VasquezGarcia R - ZavalaRuiz M
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
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ESCUELA DE INGENIERIA AMBIENTAL
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FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DEL ESPÁRRAGO VERDE EN BIOCELDAS GALVÁNICAS PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA
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TRABAJO DE INVESTIGACION PARA OPTAR EL TITULO DE:
de
INGENIERO AMBIENTAL
AUTOR(ES):
ca
Br. VASQUEZ GARCIA RUTH JULYSSA
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Br. ZAVALA RUIZ MILAGROS MARILU
ASESOR: Dr. CROSWEL AGUILAR QUIROZ
TRUJILLO-PERU -2017-
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
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en
ESCUELA DE INGENIERIA AMBIENTAL
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FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DEL ESPÁRRAGO VERDE EN BIOCELDAS GALVÁNICAS PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA
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TRABAJO DE INVESTIGACION PARA OPTAR EL TITULO DE:
de
INGENIERO AMBIENTAL
AUTOR(ES):
ca
Br. VASQUEZ GARCIA RUTH JULYSSA
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Br. ZAVALA RUIZ MILAGROS MARILU
ASESOR: Dr. CROSWEL AGUILAR QUIROZ
TRUJILLO-PERU -2017-
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PRESENTACION
De conformidad con los requisitos del Reglamento para el otorgamiento del grado de Bachiller y Título Profesional de Ingeniero Ambiental, de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Trujillo, nos es honroso presentar a consideración de vuestro elevado criterio el presente trabajo titulado:
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“INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DEL ESPARRAGO VERDE EN BIOCELDAS GALVÁNICAS PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA” que
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dictamen nos es favorable.
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sustentaremos como tesis para obtener el Título de Ingeniero Ambiental, si vuestro
Trujillo, 17 de abril del 2017
I Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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DEDICATORIA
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A Papito Dios, no me cansare de agradecerte por este corazón de fe y lleno de fuerzas que me diste desde que nací, las cuales me hacen creer que puedo lograr todas mis metas y sueños.
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A mis padres Elmer Vásquez y Marcela García porque nunca me dejaron sola, me inculcaron el amor y temor de DIOS, siempre han creído en Mí, porque me enseñaron a ser una mujer honesta y trabajadora… Los AMO PAPITOS.
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A mi Tía Gladys Jesús Montoya, fuiste como una madre para mí, cómplice en cada uno de mis sueños, desde que te fuiste mi vida nunca más volvió a ser la misma.
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A mis hermanos Paul, Marcia, Manuel y Cristinita, por ustedes, que son mi motivo de lucha cada día, demostrarles con el ejemplo que si se puede, que somos jóvenes MUY VALIOSOS capaces de cambiar nuestra realidad.
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A mi Mama Esthercita, pieza fundamental en la familia, sin tus oraciones ni tu rectitud ninguno de tus nietos hubiéramos logrado todo lo que somos ahora.
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Al Dr. Croswel Aguilar por haberme guiado en esta investigación, no solo por sus enseñanzas estudiantiles, porque más de; eso es una gran persona, la cual nos escucha y entiende como un gran amigo, asimismo al Técnico Jorge Alcántara por su apoyo todos los días en el desarrollo experimental del presente trabajo, gracias por su rectitud pero también por su actitud tan alegre que lo caracteriza.
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A toda mi familia y a todas esas personas que contribuyeron a poder culminar mis estudios con éxito, les agradezco con todo mi corazón.
Julyssa Vásquez García
II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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DEDICATORIA
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A Dios el creador de todas las cosas
él que me dió fortaleza para continuar
en
cuando a punto de caer he estado. A mis padres que me brindan
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su apoyo incondicional en cada etapa de mi vida,.
A mis hermanas que siempre
estuvierón conmigo en las buenas y malas.
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Al Ingeniero Croswel Aguilar por permitirme ser su tesista
Al Técnico Jorge Alcántara por ayudarme en mis ensayos.
