que se requieren 20 kilos de estircol fresco diariamente. Como se coment anteriormente, el fertilizante lquido obtenido es muy preciado, y un biodigestor diseado para tal fin ha de permitir que la materia prima est mayor tiempo en el interior de la cmara hermtica as como reducir la mezcla con agua a 1:3.Puesta en marcha del biodigestor. Alimentacin diaria del biodigestor 1. Asegurar que estn cerradas todas las salidas y entradas excepto por donde se esta alimentando con el estircol y agua. 2. Cargar el biodigestor con una carga de estircol mezclada 1:4 con agua. De esta manera una parte es de estircol y cuatro de agua para evitar que se formen natas en la superficie. Adems, una buena dilucin de la mezcla asegura que el biodigestor realmente sea de flujo continuo, evitando que se atasque por exceso de materia slida en su interior. 3. El volumen total del biodigestor alberga una parte lquida y otra gaseosa. Normalmente se da un espacio del 75% del volumen total a la fase lquida, y del 25% restante a la fase gaseosa. 4. Para que la carga diaria de entrada pueda ser digerida por las bacterias es necesario que est en el interior del biodigestor tanto tiempo como el tiempo de retencin estimado en la zona serrana en tiempo de invierno puede prolongarse a ms das 5. El biogs ser producido al tener en el interior del biodigestor el estircol con agua. 6. Se estima que se producir alrededor de 35.3 litros de biogs por da por cada kg de estircol fresco con que se alimente el biodigestor. 7. Se estima que el tiempo del almacenado del estircol para que se lleve a cabo el fermentado para la produccin de biogs es de 60 das en promedio los cuales pueden variar siendo menores en el verano por las altas temperaturas favoreciendo a una produccin de biogs ms rpida. Sin embargo, en tiempo de fro el tiempo puede ser mayor. Factores que intervienen en la produccin de biogs: 1. Tipo de sustrato y nutrientes necesarios: Segn el tipo de sustrato (estircoles, desechos de cocina, agrcolas, lodos, etc.) ser necesario en algunas oportunidades equilibrarlo con otros materiales (por ej. El guano avcola, con alto contenido en nitrgeno, debe agregarse una proporcin adecuada de material con alto contenido en carbono). Los microorganismos 14 Alan, Scragg. 1996. Biotecnologa para ingenieros. Sistemas biolgicos en procesos tecnolgicos. Limusa. Noriega editores. 9 que intervienen en la digestin necesitan una cierta cantidad de macro y micronutrientes y proporcin de carbono e hidrgeno. La relacin ptima de C/N es de 30:1, cuando la relacin es muy estrecha (10:1) hay prdidas de nitrgeno asimilable, lo cual reduce la calidad del material digerido. Si la relacin es muy amplia (40:1) se inhibe el crecimiento debido a falta de nitrgeno. 2. Temperatura del sustrato: La velocidad de las reacciones qumicas y bioqumicas se incrementa normalmente cuando se eleva la temperatura, en la produccin de biogs debe considerarse que esto es vlido para ciertos rangos de temperatura, los cuales son tolerados por los diferentes microorganismos, siendo las ms sensibles a estos cambios las bacterias metanos gnicos. El proceso se lleva a cabo satisfactoriamente en dos rangos bien definidos, de 10 a 37C (30 40C) para la flora de bacterias mesoflicas, las bacterias que se desarrollan en este rango de temperatura se reproducen fcilmente y pueden permanecer activas si no ocurren cambios sbitos de temperatura, y entre 55 a 60C para el rango termoflico; en este rango se produce mayor cantidad de biogs que en el rango anterior y en tiempos ms cortos.3. Velocidad de la Carga volumtrica: Es el volumen de sustrato orgnico cargado diariamente al digestor. Este valor tiene una relacin de tipo inversa con el tiempo de retencin, dado que a medida que se incrementa la carga volumtrica disminuye el tiempo de retencin. Un factor importante a tener en cuenta en este parmetro es la dilucin utilizada, debido a que una misma cantidad de material degradable podr ser cargado con diferentes volmenes de agua. 4. Tiempos de retencin hidrulica: Las bacterias requieren un cierto tiempo para degradar la materia orgnica, y la velocidad estar en una medida importante condicionada por la temperatura; ya que a mayores temperaturas menores tiempos de retencin requeridos para la produccin de biogs. El T.R. est ntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo. La seleccin de una mayor temperatura implicar una disminucin en los tiempos de retencin requeridos y consecuentemente sern menores los volmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen de material. El lmite mnimo de los T.R. est dado por la tasa de reproduccin de las bacterias metano gnicas debido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad de bacterias que se encuentran en el lquido. Esta extraccin debe ser compensada por la multiplicacin de las bacterias que pertenecen dentro del reactor. La lista siguiente muestra el T.R. adecuado para estircoles: Materia prima T.R.H. Estircol vacuno lquido 20 - 30 das Estircol porcino lquido 15 - 25 das Estircol aviar lquido 20 - 40 das5. Nivel de acidez (pH): El rango de PH aceptable para bacterias metano gnicas vara entre 6,50 a 7,50; prcticamente un medio neutro. Si el PH supera el valor de 8, significa que existe una acumulacin excesiva de compuestos alcalinos. Un PH inferior a 6 indica una descompensacin entre la fase acido gnica y la metano gnica.

