PROTOCOLO MUESTRAS ESTIERCOL VACUNO

Este protocolo se realizó con los siguientes pasos:

para RECOLECCION DE LA MUESTRA:
1. Se procedió a hacer una malla para tomar la muestra lo mas representativa posible,
2. se tomaron 6 muestras de los puntos de intersección, muestras secas y frescas,

para la PRESERVACION DE LA MUESTRA:
3. se recogió con material que no contamimara la muestra, tal como material de polietileno, con todas las medidas sanitarias,
4. antes del envío al laboratorio, se mantuvo a baja temperatura,

para el TRANSPORTE:
5. se transportó en una nevera portátil y en carro partitular para no agitarla demasiado,

para ANALISIS:
6. en el laboratorio se procedió a realizar pruebas para determinación de pH, en donde, se obtuvieron los siguientes resultados:
por cada muestra (de las 6 recolectadas) se tomaron 2 submuestras, las cuales se disolvieron en cantidades diferentes de agua para su posterior determinación.
se obtuvo un pH promedio de 6.

ANTECEDENTES

• •Segunda guerra árabe-israelí, a mediados de los años setenta del siglo XX.

• • El desarrollo del biogás fue más fuerte en la zona rural.

• •En Bogotá se esta llevando acabo un proyecto para el Control y aprovechamiento de gases efecto invernadero en el relleno sanitario doña Juana.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

•Producir biogas a partir de desechos organicos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

•Producir biogás, para reducir índices de contaminación ambiental.

•Aprovechar en su totalidad los residuos orgánicos.

•Realizar análisis pertinentes para la obtención de biogás

disminuyendo su tiempo de producción.

•Impulsar y gestionar el diseño y la implementación de biodigestores

a nivel urbano.

JUSTIFICACIÓN

Este proyecto además de ser un tema de suma importancia para el avance biotecnológico, contribuye en gran parte al manejo de las competencias a desarrollar en el SENA, ya que los recursos necesarios para la obtención de materia prima son fácilmente obtenidos, por tanto la producción de biogás se hace factible a un bajo costo.

SITUACION PROBLEMICA

• §La contaminación mundial.

• §Falta de aprovechamiento de los residuos orgánicos.

• §La escasez de hidrocarburos.

• §Incremento del valor de los combustibles.

COMPOSICION Y USOS DEL BIOGAS

En general todo tipo de residuos sólidos urbanos y domésticos, por su contenido de materia orgánica son utilizados para fines energéticos mediante procesos de transformación de biomasa residual.El termino biomasa se refiere a aquel producto de grupos energéticos, materia orgánica, residuos, todos ellos de carácter renovable.
Se llama biogás al gas que se produce mediante un proceso metabólico de descomposición de la materia orgánica sin la presencia del oxigeno del aire.
El biogás esta compuesto por:
Metano (CH4) 45-75 %volumen.
Anhídrido carbónico (CO2) 25-50 %volumen.
Nitrógeno (N2) 0-5 %volumen.
Oxígeno (O2) 0-2 %volumen.
Hidrógeno (H2) 0-4 %volumen.
Vapor de agua. 1-15 %volumen.
Sulfuro de hidrógeno (SH2) 0-6000 ppm.
Amoníaco (NH3) 0-500 ppm.
Siloxanos 0-10 ppm.
Este biogás es combustible, tiene un alto valor calórico de 4.700 a 5.500 kcal/m3 y puede ser utilizado en la cocción de alimentos, para la iluminación de naves y viviendas, así como para la alimentación de motores de combustión interna que accionan, máquinas herramientas, molinos de granos, generadores eléctricos, bombas de agua y vehículos agrícolas o de cualquier otro tipo. La generación natural de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono. El metano producido por bacterias es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente.

ANTECEDENTES DEL BIOGAS

La creación y utilización del biogás de manera artificial se remonta a la segunda guerra árabe-israelí, a mediados de los años setenta del siglo XX, cuando el precio del petróleo subió ostensiblemente al ser utilizado como arma política, lo que hizo que se investigasen otras posibilidades de producir energía. Es entonces cuando se experimentó con reactores, los llamados de alta carga, capaces de retener los microorganismos anaerobios y de tratar las aguas residuales mediante este proceso.