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y ser mi guía en la realización de mi tesis.
Jhonny Guevara que siempre
A mi familia en general por haberme brindado su apoyo incondicional en todo momento.
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me brindó su apoyo y amor incondicional.
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A mi amiga Julyssa por ser uno de los motores que impulso la culminación de la tesis.
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¡A todos ustedes muchas gracias!
Milagros Zavala Ruiz
III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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AGRADECIMIENTOS
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Queremos expresar nuestro profundo y verdadero agradecimiento al grupo de investigación del laboratorio de catálisis y Adsorbentes de la Universidad Nacional de
imposible la realización de este trabajo de investigación.
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Trujillo por habernos siempre apoyado en nuestro trabajo ya que sin ellos hubiera sido
En especial a nuestro Asesor el Dr. Croswel Aguilar que supo guiarnos con sus conocimientos, experiencias y consejos, al técnico del laboratorio de Catálisis, El Sr. Jorge Alcántara Castillo por su apoyo, y a nuestra amiga la Ingeniera Ambiental
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Maricarmen Rodríguez que nos brindó la primera ayuda practica en el proceso, y a todos nuestros compañeros por sus sugerencias brindadas.
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Agradecemos a todos los docentes de la Facultad de Ingeniería Química, por habernos
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transmitido su conocimiento durante estos cinco años y habernos recibido y albergado en
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esta fascinante aventura universitaria llena de mucha adrenalina.
IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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INDICE DE CONTENIDOS
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PRESENTACION .......................................................................................................................... i
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DEDICATORIA ........................................................................................................................... ii
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DEDICATORIA .......................................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................iv
INDICE DE CONTENIDOS ........................................................................................................ v
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INDICE DE TABLAS .................................................................................................................vii INDICE DE FIGURAS ............................................................................................................... viii RESUMEN.................................................................................................................................... x ABSTRACT ..................................................................................................................................xi CAPITULO I. ................................................................................................................................ 1
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INTRODUCCION. ................................................................................................................... 1 CAPITULO II ............................................................................................................................. 15
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MATERIALES Y METODOS. .............................................................................................. 15 2.1. Equipos, materiales y reactivos. ................................................................................... 15
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2.1.1. Equipos. ................................................................................................................. 15 2.1.2. Materiales. ............................................................................................................. 15
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2.1.3. Reactivos. .............................................................................................................. 15 2.2. Unidades construidas................................................................................................ 16 2.2.1. Celdas galvánicas .................................................................................................. 16
de
2.2.2. Electrodos .............................................................................................................. 17 2.3. Procedimiento........................................................................................................... 18 2.3.1. Procedimiento para ensayos en semicelda ............................................................ 18
ca
2.3.2. Procedimiento para la medición de voltaje ........................................................... 18 CAPITULO III ............................................................................................................................ 19
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RESULTADOS Y DISCUSION ............................................................................................. 19
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3.1. Influencia del tiempo en la oxidación del esparrago verde para la generación de energía eléctrica................................................................................................................... 19 3.2.
Influencia del tamaño de partícula del espárrago verde. ......................................... 29
3.3.
Influencia de la concentración de espárrago. .......................................................... 31
3.4.
Influencia de la concentración del catalizador ........................................................ 33
3.5.
Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno ...................................... 36
3.6.
Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno. .................... 41
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CAPITULO IV ............................................................................................................................ 46
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CONCLUSIONES .................................................................................................................. 46 CAPITULO V ............................................................................................................................. 47
en
RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 47 CAPITULO VI ............................................................................................................................ 48
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................... 48
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ANEXOS..................................................................................................................................... 53
VI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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INDICE DE TABLAS
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Tabla N° 1: Composición química de los espárragos contenidos por cada 100gr Especificaciones Técnicas / 1Kg……………………………………………… pág. Nº 20
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Tabla N° 2: Análisis proximal del espárrago verde fresco……………………. pág. Nº 21
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Tabla N° 3: Tabla de resultados de la Influencia del tiempo en la oxidación del espárrago verde para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml) para la generación de energía en bioceldas......... pág. Nº 54
Tabla N° 4: Tabla de resultados del tamaño de partícula: Extracto o rayado de espárrago verde para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas………………………………………………………………………..pág. Nº 55
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Tabla N° 5: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del espárrago verde para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml) para la generación de energía en bioceldas……………..pág. Nº 56
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Tabla N° 6: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del catalizador para una concentración constante de espárrago verde (0.5gr), agua destilada (75ml) y peróxido de hidrogeno (2ml), para la generación de energía en bioceldas……………….pág. Nº 58
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Tabla N° 7: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno para una concentración constante de espárrago (0.5gr), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas……………………………….……pág. Nº 59
de
Tabla N° 8: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno para una concentración constante de espárrago (5gr), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas………………..……………………pág. Nº 60
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Tabla N° 9: Tabla de resultados de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas………………………………………………………………………..pág. Nº 61
VII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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INDICE DE FIGURAS
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Figura N° 1: Esquema de media celda de biocombustible. El combustible es oxidado a un componente biológico (enzima u organismo), y los electrones se transfieren a un mediador, que se difunde o se asocia con el electrodo………………...………. pág. Nº 03
en
Figura N° 2: Esquema de una biocelda simple………...…………………..…. pág. Nº 04 Figura N° 3: Estructura química de los tipos de hidratos de carbono……..….. pág. Nº 12
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Figura N° 4: Sistema de Celdas galvánicas………………………………….. pág. Nº 17
Figura N° 5: Conexión de electrodos a las celdas galvánicas…………..….…. pág. Nº 18 Figura N° 6: Estructura molecular de la Rafinosa…………...………………. pág. Nº 22
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Figura N° 7: Formas anoméricas de los carbohidratos en α y β Piranosa (en el 4C1 de conformación silla) para D-glucosa y D-galactosa, and α y β Piranosa y Furanosa, para D-fructuosa……………………………………………………………...……. pág. Nº 23 Figura N° 8: Productos de la oxidación de la glucosa………………………. pág. Nº 24
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Figura N° 9: Influencia del tiempo en la oxidación del espárrago para la generación de
en
energía eléctrica (0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)…………………………………………………………………………. pág. Nº 28
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Figura N° 10: Influencia del tamaño de partícula del espárrago en la generación de energía eléctrica (0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)………………………………………………………………………......pág. Nº 30
de
Figura N° 11: Influencia de la concentración de espárrago en la generación de energía eléctrica (0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)………. pág. Nº 32 Figura N° 12: Influencia de la concentración del catalizador en la generación de energía eléctrica (0.5gr de espárrago verde, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)…... pág. Nº 35
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Figura N° 13: Determinación de la influencia de la concentración de peróxido de hidrogeno (0.5gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada)…………………………………………………………………....….pág. Nº 37 Figura N° 14: Influencia de la concentración de peróxido de hidrogeno en la generación de energía eléctrica (5 gr de esparrago verde, 0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada)……………………………………………………………………….pág. Nº 39
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Figura N° 15: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno (0.5 gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada)…………………...…………………………...……………………... pág. Nº 42 Figura N° 16: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno (1 gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada)…………………………………………………………………...... pág. Nº 43 VIII
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Figura N° 17: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno (2gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada)………………………………………..……………………………... pág. Nº 44
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Figura N° 18: Sistema de Bioceldas de espárrago verde………..…………..... pág. Nº 64
IX Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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RESUMEN
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En el presente trabajo se estudia la influencia de la concentración de espárrago, ácido
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tungsteno fosfórico y peróxido de hidrogeno en la generación de energía eléctrica a partir
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de residuos de espárrago verde utilizando bioceldas electroquímicas. El voltaje producido
se mide en milivoltios con multitester digital. Los resultados muestran que al incrementar
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la concentración de espárrago, la energía eléctrica producida aumenta exponencialmente
en las primeras horas (250mV) y posteriormente disminuye progresivamente en el tiempo (97mV). El ácido tungsteno fosfórico acelera la reacción incrementando la energía producida en más del 600%. El incremento de la adición del peróxido de hidrogeno no es muy significativa en la producción de energía hasta las 500 horas de reacción, después de
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las 600 h se observan diferencias. Se demuestra que es posible generar energía eléctrica en forma directa por degradación de residuos de espárrago a partir de las reacciones de
en
ie
oxidación-reducción en bioceldas.