6. Contenido de slidos Concentracin del sustrato: La movilidad de las bacterias metano gnico dentro del sustrato se ve crecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de slidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y produccin de gas. 7. Inclusin de Inoculantes: Se refiere al agregado de material de otro digestor rico en bacterias que se encuentran en plena actividad, de esta manera se estabiliza ms pronto la actividad de las bacterias y el biogs comienza a producirse antes.8. Grado de mezclado Agitacin: La generacin de biogs depende fundamentalmente del ntimo contacto entre bacterias, la materia prima en degradacin y los compuestos intermedios producto de las diferentes etapas de proceso fermentativo. Normas que se deben consultar y tomar en cuenta: Ley General del Equilibrio Ecolgico y Proteccin al ambiente. Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecolgico y Proteccin al Ambiente en materia de Evaluacin del Impacto Ambiental. NOM-008-SCFI-1993.- Sistema General de Unidades de Medida. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, Que establece los Lmites Mximos Permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en Aguas y Bienes Nacionales. Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996, Que establece los Lmites Mximos Permisibles de contaminantes en las Descargas de Aguas Residuales a los Sistemas de Alcantarillado Urbano o Municipal. Norma Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1997, Que establece los Lmites Mximos Permisibles de contaminantes para las Aguas Residuales Tratadas que se Resen en Servicios al Pblico. Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Proteccin Ambiental.- Lodos y Bioslidos.- Especificaciones y Lmites Mximos Permisibles de contaminantes para su Aprovechamiento y Disposicin final. Norma Oficial Mexicana NOM-083-SEMARNAT-2003, Especificaciones de Proteccin Ambiental para la seleccin del sitio, diseo, construccin, operacin, monitoreo, clausura y obras complementarias de un sitio de disposicin final de residuos slidos urbanos y de manejo especial. Norma Oficial Mexicana NOM-085-SEMARNAT-1994, Contaminacin atmosfrica- Fuentes Fijas que utilizan combustibles fsiles slidos, lquidos o gaseosos o cualquiera de sus combinaciones, que establece los Niveles Mximos Permisibles de emisin a la atmsfera de humos, partculas suspendidas totales, Bixido de Azufre y xidos de Nitrgeno. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Elctricas (Utilizacin) Norma Oficial Mexicana NOM-002-STPS-2000, Condiciones de Seguridad Prevencin, Proteccin y Combate de Incendios en los centros de trabajo Norma Oficial Mexicana NOM-017-STPS-2008.- Equipo de Proteccin personal- Seleccin, uso y manejo en los Centros de Trabajo. Norma Oficial Mexicana NOM-026-STPS-2008.- Colores y Seales de Seguridad e Higiene, e Identificacin de riesgos por fluidos en tuberas. Norma Oficial Mexicana NOM-029-STPS-2005.- Mantenimiento de las Instalaciones elctricas en los centros de trabajo. Norma Oficial Mexicana NOM-003-SECRE-2002.- Distribucin de gas natural y gas licuado de petrleo por ductos. Segundo Listado de Actividades altamente riesgosas, emitido por la SEMARNAT.

