Elaboración de un biodigestor

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Contenido

Figuras ................................................................................................................................. II 

Tablas .................................................................................................................................. II 

Resumen        1

Abstract        1

Justificación        1

Objetivo general        4

Objetivos específicos        4

Introducción        5

Marco teórico        5

Materiales        8

Técnica        9

Evidencia        10

Resultados        13

Discusión de resultados        15

Relación de responsabilidades        17

Conclusión        18

Referencias        20

I

Figuras

Figura 1 Materia orgánica ................................................................................................ 10 

Figura 2 Conexión de la manguera para gas y la "T" ...................................................... 10 

Figura 3 Conexión de la manguera al globo (sistema de almacenamiento) ......................11 

Figura 4 Orificios para la entrada del biodigestor y conexión hacia el almacenamiento .11 

Figura 5 Seccionamiento de la entrada para el biodigestor ............................................. 12 

Figura 6 Colocación de la entrada del biodigestor ........................................................... 12 

Figura 7 Biodigestor listo ................................................................................................. 12 

Figura 8 Producción de biogás ......................................................................................... 16 

Tablas

Tabla 1 Relación carbono-nitrógeno de diferentes estiércoles .......................................... 2 

Tabla 2 Tiempo de retención de materia orgánica según la temperatura .......................... 3 

Tabla 3 Materiales utilizados ............................................................................................. 8 

Tabla 4 Registro de alimentación del biodigestor ............................................................ 13 

Tabla 5 Relación de responsabilidades del biodigestor ................................................... 17 

Tabla 6 Relación de responsabilidades del documento .................................................... 18 

II

Resumen  

La presente práctica aborda el diseño, implementación y evaluación de un biodigestor académico destinado a la producción de biogás, utilizando diversos sustratos ricos en azúcares, residuos fermentados (tepache y pulque), y excremento porcino. El sistema se fundamenta en la digestión anaerobia, proceso microbiológico que comprende las etapas de hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. La mezcla de sustratos permitió equilibrar la relación carbono/nitrógeno, aportando azúcares fermentables, microorganismos metanogénicos y nutrientes esenciales para la generación de metano; se construyó un prototipo con materiales accesibles monitoreando la temperatura. Los resultados evidenciaron que las mezclas con excremento porcino y fermentos naturales favorecen la generación de metano.  

Abstract

This academic practice addresses the design, implementation, and evaluation of a biodigester aimed at biogas production, using various sugar-rich substrates, fermented residues (tepache and pulque), and swine manure. The system is based on anaerobic digestion, a microbiological process that includes the stages of hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis. The selected substrate mixture allowed for a balanced carbon-to-nitrogen ratio, providing fermentable sugars, methanogenic microorganisms, and essential nutrients for methane generation. A prototype was constructed using accessible materials, with temperature monitored throughout the process. The results showed that mixtures containing swine manure and natural fermentates favored methane production.

Justificación

La presente práctica académica se desarrolló con el objetivo de producir biogás, principalmente metano (CH₄), mediante la implementación de un biodigestor alimentado con residuos orgánicos seleccionados estratégicamente. La elección de los sustratos respondió a criterios microbiológicos, fisicoquímicos y operativos, considerando el tiempo limitado para la producción, así como la temperatura ambiente registrada durante el experimento (23-29 °C), correspondiente al rango mesofílico^[1] bajo. En este contexto, se utilizó excremento porcino como

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sustrato base e inoculante^[2] principal, debido a su alto contenido de microorganismos anaerobios, especialmente arqueas metanogénicas, y a su riqueza en nitrógeno. Diversos estudios señalan que el estiércol de cerdo contiene aproximadamente 65%-75% de agua, 20%-25 % de materia orgánica y entre 2%-3 % de nitrógeno total, lo que favorece el equilibrio microbiológico del sistema y mejora la tasa de conversión de compuestos orgánicos en metano. Sin embargo, su uso exclusivo no garantiza un rendimiento elevado de biogás, ya que la relación carbono-nitrógeno suele ser baja, lo que puede provocar acumulación de amoníaco e inhibición de la metanogénesis.

Tabla 1 Relación carbono-nitrógeno de diferentes estiércoles 

Nota. La relación óptima teórica es 25:1.

Para corregir este desbalance, se incorporaron sustratos ricos en carbono como cáscaras de fruta y verdura, papa y piña. Estos residuos aportan azúcares fermentables, fibra y compuestos fácilmente degradables que elevan el contenido de carbono de la mezcla. La piña, en particular, contiene entre 13%-15 % de azúcares solubles (sacarosa, glucosa y fructosa), además de bromelina, una enzima que favorece la hidrólisis inicial. El uso de cáscaras y restos vegetales también responde a un criterio de sostenibilidad al aprovechar residuos de bajo valor comercial y darles un

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uso energético. De esta manera, se buscó alcanzar una relación C-N óptima de entre 20:1 y 30:1, considerada ideal para maximizar la producción de metano en sistemas anaerobios.

Adicionalmente, se incorporaron fermentos naturales como el tepache y el pulque, ricos en levaduras (géneros como Saccharomyces y Candida) y bacterias lácticas, que actuaron como catalizadores^[3] biológicos. Su inclusión respondió a dos condiciones específicas del experimento: el tiempo limitado de producción y la temperatura ambiente mesofílica. Bajo estas condiciones, se previó que el arranque del proceso de metanogénesis sería lento, ya que los consorcios microbianos requieren entre 30 y 40 días para estabilizarse de forma natural. Por ello, los fermentos añadieron poblaciones microbianas activas y metabolitos^[4] intermedios que aceleraron la transición desde la fase acidogénica hasta la metanogénica, permitiendo obtener resultados dentro del periodo experimental.

Tabla 2 Tiempo de retención de materia orgánica según la temperatura 

Por otra parte, el régimen de alimentación del biodigestor se planificó con una frecuencia semanal, en lugar de una adición diaria o continua. Esta decisión se fundamentó en la necesidad de brindar un intervalo suficiente para que la etapa de metanogénesis se consolidara, evitando la acumulación excesiva de ácidos grasos volátiles que podrían desestabilizar el sistema. La

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