Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central
BIODIGESTOR CASERO
Integrantes:
Vanessa Julieth Guaqueta Lara
Yeferson Aurelio Albarracín Moreno
Transferencia de Calor y Masa
Bogotá – Colombia
2024
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informe elaboracion biodigestor, Ejercicios de Calor y Transferencia de Masa
elaboracion de un biodigestor para la produccion de gas metano
Tipo: Ejercicios
2023/2024
1 / 12
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Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central
BIODIGESTOR CASERO
Integrantes:
Vanessa Julieth Guaqueta Lara
Yeferson Aurelio Albarracín Moreno
Transferencia de Calor y Masa
Bogotá – Colombia
INTRODUCCIÓN
En la búsqueda de soluciones sostenibles para la gestión de residuos orgánicos y la generación de energía renovable, los biodigestores caseros han surgido como una alternativa eficaz y accesible. Estos sistemas permiten convertir los desechos orgánicos de cocina, tanto de hogares como de restaurantes, plazas de mercado, en biogás mediante un proceso anaeróbico controlado. El biogás es una mezcla de gases, principalmente metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que puede ser utilizado como fuente de energía para cocinar, calentar agua o incluso generar electricidad. El uso de biodigestores caseros ofrece múltiples beneficios, incluyendo la reducción de desechos orgánicos, la producción de un combustible limpio y la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero. En este informe, exploraremos en detalle el diseño y funcionamiento de un biodigestor casero, centrándonos en cómo transformar residuos de cocina en biogás de manera eficiente y económica. Además, examinaremos los materiales necesarios, los factores que afectan el rendimiento del biodigestor y su potencial como una solución viable para promover la sostenibilidad ambiental a nivel doméstico y comercial.
MARCO TEORICO
Digestión Anaeróbica Es un proceso microbiológico natural en el cual microorganismos descomponen la materia orgánica en ausencia de oxígeno, produciendo biogás como producto final. Este proceso se lleva a cabo en varias etapas distintas que están influenciadas por una serie de factores:
- Hidrólisis: En esta fase inicial, enzimas extracelulares descomponen moléculas complejas de materia orgánica (tales como lípidos, proteínas y carbohidratos) en compuestos más simples como ácidos grasos volátiles, aminoácidos y azúcares. La eficiencia de la hidrólisis depende de la disponibilidad de enzimas, la temperatura y el pH del sistema.
- Acidogénesis: Los productos de la hidrólisis son convertidos en ácidos orgánicos más pequeños (principalmente ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico) por bacterias acidogénicas, las cuales operan mejor bajo condiciones ligeramente ácidas (pH entre 6.5 y 7.5). Estas bacterias son capaces de fermentar los sustratos orgánicos y producir una mezcla de ácidos y gases como resultado.
- Acetogénesis: En esta etapa, los ácidos orgánicos generados durante la acidogénesis son convertidos en acetato, hidrógeno y dióxido de carbono por bacterias acetogénicas. Este proceso es esencial para preparar los sustratos que serán utilizados por las bacterias metanogénicas en la etapa siguiente.
- Metanogénesis: Finalmente, las bacterias metanogénicas consumen el acetato, el hidrógeno y el dióxido de carbono para producir metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que forman el biogás. Estas bacterias son sensibles a las condiciones ambientales, especialmente la temperatura (óptima entre 35°C y 55°C) y el pH (óptimo alrededor de 6. a 7.5). Biodigestor Casero Es un sistema cerrado que opera por lotes, diseñado para llevar a cabo la digestión anaeróbica de residuos orgánicos en un entorno controlado. Los componentes principales incluyen:
- Tanque Digestor: Es el recipiente donde se colocan y mezclan los residuos orgánicos junto con agua. Este tanque puede estar construido con materiales como plástico, fibra de vidrio o concreto y debe ser hermético para mantener las condiciones anaeróbicas necesarias para el proceso.