El desarrollo del biogás fue más fuerte en la zona rural, donde se cuenta de manera directa y en cantidad con diversos tipos de desechos orgánicos, como el estiércol. De esta manera, el aprovechamiento de los residuos agrícolas se practica desde hace años en instalaciones individuales de tamaño medio que utilizan el biogás para cocinar o como fuente de iluminación. Según los expertos, esta manera de tratar los residuos es más efectiva, controlada y ecológica que las soluciones tradicionales de tratamiento, que en algunos casos pasan directamente por el vertido incontrolado.

MATERIAL UTILIZADO EN LA PRODUCCION DE BIOGAS

El estiércol contiene materia orgánica, la cual bajo condiciones anaeróbicas (como en fosos de almacenamiento de estiércol y en lagunas) será convertida a Metano y Dióxido de Carbono.
Tanto el Metano como el Dióxido de Carbono, son gases invernadero. Las emisiones de Dióxido de Carbono provenientes del estiércol son el resultado de la descomposición de materia orgánica vegetal y como tales, no contribuyen tanto al calentamiento global general como las emisiones de Dióxido de Carbono que resultan de la quema de combustible fósil. Cuando el Metano es liberado a la atmósfera contribuirá al calentamiento global.
Es posible capturar el Metano proveniente del estiércol en instalaciones diseñadas especialmente (instalaciones de biogas) y usando el Metano (biogas) como fuente de energía. La producción y uso de biogas para la casa, finca o a nivel industrial reducirá la necesidad de uso de combustible fósil y por lo tanto, las emisiones de Dióxido de Carbono provenientes del mismo.


Técnicas
Se han investigado numerosos sistemas de procesamiento de estiércol y apenas unos pocos son usados a gran escala. La factibilidad del procesamiento a gran escala del estiércol depende de las circunstancias locales (legislación local, precios de los fertilizantes) y de los costos de procesamiento. Están disponibles las siguientes técnicas:
Posibilidades básicas para el procesamiento de estiércol (mezcla de estiércol líquido de cerdos, aves o ganado vacuno):

• La mezcla líquida (estiércol, orina y agua con un contenido de materia seca de 5-12%) puede usarse para la producción de biogás. Esto no cambia esencialmente la composición del estiércol desde un punto de vista medioambiental. Es un proceso de producción de energía. El contenido de materia seca del estiércol se incrementa un poco y se reduce el olor pero todos los minerales (N, P y K) todavía están presentes en la mezcla de estiércol. Sin la fermentación del biogás o después de la misma, esta mezcla puede ser aplicada como fertilizante a los terrenos (cultivos o pasturas).
• El estiércol líquido (con o sin la fermentación de biogás) puede ser separado en sus fracciones líquida y sólida.

Producción de Biogás

Digestores, ¿ Qué son?

Los digestores toman su término de digestivo o digestión, son máquinas simples que convierten las materias primas en subproductos aprovechables, en este caso gas metano y abono, comúnmente se los denomina Biodigestores.
El principio básico de funcionamiento es el mismo que tienen todos los animales, descomponer los alimentos en compuestos más simples para su absorción mediante bacterias alojadas en el intestino con condiciones controladas de humedad, temperatura y niveles de acidez.

Tipos de Biodigestores

Podemos hacer trabajar a las bacterias en determinados rangos de para maximizar el rendimiento entre las que podemos destacar.

1° Optimizados para generar Gas. (es el ejemplo desarrollado aquí)
Biodigestores 2° Optimizados para Purificar Agua
3° Optimizados para descomponer Líquidos Cloacales (Lechos Nitrificantes)

Condiciones para la digestión

Las condiciones para la obtención de Metano en el digestor son las siguientes:
1°- Temperatura entre los 20°C y los 60°C.
2°- pH (nivel de acidez / alcalinidad) alrededor de 7.
3°- Ausencia de Oxigeno.
4°- Gran nivel de Humedad.
5°- Materia Orgánica.
6°- Que la materia prima se encuentre lo en trozos lo más pequeño posible.
7°- Equilibro de Carbono / nitrógeno.

Temperatura

Este es un factor importante en la producción de Gas, dado que debemos simular las condiciones óptimas para minimizar los tiempos de producción.

