Informe producción de biogás

Informe producción de biogás

Juan José Zapata Areiza, Carolina Bulla Moreno, Jorge Armando Vargas Quintero, Santiago Tobón, Kevin Cardona Benítez, Carlos Ignacio Navas

Facultad de Ingenierías, Universidad de Medellín

Medellín, Colombia juanjosezapataareiza1997@gmail.com  santiago-tbn@hotmail.com 

Abstract— En este documento se reflejan todos los procedimientos (preparación, montaje, mediciones y resultados) para la realización de biogás Metano () por medio de la digestión anaerobia. Para el análisis se construyó la cinética de generación de Metano y la del pH.[pic 1]

I. INTRODUCCIÓN

El manejo de residuos es unos de los principales problemas que enfrentan hoy en día muchas ciudades alrededor del mundo, los residuos agrícolas son aprovechados en cierta medida para la generación de fertilizantes para los campos de cultivo y para los pastizales para la cría de animales. Con respecto a la disposición de los RSU y las aguas residuales si es un tema más delicado, ya que estas cuentan con una carga importante de contaminantes y sedimentos, las aguas residuales es lo que más preocupa, ya que estas cuentan con un alto contenido de contaminantes, además de que estas desembocaran en un posterior cuerpo de agua llevando esos contaminantes a esas aguas donde alterara el balance de estos ecosistemas.

Para el tratamiento de las aguas residuales se pueden distinguir dos métodos, uno aerobio y el otro anaerobio; con la digestión aerobia se elimina el 80% de la materia orgánica en forma de biomasa (lodos) y el restante 20% en forma de anhidro carbónico y agua. Por medio de la digestión anaeróbica la materia orgánica se transforma en una mezcla del 5% de biomasa y el 95% en metano y anhidro carbónico llamado (gas de digestión o biogás) este con un muy viable aprovechamiento económico.  

El presente documento se plasma todo el proceso realizado a lo largo de 4 semanas durante las cuales se dio la producción de biogás en un reactor, para la producción de biogás se hizo con biomasa, la cual fue excretas de bovino y residuos de papas, se seleccionó esta materia prima ya que ambos se complementa perfectamente entre ellos, ya que en el estiércol que es rico en su contenido de carbono se encuentran las bacterias que producen el metano, pero estas bacteria se deben alimentar de algo, para eso se utilizó los residuos de papa, ya que esta tiene altos contenidos de carbohidratos (azucares) que son esenciales para el crecimiento de las bacterias.

El proceso se realizó bajos las siguientes condiciones, las cuales deben ser vigiladas estrictamente, ya que si estas no se encuentran en sus valores óptimos causan la inhibición de las bacterias y como consecuencia la no generación del metano, y de otros producto que se generan durante la digestión como lo son el , hidrogeno, Sulfuro de hidrógeno entre otras trazas. Las condiciones que se deben cumplir son las siguientes: Temperatura de , un recinto sin oxígeno, pH de 7.0 y un ambiente de oscuridad.[pic 2][pic 3]

El ambiente oscuro es muy importante ya que las bacterias que realizan la digestión son fotosensibles, por lo que si se exponen a la luz estas se pueden inhibir y detener el proceso de generación del biogás, las bacterias encargadas de la producción del metano son de tres tipos, estas son las bacterias homoacetogénas (BHA), bacterias sulfato reductoras (BSR) y las arqueas metanógenas.

El pH se debe garantizar para este proceso que se mantenga en 7.0, ya que este es el pH óptimo para la proliferación de las bacterias, la variación en el pH puede disminuir debido a las bacterias metanógenas, y por el aumento de la alcalinidad, cuando el pH se desbalancea esta necesario usar una base para estabilizarlo, la base que se usó en el laboratorio fue Carbonato de Calcio.

II. PRODUCCIÓN DE BIOGAS

2.1 Metodología

2.1.1 Montaje reactor

Se ha implementado un medio de cultivo en un rector de 3 litros (3L) que se diseñó artesanalmente con una botella y grupo de mangueras de silicona que se requieren para la realización de diferentes acciones. A continuación, se muestra el reactor que se montó para el medio de cultivo.

[pic 4]

Ilustración 1. Montaje del medio de cultivo

2.1.2 Preparación del sustrato e inoculo

La muestra de residuos orgánicos a utilizar (cascara de papa) fueron triturados con un poco de agua en una licuadora para obtener una mezcla homogénea con tamaños pequeños de partícula.

Para la preparación del inoculo (estiércol de bovino) se tamizo una muestra de esta lo más fresca posible, para obtener un tamaño de partícula pequeño para su posterior homogenización con el sustrato, el inoculo debe de ser el 10% del total del volumen del medio de cultivo (3L)

Para el proceso de producción de biogás se debe garantizar un 12% de solidos totales con respecto al volumen del medio de cultivo, donde los sólidos totales están conformados por el inoculo el sustrato y agua.

[pic 5]

[pic 6]

Ilustración 2. Sustrato procesado

[pic 7]

Ilustración 3. Preparación del inoculo

2.1.3 Montaje del medio de cultivo

Una vez se tiene preparado el sustrato y el inoculo estos se deben mezclar con agua para completar el volumen de trabajo, con la mezcla se busca que estos se compenetren lo mayormente posible. Una vez se tiene una mezcla homogénea se procede a alimentar el reactor para de esta manera tener el medio de cultivo preparado para la digestión.

El reactor se recubre con papel aluminio para que el medio quede aislado de la luz ya se mencionó anteriormente el porqué de esto, posteriormente se lleva a un calentador eléctrico con agua a 37°C que es la requerida por el proceso, esta se debe de estar ajustando constantemente ya que cada vez que se le adiciona agua al calentador por la evaporación de la misma se debe asegurar que la temperatura en el medio de cultivo se mantenga constante.

Lo más importante es mantener el medio en condiciones anaerobias, por lo cual se debe desplazar el aire que quedo en el medio hacia el exterior, para ello se utiliza nitrógeno, por medio de una jeringa se le inyecta el nitrógeno al medio de cultivo por la manguera de silicona que se utiliza para inyecta el carbonato de calcio y el nitrógeno. Para garantizar que el medio si esta sellado completamente y que no se presentan fugas se le aplica agua con jabón en las partes susceptibles a que se presenten estas.

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