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PALABRAS CLAVES: Espárrago, Hidratos de carbono, Acido Tungsteno fosfórico, bioceldas.
X Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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ABSTRACT In this research work, it analyzes the influence of asparagus concentration, variation of
en
tungsten phosphoric acid and hydrogen peroxide, in the generation of electric energy from
green asparagus residues using electrochemical biocellers. The voltage produced is
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measured in millivolts with a digital multitester. The results show that if the concentration
of asparagus is increasing, the electrical energy produced increases exponentially in the first few hours (250mV) and later decreases progressively in time (97mV). The tungsten phosphoric acid accelerates the reaction increasing the energy produced by more than 600%. The increase in the addition of hydrogen peroxide is not very significant in the
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production of energy up to 500 hours of reaction, after 600 hours the differences are observed. It proves that it is possible to generate directly electrical energy by degradation
en
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of asparagus residues from the oxidation-reduction reactions in biocells.
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KEYWORDS: Asparagus, Carbohydrates, Tungsten Phosphoric Acid, Bio
XI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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CAPITULO I.
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INTRODUCCION.
en
Los combustibles fósiles producen aproximadamente el 70% de la electricidad del
mundo. (Noailly & Smeets, 2015) utilizándose hidrocarburos: gas, petróleo y
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carbón de piedra siendo una fuente indispensable de energía y producción eléctrica. (León & Núñez, 2010).
Los países en desarrollo producen entre el 70% y el 95% de su electricidad a través de la combustión de carbón solamente. (Noailly & Smeets, 2015) Por lo que se hace necesario un cambio en la matriz energetica que requerimos para suplir
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nuestras necesidades. Las investigaciones estan aportando a impulsar nuevas ideas para el futuro abastecimiento energetico, conservando el equilibrio ecológico (León
ie
& Núñez, 2010).
en
Las energías renovables, como solar, eólica y los combustibles renovables, pueden proporcionar una alternativa limpia para la producción de electricidad. Sin
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embargo, a pesar de los recientes acontecimientos, la energía renovable representa sólo el 18% de la electricidad del mundo. Acelerar la innovación tecnológica en tecnologías renovables puede contribuir a la reducción del costo de las energías
de
renovables para que puedan competir en igualdad de condiciones con las fuentes de energía convencionales (Noailly & Smeets, 2015).
ca
Las fuentes primarias de energía son los combustibles fósiles, petróleo, gas natural, carbón, energía solar, eólica, hidroeléctrica, mareomotriz, geotérmica. La energía
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eléctrica que se obtiene a partir de las energías primarias son llamadas fuentes de energía secundarias. Las principales fuentes de energías primarias son:
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Carbón: combustible fósil abundante, con alrededor de 909 mil millones de toneladas de reservas. El carbón es el combustible fósil de más rápido crecimiento para satisfacer la demanda de energía de la comunidad global. Sin embargo, es la fuente de energía que más contamina (World Energy, 2004).
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Gas natural: Se ha convertido en una de las principales fuentes de generación de energía eléctrica utilizando turbinas de vapor o de gas, debido a su mayor eficiencia.
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El gas natural produce menos contaminantes por unidad de energía generada; así
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tenemos que produce 30% menos de dióxido de carbono que el petróleo y 45%
en
menos que el carbón (Natural Gas, 2014).