V. Hiptesis

Por medio del biodigestor, de la recoleccin de desechos fecales de aguas residuales, posiblemente se obtendra biogs para una mejora ecolgica en nuestra comunidad.

VI. Desarrollo del proyecto 6.1 Metodologa

El diseo de investigacin se basa en estudios descriptivos y analticos, mediante el cual se extrajeron datos e informacin de diferentes fuentes tales como libros, manuales monografas e internet donde se encontraron trabajos de diferentes sistemas de biodigestor que fueron de mucha utilidad para reafirmar nuestros conocimientos sobre dicho contenido, lo que permiti entender de manera clara y concreta su funcionamiento logrando tomar la direccin para plantear el proyecto. Se cont con la participacin del personal de la organizacin (CAPASHH) quienes aportaron ideas y experiencia. Lo que se supona ser una materia inservible resulto ser una gran fuente de energa.Para proponer este proyecto se dio un recorrido por las instalaciones de la planta tratadora de agua residuales de Huejutla de Reyes Hidalgo con la finalidad de encontrar una problemtica en las instalaciones. Lo que se not es que en ella abundaba un importante complemento para llevar a cabo la funcionalidad de un biodigestor (estircol), desechos humanos diarios los cuales se les da un tratamiento de cloracin para disminuir el porcentaje de contaminacin. Sin embargo no es la nica manera de contribuir al cuidado del medio ambiente de nuestra localidad, cuando existen varias alternativas para el uso de estas aguas tratadas. Con esta observacin se propuso al ingeniero y al director del departamento del cuidado del medio ambiente de la institucin (CAPASHH) el disear y manufacturar un biodigestor a escala con la finalidad de promover el cuidado del medio ambiente y a darle un uso a los desechos que a esta llegan. Se llev a cabo un diseo de un biodigestor el cual se present a nuestro asesor industrial para su aprobacin, el cual fue diseado con ayuda del software solidworks donde se aplicaron conocimientos previos adquiridos en nuestra institucin.6.2 Desarrollo

Como primer paso para la elaboracin del proyecto se llev a cabo una investigacin sobre el funcionamiento y condiciones que constituyen la elaboracin de un biodigestor y los beneficios que este aporta a la comunidad. Donde se encontraron datos como: Biodigestor Un biodigestor de desechos orgnicos es un contenedor sellado hermticamente e impermeable, en el cual se deposita el material orgnico para su fermentacin, estos desechos pueden ser excrementos de animales y humanos, desechos vegetales entre otros. En determinada dilucido de agua para que atreves de la fermentacin anaerobia con el cual se produzca gas metano y fertilizantes orgnicos ricos en nitrgeno, fosforo y potasio, adems, se disminuya la potencial contaminacin del medio ambiente.Produccin de biogs Los materiales que ingresan y abonan 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.

Biodigestion Es la fermentacin realizada por bacterias anaerobias sobre la materia orgnica y posee las ventajas siguientes: Proporcionar combustible para suplir las principales necesidades energticas rurales. Reducir la contaminacin ambiental al convertir las excretas, que hacen proliferar microorganismos patgenos, larvas e insectos, en residuos tiles.Factores de los que depende la produccin de biogs Temperatura Tiempo de retencin Porcentaje de slidos Factor pH Relacin carbono hidrogeno Los carbohidratos y las protenas son los nutrientes indispensables para el crecimiento, desarrollo y actividad de las bacterias anaerobias. El carbono contenido en el estircol, es el elemento que las bacterias convierten en metano (CH4). El nitrgeno es utilizado para la multiplicacin bacteriana y como catalizador en el proceso de produccin de biogs. El contenido de carbono en el estircol del bovino es excesivo. De all, la posibilidad y ventaja de alimentar al Biodigestor con las excretas de especies animales.

