estandarizacion de la cantidad de excremento de …
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ESTANDARIZACION DE LA CANTIDAD DE EXCREMENTO DE CERDO EN
LA PRODUCCION DE METANO EN UN BIODIGESTOR
INFORME TÉCNICO DEL PROYECTO
QUE PRESENTAN:
BARCENAS MORALES MARTIN VLADIMIR
DE LEON CAMARENA BLANCA NACHELI
MARTINEZ MONROY MIRIAM
RODRIGUEZ GODINEZ JOSE LUIS
ASESOR:
M. EN C. PABLO MONTES UTRERA Q.F.B JULIO JIMÉNEZ ESPEJEL
30 DE AGOSTO DE 2011
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
Es optimizar la producción de biogás utilizando un biodigestor anaerobio con
excremento de cerdo como fuente de microorganismos, con la finalidad de
fomentar el uso de metano en procesos cotidianos.
JUSTIFICACIÓN
Este sistema es amigable con el medio ambiente ya que no produce
contaminación.
Se lograra una mejor calidad de vida para todos, en un ambiente sano. Con el
tiempo en los nuevos hogares se pretende implementar la utilización de
biodigestores fáciles de utilizar, pues al estandarizar la cantidad del
excremento de cerdo se podrá producir gas metano, lo que representará una
evolución de las familias y el comercio será de forma directa e indirecta.
Contribuyendo al desarrollo armónico de la naturaleza propia.
Es muy común observar grandes volúmenes de desechos en diferentes sitios,
mucha de la materia orgánica no se utilizada adecuadamente el cual provoca
un impacto ambiental, y puede ser reutilizada en diferentes procesos por tal
motivo utilizaremos excremento de cerdo, para obtener gas metano.
HIPÓTESIS:
La producción de metano por medio de un biodigestor es de gran relevancia
por consiguiente con la estandarización de la cantidad de excremento
optimizaremos la cantidad de metano generado.
SOLUCIÓN AL PROBLEMA COMÚN PARA EL ESTADO DE MÉXICO:
El Estado de México ha sido y será contaminado por la falta de estrategias de
manejo de residuos orgánicos ( basura de cocina, restos vegetales y futas así
como excrementos) esta materia es adecua para ser fermentada
anaeróbicamente. En ese sentido y para poder apagar estos efectos negativos,
se está trabajando en este proyecto logrando consolidar un proceso
tecnológico que permitirá disminuir el problema ambiental de este tipo de
contaminación.
El gas metano, que resulta menos peligroso que el butano utilizado en zonas
urbanas y semiurbanas, se produce en el biodigestor, aprovechando los
residuos orgánicos englobando el excremento de cerdo.
Permitiendo reducir las emisiones contaminantes al medio ya sean estas a la
atmósfera (CH4) o los acuíferos superficiales o subterráneos (sólidos en
suspensión).
Debido a la temperatura ambiente la velocidad de crecimiento de los
microorganismos en el proceso anaerobio es lento lo que supone un aporte
externo de energía ya que requiere temperaturas de al menos, 35 °C, para que
la actividad de las bacterias sea óptima.
Por esta razón el biodigestor se constituye de un calentador solar, termostato,
pirómetro y válvula de paso con el objetivo de controlar la temperatura
necesaria para que se produzca la fermentación adecuada. También cuenta
con un manómetro para conocer la presión a la cual se encuentra sometida
nuestro sistema y un contenedor de agua para un mejor funcionamiento del
calentador solar.
ANTECEDENTES:
Se sabe que desde la antigüedad el hombre conocía la existencia del biogás, el
cual se utilizo por los pueblos chinos y persas hace miles de años como
generador de temperatura. Tuvieron que pasar muchos años para que se
dieran cuenta que el metano no solo se encontraba en el gas natural fósil, sino
que se producía constantemente. Así fue, que en el año 1776 el científico
italiano Volta descubrió que el principal compuesto del gas natural era metano.
Solo 100 años después se descubrió el origen microbiológico de la formación
de metano. El primero en producir gas metano en 1808 fue Humpry Dhabi en
un laboratorio, tomando este suceso como el inicio de la investigación del
biogás.
Durante el año 1887 el científico Hoppe-Seyler pudo comprobar la formación
de metano a partir de acetato. La misma observación hizo Omelianski en 1886
con el excremento de vacas.
Por otro lado Soehngen descubrió en 1906 la formación de metano a partir de
hidrógeno y dióxido de carbono.
Teniendo en cuenta que los primeros biodigestores que se construyeron
fueron en China y en la India fueron de Cúpula fija y Campana flotante
respectivamente.
Estos descubrimientos fueron de gran importancia para Imhoff logrando poner
en práctica en el año de 1920 el primer biodigestor en Alemania, este
consistía en un estanque hermético, el cual era alimentado con material
fermentable para la obtención de “biogás”.
Posterior mente se fueron realizando diversos diseños de biodigestores con
diferentes fuentes de materia orgánica.
Por lo tanto un biodigestor es un digestor de desechos orgánicos simple; su
aspecto es el de un contenedor cerrado, el cual posee las características de ser
hermético e impermeable.
