Biodigestor y Metano Biogas

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Biodigestor y Metano (Biogas)

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OBJETIVOS

Objetivo General:

Objetivos Específicos:

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Dosificación de la Materia Prima para la Biodigestión

• Proporción de desecho orgánico (estiércol de Cuy seco) y agua es la siguiente: 1:3

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Cuadro N°1. Caracterización del Estiércol de Cuy

Temperatura Ambiental y la Temperatura en el Biodigestor

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Gráfico N°1. Variación del pH en el Biodigestor

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Costos en la Construcción del Biodigestor (PATRICIA ORTEGA)

• Por lo tanto el gasto total asociado a la construcción de un biodigestor es: S/170.

Productividad de MetanoUno de los parámetros que permite evaluar la generación de metano a partir del proceso de fermentación de la materia orgánica es la productividad de metano o productividad metanoica (Weiland P. 1995). Este parámetro se define como la cantidad de metano generado en la unidad de tiempo respecto de la materia dispuesta en el reactor.

La expresión matemática que permite calcular la productividad de metano de un determinado resto orgánico en un tiempo determinado, es la siguiente:

Donde:V CH4 = es el volumen de metano generadoVreactor = es el volumen de materia dispuesta en el recinto fermentadort = es el tiempo considerado

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Proceso Anaeróbico• La digestión anaeróbica es un proceso biológico complejo y degradativo

en el cual parte de los materiales orgánicos de un substrato (residuos animales y vegetales) son convertidos en biogás, mezcla de dióxido de carbono y metano con trazas de otros elementos, por un proceso de biodigestion de bacterias que son sensibles o completamente inhibidas por el oxígeno o sus precursores (e.g. H2O2). Utilizando el proceso de digestión anaeróbica es posible convertir gran cantidad de residuos; vegetales, estiércoles, etc.En la digestión anaerobia más del 90% de la energía disponible por oxidación directa se transforma en metano, consumiéndose sólo un 10% de la energía en crecimiento bacteriano frente al 50% consumido en un sistema aeróbico.

• En la digestión anaeróbica, los microorganismos metanogénicos desempeñan la función de enzimas respiratorios y, junto con las bacterias no metanogénicas, constituyen una cadena alimentaria que guarda relación con las cadenas enzimáticas de células aeróbicas. De esta forma, los residuos orgánicos se transforman completamente en biogás que abandona el sistema.

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SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE RESIDUOS

Sistema Aerobio:Mat. org.+O2(energía) CO2 + células

Sistema Anaerobio:Mat. org. CH4 + CO2 + células

VENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Se genera metano Se producen menos lodos y más estabilizados que en los procesos

aerobios La producción de biosólidos tiene potenciales aplicaciones como

mejorador de suelos Puede degradar algunos compuestos que son recalcitrantes en

procesos aerobios Requiere menor volumen de reactor que otros procesos biológicos No requiere suministro extra de energía

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Etapas de Fermentación Metanogénica1. Hidrólisis:2. Etapa fermentativa o Acidogénica3. Etapa Acetogénica4. Etapa Metanogénica

En el proceso de fermentacion la hidrolisis es la fase en la cual las partículas y moléculas complejas (proteínas, carbohidratos y lípidos) son hidrolizadas por enzimas extracelulares producidas por los microorganismos acidogénicos o fermentativos. Como resultado se producen compuestos solubles más sencillos (aminoácidos, azúcares y ácidos grasos de cadena larga) que serán metabolizados por las bacterias acidogénicas dando lugar, principalmente, a ácidos grasos de cadena corta, alcoholes, hidrógeno, dióxido de carbono y otros productos intermedios. Los ácidos grasos de cadena corta son transformados en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono, mediante la acción de los microorganismos acetogénicos. Por último, los microorganismos metanogénicos producen metano a partir de ácido acético, H2 y CO

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METANOGÉNESISFinalmente un grupo de bacterias ¨metanogénicas¨, estrictamente anaeróbicas, actúan sobre los productos resultantes de las etapas anteriores, y desde el punto de vista metabólico son las únicas capaces de producir metano.De acuerdo a los sustratos que pueden transformar se dividen en:• Bacterias Metanogénicas Hidrogenofílicas: son aquellas que

utilizan el hidrógeno (H2) para reducir el anhídrido carbónico (CO2), y así producir metano (CH4). Los tipos más frecuentes aislados de distintos biodigestores son : Methanobacterium, Methanospirillum, Methanobrevibacter.

• Bacterias Metanogénicas Acetoclásticas: son aquellas que hidrolizan el acetato, oxidando el grupo carbonilo a anhidrido carbónico (CO2), y reduciendo el grupo metilo a metano (CH4). Se estima que aproximadamente el 70 % del metano producido procede de la “descarboxilación del ácido acético”, con bacterias metanogénicas acetoclásticas.

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BIOGAS O METANO

Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para: Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt. Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad

durante 1hora. Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante

30 minutos. Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas.