Energía hidroeléctrica: Es una solución que tiene sus detractores por los impactos
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ambientales negativos que ocasiona. Su vida útil es limitada, por la erosión del suelo y acumulación de sólidos en las represas de agua. La tendencia a construir grandes centrales hidroeléctricas actualmente está dirigida a casos estrictamente necesarios y de interés de algunos países. Las hidroeléctricas no generan emisiones porque no
queman combustibles, por lo tanto, es una fuente de energía renovable. (EIRET,
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2005)
Energía Nuclear: En el 2006, 16% de la producción total de energía eléctrica del
ie
mundo fue suministrada por la energía nuclear. Sin embargo, por políticas
en
ambientales y de seguridad, se han limitado su crecimiento, sobre todo los problemas de los residuos nucleares no se han resuelto hasta la fecha. Los residuos
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de uranio se estiman en 2.500 ZJ (Global Uranium, 2006) Energía solar: La Tierra recibe alrededor de 120.000 TW/año de radiación solar. Actualmente la capacidad instalada total alcanza los 8,7 GW, y las instalaciones
de
fotovoltaicas siguen incrementándose. El alto costo de fabricación de las celdas solares, y las condiciones climáticas, de almacenamiento, y los problemas de conexión a red son los principales obstáculos en la transformación de la energía
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solar a energía eléctrica u otro tipo. (World Energy Reserves, 2008)
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Biomasa: La energía de la biomasa proviene del proceso de fotosíntesis, que aprovechan las plantas por el cual las células toman dióxido de carbono (CO2) del aire y lo transforman en sustancias orgánicas. En estos procesos la energía solar se
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transforma en energía química, la que es acumulada en forma de diferentes compuestos orgánicos (polisacáridos, grasas, etc.). (Energía Biomasa, 2008) Cabe destacar que, desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro por
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el ciclo que se genera. En efecto, el CO2 generado en la combustión de la biomasa es reabsorbido mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias
l
para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la
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atmósfera. (Energía Biomasa, 2008)
en
Una opción materia de investigación, es el uso de las bioceldas capaces de transformar directamente la energía química por descomposición de la biomasa en
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energía eléctrica por medio de reacciones electroquímicas y bioquímicas. (Bullen et al., 2006)
En una biocelda, se producen reacciones de oxidación en el ánodo y reacciones de reducción en el cátodo. La oxidación libera electrones, que viajan hacia el cátodo a través del circuito externo realizando trabajo de electricidad. El circuito se completa
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por el movimiento de una carga de compensación a través del electrolito a menudo
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en
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en la forma de iones positivos como muestra la figura 1.
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Figura Nº 01: Esquema de media celda de biocombustible. El combustible es oxidado a un componente biológico (enzima u organismo), y los electrones se transfieren a un mediador, que se difunde o se asocia con el electrodo (Bullen R. 2006).
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Frank. et al. (2007) Propone una clasificación en las bioceldas de combustible: 1. Celdas que utilizan combustible primario (desechos orgánicos) y generan
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hidrógeno, que luego se utiliza como combustible secundario en una celda de combustible de hidrógeno/oxígeno. No son "verdaderas" celdas de
en
combustible biológico, sino que representan una combinación de un biorreactor y una celda de combustible. Uno de los principales atractivos de
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esta clase de celdas es que no sólo pueden generar energía eléctrica, también consumen una amplia gama de residuos orgánicos (hojas de maíz, suero o residuos nocivos como las aguas residuales). Puesto que no hay generación directa del poder por medios biológicos
2. Celdas que combinan el uso de sistemas fotoquímicamente activos, residuos
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orgánicos para convertir la luz solar en energía eléctrica. 3. Las celdas que generan electricidad directamente a partir de un compuesto
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orgánico como la glucosa, u otros residuos orgánicos utilizando enzimas o microorganismos para convertir la energía química contenida en las
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moléculas en energía eléctrica. Un diagrama típico de biocelda típica se
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muestra en la Figura 2.