Los biodigestores se clasifican en dos grandes tipos de Flujo Discontinuo y de
Flujo Continuo (de cúpula fija, de cúpula móvil y biodigestor tipo salchicha). En
algunas ocasiones este proceso conlleva una cámara de carga, conjuntamente
con una nivelación del agua y reactor, este último es un dispositivo para
recolectar y depositar el biogás.
Ahora bien la obtención del biogás el cual es un gas que se genera en medios
naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación
de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos, y otros
factores, en ausencia de aire, cuando la materia orgánica se descompone en
ausencia de oxígeno, actúa este tipo de bacterias, generando biogás.
La producción de biogás va a depender, principalmente, de los materiales
utilizados, de la temperatura y tiempo de descomposición.
La energía de la biomasa es aquella que se genera a partir de productos
orgánicos que contengan carbohidratos, proteínas, grasas, celulosa y
hemicelulosa como componentes principales, como son los vegetales y sus
derivados, abarcando excremento de cerdo.
Por tal razón el excremento de cerdo es apropiado para la producción del
biogás ya que en él se encuentran bacterias metanogénicas, abarcando
ciertas especies de los géneros Methanobacterium, Methanobacillus,
Methanococcus y Methanosarcinas; estas bacterias abundan en un ambiente
como sedimentos anóxicos, suelos de humedales y tractos gastrointestinales
son hábitats típicos para encontrar estos microorganismos.
METODOLOGÍA Y PLANEACIÓN DEL PROYECTO:
Construcción del biodigestor
1. Diseño del biodigestor utilizando herramientas CASE.
Ensamblado del biodigestor
Figura. 1 Elaboración propia Figura. 2 Elaboración propia
Ensamblaje Del Calentador Solar Esquema del Tanque de Llenado
De agua
Figura. 3 Elaboración propia Figura. 4 Elaboración propia
2. Elaboración del prototipo:
Prototipo terminado Tanque de almacenamiento
del agua
Figura. 5 Elaboración propia Figura. 6 Elaboración propia
Calentador solar Biodigestor
Figura. 7 Elaboración propia Figura. 8 Elaboración propia
Base del sistema Figura. 9 Elaboración propia
Desarrollo de la estandarización
1. Realizar un tamiz de prueba para determinar la cantidad de excremento
de cerdo que se utilizara en el proceso de obtención de biogás
a. El tamiz de prueba se realizara tomando en consideración algunos
datos teóricos que oscilan entre un 10 a un 15 % de excremento de
cerdo por carga de compuestos orgánicos.
b. Las cantidades iniciaran con un 10% y posteriormente con el 15%,
con estos datos determinar si existe una diferencia significativa.
c. En caso de existir una diferencia significativa valorar los datos y
determinar si es viable realizar otras pruebas a diferentes
concentraciones.
2. Ya obtenida la cantidad de excremento adecuada realizar otras pruebas
para determinar si los resultados obtenidos son reproducibles, tomando
en consideración la cantidad de biogás producido midiéndolo de manera
indirecta por medio de la presión generada y posteriormente realizar un
análisis de tercería para cuantificar la cantidad de biogás.
3. Realizar pruebas de aislamiento e identificación de las bacterias
metanogénicas presentes en el excremento, para que en un proyecto
continuo trabajar con los microorganismos (bacterias metanogénicas) y
en el último de los casos trabajar con los lodos activos producidos por la
fermentación.
JUSTIFICACIÓN DEL GRADO DE INNOVACIÓN:
Este proyecto además de ser un tema de suma importancia para el avance
tecnológico, reduce la contaminación ambiental y contribuye a generar
energías renovables ya que los recursos necesarios para la obtención de
materia orgánica son fáciles de obtener, por lo tanto la producción de biogás
se hace factible.
Este sistema aprovecha elementos propios de la tierra y el ambiente para
producir gas y abono orgánico para los suelos, ahorrando gastos para el ser
humano y dando beneficios al medio ambiente.
En la actualidad existen diversos tipos de biodigestores pero ninguno sea
implementado a las zonas urbanas y semiurbanas, por su tamaño y diseño.
Nuestro biodigestor está diseñado para que se adapte a las necesidades de
una familia, logrando ser de fácil manejo y de dimensiones adecuadas.Para
acelerar el proceso se utiliza un sistema fototérmico, este calienta el agua a
partir de la energía del sol, haciéndola pasar al biodigestor de esta forma se
logra reducir el tiempo de fermentación.
GRADO DE IMPLEMENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN:
Estado y funcionamiento
CAPACIDAD DE BIODIGESTOR
m3 %
0.025 100 Capacidad total
0.01875 75 **Biomasa
0.00625 25 Biogás Cuadro. 1 Elaboración propia
El calentador solar por medio
de un sistema fototérmico
manda el agua al enchaqueta
miento con la temperatura
deciada.
Biofertilizante rico en
nutrientes.
Cuadro. 2 Elaboración propia
*Concentración de la carga al biodigestor.-En este caso de utilizara excremento
de cerdo fresco, se agregar entre 1.5 litros de agua por 1.5 kg de excremento
fresco.