Operacin del biodigestor Rangos de temperatura para la operacin del Biodigestor La tasa de fermentacin anaerobia de los slidos orgnicos y su conversin parcial en biogs, estn directamente relacionadas con la temperatura interna de operacin. Aunque el proceso se lleva a cabo en un amplio rango de temperaturas, desde 15C hasta 60C, la mayor eficiencia de conversin se obtiene en los rangos de temperatura 30C a 40c y 55C a 60C. La mayora de las bacterias metano gnicas digieren la materia orgnica ms eficientemente en el rango 30C a 40C, que puede ser alcanzado por la fase 6 Lquida, no solo por efecto de la temperatura ambiental, sino tambin porque la temperatura interna se incrementa debido a la generacin de calor ocurrida durante la fermentacin de la materia orgnica.Valores de ph Aunque el rango de pH ptimo, para alcanzar la mayor eficiencia en la fermentacin anaerobia de la materia orgnica, puede variar, el proceso de digestin bacteriana produce biogs a valores de pH entre 6.7 y 7.5. El pH se mantiene en ese rango, solo si, el Biodigestor est operando correctamente. Si el pH se torna muy cido, la accin de las bacterias se inhibe, aumentando la proporcin de gas carbnico en el biogs (Taiganides, 1963). Las causas por las que se puede acidificar la fase lquida contenida dentro del Biodigestor son: Un cambio excesivo de la carga. El permanecer por largo tiempo sin recibir carga. La presencia de productos txicos en la carga. Un cambio amplio y repentino de la temperatura interna En algunos casos la alta acidez puede corregirse adicionando calComposicin del biogs El biogs lo constituyen una mezcla de gases y su composicin depende del tipo de residuo orgnico utilizado para su produccin y de las condiciones en que se procesa por lo que existen variaciones en los volmenes. Para la parte del diseo de nuestro biodigestor se trabaj con el (software solidworks) en el cual se realizaron los respectivos diseos y planos de nuestro biodigestor. Ya teniendo los planos se procedi a la manufactura del biodigestor. Para lo cual se llevaron acab una serie de pasos.1.-Se seleccionaron los materiales que se utilizaran para la construccin del biodigestor.2.-Se cotizaron los precios de los materiales seleccionados. 3.- Se compraron los materiales

3.1-materiales Tambo de plstico. 1 Ni ple terminal (1/2-3/8). 1 Manguera de 60cm.coblex. 1 Vlvula aguja. 1 Pegamento PVC. 1 Brida para rotoplas. 1 Vlvula 11. 1 Ni ple galvanizado (3/4 x 10). 1 Codo galvanizado (3/4). 1 Cople galvanizado (1/2). 1 Tapn macho galvanizado. 1 Reductor bushin (3/4-1/2). 2Coples plstico. Se fabrica un filtro deshidratador de gas. Contenedor de gas (un globo que se infla con helio).

4.-proceso de manufactura del biodigestor. Paso 1.-Se perfora un orificio en la parte lateral- inferior del tambo.Paso 2.-Se coloca en el orificio que se realiz en el tambo la brida rotoplas con un sellado de silicn para evitar fugas de agua.Paso 3.- Se deja secar el silicn que se le aplico ala brida rotoplas.Paso 4.- Se realiza una prueba de fuga de agua para verificar que la brida rotoplas est completamente hermtica.Paso 5.- Se arma la lnea de gas aplicando tefln en los enroscado as como tambin silicn para evitar fugas de gas.Paso 6.- Se deja secar el silicn de la lnea de gas.Paso 7.- Ya listo la lnea de gas se coloca en la tapa del tambo.Paso 8.- Se hacen los clculos necesarios para determinar los parmetros del biodigestor. Paso 9.- Se recolecta la materia prima para llevar acabo la biodigestion para lo cual se utilizarn las aguas negras que llegan a la planta tratadora de aguas residuales e implementando materia fresca y se realiza una mezcla. (Entre menor sea el tamao de la materia mejor).Paso 10.- Se deposita la materia prima en nuestro biodigestor para que comience el proceso de biodigestion.Paso 11.- Se sella el reactor adicionando silicn entre la tapa y el tambo, esto para obtener un reactor completamente hermtico.Paso 12.- Se deja secar el silicn del sellado del reactor.Paso 13.- Se deja unos das que nuestro biodigestor trabaje.Paso 14.- Se verifica si el biodigestor est produciendo gas abriendo la llave de paso del depsito (tambo) a la lnea de gas, al abrir la vlvula de paso el globo se inflar como muestra de que se est produciendo gas.Paso 15.- Al ver el globo inflado se abre la vlvula aguja para encender el gas.

VII. Resultados 7.1 Interpretacin de resultados

Los objetivos planteados se cumplieron ya que se desarroll la investigacin y se llev acabo la manufactura del biodigestor. El reactor dio resultados al producir gas, pequeas cantidades pero si se dio la digestin. El gas almacenado en el globo fue capaz de prender por unos instantes una flama. La utilizacin de este proyecto fue favorable y dio una visin a futura la implementacin de estos en las comunidades por parte de la empresa. Favoreci a la empresa ya que le da una manera ms de tratar alas aguas residuales

VIII. Conclusiones

El 90% de las necesidades energticas del planeta son satisfechas mediante la utilizacin de combustibles fsiles (petrleo, gas, carbn) todos ellos extinguibles, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente por el inters predominante de la produccin de energa sobre el de su efecto ecolgico. El funcionamiento del prototipon fue exitoso ya que se completaron los objetivos acordados, tomando en cuenta que ubo retrasos en los resultados en ver los resultados del trabajo como tambien para la elaboracion del biodigestor. Esto tomando en cuenta que el proceso de digestian de la materia organica es lento y laboroso en los que influyen factores como lo son la temperatura, humedad, clima y condiciones propias del mismo biodigestor. Aun con estos inconvenientes fue posible la generadcion de biogas apartir de desechos de las aguas residuales, que sirvio para demostrar que es posible poder sustituir el gas LP y encender el gas de una valvula de aguja.En lo cual se muestra y experimenta que existen una infinidad de usos para el gas.

IX. Referencias bibliogrficas

Costa Rica Rural, (s/f). Biodigestor: Construccin & Diseo (en lnea).consultado el 01 abril de 2014. Disponible en http://www.ruralcostarica.com/biodigestor-2.html Diseo y construccin de un biodigestor casero. (En lnea). Consultado el 05 de marzo de 2014.disponible en "presenta: m.c. armando guzmn bautista docente asignatura a de la carrera de ing. industrial."Especificaciones Tcnicas para el Diseo y Construccin de Biodigestores en Mxico. (En lnea). Consultado el 08 de mayo de 2014. Disponible en http://www.ance.org.mx/FIRCO/Documentos/EspecificacionesBiodigestores.pdf

Enciclopedia de los Municipios de Mxico: Huejutla de Reyes (En lnea). Consultado el 15 de enero de 2014.Disponible en: intranet.e-hidalgo.gop.mx//enciclomuni/municipios.El biodigestor: Un sistema ecolgico, econmico y natural. (En lnea). Consultado el 05 de abril de 2014. Disponible en: http://www.educaciontdf.gov.ar/feriacs/FeriaCs-SEC-IT-ElBiodigestor.pdf.Fundamentos bsicos para el diseo de un biodigestor. (En linea). Consultado el 10 de febrero del 2014. Disponible en: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan2/031042/031042.pdf Pizarro, S. Biodigestor (1 Ed.). Ministerio de Ciencia y Tecnologa de la Nacin. Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica. Buenos Aires, 2005.