Destrucción de la materia orgánica en el proceso

Durante la fermentación metánica, una parte importante de La materia orgánica contenida, es destruida, lo que produce una reducción importan en la cantidad de barros. Los sólidos destruidos son los que generan el biogás y a su vez, el grado de destrucción indica el éxito o el fracaso del proceso, desde el punto de vista sanitario.

Alcance de la terminología

A efectos de precisar el sentido que tienen en la jerga términos muy usuales, de hemos aclarar lo que se entiende por:

Humedad: Es la cantidad de agua que se evapora del material fresco, cuando se le mantiene a una temperatura de 100%, hasta que el residuo alcanza un peso constante.
Sólidos totales (ST): Son el sólido residual es de la operación anterior. A su peso también se le suele llamar en 1a jerga, peso seco
Sólidos Volátiles (SV): Son los sólidos orgánicos que entran en combustión cuando se calientan los ST a 60°C, hasta que el residuo alcance un peso constante. Esto es lo que se considera como materia fermentable.
Sólidos Fijos (SP): Son los sólidos residuales de la combustión anterior. Desde el punto de vista del proceso de fermentación son inertes.
Tiempo de retención: Se le denomina así al tiempo que permanece la materia orgánica dentro del digestor, recordemos que estos tiempos varían según la temperatura a que se ve sometida la materia prima (desde ahora se la llamará SV “Sólidos Volátiles” como se la conoce en la jerga)

Proceso de conversión de la biomasa en energía.

Desde el punto de vista energético resulta conveniente dividir a la biomasa disponible en dos grandes grupos:
• Aquella que puede obtenerse relativamente "seca" (con un porcentaje de humedad menor al 50%), como la leña, paja, etc.
• Aquella que se obtiene normalmente "húmeda", como los restantes vegetales, vegetación acuática, residuos animales, etc.

TECNOLOGIA DE LA PRODUCCION DE BIOGAS.

Trabajo bacteriano en la fermentación metánica

La fermentación, es provocada por microorganismos de las más diversas especies, cuyos roles, en la evolución de la materia son diferentes. Según actúan en presencia o ausencia de aire se tienen dos grandes grupos de fermentaciones, “aeróbicas” y “anaerobias”. La fermentación metánica, como hemos visto, es anaeróbica. En el caso de la fermentación metánica, llamada en la jerga, digestión, el medio es: anaerobio, húmedo (mayor del 50%), con un pH comprendido entre 6.5 y 8.5 y un rango de temperaturas entre 0 y 45°C para unos microorganismos y de 45° a 70°C para otros.

Iniciación de la fermentación metánica

Si el material contaminante proviene de los estiércoles mencionados, primero hay que dejarlo fermentar aeróbicamente, una o dos semanas (recomendamos usar estiércoles de varios corrales), tratando que conserve su humedad natural.
Luego de algunos días se tendrán los primeros desprendimientos gaseosos los que se dejan escapar a la atmósfera, dado que contiene una mezcla de gases poco o nada combustibles.
Composición del biogás
El gas producido es una mezcla integrada principalmente por metano, anhídrido carbónico y pequeñas cantidades de otros gases. La participación de cada uno en la mezcla, depende fundamentalmente de la composición química de la materia prima, y en menor grado, de las variables del proceso. Por lo tanto, también en este caso hay que referirse a una expectativa de composición, en la misma forma que se hace con la generación gaseosa.

Propiedades del biogás

Considerando que la potencia calorífica superior del metano, a 20°C y 760 mm.Hg. es 8851 kcal/m3, se tiene:
Para la composición, 50% de metano y 50% de inertes, se tiene una potencia calorífica superior del biogás de 4426 kcal/m3. y para la mezcla 80% de metano con, 20% de inertes, ésta se eleva a 7080 kcal/m3.

DIGESTORES

Existen dos grupos de digestores, ambos tienen características similares de mantenimiento, pero el resultado es el mismo.

Continuos
Biodigestores Discontinuos

Digestores discontinuos

Campo de Aplicación, Carga Operación.

Luego se llena de líquido, en general proveniente de otro digestor en funcionamiento hasta que se cubra toda la masa unos 10 cm. por arriba de ella. Terminada esta operación se cierra el digestor con una tapa, que tiene un sello hidráulico para darle estanqueidad al cerramiento, y no se destapa hasta que el proceso haya terminado.

