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CORNISA: BIOGAS APARTIR DE CASCARAS DE FRUTA

Biogás a partir de cáscaras de fruta Fernández-Dávila Gonzalo Quispe Jenifer Nuñez Naysha Riveros Lesly Huayllapuma Milagros Buhezo Juan Carlos

Universidad Nacional de Ingeniería

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Resumen Al producir un combustible natural, generará menor grado contaminación a su vez permite aprovechar el residuo orgánico lo cual beneficiará económicamente a la sociedad. El hombre debido a su constante afán de superación ha desarrollado nuevas tecnologías en el transporte que a su vez a acelerado el avance de las industrias de petróleo pero ha tomado someramente el impacto en el medio ambiente como la emisión de gases de metano, ozono y monóxido de carbono. Palabras clave: Combustible, contaminación, gases. Abstract By producing a natural fuel, generate less pollution in turn can take advantage of the organic waste which will benefit economically to society. The man due to his constant desire to excel has developed new technologies in transport which has in turn accelerated the progress of the oil but has briefly taken the impact on the environment as emissions of methane, ozone, carbon monoxide carbon, according Keywords : Fuel, pollution , gases.

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Biogás a partir de cascaras de fruta Introducción El proyecto producción de Biogás a partir de cáscaras de fruta, consiste básicamente en la producción de gas metano a partir de diferentes cáscaras de fruta tales como de guineo, naranja y piña, auxiliándose de otras sustancias orgánicas como orina humana que actúa para

la

mayor

obtención

de

biogás.

A través del proyecto se pretende demostrar si efectivamente hay producción de gas a partir de los materiales utilizados, el proyecto surgió con la idea de generar biogás a través de materia orgánica, el cual despertó el interés grupal de poder observar el proceso de producción

de

este

producto

bioquímico.

Este experimento se desarrolló para poder crear nuevos métodos hacia la obtención de gas a partir de origen natural sin dañar al medio ambiente el proceso por medio del cual se obtuvo biogás fue por la fermentación anaerobia y este se puede utilizar para diferentes actividades, así como también se abre las puertas hacia conocimiento de la innovación de cuidar los recursos naturales y reutilizar los productos de desechos orgánicos para reproducción de gas, en los países desarrollados las familias de escasos recursos elaboran sus propios biodigestores con estiércol de vaca o cerdos obteniendo así el gas que es utilizable para cocinar de una manera práctica y sin contaminar el medio, no obstan podemos educarnos y convertir biodigestores para las poblaciones de casos recursos en nuestro país, debemos implementar a la idea para ahorrar recursos naturales como económicos . Autora María de los Ángeles Velásquez, El Salvador, 30/05/16 “Elaboración de biocombustibles a partir de cascaras de frutas”

CORNISA: BIOGAS APARTIR DE CASCARAS DE FRUTA Fuente de extracción ( http://pro-biologia-2014.blogspot.com/)

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Antecedentes del Problema El último proyecto desarrollado por los estudiantes del segundo ciclo de la Facultad de Ingeniería Química y Textil de la Universidad Nacional de Ingeniería del año 2016 presento lo siguiente :

El proyecto contempla el diseño y la implementación de los biodigestores como una alternativa de energía que es limpia (biogás), aporta a la reducción del incremento de los gases de efecto invernadero y ya que este fermentador anaeróbico procesa los residuos orgánicos dentro de estos excrementos de animales, produce abono orgánico. Este último es un fertilizante de alta calidad rico en nitrógeno, fósforo y potasio, de fácil aplicación, reduciendo así la contaminación generada por los de desechos orgánicos que de otra manera quedaría expuesto a la intemperie o depositado directamente en el suelo, sin ser utilizados eficientemente.

Por ello nuestro principal objetivo es fomentar la iniciativa de elaboración y usos de los biodigestores. Por ende también proponemos el uso de los biodigestores como tecnología apropiada en las zonas rurales, en donde la energía es escasa, costosa y los residuos generan problemas en la calidad de vida de los pobladores y medioambientales. Fuente de Referencia: Proyecto Desarrollado por los alumnos del anterior ciclo de Quimica 2 DISMINUCION DE LA CONTAMINACION DEL SUELO POR MEDIO DEL USO DE BIODIGESTOR

