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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

Cátedra: TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS I

Tema:

LA OBTENCIÓN DE BIOGÁS POR FERMENTACIÓN ANAEROBIA A PARTIR DE ESTIÉRCOL DE CONEJO A NIVEL LABORATORIO Presentado al: Ing. Ms. Walter S. FUENTES LÓPEZ Realizado por:      

BONIFACION DIAZ, Cecilia CRISTOBAL ESPINOZA, Andrea LAURA HUAMANI, Esthefani OSORES FABIAN, Kilmer VILCHEZ HUALPARUCA, Judith YAULILAHUA CANCHAPOMA, Miguel

Semestre: V HUANCAYO – PERÚ 2015

0

I.

IDENTIFICACION DEL PROYECTO DE INVESTIGACION 1.1.

TITULO DEL TEMA

La obtención de biogás por fermentación anaerobia a partir de estiércol de conejo a nivel laboratorio. 1.2. EJECUTORES      

BONIFACIO DIAZ, Cecilia CRISTOBAL ESPINOZA, Andrea LAURA HUAMANI, Esthefani OSORES FABIAN, Kilmer VILCHEZ HUALPARUCA, Judith YAULILAHUA CANCHAPOMA, Miguel

1.3. LUGAR DE JECUCION Laboratorio de bioprocesos de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú. II.

RESUMEN En este trabajo de aplicación titulado “La obtención de biogás por fermentación anaerobia a partir de estiércol de conejo a nivel laboratorio.”, se aprovechará los nutrientes minerales que poseen las heces de cuy (nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, etc.). En el medio a digerir debe haber una relación adecuada entre nutrientes para el desarrollo de la flora bacteriana, dándole una alternativa de uso en la protección ambiental, mejoramiento de la calidad de vida y la reducción de emisión de metano al medio ambiente, específicamente de estiércol. Por eso se ha planteado como objetivo principal, Obtención de biogás por fermentación anaerobia a partir de heces de cuy a nivel laboratorio. Para alcanzar el objetivo general, se planteó los siguientes objetivos específicos: a) Caracterizar las heces de cuy, b) Determinar los parámetros óptimos de masa y volumen del proceso de descomposición y c) Evaluar el efecto de influencia de la masa en la producción.

1

III.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3.1.

CARACTERIZACION DE LA PROBLEMÁTICA

Uno de los desechos que emiten metano al medio ambiental que se desperdician en los distintos distritos ganaderos son las heces de animales de granja, por tal motivo se consideró obtener el metano del estiércol específicamente del cuy por diferentes métodos, considerando el método experimental-explicativo en donde se intenta simular los procesos biológicos, químicos y/o físicos involucrados en un bioreactor de cúpula fija o tipo chino, para la producción de biogás. A pesar de la complejidad de los procesos biológicos, químicos, físico-químicos que ocurren en un bioreactor, el método tradicional funciona muy bien, siempre y cuando se modele dentro de los límites de la experiencia. Por lo tanto, Este método experimental intenta relacionarlos principales características fenomenológicas que ocurren en bioreactor de cúpula fija o de tipo chino de todo los involucrados de manera de generalizar la aplicación del modelo para casos prácticos. Esto necesariamente lleva a procedimientos relativamente complejos. 3.2.

FORMULACION DE L PROBLEMA 3.2.1. PROBLEMA GENERAL

¿Cómo obtener biogás por fermentación anaerobia a partir de estiércol de conejo a nivel laboratorio? 3.2.2. PROBLEMAS ESPECIFICOS  ¿Cómo caracterizar el estiércol de conejo antes de la producción?  ¿Cómo evaluar la capacidad de producción de biogás de eses de conejo?  ¿Cuáles son los parámetros óptimos de masa y volumen del proceso de descomposición?  ¿Cuál será el efecto de la masa y volumen en la producción de metano?  ¿Cómo influye la masa en la producción?

