Evaluación de un biodigestor piloto tipo horizontal (página 2)

El laboratorio de Análisis químico de la
UNEFM, busca estudiar y evaluar los recursos naturales con que
cuenta el Estado Falcón, así como realizar trabajos
científicos tecnológicos, que precisen el
conocimiento químico exacto de los materiales que se
manipulan y sus respectivos controles químicos, mediante
métodos y medios, proporcionando ayuda a las diferentes
empresas del estado, y contribuyendo al desarrollo
económico de la región. La Universidad Nacional
Experimental Francisco de Miranda, como institución
pública al servicio del estado venezolano, brinda estudios
universitarios a todos(as) los(as) que estén
interesados(as) en continuar su formación profesional,
personal y ciudadana.

La Universidad Nacional Experimental Francisco de
Miranda, tiene el deber social de contribuir con la
transformación social inmersa en el proyecto  de vida
plasmado en  la Constitución de la República
Bolivariana de Venezuela a través de la acción
comunicativa dialógica entre nuestra institución y
las comunidades organizadas.   Su finalidad es expresar
el cumplimiento de la  responsabilidad social de la
Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda en el
impulso de la democracia participativa y protagónica de la
República Bolivariana de Venezuela.

• Misión.

• Estimular la realización de proyectos de
  investigación y desarrollo orientados a la
  producción de conocimientos con valor
  económico, en alianza estratégica con centros
  nacionales e internacionales de excelencia, contribuyendo
  productivamente a la solución de problemas regionales
  y nacionales en pro de una mejor calidad de vida.

• Interactuar con los sectores productivos
  públicos y privados y capacitar profesionales
  actualizados, integrales, con sensibilidad social e identidad
  cultural generadores de cambios a la comunidad.

• Visión.

La visión de la UNEFM es ser un área con
elevada pertinencia regional en lo social, cultural,
tecnológico y científico, cogestionando y
participando activamente con los sectores públicos y
privados en el estudio y solución de los problema y en la
formación de profesionales universitarios.

• Organigrama.

• Autoridades rectorales.

• 1. Rector: Dr. José Yancarlos
  Yepez.

• 2. Vicerrector académico: Prof. Olvis
  Subero.

• 3. Vicerrector administrativo: Prof.
  Rubén Perozo.

• 4. Secretaria: Dra. María Auxiliadora
  Ferrer.

• Decanos de áreas docentes.

• Ciencias de la salud: Dr. Juan Talavera.

• Tecnología: Lic. Luis Campos.

• Ciencias de agro y mar: Ing. Neptali
  Rodríguez.

• Ciencias de educación: Lic. Luis
  Dovales.

• Decanos de áreas académicas
  genéricas.

• Investigación: Prof. Eudes Navas.

• Postgrado: Ing. Nicolás Valles.

• Extensión y producción: Prof. Pedro
  Urbina.

www.unefm.edu.ve

Metodología

• Descripción de las
  actividades

La evaluación del biodigestor piloto de tipo
horizontal se realizó un periodo de 8 semanas, que va
desde el 31 de mayo de 2010 hasta el 26 de julio de 2010, de
acuerdo al desarrollo de las actividades que se describen a
continuación:

2.1.1. Identificación de los diferentes tipos
de biodigestores. Semana 1: 31/05/2010 –
06/06/2010.

Durante esta primera fase de la investigación, se
realizó la búsqueda de toda la información
documental necesaria para lograr la identificación de los
distintos tipos de biodigestores. Se consultaron fuentes
bibliográficas del departamento de trabajo de grado de la
UNEFM y referencias electrónicas, relacionadas con el
tema.

2.1.2. Análisis de los diferentes tipos de
biodigestores. Semana 2: 07/06/2010 –
13/06/2010.

Para esta etapa de la investigación se
contó con documentación bibliográfica, que
hizo referencia puntual a los diferentes tipos de biodigestores
de acuerdo a su principio de funcionamiento. Para el
análisis se compararon diferencias, similitudes,
estructura, sistema de biodigestion, y almacenamiento de
biogás de cada modelo existente.

2.1.3. Selección del tipo de biodigestor.
Semana 3: 14/06/2010 – 20/06/2010.

Una vez que se analizaron los diferentes tipos de
biodigestores y su principio de funcionamiento se procedió
a la selección del tipo de biodigestor a emplear, esto se
fundamentó en la cantidad de substrato requerido, sistema
de desplazamiento de la carga y capacidad volumétrica del
biodigestor. Ver tabla Nº1.