Revisión de la Literatura Tabla 1 Composición promedio del biogás de reactor

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Sustancia

6

%

Metano, CH 4

55-75

Dióxido de carbono, CO 2

25-45

Monóxido de carbono, CO

0-0,3

Nitrógeno, N2

1-5

Hidrógeno, H2

0-3

Sulfuro de hidrógeno, H2S

0,1-0,5

Oxígeno, O2

trazas

Esta tabla ha sido traducida de “Basic information on biogas”, kolumbus.fi

“El biogás es un gas combustible que se genera de forma natural o en dispositivos específicos gracias a la acción de ciertas bacterias durante la biodegradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.” Biogás, biogas.es “La digestión anaerobia es una fermentación microbiana en ausencia de oxígeno que da lugar a una mezcla de gases (principalmente metano y dióxido de carbono), conocida como ‘biogás’ y a una suspensión acuosa o ‘lodo’ que contiene los microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica.” Obaya, M.C, (2005). La digestión anaerobia. Aspectos teóricos. Parte I. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, p. 36

“La digestión anaeróbica es un proceso muy complejo tanto por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar como por la cantidad de microorganismos involucrados en ellas. De hecho, muchas de estas reacciones ocurren de forma simultánea. Los estudios bioquímicos y microbiológicos realizados hasta ahora, dividen el proceso de descomposición anaeróbica de la materia orgánica en cuatro fases o etapas: 1. Hidrólisis 2. Etapa fermentativa o acidogénica 3. Etapa acetogénica 4. Etapa metanogénica.” Varnero, M.T, (2011). Fundamentos de la fermentación metanogénica. Manual del biogás, p. 19

“Un biodigestor es un contenedor hermético que permite la descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y facilita la extracción del gas resultante para su uso como energía.” ¿Qué es un biodigestor?, vidaverde.about.com “Existen muchas variaciones en el diseño del biodigestor. Algunos elementos que comúnmente se incorporan son: Cámara de fermentación: El espacio donde se almacena la biomasa durante el proceso de descomposición.

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Cámara de almacén de gas: El espacio donde se acumula el biogás antes de ser extraído. Pila de carga: La entrada donde se coloca la biomasa. Pila de descarga: La salida, sirve para retirar los residuos que están gastados y ya no son útiles para el biogás, pero que se pueden utilizar como abono (bioabono). Agitador: Desplaza los residuos que están en el fondo hacia arriba del biodigestor para aprovechar toda la biomasa. Tubería de gas: La salida del biogás. Se puede conectar directamente a una estufa o se puede transportar por medio de la misma tubería a su lugar de aprovechamiento.” Estructura de un biodigestor. Biodigestor, biodigestor33.blogspot.pe

“Cuando a finales del siglo XVIII el físico italiano Alessandro Volta identificó por primera vez el metano (CH4) como el gas inflamable en las burbujas que emergían de los pantanos, no se pudo imaginar la importancia que este gas podría llegar a tener para la sociedad humana en los siglos venideros.” Varnero, M.T, (2011). Introducción. Manual del biogás, p. 9 “De hecho, hasta que se produjo la “Crisis del Petróleo” el proceso anaerobio, había sido considerado por los países industrializados como un tratamiento para reducir las altas cargas orgánicas de algunos residuos, pero sin aprovechar los lodos como fertilizantes o el metano como combustible.” Historia Biogás 12, Energía Biogás, energiabiogas.wordpress.com “En China, India y Sudáfrica, debido a la escasez de recursos económicos estos métodos fueron difundiéndose y desarrollándose de tal manera que hoy en la actualidad estos países cuentan con más de 30 millones de biodigestores funcionando, además desarrollaron técnicas de generación gaseosa a pequeña y gran escala.” González, J, (2015). Antecedentes de los biodigestores. Diseño de un reactor biológico, p. 15

Figura 1. Producción de biogás en función de la temperatura, adaptado de Varnero (1991), por M.T. Varnero, 2011, Manual del biogás, p. 40

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Nota: Los números indican la población bacteriana responsable del proceso: 1: bacterias fermentativas; 2: bacterias acetogénicas que producen hidrógeno; 3: bacterias homoacetogénicas; 4: bacterias metanogénicas hidrogenotróficas; 5: bacterias metanogénicas acetoclásticas. Figura 2. Esquema de reacciones de la digestión anaeróbica de materiales poliméricos, adaptado de Pavlostathis y Giraldo-Gómez (1991), por M.T. Varnero, 2011, Manual del biogás, p. 20

Nota: La actividad metanogénica está expresada como tasa de utilización de acetato. La drástica caída de la actividad metanogénica sobre el pH 8,0 se puede deber a cambios de NH4+ a formas más tóxica no iónicas de NH3.