X. ApndiceApndice A) Diseo del biodigestor en el software solidworksFigura 10.1 Biodigestor

Se muestra el diseo del biodigestor que se utiliz para construir el prototipo.

Figura 10.2 Plano del biodigestor

Se muestran las dimensiones del reactor.

Figura 10.3 Representacin de la brida de rotoplas.

Se muestra la perforacin del reactor

Figura 10.4 Pieza de lnea de gas.

Se muestra un codo de material galvanizado

Figura 10.5 Top de entrada de materia prima.

Se muestra el tapn que sella el reactor.

Figura 10.6 Base del reactor.

Evita que el reactor tenga contacto directo con la superficie.

Tabla 10.1 Piezas del biodigestor

Nota: Representacin de las piezas diseadas en solidwork

Apndice B) Cotizacin y herramientas

Tabla 10.2 Cotizacin de materiales y herramientas

CantidadDescripcinPrecio unitario

1Tambo de plstico $500.00

1Brida para rotoplas $45.00

1Vlvula 11$68.00

1Niple galvanizado x 10$42.00

1Codo galvanizado $12.00

1Cople galvanizado $10.00

1Tapn macho galvanizado$10.00

1Reductor bushin -1/2 $18.00

2Conectores de plstico$8.00 c/u

1Niple terminal 1/2-3/8 $20.00

1Manguera de 60cm.$39.00

1Vlvula aguja$68.00

1Pegamento para PVC$22.00

6Silicn gris de uso industrial$32.00 c/u

1Hule empaque 2.5m.$30.00

1Cinta tefln $6.00

Materia prima (Desechos orgnicos de la Planta Tratadora de Aguas Residuales)$00.00

1Mano de obra (manufactura) al destajo.$500.00 p/d

Total de costo de manufactura de 1 biodigestor. $1598.00

Herramientas

1 Cuchillo para hacer la perforacin del reactor.

2 Llaves (pericas) de 5/8 para ajustar los ductos de gas.

1 Martillo.

1 Caja de fsforos para calentar el cuchillo y as poder perforar el reactor.

2 Cubetas de 20L. Para transportar los desechos y el agua.

1 Base metlica como base del reactor para evitar el contacto directo con el piso.

1 Tornillo de banco.

1 Lima metlica para quitar rebaba del plstico.

Nota: Se muestra la tabla de cotizacin de materiales as como la herramienta que se utiliz.

Tabla 10.3 De descripcin de costos de produccin.

Proceso Costos Directos Indirectos Variables Fijos

Manufactura de un biodigestor en la Planta de Aguas Residuales de Huejutla Hidalgo.

Apartado donde se mencionan los gastos que se llevan a cabo durante el proceso de manufactura.Esto de acuerdo a una serie de actividades como son: Investigacin Diseo Cotizacin Compra de materiales. Manufactura Obtencin de materia prima Transporte

Los identificamos directamente con el producto que se integra fsicamente.

Estos son de fcil medicin y cuantificacin.

Estos son:

Materia prima. Materias auxiliares. Mano de obra. directa. Herramientas Otros insumos (transporte entre otros)

Esto se refiere a la materia prima que se utilizara en la manufactura del biodigestor as como el equipo que se implementara en la construccin.Tomando en cuenta los dems puntos ya mencionados.

Como costos directos de manufactura o mano de obra se refiere al salario que reciben las personas incluidas en el proceso de trabajo, esto se medir en tiempos ocupados para realizar cada una de las actividades ya mencionadas.Mencionando un salario fijo del coordinador.El pago se realizara segn las jornadas de trabajo (das).

Para materiales auxiliares, se refiere a la maquinaria que se utilizara en el trabajo as como las herramientas. Si es necesario adquiere una, tendr que comprarse. Se menciona algunas herramientas de seguridad e higiene como son guantes de ltex y cubre bocas.

Estos costos son genricos, no se pueden identificar de manera directa con el producto.

Se mencionan materiales como: material elctrico, en este caso la energa que se utiliza al realizar algunas operaciones de trabajo.

Costos en repuestos y accesorios.