2.1.4. Dimensionamiento del biodigestor. Semana 4:
14/06/2010 – 20/06/2010.

De acuerdo a la cantidad de materia orgánica a
procesar, y al sistema de recolección de gas metano (CH4),
se dimensionó un equipo con la capacidad para alojar dicha
carga. Este debió ser resistente para soportar el
contenido del substrato así como el efecto corrosivo del
hidróxido de sodio. Previo a ello se valoró el pH
de la carga con el rango permisible, y se selecciona la
concentración de la base fuerte a emplear y
proporción de excreta en el agua.

2.1.5. Selección del material para la
construcción del biodigestor. Semana 5: 14/06/2010 –
20/06/2010.

Se seleccionaron materiales de carácter
reciclable, especialmente para alojar el substrato, sin modificar
sus condiciones; de igual forma se eligieron materiales que
resistentes a la acción corrosiva del hidróxido de
sodio (30% p/v).

2.1.6. Elaboración de esquema del biodigestor.
Semana 5: 21/06/2010 – 27/06/2010.

Se elaboró el esquema con las respectivas
dimensiones de acuerdo a la capacidad volumétrica
requerida, este esboce identifica cada una de las partes que
conforman el sistema de recolección de biogás, y su
posterior ensamble.

2.1.7. Construcción de un biodigestor piloto
de tipo horizontal. Semana 5: 21/06/2010 –
27/06/2010.

Para la construcción del biodigestor piloto de
tipo horizontal se buscó un recipiente de biodigestion
donde la mezcla de agua y estiércol fue digerida, a su vez
se acopló a este un sistema de recolección de gas
metano, por desplazamiento de liquido empleando para ello dos
recipientes más. Se realizó aplicando los
conocimientos adquiridos, en el laboratorio de química,
tales como medición, obtención de biogás, y
destrezas adquiridas.

2.1.8. Obtención y medición de
biogás. Semana 5, 6, 7, 8: 21/06/2010
-26/07/2010.

La medición del metano se hizo a través de
la recolección del biogás por medio de un sistema
de desplazamiento de líquido; donde el metano (CH4)
generado, fluyó a través de una solución
alcalina (NaOH, al 30% p/v), utilizando para ello un recipiente
de plástico de polietileno de 5L de capacidad
volumétrica; Los volúmenes de metano generados en
los respectivos intervalos de tiempo se obtuvieron como volumen
de gas metano por día. Ver tabla Nº2

2.1.9. Cálculo del rendimiento del
biodigestor. Semana 8: 19/07/2010 –
26/07/2010.

Usando los conocimientos algebraicos, se aplicó
la herramienta básica de Microsoft office Excel para
elaborar las tablas que representaron, el volumen de metano
generado por día de retención, así como la
sumatoria total durante el tiempo total de retención. Se
representó el porcentaje de rendimiento por día, y
la sumatoria total del porcentaje de rendimiento durante el
tiempo total de retención. Ver tabla Nº3 y
gráfico Nº2.

A fin de calcular el rendimiento diario del biodigestor,
conocidos los volúmenes generados de metano y el volumen
alimentado al biodigestor se aplica la siguiente
ecuación:

2.1.10. Elaboración del informe. Semana 8:
19/07/2010- 26/07/2010.

Para la elaboración del informe se siguieron los
lineamientos emitidos por la coordinación de
pasantías industriales, de la UNEFM de la misma manera se
realiza una descripción de las actividades desplegadas a
lo largo de la pasantía, respectivos análisis y
resultados obtenidos, a partir de los cuales surgen las
conclusiones y recomendaciones a fin de mejorar posteriores
actividades relacionadas con el tema, realizándose una
reseña bibliográfica y fotográfica se
evidencia la fuente de las mismas.

Resultados y
análisis de resultados

• Diseño de un biodigestor
  piloto tipo horizontal.

Un biodigestor está formado por un tanque
hermético donde ocurre la fermentación y un
depósito de almacenamiento de biogás (Amaya, 2009).
De acuerdo a la frecuencia de cargado, los sistemas de
biodigestion se pueden clasificar en sistema batch o discontinuo,
sistemas semi-continuos, sistemas continuos. (Chávez,
2001).

La siguiente tabla hace referencia a las
características de diseño de los diferentes tipos
de biodigestores en cuanto a la frecuencia de cargado, y sistema
de biodigestion. Para el caso de los tres tipos se emplea el modo
de carga semi-continuos, y las características del
diseño responden a un sistema digestor que utiliza como
substrato, residuos agrarios, estiércol, y excreta
humana.

Tabla. Nº 1 Análisis de los
diferentes tipos de biodigestores.

Fuente: Tecnología
Energética y Desarrollo. (Oliveros, 1990)

Se seleccionó para una posterior
evaluación el diseño de un sistema batch o
discontinuo piloto de tipo horizontal, cuyo sistema de
digestión es el desplazamiento horizontal y
características del diseño horizontal; con la
finalidad de determinar el rendimiento, en producción
acumulada de gas metano en relación al tiempo de
retención que es de 29 días, y substrato que se
emplea es el estiércol porcino.