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Figura 3. Dependencia del pH de la actividad metanogénica, adaptado de Speece (1996), por M.T. Varnero, 2011, Manual del biogás, p. 44

Enunciado del problema En la actualidad la disponibilidad de las fuentes minerales de energía es cada vez más limitada así como la dificultad de su distribución en el medio rural (ya sea por falta de infraestructuras apropiadas, falta de mano de obra o el asentamiento de la población en lugares muy apartados),esto sugiere dejar de lado la quema de combustibles fósiles y hace que sea necesario buscar y desarrollar métodos de consumo de energía más eficientes, sencillos de aplicar, de bajo costo y que además resulten ser seguros y poco contaminantes. Biodigestor: alternativa energética (s.f) Recuperado de http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria20/feria254_01_biodigestor_alternat iva_energetica.pdf Por ello se busca una forma de bioenergía que use material a base de desechos organicos de fácil obtención y que abunde para que asi la producción de la bionergia sea de bajo costo , aprovechando desechos que usualmente .De esta forma se tomara en cuenta la protección del medio ambiente , el aprovechamiento de desechos organicos ,además se abre una nueva línea para fomentar la a bioenergía sostenible. Objetivo 1.- Dar a conocer nuevas opciones para el cuidado medioambiental, mediante el uso de biodigestores los cuales transforman la materia orgánica (como es el caso de las frutas) en biogás usado en la vida cotidiana específicamente en las cocinas de los hogares. 2.- Motivar la creación de ideas para el cuidado medioambiental tanto de parte de nuestro grupo como de nuestros compañeros de clase. 3.-Reducir la cantidad de metano que producen los desechos orgánicos ,con la finalidad de obtener un producto servible para un posterior uso.

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Referencias: Milagros Huayllapuma

Método Tratando de dar una descripción sencilla y simplificada de como es y funciona decimos que el dispositivo consta de un contenedor, reactor o celda que puede variar en material, capacidad y/o forma (desde tanques plásticos diseñados especialmente, hasta bolsas silo) en cuyo interior se deposita estiércol y/o desechos vegetales u orgánicos y se los mantiene encerrados herméticamente. Marcelo Vallejos (2013) Biodigestores como la potencial solución para el manejo de desechos orgánicos y la producción de energías alternativas. Recuperado de http://www.biodisol.com/cultivos-energeticos/girasol/biodigestores-como-la-potencialsolucion-para-el-manejo-de-desechos-organicos-y-la-produccion-de-erengias-alternativas/ El biogás se obtiene a partir de la fermentación bacteriológica de las cáscaras frescas de plátano y de naranja. En la producción de biogás las cáscaras de plátano y naranja brindan la fuente de carbono. Como fuente de urea se usó orina humana. Las bacterias existentes en las cáscaras se multiplican y fermentan generando gas metano. Un primer grupo de microorganismos hidroliza los biopolímeros y los lípidos en unidades estructurales como ácidos grasos, monosacáridos, aminoácidos y compuestos relacionados. Un segundo grupo de bacterias anaerobias, acidógenas, fermenta los productos descomponibles del primer grupo en ácidos orgánicos simples, como el ácido acético. Un tercer grupo de microorganismos, metanogénicos, convierte el hidrógeno y el ácido acético en gas metano y dióxido de carbono. El biogás que sirve como biocombustible es el metano.

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Monosacáridos → ácido acético + hidrógeno →Gas Metano + dióxido de carbón

Estos residuos se reciclan convirtiendo se en energía y en fertilizantes para su uso en las tareas del campo, por lo que es un método de ahorro energético ideal para zonas rurales o para países en vías de desarrollo. Procedimiento: 1.

Obtener

240

gramos

de

cáscara

de

plátano.

2. Cortar y picar 240 gramos de cáscara de plátano e introducir los trocitos de cáscara en un contenedor

de

capacidad

de

5.0

L.

3. Obtener una muestra de orina de 100 cm3 (la orina humana contiene unos 20 g de urea por 4.

litro) Agregar

e

introducir

agua

destilada

la

orina

suficiente

para

en

el

contenedor.

completar

3.0

dm3.

5. Tapar la entrada de aire al contenedor, poniendo el corcho con el tubo en “S” que desemboca en la probeta invertida, llena de agua, encima del contenedor con agua. Registrar el volumen de agua desplazada por el gas producido cada 24 horas aproximadamente. 7.