- Inoculante: Se agrega una pequeña cantidad de material digerido activo (por ejemplo, lodo de un digestor previo o estiércol) para introducir microorganismos anaeróbicos al sistema y acelerar el proceso de fermentación.
- Control de Parámetros: Es fundamental monitorear y mantener condiciones óptimas de temperatura, Ph
CONSTRUCCION BIODIGESTOR
Componentes ➢ 1 recipiente plástico con tapa roscada para cierre hermético de boca ancha, cuerpo del biodigestor con capacidad desde 5 a 50 Lt. ➢ 5 boquillas roscadas de cobre para manguera de gas de ½ pulg. ➢ 1 pegamento extrafuerte para sellar, y unir la boquilla con la tapa. ➢ 3 codos PVC de ½, o ¾ pulgada (dependiendo del tamaño del recipiente). ➢ 1 m de tubería PVC de las mismas dimensiones de los codos (½, o ¾ pulgada), para dejar al interior del recipiente, de tal forma que llegue a uno o dos centímetros arriba del fondo. ➢ 1 m de manguera para acoplar al codo exterior, cuyo extremo libre se conecta a un balde con agua, de forma permanente. Sirve de válvula de alivio, y para extraer, o introducir muestras de líquido por una sola vez, agua con bicarbonato, en caso de ser necesario, para controlar pH. ➢ 2,5 m de manguera de ½ pulgada para gas. ➢ 2 válvulas de paso de ½ pulgada para gas. ➢ 2 valvulas de paso de pvc para agua potable ➢ 1 T de cobre o PVC para acoplara a manguera ➢ para gas de ½ pulgada. ➢ 9 abrazaderas para manguera de ½ pulg. ➢ 4 niples roscados de ½ pug, para acoplar las boquillas con las válvulas de paso. ➢ 1 frasco pequeño de pegante PVC. ➢ 1 limpiador pequeño para PVC ➢ 1 neumático sin válvula, de bicicleta, o moto, (según tamaño del recipiente plástico) de segunda que no esté pinchado. ➢ 1 caneca de pintura de segunda con tapa. ➢ 1 rollo de cinta de teflón. ➢ 1 rollo o tirillas de papel de tornasol para pH ➢ Carga del biodigestor, (digestato) Materia orgánica. Excesivos residuos de alimentos (preferible cascaras plátano, banano, papa, zanahoria, entre otros; NO se recomienda cascaras de cítricos (ni naranja, ni limón, ni mandarina, etc). Se recomienda cortar los residuos en trozos pequeños, o molerlos. (La biodigestión tiene más éxito si la materia orgánica está molida). ➢ Inóculo. Para desarrollar bacterias metanogénicas (que producen metano), se mantiene excrementos de vaca, fresco, en la caneca de pintura, con abundante agua lluvia, (o agua de acueducto reposada al sereno, al menos por 3 o 4 días). Procedimiento ➢ Paso 1: Preparar el contenedor, comenzar limpiando y desinfectando el barril de plástico. Asegurarse de que esté completamente limpio y sin residuos químicos que puedan interferir con el proceso de biodigestión.
➢ Paso 8: Recolección y uso del biogás, una vez que el biodigestor esté en funcionamiento, se podrá comenzar a utilizar el biogás para cocinar u otros fines. Conectar la manguera de gas a la válvula y dirige el biogás hacia donde se necesite. ➢ Paso 9: Retiro del efluente, el efluente o fertilizante líquido se acumulará en el fondo del contenedor. Puede drenarse periódicamente a través de la abertura inferior para utilizarlo como fertilizante en tu jardín o huerto. ➢ Paso 10: Mantenimiento, mantener el biodigestor funcionando agregando regularmente más residuos orgánicos y agua. Asegurarse de monitorear la producción de biogás y realizar cualquier mantenimiento necesario en las tuberías o válvulas.