Esta selección es debido a la facilidad de
construcción y materiales de fácil acceso, puesto
que su sistema de desplazamiento es horizontal, se recomienda
emplear cuando se requieren grandes volúmenes de carga,
debido a que posee una geometría alargada y el sistema de
llenado o vaciado del mismo se hace mas practico pues se
introduce por un extremo opuesto que corresponde a la salida del
biogás.

• Dimensión del Biodigestor.

Es un equipo compuesto por tres partes, la primera
consta de un recipiente dispuesto en posición horizontal
con capacidad para 20L. La segunda parte consta de un contenedor
hermético de de 5 L de capacidad, dentro del mismo una
manguera en forma de campana que se sumerge en el
hidróxido de sodio contenido en este. Y una tercera parte
que comprende un recipiente de 1L de capacidad para la medición del
biogás por desplazamiento del hidróxido de
sodio.

• Materiales

• 1 recipiente hermético de polietileno con
  símbolo de reciclaje P-2, con capacidad para 20 L,
  dimensiones de 20cm de ancho, 40cm de largo, 25 cm de
  alto.

• 1 recipiente hermético de polietileno con
  símbolo de reciclaje P-2 de 5 L.

• 1 recipiente milimetrado de polietileno con
  símbolo de reciclaje P-2 de 1

• 3 niples de pvc

• 1 teflón

• 3 m de manguera cristalina de

• 1 manguera de inodoro

• 1 exacto pequeño

Debido a la utilidad de los materiales que pueden
reciclarse y su empleo en la aplicación de las habilidades
adquiridas en la cátedra de química orgánica
II; se sabe que estos, son de fácil acceso y se obtienen a
un bajo costo. Con el fin de reducir las cantidades de residuos
sólidos que se generan a diario y darle provecho al ser
reutilizados.

• Esquema del biodigestor.

Se representó un bosquejo del biodigestor piloto
tipo horizontal, con medidas en tres dimensiones para el
recipiente de carga principal, dispuesto en forma horizontal;
puesto que para los otros dos recipientes de polietileno con
capacidad de 5 L y 1L respectivamente se representa su altura.
Dejando saber que estas tres secciones acopladas responden a
sistema de biodigestion semi-continua, una vez puesto en
funcionamiento no requiere que la carga sea removida o manipulada
constantemente.

Fig. Nº1 Esquema del equipo de
biodigestion

• Construcción de un biodigestor piloto tipo
  horizontal

• Selección del substrato,
  concentración y pH de la carga utilizar, para la
  evaluación el biodigestor piloto tipo
  horizontal.

• Proporción de excreta y
  agua.

Substrato: estiércol de ganado
porcino.

Cantidad a utilizar: 4K base húmeda.

Concentración de la mezcla substrato/agua
30Relación
1:3, por 1k de substrato, se requieren 3L de agua.

Puesto que la materia orgánica a fermentar se
encuentra a disposición en la granja donde se
adquirió con una producción de 2.8K diarios
ocupando una posición de segundo lugar en
comparación con el estiércol vacuno según
(CEDECAP, 2007) y debido a que sus características
favorecen la fermentación anaerobia para la
producción de gas metano y fertilizantes
como efluente favoreciendo el uso de estos desechos
orgánicos y evitar ser vertidos en sistemas de aguas
blancas, que puedan causar contaminación.

Solución de base fuerte.

Solución: hidróxido de sodio
acuoso.

Cantidad a utilizar: 150 g de NaOH, 5L de agua
destilada.

Concentración de la solución 30%
p/v.

La purificación del biogás no es
más que la remoción del dióxido de carbono y
el sulfuro de hidrógeno. El dióxido de carbono es
eliminado para aumentar el valor del biogás como
combustible. El sulfuro de hidrógeno se elimina para
disminuir el efecto de corrosión sobre los metales que
están en contacto con el biogás (Hesse, 1983). Para
ello se emplea e hidróxido de sodio, como
absorbente.

Valores de pH en la fase liquida.

El pH en el tanque del biodigestor debe ser alrededor de
siete. Puesto que los procesos anaeróbicos producen
ácidos, esta deberá ser neutralizada. (Carrillo,
Leonor. (2003). Es por ello que le pH de la carga es aceptable ya
que esta dentro de este rango permisible fue de 6,23.

• Determinación del rendimiento del
  biodigestor piloto tipo horizontal evaluado.

• Obtención y medición del
  biogás.

En la siguiente tabla se señala la secuencia de
desplazamiento de hidróxido de sodio diario, que
representa a su vez el volumen de gas metano generado por
día de retención, para un periodo de 29
días.