Repetir

este

procedimiento

con

cáscara

de

naranja.

Investigar acerca del proceso de fermentación anaerobia y asociarlo con la producción de biogás. El metano comienza a producirse una vez que las bacterias hacen respiración anaeróbica, que es cuando se termina el oxígeno disponible. El pico de gas que se observa en los primeros días de producción, se puede deber al dióxido de carbono y no al gas metano. Se

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estima que el contenido de metano vaya aumentando a medida que pasan los días, debido a la fermentación bacteriológica anaerobia. Metodología de campo Los materiales se obtuvieron de cascara de plátano, naranja y piña. Metodologia de laboratorio Buscaremos un laboratorio donde no hubiera mucho acceso de los estudiantes ya que es un experimento delicado, cuando localizamos el laboratorio lo adecuaremos de mejor manera para el experimento por ejemplo una mesa larga y limpia cerca de ventanas y con mucha iluminación, los materiales como la probeta y los aros metálicos fueron proporcionados por laboratoristas.

MATERIALES Y SUSTANCIAS 180 gramos de cascara de naranja, plátano, piña. 1 Litro de orina humana. 1 Contenedor de capacidad de 5 litros 1 botella plástica de capacidad de 1 litro 1 Corcho o tapón. Tirro y plastilina Manguera de plástico delgada Guacales de plástico

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LICDA.: MARTHA NOEMÍ MARTÍNEZ (2014) PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE CÁSCARAS DE FRUTA. Recuperado de http://pro-biologia-2014.blogspot.pe/ Buscaremos un laboratorio donde no hubiera mucho acceso de los estudiantes ya que es un experimento delicado, cuando localizamos el laboratorio lo adecuaremos de mejor manera para el experimento por ejemplo una mesa larga y limpia cerca de ventanas y con mucha iluminación, los materiales como la probeta y los aros metálicos fueron proporcionados por laboratoristas.

MATERIALES Y SUSTANCIAS 180 gramos de cascara de naranja, platano, piña. 1 Litro de orina humana. 1 Contenedor de capacidad de 5 litros 1 botella plástica de capacidad de 1 litro 1 Corcho o tapón. Tirro y plastilina Manguera de plástico delgada Guacales de plástico

LICDA.: MARTHA NOEMÍ MARTÍNEZ (2014) PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE CÁSCARAS DE FRUTA. Recuperado de

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http://pro-biologia-2014.blogspot.pe/

Resultados Se estima que al concluir con la elaboración del biodigestor y agregar los desechos orgánicos como cascaras de distintas frutas, apreciar el contenido de metano que se forme., este comenzara a producir una vez que las bacterias hacen respiran anaeróbica, que es cuando se termina el oxígeno disponible y en los siguientes días el contenido de metano vaya aumentando. Discusión Al finalizar este proyecto se espera la obtencion de un rico gas metano, que es combustible y posee un buen poder cálorico. Ademas un residuo que sirve como abono. Los cuales podrian sustituir la electricidad, la leña o el gas propano y hasta tambien podria sustituir gasolina o diesel en motorres de combutsion interna. No obstante la temperatura de la cámara de digestión debe mantenerse entre 20º C y 60º C lo cual nos dificulta el trabajo ya que tendria que ubicarse en lugares extremos. Tambien hay que tener mucho cuidado con el biogás contiene un subproducto llamado sulfato de hidrógeno, el cual es un gas corrosivo y toxico para los seres humanos. Para tener una gran referencia de lo que seria crear un gran biodigestor seria bueno visitar una de las empresas que se encargar de este rubro como por ejemplo “PETRAMÁS” que trabaja con eneregias renovables esto nos ayudara ha ampliar nuestra investigacion y poder crear un gran biodigestor.

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Referencias American Psychological Association (2010a). Publication Manual of the American Psychological Association (6ta. ed.). Washington D.C.: British Library Cataloguingin-Publication Data. American Psychological Association (2010b). Manual de Publicaciones de la American Psychological Association (3ra. ed.). México D.F.: Editorial El Manual Moderno. Alejandro Bautista Buhigas Sistema biodigestor para el tratamiento de desechos orgánicos.Leganes.Esteli-Nicaragua,2010 ,67paginas ,proyecto de fin de carrera. Universidad de Carlos III de Madrid escuela politécnica superior. Departamento de Ciencias e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química