Insumos: Alimenticios Aseo Papeleo tiles de produccin

Mano de obra indirecta:Se menciona el pago del coordinador de produccin, ayudantes de trabajo.

Algunos insumos indirectos dependern mucho de las instalaciones de trabajo si este proyecto se realizara a gran escala.

Como podran ser las siguientes:Arriendo de la planta o depreciacin del lugar de trabajo.Energa elctrica la cual su costo se derivara segn sea el contrato con el que cuente el rea de trabajo.Agua ya que es indispensable para llevar acabo el funcionamiento del biodigestor.Gas en caso de contar con equipo de cocina.Costos del servicio de transporte, esto depender del medio que se utilice ya sea un costo por unidad de servicio pblico.En otro caso sera el costo del combustible de la unidad de transporte con la que se cuente.Cabe mencionar el servicio de mantenimiento y frecuencia que este se realice a nuestros biodigestores.Ser variable el costo de pago de personar ya que se menciona que el trabajo ser por destajo lo cual ser variable segn sea la demanda del prototipo en el caso de una produccin masiva.

Tomando en cuenta la economa de nuestra localidad se menciona que los costos de materia prima como de materias auxiliares tambin tendrn una variacin de costo.

El costo de los insumos tendr una variacin.

Existe una variacin del precio del biodigestor esto depender por el precio por mayoreo.Fijo ser el pago de destajo para el personal as como el pago del coordinador. El costo de manufactura de un biodigestor ser fijo.

Nota: Descripcin de los costos de produccin del biodigestor.

Apndice C) MaterialTabla 10.4 Materiales

Nota: Imgenes de materiales que se necesitaron para la manufactura del biodigestor

Apndice D) Proceso de manufactura del biodigestorTabla 10.5 Proceso de manufactura del biodigestor

Nota: Pasos de manufactura

Apndice E) Clculos fsicos.

Calculo del volumen del reactor de desechos orgnicos.DATOSd=50cm h=85cm r=25cm Calculo del rea lateral del reactor de desechos orgnicos.DATOSR=25cm rea lateral (h)H=85cm rea lateral (85)

A

Calculo del rea total o superficie del reactor.DATOSR=25cm H=85cm

Calculo de la densidad de los desechos orgnicos.DATOS Calculo de la presin que existe en el reactor.DATOS h=85cm

Calculo de relacin/ beneficio de salario El salario es una contraprestacin que recibe el trabajador a cambio del trabajo realizado para un empleador, la cuanta se establece en el contrato de trabajo. El salario se recibe principalmente en dinero, si bien puede contar con una parte en especie evaluable en trminos monetarios. Siempre debe existir una remuneracin en dinero.De acuerdo a la Comisin Nacional de los Salarios Mnimos Figura 10.7 Consulta de salario mnimo.

Se muestra la cantidad del salario establecido para un empleado.

Figura 10.8 Tabla de comparacin de salarios mnimos de algunos oficios.

Se comparan los salarios mnimos para determinar un sueldo para nuestros empleados.

Tomando en cuenta estos cuadros comparativos podemos determinar que el salario mnimo de la regin es de $63.77 sin embargo en la regin se toma un sueldo de acuerdo al trabajo a realizar.

Tabla 10.6 Cuadro comparativo de sueldos por jornada laboral (Da)

Oficio Salario mnimo Salario mximo regional

Albail $98.00$150.00 - $200.00

Carpintero $96.50$150.00 - $170.00

Chofer de camin$100.00$120.00 - $200.00

Nota: Nos sirve para determinar el sueldo de mano de obra del biodigestor.

Con esta tabla comparativa determinamos que el sueldo de la jornada de trabajo se encuentra entre $120.00 a $200.00 pesos. El costo de la mano de obra del proyecto depender de la empresa o del encargado de produccin segn sean las polticas de pago de la misma. En este caso el sueldo es de $500.00 pesos por estajo tomando en cuenta que son 3 das de manufactura lo cual resulta un costo de $167.00 pesos por jornada de trabajo (Da).