ADANI, F. (1), en conclusión menciona que “Se considera que existe actividad productiva entre los 10 ºC y 60 ºC, dividiendo Este rango en tres: psicrofilico (10 ºC a 2

25 ºC), mesofílico (25ºC a 40ºC) y termofilico (40ºC a 60 ºC).” “La mayora de las especies metanogenicas están activas en el rango mesofílico y termofílico, con rangos óptimos de temperatura para el rango mesofílico entre 30ºC

y

38ºC, mientras que para el rango termofílico de 50ºC a 57ºC. A temperaturas entre los 40ºC

y

50ºC, las

bacterias formadoras de metano son inhibidas.” “Es importante mantener una temperatura de operación estable en el digestor, dado que fluctuaciones fuertes y/o frecuentes en la temperatura afectara a las bacterias, especialmente

las

metanogenicas,

produciendo

desequilibrios ecológicos en el proceso, y este efecto se traduciría en una baja de producción y en algunos casos, en la paralización del proceso. Por lo tanto, fluctuaciones en la temperatura del proceso deben ser lo más pequeñas posibles.” “Cada microorganismo posee un rango de pH optimo diferente. Las bacterias productoras de metano son extremadamente sensibles al pH, con un rango óptimo entre 6,8-7,2. Los rangos de pH optimo para los demás grupos tróficos de microorganismos son de 7,2-7,4 para las

bacterias

hidrolíticas;

6,6

para

las

especies

acetogenicas y 5- 6 para las acidogenicas.” LA TEMPERATURA INFLUYE BÁSICAMENTE EN TRES ASPECTOS DEL PROCESO: 

En la producción de gas, ya que a temperaturas mayores habrá mayor producción.



En el tiempo de digestión, ya que a mayor temperatura menor es el tiempo de digestión.



En la composición del biogás, ya que afecta la relación CH4=CO2. 3

La obtención de metano va estar directamente relacionado con el tiempo como se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1 FASE

CARACTERISTICAS DURACION In mediatamente después del vertido.

Fase aerobia

Gran

influencia

progresivo

del

de

N2

CO2.

aumento

15 Días

Descenso

progresivo de O2. Fase anaerobia con ausencia de CH4

Falta aire, aumento intenso de CO 2. Descenso de N2. Aparece H2.

Fase anaerobia con

Aumento progresivo de CH4 descenso

formación de CH4.

progresivo de todos los demás. Se alcanza condiciones y proporciones

Fase anaerobia de

estables

estabilización

60 días

y

definitivos

de

los

700 días 8-15 años

componentes del biogás(en caso de residuos sólidos)

Una primera tarea colectivamente planteado fue elaborar el diagnostico o análisis de la situación actual. Ese de conejo en distrito de auqui marca, las familias que al transportar los residuos

de ese de conejo pierden la

economía, tiempo que esa economía puede invertir en otro y también los residuos orgánicos que desechan en vez de dar el valor agregado, contaminan el medio ambiente y la idea nació de la intención de dar una solución a la emisión del metano al medioambiente y gasto que realizan cada familia y mejorar la calidad de vida, de allí que el proyecto en sí mismo no solo es un proyecto a Factor importante en la producción de biogás, dado que debemos simular las condiciones optimas para minimizar los tiempos de producción.

4

IV.

OBJETIVOS 4.1. OBJETIVO GENERAL Obtener biogás por fermentación anaerobia a partir de estiércol de cuy a nivel laboratorio. 4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS    

V.

Caracterizar el estiércol de conejo antes de la producción Determinar los parámetros óptimos de masa y volumen del proceso de descomposición Conocer el efecto de la masa y volumen en la producción de metano Evaluar el efecto de la influencia de la masa en la producción de biogás

JUSTIFICACION En este proyecto se propone la obtención de metano en un birreactor de cúpula fija tipo chino, siendo la necesidad de investigar conjugar esfuerzos a fin de contribuir en el aprovechamiento de la eses de vacuno a favor medioambiental de importancia creciente, La experiencia adquirida en otros países como México, Venezuela, Brasil, argentina ponen de manifiesto su utilización y aplicación del biogás en sector doméstico e industrial. La propuesta de este proyecto se enmarca en dentro los siguientes artículos:  D.S. Nº 044-98-PCM, Reglamento Nacional para la Aprobación de Estándares de Calidad Ambiental y Límites Máximos Permisibles.  Ley N° 26410 “Ley del Consejo Nacional del Ambiente” D.S. Nº 019-97ITINCI, Reglamento de Protección Ambiental. Las necesidades energéticas de nuestro planeta son satisfechas hasta en un 90 % con la utilización de combustibles fósiles (petróleo, gas licuado de petróleo, carbón), todos ellos extinguibles en un futuro cercano, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente. De igual manera, las necesidades energéticas en las zonas rurales de los países en vías de desarrollo, obliga a los pobladores a utilizar a gran escala leña (para lo cual deforesta) y desperdicios agrícolas secos (estiércol y residuos de cosecha) Es así que esta problemática, plantea la necesidad de encontrar una tecnología apropiada, utilizando recursos locales disponibles como son los residuos orgánicos (estiércoles de animales), los cuales pueden ser usados como medio para producir energía (biogás) y biofertilizantes mediante biodigestores, de esta manera se mejorará la vida de los campesinos, se incrementará la producción agrícola y se preservará el medio ambiente La libre disposición de estiércol de ganado en el campo o su tratamiento 5

inadecuado lo convierte en una fuente de contaminación ambiental y en un foco infeccioso para seres humanos, puesto que propicia el desarrollo de vectores de enfermedades. La fermentación anaeróbica es un proceso natural que ocurre en forma espontánea en la naturaleza y forma parte del ciclo biológico; en todos estos procesos intervienen las denominadas bacterias metanogénica. Utilizando este proceso, en recipientes adecuados llamados biodigestores, se puede tratar gran cantidad de residuos como estiércoles obtener biogás que puede utilizarse como combustible en cocinas, calderas de vapor, generadores eléctricos y motores. El biogás es una mezcla gaseosa formada por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono (CO 2), junto a pequeñas proporciones de otros gases como sulfuro de hidrógeno (H 2S), hidrógeno (H2) y amoniaco (NH3). El H2S proporciona al biogás un olor a desagüe, por lo que debe eliminarse por reacción química con viruta de fierro; para ello se hace pasar la corriente de biogás por un cartucho lleno de viruta de fierro. Por lo expuesto, la investigación pretendió dar las bases para emplear los residuos como el estiércol de conejo, para producir biogás y minimizar el efecto contaminante de los residuos. VI.

MARCO TEÓRICO a. 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. El biodigestor cuenta con una entrada para el material orgánico, un espacio para su descomposición, una salida con válvula de control para el gas (biogás), y una salida para el material ya procesado (bioabono). Otros nombres: Digestor anaeróbico, reactor anaeróbico, reactor biológico. b. TIPOS DE BIODIGESTORES Hay muchos tipos de plantas del biogás pero los más comunes son el dosel flotante (indio) y el domo fijo (chino). La aceptabilidad pobre de muchos de estos biodigestores ha sido principalmente debida a los costos altos, la dificultad de instalación y problemas en la consecución de las partes y repuestos. A continuación una breve descripción de cada tipo de biodigestor. b.1. Pozos sépticos Es el más antiguo y sencillo digestor anaeróbico que se conoce, utilizado normalmente para la disposición de aguas residuales domésticas. Se cree que de allí deriva el uso potencial de los gases producidos por la fermentación anaeróbica, para el uso doméstico. 6

Para la correcta operación de estos pozos es requisito indispensable aislar las aguas servidas que caen en él, de las que contienen jabón o detergentes. El efecto de los jabones y en especial los detergentes, inhibe la acción metabólica de las bacterias, razón por la que los pozos se colmatan con rapidez y dejan de operar, haciendo necesario destaparlos frecuentemente para recomenzar la operación. b.2. Biodigestor del domo flotante (Indio) Este biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero después reemplazado por fibra de vidrio reforzado en plástico (FRP) para superar el problema de corrosión. Normalmente se construye la pared del reactor y fondo de ladrillo, aunque a veces se usa refuerzo en hormigón. Se entrampa el gas producido bajo una tapa flotante que sube y se cae en una guía central. La presión del gas disponible depende del peso del poseedor de gas por el área de la unidad y normalmente varía entre 4 a 8 cm de presión de agua. El reactor se alimenta semi-continuamente a través de una tubería de entrada.

b.3. biodigestor de domo fijo (Chino) o de Cúpula Fija Son aquellos armados en una sola estructura que por regla general es hecha en materiales rígidos (concreto, bloques o ladrillos). Debido a la alta presión que pueden alcanzar en su interior y a la constante variación de la misma, se recomienda su construcción en forma de domo, bajo tierra en suelos estables y firmes, y la impermeabilización de la parte interna de la estructura a fin de evitar el escape de líquido y gases. Estos factores hacen obligatorio el uso de mano de obra altamente calificada para su diseño y construcción.