Tabla Nº2 Secuencia de
desplazamiento del hidróxido de sodio

En esta tabla se observa la secuencia de
desplazamiento del hidróxido de sodio por día de
retención, el mayor desplazamiento fue el día 20
con 5,11L.

• Rendimiento del metano por volumen
  de líquido desplazado.

Tabla. Nº3 Porcentaje de
Rendimiento en la generación de gas metano.

R.P= rendimiento promedio R.T= Rendimiento
total

En la esta tabla se muestra el porcentaje de rendimiento
diario del biodigestor en relación al volumen de metano
generado y volumen alimentado inicialmente, para un periodo de 29
días.

Según los resultados obtenidos, el rendimiento
promedio del biodigestor durante el periodo de retención
de 29 días es de 18.65%, sin embargo el rendimiento total
referido al volumen total es de 540.63%. El día de mayor
generación fue el día 20 con un rendimiento de
34.07% esto indica que mientras mayor tiempo de retención
de la materia orgánica mayo será la
generación, hasta alcanzar el punto máximo de
generación donde este disminuirá
progresivamente.

El siguiente grafico representa el progreso del equipo
de biodigestion en función a dos variables que son, el
volumen de NaOH (L) desplazado, y el tiempo de retención
expresado en (días).

Grafico Nº1. Progreso del equipo
de biodigestion

Se puede observar que la generación de gas metano
durante el tiempo de retención varia de forma continua, en
función del tiempo puesto que no se evidencia un
comportamiento lineal, sino que por el contario se alcanza un
punto máximo de generación correspondiente al
día 20 después de iniciada la obtención y
medición de biogás generado, da indicación
que existen condiciones limites de operación de acuerdo al
diseño y método de obtención del
biogás.

El siguiente grafico representa el progreso del equipo
de biodigestion en función a dos variables que son, el
porcentaje de rendimiento del biodigestor, y el tiempo de
retención expresado en (días).

Grafico Nº2.Porcentaje de
Rendimiento en función al tiempo de
retención.

El día de mayor generación fue el
día 20 después de iniciada la obtención y
medición de biogás, con un volumen de metano
generad de 5.110L y un porcentaje de rendimiento de 34.067% para
el mismo día, la variación que se observa da
indicios de la influencia que tienen diversos factores sobre la
estabilidad de la generación, para este caso de estudio
solo el pH es la variable estudiada.

Conclusiones

• El biodigestor obtuvo un rendimiento promedio de
  18.65% por un periodo de 29 días.

• El volumen total de metano generado fue de 81,095 L
  por un periodo de 29 días.

• El punto máximo de generación de gas
  metano fue el día 20 con una generación de 5.11
  L

• El máximo rendimiento obtenido fue de 34.07%
  el día 20, luego de iniciada la
  evaluación.

• El rendimiento del biodigestor no tiene un
  comportamiento lineal.

• Luego de alcanzar el punto máximo de
  generación de gas metano, la generación
  disminuye proporcionalmente con el tiempo.

Recomendaciones

• Emplear otro substrato, a fin de comparar con el
  rendimiento obtenido para el biodigestor piloto tipo
  horizontal.

• Comparar el rendimiento del biogás empleando
  otra base fuerte.

• Emplear otro sistema de recolección de metano
  para evitar pérdidas del mismo por fuga de gas, con el
  uso de un gasómetro.

• Prevenir la exposición prolongada al
  Hidróxido de Sodio, puesto que puede provocar
  lesiones, quemaduras, y corrosión del material
  expuesto.

• Controlar el pH, y asegurar el agregado de
  estiércol porcino fresco, para evitar pedidas durante
  la fermentación del substrato.

Anexos

BIODIGESTOR PILOTO DE TIPO
HORIZONTAL

Referencias
bibliográficas

• (Amaya, 2009). Propuesta para la obtención de
  biogás mediante la digestión anaerobia de
  residuos forestales.

• (Carrillo, 2003). Microbiología
  Agrícola capítulo 5.

• (Cedecap, 2007).
  http://www.cedecap.org.pe/uploads/biblioteca/8bib_arch.pdf

• (Chávez, 2001). Soluciones Prácticas
  ITDG Tecnología Desafiando la Pobreza. www.soluciones
  practicas.org.pe

• (Hesse, 1983).
  http://www.oiporc.com/contenido/3.2_manual_biodigestor.pdf

• (Lengeler, 1999). Arquea metanógena. http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

Autor:

Br. Jaimes Yessica

Tutora académica: Ing. Angie
Marín

Tutora industrial: Ing. Koralys
Goitía

Agosto de 2010

UNIVERSIDAD NACIONAL
EXPERIMENTAL

"FRANCISCO DE MIRANDA"

COMPLEJO ACADEMICO "EL SABINO"

ÁREA DE TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE ÍNGENIERÍA
QUÍMICA

PASANTÍA INDUSTRIAL I