Uso de bioplásticos mediante la acción de la bacteria Azotobacter a través de residuos de remolacha como fuente de carbono para disminuir la contaminación por plásticos en la ciudad de Ambato

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UNIDAD EDUCATIVA HISPANO AMERICA

BACHILLERATO EN CIENCIAS

MONOGRAFÍA

Uso de bioplásticos mediante la acción de la bacteria Azotobacter a través de residuos de remolacha como fuente de carbono para disminuir la contaminación por plásticos en la ciudad de Ambato durante los meses noviembre 2021 a junio del 2022

¿De qué manera la bacteria Azotobacter que utiliza residuos de remolacha como fuente de carbono produce bioplástico que incide en la disminución de la contaminación por plásticos en el medio ambiente de la ciudad de Ambato?

NIVEL: TERCERO    PARALELO: “A”

TUTOR : Lic. Ligia Córdova

SEPTIEMBRE- JUNIO

2021-2022

ÍNDICE

1.        Introducción        4

2.        Marco Teórico        4

2.1.        Antecedente de estudio        5

2.1.1.        Detalles técnicos        7

2.1.2.        Detalles científicos        7

2.1.4.        Impacto ambiental        9

2.1.5.        Aspectos legales        9

3.        Hipótesis        9

4.        Objetivos        10

2.1. Objetivo general        10

2.2. Objetivos específicos        10

5.        Variables        10

5.1.        Dependiente        10

5.2.        Independiente        11

6.        Método de Investigación        12

6.1.        Descripción de materia prima y principales procesos        12

6.2.        Esquemas de procesos        15

7.        Análisis de Resultados        20

7.1.        Diagramas de flujo de energía Sankey        21

7.2.        Esquemas de balances de energía        26

7.3. Presupuestos        27

7.3.1.  Inversión inicial        27

7.3.2. Costos de producción        28

7.3.3.  Costos fijos        30

7.3.4.  Costos variables        30

7.3.5.  Costos energéticos        31

8.        Conclusiones        33

9.        Bibliografía        36

1. Introducción

El plástico puede ser de origen biológico, los más utilizados se caracteriza por ser un material ligero, resistente, flexible, de fácil fabricación y sobre todo económico. os más utilizados son los sintéticos o semisintéticos provenientes del petróleo y que se obtienen por polimerización a través de la unión de varias moléculas llamadas monómeros que, al unirse entre sí, constituyen largas cadenas o polímeros. Su aplicación es tan amplia que puede servir bien sea para fabricar hilo textil o para elaborar piezas de un avión.

 Los plásticos derivados de petróleo son un problema global que  representan un 60% de los contaminantes acumulados, tan solo en el año 2016 más de  9 millones de toneladas de plásticos terminaron en el océano,   por lo que encontrar un material degradable  que sustituya los plásticos sintéticos es un reto sin embargo en  el Ecuador se ha considerado  como alternativa  la producción de bioplásticos a través del microorganismo  “Azotobacter” una bacteria existente en el  país con capacidad  productora de PHA, otra ventaja es que el Ecuador al ser un país netamente agrícola, genera grandes cantidades de residuos agrícolas tales como la remolacha, que pueden ser aprovechados  por las bacterias como fuente de sustrato (carbono/ nitrógeno).Con este tema se espera generar bioplásticos microbianos a mediana escalas usándose un biorreactor con una capacidad de 100kg de biomasa cabe señalar que el proceso total de generación tarda 52 horas , tiempo  requerido que se consuma todo el sustrato mismo que permite el aumento del crecimiento microbiano  y la acumulación intracelular del  80% de  polihidroxialcanoatos en peso.

1. Marco Teórico

Ecuador ha sido denominado como el país de los cuatro mundos, debido a la presencia de cuatro regiones (Costa, Sierra Oriente y Galápagos) diferentes dentro del mismo territorio, posee una gran variedad de flora y fauna que van de acorde a cada región y se encuentra entre uno de los siete países más mega diversos a pesar de ser un territorio pequeño. Por motivos de conservación de estas especies y sus ecosistemas han resultado de vital importancia buscar alternativas de producción que sean más amigables con el medio (Riera & Palma, 2018).

Siendo esta la principal razón por la que el siguiente tema se ha enfocado en la elaboración de plásticos biodegradables a partir de desechos orgánicos de remolacha, con la finalidad de solucionar de cierta forma el impacto ambiental causada por la acumulación de residuos plásticos, pues como es de consideración los plásticos debido a sus bajos costos son muy accesibles y gran parte de la población lo adquiere de forma innecesaria (Santana et al., 2018).

La producción de polihidroxialcanoato a partir de microrganismos (Bacteria Azotobacter) es uno de los grandes avances científicos, que ha puesto a pensar a un sinnúmero de estudiosos, en nuevas alternativas ecológicas para producir mayor cantidad de biopolímeros (biopolímeros sintéticos, naturales y microbiológicos), con el único objetivo de proporcionar a la sociedad plásticos 100 % degradables en condiciones aerobias o anaerobias sin formar productos tóxicos para el medio ambiente y sus organismos. La implementación de esta nueva forma de plástico permitirá tener una disminución significativa en el consumo de plásticos convencionales, además de que mediante esta se puede lograr una sociedad más limpia y adecuada para la vivencia de las futuras generaciones (Thompson et al., 2009).

1. Antecedente de estudio

Este estudio busca sustituir los plásticos derivados de petróleo  que resultan ser nocivos para el medio ambiente,  la salud humana por sus componentes tóxicos y por su tiempo extendido de degradación (acumulación), por ello la alternativa  seleccionada  se enfoca en la producción de bioplástico mediante la bacteria Azotobacter utilizando los residuos agrícolas de la remolacha que por lo general son producidos en la región interandina del Ecuador (Riobamba, Carchi, Cayambe) convirtiéndola en una opción sostenible y amigable con el ambiente(Cueva et al., 2015).

Según Yanara. ( 2019), la generación de bioplásticos se divide en 3 etapas: la preparación del microorganismo donde se efectúa la crio-conservación a través de una super congeladora seguido por la activación de las cepas de Azotobacter   con medio de cultivo preparado de la remolacha (Macerado, Triturado, filtración, centrifugación, ajuste del PH), consecuentemente se procede a la producción de biomasas propiamente dicha, para este proceso en su totalidad se requieren instrumentos  y equipos tales como: el biorreactor “Biotron” con una capacidad de trabajo de 100 L,  acompañado por 3 turbinas  tipo Rushton de modo que los microrganismos accedan por igual a los componentes introducidos, un agitador  de tipo “Laboratorio Drag” modelo SC200 de modo que la agitación sea mayor a los 400 rpm, por otra parte el biorreactor debe incluir una chaqueta de enfriamiento para que la temperatura dentro del biorreactor sea  óptimo (30 °C), el Azotobacter al ser una bacteria aerobia requiere de una fuente de oxígeno para lo cual se adiciono una bomba  Unicle (modelo ULE 80) que provea Oxigeno, además de usarse un potenciómetro Hanna adicionándose un buffer de hidróxido de sodio cada vez que el Ph  varié de 6-6.3 (Daniel, 2016).

En cuanto a la preparación del sustrato se necesitan básculas para la recepción de remolacha, bombas de pistón  modelos PR250 que incluye un sistema de traslado de sustrato hacia las trituradoras eléctricas modelo URL10, seguido de un sistema de purificación compuesto por filtros industriales de acero, centrifugadoras  de discos FLOTTWEG, un instrumento (Refractor Digital HI200) que permita la dilución correcta de los niveles de azúcar acumulados en el extracto y antes de trasladarse al biorreactor se debe verificar el nivel de PH de modo que se evite el declive de la producción de biomasa (gránulos intracelulares de PHA)(Yanara, 2019).

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