Biodigestor de Cúpula Fija o Tipo Chino

7

El modelo de cúpula fija tiene como principal característica que trabaja con presión variable; sus principales desventajas, son que la presión de gas no es constante y que la cúpula debe ser completamente hermética, ello implica cierta complejidad en la construcción y costos adicionales en impermeabilizantes. Sin embargo, este modelo presenta la ventaja de que los materiales de construcción son fáciles de adquirir a nivel local, así como la inexistencia de partes metálicas que pueden oxidarse y una larga vida útil si se le da mantenimiento, además de ser una construcción subterránea. b.4. Biodigestor de estructura flexible La inversión alta que exigía construir el biodigestor de estructura fija resultaba una limitante para el bajo ingreso de los pequeños granjeros. Esto motivó a ingenieros en la Provincia de Taiwán en los años sesenta (FAO, 1992) a hacer biodigestores de materiales flexibles más baratos. Inicialmente se usaron nylon y neopreno pero ellos demostraron ser relativamente costoso. Un desarrollo mayor en los años setenta era combinar PVC con el residuo de las refinerías de aluminio producto llamado "el barro rojo PVC." Esto fue reemplazado después por polietileno menos costoso que es ahora el material más comúnmente usado en América Latina, Asia y África. Desde 1986, el Centro para la Investigación en Sistemas Sustentables de Producción Agrícola (CIPAV), ha estado recomendando biodigestores de plástico económico como la tecnología apropiada por hacer mejor uso de excrementos del ganado, reduciendo la presión así en otros recursos naturales. En este digestor el gas se acumula en la parte superior de la bolsa, parcialmente llena con Biomasa en fermentación; la bolsa se va inflando lentamente con una presión de operación baja, pues no se puede exceder la presión de trabajo de la misma. b.5. Digestor flotante Un rasgo innovador de usar polietileno tubular es que los biodigestores pueden localizarse para flotar en cualquier superficie de agua, con la mitad sumergida, su boca se localizada sobre el nivel de agua más alto, mientras la toma de corriente debe ajustarse a un objeto flotante, como un coco seco o un recipiente de plástico. En Viet Nam más de 5% de los biodigestores flotantes se ubican en estanques que facilitan su instalación, generalmente donde el espacio de las granjas es limitado.

8

b.6. Digestor con tanque de almacenamiento tradicional y cúpula de polietileno. Otro tipo de planta de producción de biogás que ha logrado disminuir los costos hasta 30 % con respecto a los prototipos tradicionales, es la que se caracteriza por tener una estructura semiesférica de polietileno de película delgada en sustitución de la campana móvil y la cúpula fija, y un tanque de almacenamiento de piedra y ladrillo como los empleados en los prototipos tradicionales. Este tipo de instalación posee a su favor que resulta más económica que los sistemas tradicionales; por ejemplo, una instalación de 4 m3 puede costar, aproximadamente, $550 USD, y la estructura de polietileno flexible puede llegar a alcanzar hasta diez años de vida útil.

b.7. Digestores de alta velocidad o flujo inducido Estos son los utilizados comúnmente en instalaciones industriales o semiindustriales. Generalmente trabajan a presión constante, por lo que se podrían catalogar como Digestores Tipo Hindú Modificado. Se les conoce de ordinario como CSTD (Conventional Stirred Digestor). Se diferencian de los digestores convencionales en que se les ha agregado algún tipo de agitación mecánica, continua o intermitente, que permite al material aún no digerido, entrar en contacto con las bacterias activas y así obtener buena digestión de la materia orgánica, con tiempos de retención hidráulica relativamente cortos, de hasta 15 días. Este es un concepto nuevo dentro de la tecnología de fermentación anaeróbica, combina las ventajas de varios tipos de digestores en una sola unidad, facilitando el manejo y procesamiento de material biodegradable de diverso origen y calidad. Generalmente los desechos de origen animal, excrementos de cualquier clase, son procesados en digestores convencionales de tipo continuo, que periódicamente reciben carga y entregan por desalojo efluente ya digerido. El tiempo de operación continua de estos equipos es bastante largo y requiere un mínimo de atención al momento de cargarlos, como es el evitar introducir elementos extraños tales como arena, piedra, metal, plásticos o cualquier otro tipo de material lento o imposible de digerir. c. PRINCIPIOS DE LA FERMENTACIÓN ANAERÓBICA La fermentación anaeróbica de la materia orgánica es un proceso complejo, realizado por microorganismos existentes en la naturaleza desde hace unos 3.400 millones de años, cuando la atmósfera todavía no tenía oxígeno y 9

estaba compuesta por nitrógeno, dióxido de carbono, argón y vapor de agua. La materia orgánica constituye el substrato de estos microorganismos. En la naturaleza, la fermentación anaeróbica puede tener lugar de un modo natural y espontáneo, produciendo, por ejemplo, el gas de pantanos, el gas natural de yacimientos subterráneos o incluso el gas metabólico producido en el estómago de los rumiantes. d. ETAPA DE HIDRÓLISIS La hidrólisis es el primer paso necesario para la degradación de la materia orgánica compleja. En esta etapa, las bacterias hidrolíticas actúan sobre las macromoléculas orgánicas despolimerizándolas enzimáticamente en los correspondientes monómeros o fragmentos más sencillos. Así, los lípidos son degradados por enzimas hidrolíticas (lipasas) a ácidos grasos de cadena larga y glicerina. Las proteínas son hidrolizadas por proteasas, péptidos y aminoácidos, y los polisacáridos son convertidos en monosacáridos. e. ETAPA ACIDOGÉNICA Los compuestos solubles obtenidos en la etapa anterior son transformados por las bacterias acidogénicas en ácidos grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles), alcoholes, amoníaco, hidrógeno y dióxido de carbono. Los ácidos grasos volátiles son principalmente ácido acético, propiónico, butírico y valérico. En esta etapa se debe controlar la cantidad de hidrógeno, porque el metabolismo de las bacterias acidogénicas depende de él. f. ETAPA ACETOGÉNICA Mientras que algunos productos de la fermentación (hidrógeno y ácido acético) pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos, los productos intermedios (ácido propiónico, butírico, etc.) necesitan ser transformados en productos más sencillos, a través de las bacterias acetogénicas. g. PARÁMETROS QUE AFECTAN AL PROCESO Los factores físicos y químicos que condicionan este proceso son varios. Entre los más importantes caben destacar los siguientes: nutrientes, temperatura, pH, contenido en sólidos, tiempo de residencia, presencia de compuestos inhibidores del proceso y agitación. h. NUTRIENTES Para el desarrollo del proceso se necesita, además de una fuente de carbono y energía, la presencia de una serie de nutrientes minerales (nitrógeno, 10

azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, etc.). En el medio a digerir debe haber una relación adecuada entre nutrientes para el desarrollo de la flora bacteriana. La relación C/N debe estar comprendida entre 15/1 y 45/1, ya que valores inferiores disminuyen la velocidad de reacción. Para el fósforo la relación óptima es 150/1. Normalmente, los residuos orgánicos y los fangos de depuración de aguas residuales presentan nutrientes en las proporciones adecuadas. Sin embargo, en la digestión de ciertos residuos industriales puede ser necesario la adición de dichos elementos o bien un post-tratamiento aeróbico. i. TEMPERATURA La digestión anaeróbica se puede llevar a cabo en un amplio intervalo de temperaturas, pero dependiendo del tipo de bacterias que se utilicen se pueden diferenciar tres intervalos diferentes (Tabla 1). En general, el intervalo mesofílico es el más utilizado, pese a que en el termofílico es donde se tiene la mayor producción de biogás. Esto es debido a la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas, lo que conlleva a un mayor control del sistema y, por tanto, a una actividad más costosa. Por otro lado, en este intervalo de temperatura el mantenimiento del sistema consume más energía que la que puede proporcionar el gas resultante. TABLA: 2 Intervalos de temperaturas en el que trabajan las bacterias anaeróbicas Bacterias Rango

temperaturas

Psicrofílicas

Menos de 20ºC

Sensibilida d ±2ºC/hora

Mesofílicas

Entre 20ºC y 40ºC

±1ºC/hora

Termofílicas

Más de 40ºC

±0,5ºC/hora

j. pH Es uno de los parámetros de control más habituales debido a que en cada fase del proceso los microorganismos presentan máxima actividad en un intervalo de pH diferente. Así, el intervalo de pH óptimo de los microorganismos hidrolíticos es entre 7,2 y 7,5, para los acetogénicos entre 7 y 7.2 y para los metanogénicos entre 6.5 y 7.5. k. VENTAJAS DE LOS BIODIGESTORES 1. Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la leña para cocinar. 11