CALCULOS
Masa del Biodigestor Cantidades Utilizadas en el Biodigestor
- Inóculo (Estiércol de Vaca) = 2. 1 Kg
- Carga del Biodigestor (Desechos Orgánicos) = 1 5. 2 Kg
- Agua = 12 2 00 ml m = I + C + A m = 2. 1 Kg + 1 5 .2Kg + 12. 2 Kg m = 29. 5 Kg Volumen del Biodigestor
𝑉 = 𝜋 𝑟^2 ℎ
Diámetro = 30 cm radio = 15 cm Altura = 55 cm V = π (0.15 m)^2 (0.55 m) V= 0.038 m^ Densidad del Biodigestor
3 ρ = 776.3 1 𝑘𝑔 𝑚^3 Tiempo de Retención hidráulica tiempo que el material orgánico permanece dentro del biodigestor. THR = 37 días Carga Orgánica Diaria Cantidad de material orgánico que el biodigestor debe procesar cada día.
CONCLUSIONES
De la elaboración del biodigestor casero evidenciamos resultados favorables si se lleva a cabo de manera adecuada. Al analizar la práctica de agregar agua directamente al biodigestor sin dejarla reposar previamente, se observan algunos efectos negativos. En primer lugar, esta acción puede activar lentamente el biodigestor al no proporcionar un ph adecuado para que las bacterias anaeróbicas comiencen a descomponer la materia orgánica. Esta rápida activación puede llevar a una producción temprana de biogás, ya que las bacterias metanogénicas pueden iniciar su actividad de manera más eficiente en un ambiente húmedo. Considerando que esta acción puede requerir una supervisión constante. Por otro lado, la adición directa de agua puede afectar el equilibrio de nutrientes y pH en el biodigestor, lo que podría influir en la eficiencia del proceso. Es esencial monitorear regularmente las condiciones del biodigestor y ajustarlas según sea necesario para mantener un entorno óptimo para las bacterias anaeróbicas. Los datos tomados del experimento el 18 de abril muestran algunos cambios significativos en la temperatura y el peso del biodigestor casero. La temperatura inicial registrada fue de 20.3°C, y después de abrir el paso de la llave y revolver, la temperatura aumentó a 20.8°C. Asimismo, el peso del biodigestor pasó de 25.72 kg a 25.73 kg durante este proceso. Estos resultados muestran que la digestión anaeróbica en el biodigestor ha comenzado a generar calor, lo que indica la actividad microbiana responsable de la descomposición de la materia orgánica y la producción de biogás. De esta actividad planteamos las siguientes recomendaciones para tener en cuenta en una próxima elaboración:
- Mejora de las Uniones y Materiales: Utilizar materiales más duraderos y resistentes para las uniones del biodigestor. Aunque se emplearon pedazos de bolsas y materiales como plastilina o masilla epoxica para evitar fugas, es recomendable utilizar materiales más robustos y diseñar conexiones herméticas para garantizar la eficiencia y durabilidad del biodigestor a lo largo del tiempo.
- Monitoreo Continuo: Implementar un sistema de monitoreo continuo de variables como temperatura, peso y producción de biogás es esencial para evaluar el rendimiento del biodigestor y realizar ajustes según sea necesario. Esto permitirá optimizar el proceso de digestión anaeróbica y maximizar la producción de biogás.
- Optimización del Diseño: Considerar la optimización del diseño del biodigestor para mejorar la eficiencia y facilitar el mantenimiento. Esto incluye dimensiones adecuadas, acceso fácil para tareas de limpieza y mantenimiento, así como la implementación de sistemas de recolección y almacenamiento adecuados para el biogás producido. Para finalizar los biodigestores caseros son una solución sostenible para la gestión de residuos orgánicos y la generación de energía renovable. Realizar estas actividades para contribuir al desarrollo de prácticas ambientales más sostenibles.
ANEXOS
- Dia 1
- Dia 20