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EL BIOGÁS; Es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bióxido de carbono, producidos como resultado de la fermentación de materia orgánica en ausencia del aire y la acción de un grupo de microorganismos.En la naturaleza se encuentra gran variedad de residuos orgánicos de los cuales se puede obtener biogás, como por ejemplo: estiércol de animales domésticos.Los principales componentes del biogás son el metano (CH4) y el dióxido de carbono (Co2).El Metano, es el principal componente del biogás, y es el gas que le brinda las características combustibles.El Metano es un gas combustible, incoloro, inodoro, cuya combustión produce una llama azul y productos no contaminantes. Veintiuna veces más activo que el gas carbónico, el biogás contribuye también muy activamente al “efecto invernadero”. También puede servir para producir electricidad: 1 metro cúbico de biogás equivale a ½ metro cúbico de gas natural, es decir, 5 kw/h.

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BIODIGESTOREl biodigestor es un depósito completamente cerrado, donde los residuos orgánicos, o el estiércol de los animales se fermenta sin aire para producir gas metano y un sobrante, o líquido espeso, que sirve como abono.A pequeña y mediana escala, el biogas ha sido utilizado en la mayor parte de los casos para cocinar en combustión directa en estufas simples. Sin embargo, también puede ser utilizado para iluminación, y para calefacción. También ayuda a la transformación de los desechos. Mejora de la capacidad fertilizante del estiércol Control de patógenos Control de olores El efluente se puede usar como alimento en lombricultura.

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BIODIGESTOR - PARÁMETROSConsiderando que las bacterias son el ingrediente esencial del proceso, por ello es necesario mantenerlas en condiciones que permitan asegurar y optimizar su ciclo biológico. Los principales parámetros en la producción del biogas son:

Temperatura (20 a 40 °C) Tiempo de retención pH (6.8 a 7.5) Relación Carbono/Nitrógeno Agitación

Materias Primas que se pueden usar en la Fermentación Metanogénica

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Clasificación de los Sustratos para Digestión Anaeróbica

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Desechos Agrícolas y Animales con Potencial para Producir Metano

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TIPO DE BIODIGESTORESComponentes de un digestor: Reactor o contenedor de las materias primas a digerir Contenedor de gas, con los accesorios para salida de biogás, Entrada o carga de materias orgánicas primas Salida o descarga de materias orgánicas estabilizadas.

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BIODIGESTOR - CARACTERÍSTICASPara una buena operación:

Hermético, para evitar fugas de gas. Térmicamente aislado, para evitar cambios bruscos de temperatura Acceso para mantenimiento Debe tener un medio para romper las natas que se forman

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Cálculo Según Necesidad EnergéticaFamilia de 4 personas: Se tiene una cocina de dos hornillas, cada hornilla consume 75 l/hr. La cocina se usa 3 horas al día con ambas hornillas.

¿Qué cantidad de biogas se consumiría al día?75l/h x 2 hornillas x 3horas= 450 litros biogasO lo que es lo mismo:0,45 m3 de biogas0,54 kg de biogas

A tener en cuenta: 400-600 litros (0.4-0.6 m3) biogas por kg de materia orgánica, para la Agricultura y Aliemntacion – ONU.

Productor con 5 bovinos y 5 cerdos ¿Qué cantidad de biogas produciría al día y qué volumen de digestor necesitaría?

Producción de Biogas: (5 vacas x 0,6m3) + (5 cerdos x 0,13m3) = 3.65 m3

Volúmen digestor: Kg estiércol + litros aguaBovino: 75 + 75 ------ Cerdo: 12.5+ 37,5 ------ total: 200 litros díaTotal días 35: 200 x 35 = 7000 m3Volúmen digestor: 7m3

Animal kg estiercol/dia Biogasm3/dia Estiercol:agua

Vaca 15 0.6 1:1

Cerdo 2,5 0,13 1:3

Gallina 0.2 0,01 1:3

Cuy 0.3 0.06 1:3

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Calculo de Biogas Producido

Productor con 100 Cuyes ¿Qué cantidad de biogas produciría al día y qué volumen de digestor necesitaría?

Producción de Biogas: (100 Cuyes x 0,06m3) = 6.0 m3

Volúmen digestor: Kg estiercol+litros aguaCuy: 30 + 90 ------ total: 120 litros diaTotal dias 30: 120 x 30 = 3600 LVolúmen digestor: 3.6 m3

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SISTEMA DE LAS 3 REl presente proyecto se enmarca dentro del sistema conocido como las 3 R y dentro el cumplimiento de La Ley Ambiental del Perú:REDUCIR el consumo innecesario de productos. Implica un cambio de conducta que nos comprometa a disminuir la cantidad de residuos que producimos.RE-UTILIZAR o RE-USAR los elementos la mayor cantidad de veces antes de desecharlos, planteando además el uso variado de un mismo elemento.RECICLAR los materiales que así lo permitan para que vuelvan a integrarse al consumo. Permite que un elemento en desuso sea nuevamente útil mediante un proceso industrial o natural.

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TECNOLOGÍAS LIMPIAS(BIOGAS - METANO)

Las tecnologías limpias son una opción amigable con el ambiente que permiten reducir la generación de desechos y la contaminación en el ambiente natural, además de aumentar la eficiencia del uso de recursos naturales como el agua y la energía. Permitiendo generar beneficios económicos, optimizando costos y mejorando la competitividad los productos.El uso de tecnologías limpias representa una opción técnica, económica y ambientalmente apropiada que contribuye al desarrollo sostenible de las empresas, y el país en general.