2. Humaniza el trabajo de los campesinos, que antes debían buscar la leña en lugares cada vez más lejanos. 3. Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción de energía eléctrica, transporte automotor y otros). 4. Produce biofertilizante rico en nitrógeno, fósforo y potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos, que son más caros y dañan el medio ambiente. 5. Elimina los desechos orgánicos, por ejemplo, la excreta animal, contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre y los animales. La utilización de los biodigestores además de permitir la producción de biogas ofrece enormes ventajas para la transformación de desechos: 

Mejora la capacidad fertilizante del estiércol. Todos los nutrientes tales como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio así como los elementos menores son conservados en el efluente. En el caso del nitrógeno, buena parte del mismo, presente en el estiércol en forma de macromoléculas es convertido a formas más simples como amonio (NH4+), las cuales pueden ser aprovechadas directamente por la planta. Debe notarse que en los casos en que el estiércol es secado al medio ambiente, se pierde alrededor de un 50% del nitrógeno.



El efluente es mucho menos oloroso que el afluente.



Control de patógenos. Aunque el nivel de destrucción de patógenos variará de acuerdo a factores como temperatura y tiempo de retención, se ha demostrado experimentalmente que alrededor del 85% de los patógenos no sobreviven el proceso de biodigestión. En condiciones de laboratorio, con temperaturas de 35 °C los coliformes fecales fueron reducidos en 50 – 70% y los hongos en 95% en 24 horas. l. BALANCE DE LA MATERIA El objetivo de hacer un balance de materia es llegar a conocer los caudales y composiciones de las distintas corrientes de entrada y salida de un sistema y las cantidades totales y composiciones que están en el interior del mismo en un momento dado. Las ecuaciones correspondientes al balance de materia constituyen una de las herramientas matemáticas más útiles de la ingeniería química. De 12

hecho, su utilización resulta casi imprescindible para el estudio de cualquier proceso u operación unitaria, y existen un gran número de problemas que pueden resolverse mediante su conveniente explicación. Los balances de materia son de hecho, una generalización de la ley de la conservación de la materia a sistemas abiertos, esto es, sistemas con posibles entradas y/o posibles salidas de materia al exterior. Su utilidad en el campo industrial es muy amplia, y en general su complejidad matemática es escasa. En forma más general, el balance de materia se puede representar por medio de la siguiente ecuación: ENTRADAmal  SALIDA

mal

 PRODUCCIÓN mat  ACUMULACIÓN mat

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Q  U  W

o

Q  dU  W

Q  Q

: Representa la energía térmica que absorbe el sistema.

U  dU

: Es el cambio, de la energía interna del sistema.

W  W

: Es el trabajo externo efectuado por el sistema.

Pero el cuerpo no efectúa trabajo, W = 0. Q  dU

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA La segunda ley de la termodinámica es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor, y a la eficiencia posible en los motores térmicos. De este modo, va más allá de las limitaciones impuestas por la primera ley de la termodinámica. Sus implicaciones se pueden visualizar en términos de la analogía con la cascada VII.

HIPOTESIS El efecto de la masa será directamente proporcional a la obtención de biogás por la biodegradación anaerobia de estiércol de vacuno en un biodigestor cúpula fija o tipo chino a nivel laboratorio. 7.1.

VARIABLE DEPENDIENTE

Obtención de biogás 7.2

VARIABLE INDEPENDIENTE

La masa 13

VIII.

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL EQUIPOS Y MATERIALES Materiales:        

Vasos precipitados, Frasco para la muestra, Embudos, Espátula, Termómetro, Botella de plástico Pegamento otros

Equipos: 

balanza



biodigestor anaerobia

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL    

Tarar la balanza. Pesara un vaso seco y limpio en la balanza y anotar Homogenizar el estiércol de conejo. Pesara es estiércol de conejo tarado 1kg. Y 2kg. Y traspásele

en

un

envase

descartable

lavado

respectivamente con su duplicado.  Dejar reposar un instante el estiércol de conejo en el envase respectivo.  Realizar instalaciones respectivos  Adecuar para determinar su volumen de biogás  Rotular su respectivo masa respectivamente cada envase  Dejar reposar para la biodegradación anaerobia .