Generación Gaseosa

Si las condiciones del medio son las prescriptas para la fermentación metánica comienza un desprendimiento gaseoso creciente que, en forma muy general, tienen un andamiento como el del gráfico de la Figura 5 que es para estiércol fresco. Los gases desprendidos durante los 10 a 15 primeros días, no son combustibles. Son una mezcla de CO2, NH3 y SH2, por lo que a medida que se van generando se les deja escapar a la atmósfera. Esta operación, además, tiene el efecto positivo de barrer el aire quedó atrapado en el digestor cuando se cerró. Después de este período de maduración, ya se produce gas combustible en cantidades crecientes, alcanzado el máximo entre la segunda y tercer semana, de haber comenzado su generación.

Diseño

Un Biodigestor esta compuesto por dos etapas elementales, la etapa Digestora (donde se almacena la materia prima generándose el biogás) Esta etapa es básicamente tachos sellados herméticamente con una válvula de cierre para facilitar el mantenimiento y en el gasómetro; Esta etapa es básicamente un depósito de agua con un contenedor (de cualquier material) preferiblemente cilíndrico colocado de forma invertida (con la boca abajo) y a medida que ingresa en biogás, este sube.

Ventajas de los digestores discontinuos

1) Pueden procesarse una gran variedad de materiales
2) La carga puede juntarse en campo abierto porque, aunque tenga tierra u otro inerte mezclado, no entorpece la operación del digestor.
3) Admiten cargas secas, que no absorban humedad, así como de materiales que flotan en el agua.
4) Su trabajo en ciclos, los hace especialmente aptos para los casos en que la disponibilidad de materia prima no sea continua, sino periódica.
5) No requieren prácticamente ninguna atención diaria.

Las principales desventajas son:

1) La carga requiere un considerable y paciente trabajo
2) La descarga, también es una operación trabajosa.

PROPIEDADES Y COMPOSICION DEL BIOGAS

Este gas está formado por:
Metano (CH4): 40-70% vol. = Da características combustibles
Dióxido de carbono (C02): 30-60%
Otros gases: Hidrógeno (H2): 0-1%; Sulfuro de hidrógeno (H2S):0-3%

PROPIEDADES

Dependen de la presión, de la temperatura y la humedad. Los factores para caracterizar el biogas son:
Cambio de volúmen al variar la presión y la temperatura.
Cambio del valor calorífico, al variar la temperatura, presión y/o contenido de agua.
Cambio del contenido de vapor de agua cuando cambia la temperatura y presión.
El valor calorífico del biogás es cerca de 6 Kwh por m3

VENTAJAS

• La fermentación anaeróbica de la materia orgánica produce un residuo de excelentes propiedades fertilizantes y esto le trae beneficios al suelo similares a los que se alcanzan con cualquier materia orgánica. Es decir, actúa como mejorador de las características físicas, facilitando la aireación, aumentando la capacidad de retención de humedad, la capacidad de infiltración del agua y la capacidad de intercambio catiónico.

• Actúa como fuente de energía y nutrientes para el desarrollo de núcleos microbianos que mejoran la solubilidad de los compuestos minerales del suelo. En este sentido presenta ventajas sobre el uso directo de la materia orgánica.

• Depuración ambiental y ecológica.

• Fertilizantes de gran calidad

Biodigestor

Un digestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen cítricos ya que acidifican-, etcétera) en determinada dilución de agua para que se descomponga, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.
Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor.
El fenómeno de biodigestión ocurre porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbico presentes en el material fecal que, al actuar sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal, producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4) llamada biogás, sumamente eficiente si se emplea como combustible. Como resultado de este proceso genera residuos con un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica (ideales como fertilizantes) que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferación de moscas.
Se debe controlar ciertas condiciones pH, presión y temperatura a fin de que se pueda obtener un óptimo rendimiento.
El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos, (bacterias metanogénicas, etc...), y otros factores, en ausencia de aire (esto es, en un ambiente anaeróbico). Cuando la materia orgánica se descompone en ausencia de oxígeno, actúa este tipo de bacterias, generando biogás.


El biogás por descomposición anaeróbica

La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. El biogas tiene como promedio un poder calorífico entre 4.500 a 5.600 (cinco mil seiscientos) kilocalorias por metro cúbico. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. Se llama biogas a la mezcla constituida por metano CH4 en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno.