“Generación de biogás derivado de heces de Bos primigenius taurus / Bos Taurus por medio de su fermentación”

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  UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA.

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

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ING. EN BIOTECNOLOGÍA

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 “Generación de biogás derivado de heces de Bos primigenius taurus / Bos Taurus por medio de su fermentación”

Objetivo

Generar biogás a partir de desechos orgánicos (Bos primigenius taurus / Bos taurus) mediante el uso de un biodigestor continuo  con el fin de beneficiar al medio ambiente disminuyendo el potencial contaminante de excrementos de animales.

Base de cálculo

Composición aproximada del biogás

• Metano, 54 - 70% volumen[pic 5]
• Bióxido de carbono, 27 – 45%[pic 6]
• Hidrógeno, 1 - 10%[pic 7]
• Nitrógeno,0.5 – 3%[pic 8]
• Ácido Sulfhídrico,0.1%[pic 9]

Por cada 1 Kg de estiércol se necesita 3 litros de agua (manual del biogás, 2011)

Capacidad del Biodigestor: 7000 L

Agua: 3000 L

Excremento: 1000Kg

Proponer un TRH = 20 d, q = Vbiod/TRH

Introducción 

La digestión anaerobia es el proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno;siendo este proceso una forma de bioconversión. Este proceso tiene tres ventajas particulares: los desechos orgánicos son transformados en biogás cuyo principal componente es metano, se reduce la masa de desperdicio y el efluente del digestor, llamado biol, puede ser utilizado como fertilizante. La digestión anaerobia de la materia orgánica produce gases que representan del 5 al 10% del total de la materia, el cual puede ser utilizado como una fuente directa de energía. (Kiely, 1999)

Las reacciones generales del proceso de digestion anaerobia son las siguientes:

Materia orgánica + nutrientes              células + ácidos + alcoholes ++[pic 12][pic 10][pic 11]

Ácidos + alcoholes +++ nutrientes               células +  + [pic 17][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

En la primera reacción todos los nutrientes necesarios se descomponen por las bacterias acetogenicas y producen ácidos, alcoholes, hidrogeno y dióxido de carbono gaseoso y en la reacción dos todos los productos son degradados a excepción de las células  por bacterias metanogenicas para producir metano y dióxido de carbono. Este proceso se lleva acabó en un biodigestor  que es un contenedor cerrado, hermético e impermeable  dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar en determinada dilución de agua para que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio. (Medigan, 2003) Estos biodigestores pueden ser:

1.  Biodigestor continúo

Estos biodigestores son perfectos para personas con animales de granja en casa ya que se les da mantenimiento regularmente en pequeñas cantidades. El diseño continuo es el más común y apropiado para instalaciones chicas (tamaño hogar) ya que no requiere de conocimiento especializado ni maquinaria grande.

El biodigestor continuo tiene tres orificios; uno central que es cerrado después de hacer la carga inicial y es abierto después para limpiar el biodigestor (descarga total); un segundo orifico se usa para cargarlo diariamente en cantidades pequeñas con biomasa nueva; y un tercer orificio el cual permite sacar el bioabono periódicamente. El diseño de este biodigestor es favorable para que sea llenado con materiales blandos como el estiércol.

2.  Biodigestor discontinuo o de carga intermitente

Este biodigestor tiene solamente un acceso por donde se carga y se descarga. Se carga una sola vez para ser llenado y posteriormente usado; la fermentación demora entre 2 y 4 meses (dependiendo del clima) y se descarga cuando concluye la fermentación. Aunque es completamente posible emplear este diseño a una escala chica, es más común en las operaciones municipales o industriales. En este grupo el biodigestor es llenado por única ocasión (se cambia toda la biomasa hasta que se termine el biogás) con la biomasa por lo que no hay cambio de materia orgánica que lo haga sostenible en la producción de biogás. Un metro cubico de biomasa produce aproximadamente medio metro de biogás y como no se le hace recargas de biomasa no hay manera de que genere más cantidad.

Entre estos dos tipos de biodigestores entran los

• Biodigestor de domo flotante.

• Biodigestor de domo fijo.

• Biodigestor de estructura flexible.

• Biodigestor flotante.

• Biodigestor con tanque de almacenamiento tradicional y cúpula de polietileno.

• Biodigestores de alta velocidad o flujo inducido.

• Instalaciones industriales de biodigestión. (Hilbert, 2003)

Una de las características más importantes de la biodigestión es que disminuye el potencial contaminante de los excrementos de origen animal y humano.

El biogás contiene un alto porcentaje en metano, (entre 50-70%), por lo que es susceptible de un aprovechamiento energético mediante su combustión en motores, en turbinas o en calderas, bien sólo o mezclado con otro combustible.(Dieter, 2008)[pic 18]

El proceso controlado de digestión anaerobia es uno de los más idóneos para la reducción de emisiones de efecto invernadero, el aprovechamiento energético de los residuos orgánicos y el mantenimiento y mejora del valor fertilizante de los productos tratados.

La digestión anaerobia puede aplicarse, entre otros, a residuos ganaderos, agrícolas, así como a los residuos de las industrias de transformación de dichos productos. Entre los residuos se pueden citar purines, estiércol, residuos agrícolas o excedentes de cosechas, etc. Estos residuos se pueden tratar de forma independiente o junta, mediante lo que se da en llamar co-digestión.

General mente el biodigestor es utilizado para la producción de biogás este es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bióxido de carbono, el cual se produce cono resultado de la fermentación de la materia orgánica en ausencia del aire, por la acción de un grupo de microorganismos.

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