*Temperatura.-El proceso se lleva a cabo satisfactoriamente en dos rangos
bien definidos, entre 10°C a 37°C, para la flora mesofílica y, entre 55°C a 60°C
para el rango termofílico.
*Los cálculos pueden variar dependiendo de la prueba de tamiz.
**Casará de fruta+ excremento + agua
Cascara de fruta Excremento de cerdo Agua Total
12.953 kg 1.5 kg 1.5lt 15.953 kg
BIOGAS
AGUA CALIENTE
PARA REUTILIZAR.
BIOABONO
Aprovechamiento del residuo
El residuo que se obtiene se aprovechara como abono que conserva todos los
nutrientes, tales como nitrógeno, fosforo, magnesio.
Este biofertilizante líquido no posee mal olor, a diferencia excremento fresco,
tampoco atrae a moscas y puede aplicarse directamente al campo en forma
líquida, en cantidades recomendadas.
De esta manera se utiliza como bioabono, pretendiendo reducir la utilización
de otros tipos de fertilizantes contaminantes.
Como los reactores se construyen en ambientes cerrados, la producción de
malos olores es baja en el proceso anaerobio, comparado con los olores
desagradables que se desprenden en el sistema donde la depuración se
realiza en espacios abiertos.
A corto plazo podremos revertir el proceso de la contaminación generada por
desechos sólidos orgánicos, así mismo poder disminuir el consumo del gas
butano.
IMAGEN REAL DEL PROTOTIPO
FACTIBILIDAD DEL PROYECTO
La factibilidad con la que cuenta el proyecto es el empleo de esta tecnología
en las familias es de relevante importancia, ya que las mismas actualmente no
necesitan ningún tipo de combustible para cocinar sus alimentos. Por
este concepto ahorran más de un litro diario de combustible diesel, una lata de
carbón (según sea su origen) y leña.
IMPACTO SOCIAL:
De hecho el impacto social es favorable, ya que se lograra una mejor calidad
de vida para todos, en un ambiente sano, así podremos disfrutar de una vida
sana.
Cocinando con biogás, estas familias gozan de las siguientes ventajas:
1. Ahorro de combustibles más costosos, como el carbón o la leña; 2. Economizan tiempo 3. El biogás es un combustible que arde bien y no desprende humo como,
el carbón o la leña. 4. los residuos de la producción de gas constituyen un excelente
fertilizante.
IMPACTO AMBIENTAL:
Lamentablemente la materia orgánica no es utilizada adecuadamente este
tipo de residuos perjudican al medio ambiente, podemos decir que a corto
plazo podremos revertir el proceso de la contaminación generada por desechos
sólidos orgánicos, así mismo poder disminuir el consumo del gas butano. El
residuo final de este proceso es muy poco contaminante y se puede utilizar
como fertilizante.
IMPACTO TECNOLÓGICO:
En el caso específico de la tecnología de aprovechamiento de biogás, se pensó
que si bien esta se encontraba desarrollándose casi exclusivamente para
mitigar el impacto de los gases de efecto invernadero, era necesario
incursionar en la utilización del biogás con fines de generación de energía en
zonas urbanas y semiurbanas.
NIVEL DE APLICACIÓN PRÁCTICA Y ECONÓMICA DE LA SOLUCIÓN
PRESENTADA:
La aplicación a la que va enfocada es a las casas verdes, se pretende que
las viviendas sean eficientes en cuanto a consumo de energía y no afecten el
medio ambiente.
Con el tiempo en los nuevos hogares se utilizaran biodigestores por lo cual
serán fáciles de utilizar, pues al estandarizar la cantidad del excremento de
cerdo se podrá producir gas metano, lo que representará una evolución de las
familias y el comercio será de forma directa e indirecta.
Elaboración propia
BIBLIOGRAFÍAS
MADIGAN, Michael. PARKER, Jack. Brock Biología de los microorganismos.
Prentice Hall, décima edición. 2004.
SOSA, R. CHAO, R. DEL RIO, J. Aspectos bioquímicos y tecnológicos del
tratamiento de residuales agrícolas en producción de biogás.
BAYARRI, Natividad. LESACA, Rafael. Producción de biogás a partir de
residuos orgánicos. 2004.
Harry W. S. Paul J Van Demark Microbios en acción .Manual de laboratorio
para microbiología. Ed Blume España 1973
Koneman E. W. Diagnostico Microbiológico. Ed. Médica Panamericana 2001
David B.D. Dubecco Tratado de Microbiología 4ª ed. España Salvat Editores.
1990
Tortora G.J Microbiology.5ª Ed. The Benjamin Cummings Publishing Co. Inc.
1995
Brock T.D. Biología de los Microorganismos. 5ª ed. Prentice Hall 1988
Ramírez R. Luna B. Velázquez. Viena L. y coautores. Manual de prácticas de
microbiología General. 4ª ed. México Facultad de Química UNAM. 200
Rafael Alcaraz Rodríguez. El emprendedor de éxito 3ª edición Mc Graw- Hill
Interamericana Editores 2006.