14

CUADRO PARA LOS DATOS EXPERIMENTALES Y SUS RESULTADOS TABLA. 1

MUESTRIO MASA(Kg) VOLUMEN(L) PRESION(mmHg) TIEMPO (DIAS) 1 1.5 0.50 520 20 1 1.5 0.50 520 20 2 3 1 520 20 2 3 1 520 20 Elaboración propia

MUESTRIO

UNIDAD DE ANÁLISIS.- el bioreactor a las condiciones siguientes:  Presión de operación: del ambiente  Composición: es de 100% estiércol de vacuno de vacuno  Variables: masa  Temperatura de operación: del ambiente  Masa: 1.5 kg y 3kg con su respectivo duplicado.

DCA Plan experimental

Masa MASA

MASA 2

1

2x 2

Duplicado

V: Agua (vapor) BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA:

I : Insumos :

BIOREACTOR 15

P:

Productos (pan)

1 1 2 2

CHICAS AQUÍ FALTA COPIAR EL BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAAA

IX.

CONCLUSIONES



La masa es directamente proporcional a la obtención de biogás.



Se concluye con este trabajo que el metano (CH4) es en su oxidación, la sustancia combustible que menos CO2 genera, esto es muy útil, ya que el CO2 es el gas responsable del calentamiento global, por lo tanto el metano (CH4) gas que se produjo en este trabajo es una excelente alternativa en la lucha contra este problema ambiental.



Es por esta razón que el metano es considerado un biogás, porque reduce la cantidad de CO2 expulsado a la atmosfera, que es el gas de efecto invernadero más abundante en la atmosfera y que ayuda a que se generen los cambios que están padeciendo todos los ecosistemas.



El biogás y el biodigestor constituyen una alternativa que está siendo bien recibida para cocinar en el medio rural doméstico y está siendo adoptada.

X.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Año: 2015 16

TRIMESTRE

Recolección de información Coordinación para muestreo Acondicionamiento de la parte

I

1 2 3 X X X X

experimental Metodología del Muestreo Muestreo de residuos orgánicos Preparación de bioreactor Resultados de la simulación Análisis de los resultados

II III IV (informe final)

XI.

Actividad

4

SEMANAS 5 6 7 8

9 10 11 12

X X

X X

X X X

X

Elaboración del informe final

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 1. ADANI, F.; CALCATERRA, E Y MALAGUTTI, L (2001) “preparation of a test for estimating biogas production from pretreated urban waste”. 2. AL-YOUSFI, B.A. Y POHLAND,F.G. (1998) “strategias for simulation, desing and management of solit wastes disposal sites as landfills bioreactors” practice periodical of hazardous, toxic and radioactive waste management, 2(1), pp.13-21. 3. ANDREWS J.F. Y GRAEF S.P., “DYNAMIC MODELLING AND SIMULATION OF THE ANAEROBIC DIGESTION PROCESS”, advances in chemistry series 105,American chemical society. NY , EE.UU.,1971. 4. BARLAZ, M.A ;ELEAZER, W.E.; ODLE, W.S.;QIAN, X. Y WANG, Y.S. (1997) “biodegradative analysis of municipal solid waste in laboratory- scale landfills”.epa/600/sr-97/071,environmental protection agency, ee.uu. 5. GONG, H.B.A.D., KOOPMANS, W.F., KNIFF, A.V.D. (1993). “Conversietechnieken loor GTF-afval; Ontwikkelingen in 1992”. Ed. Haskoning, Novem and RIVM, The Netherlands. Krich, K., Augenstein, D., Batmale, JP., Benemann, J., Rutledge, B., Salour, D. (2005). “A Sourcebook for the production and use of renewable natural gas in California”. California Institute for Energy and Enviroment. 282 p. 6. MARTÍN GONZÁLEZ, S. (1997). “Producción y recuperación del biogás en vertederos controlados de residuos sólidos urbanos: 17

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Gas turbina Biomass and

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