Figura Nº 02: Esquema de una biocelda simple. (Frank D. 2007)
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Los electrodos que se utilizan en las bioceldas deben ser conductores químicamente estables al medio de reacción. En este sentido, metales como el
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platino y acero inoxidable se han utilizado sin ningún tipo de problemas, pero otros
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como el cobre no se recomiendan en bioceldas microbianas. El material más
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versátil es el carbón como electrodo y se puede utilizar en diferentes formas,
debe tener una elevada área superficial y porosidad para evitar obstrucciones
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(Cañizares et al., 2013).
Palmore et al. (1999) Concluyen que cualquier tipo de dispositivo electroquímico requiere tanto de un combustible y un catalizador, pudiendo ser:
a) Dispositivos inorgánicos, utilizan químicos inorgánicos y por lo general emplean metales como catalizadores. Por ejemplo, la celda de
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combustible H2/O2 con catalizador Pt:
ie
Pt/ánodo
en
𝐻2 → 2𝐻 + + 4𝑒 − 1
𝑂2 + 2𝐻 + + 4𝑒 − → 𝐻2 𝑂
Pt/cátodo
In g
2
b) Dispositivos alimentados orgánicamente operan usando productos químicos complejos como combustibles, pero todavía dependen de
de
catalizadores inorgánicos para lograr las reacciones. Por ejemplo, celda de combustible directa de metanol (DMFC) (E0cell = 1.20V).
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𝐶𝐻3 𝑂𝐻 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶𝑂2 + 6𝐻 + + 6𝑒 −
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c) Catalizados
3 𝑂 + 6𝐻 + + 6𝑒 − → 3𝐻2 𝑂 2 2 Biológicamente,
utilizan
Ánodo inorgánico Cátodo inorgánico
microorganismos
como
catalizadores para lograr reacciones rédox, puedes tomar cualquier ruta ya sea mediante enzimas purificadas (o enzimas derivadas) para catalizar reacciones específicas o a través del uso de microorganismos. Ejemplo: Oxidación de Metanol a NAD (secuencia mediada)
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Alcohol deshidrogenasa
𝐶𝐻2 𝑂 + 𝐻2 𝑂 + 2𝑁𝐴𝐷+ → 𝐻𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻
Aldehído deshidrogenasa
𝐻𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝑁𝐴𝐷+ → 𝐻2 𝑂 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻
Formate deshidrogenasa
3𝑁𝐴𝐷𝐻 + 6 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟𝑟𝑒𝑑 → 3𝑁𝐴𝐷 + + 6 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟𝑜𝑥
Diaphorase
en
6 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟𝑜𝑥 → 6 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟𝑟𝑒𝑑 + 6𝑒 −
ta
l
𝐶𝐻3 𝑂𝐻 + 2𝑁𝐴𝐷+ → 𝐶𝐻2 𝑂 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻
Am bi
Ánodo
Si bien las bioceldas enzimáticas son una buena alternativa, sus desventajas son: tiempo de vida corto y baja densidad de potencia, estabilidad de la enzima, y transferencia de electrones. Recientes avances en nanobiocatálisis abre la
ría
posibilidad de superar estos problemas. (Kim et al., 2006)
Sabina et al. (2006) Utilizan una biocelda enzimática, que emplea deshidrogenasa para oxidar etanol en el ánodo y reducir el oxígeno de la bilirrubina oxidasa en el
ie
cátodo. Esta celda de biocombustible etanol/oxígeno tiene una vida activa
en
aproximada de 30 días, obteniendo una densidad de potencia máxima de 0,46 mW/cm2.
In g
Yan et al. (2007) Describen una biocelda a base de nanotubos de carbono con pared múltiple glucosa/O2. Glucosa oxidasa y lactasa como biocatalizadores anódicos y catódicos, respectivamente. La biocelda tiene 0,45 V de potencial de circuito
de
abierto y 34 A/cm2 de densidad de corriente. Usa un tampón de fosfato (pH 6,0) y una membrana de Nafion-117. Se obtiene una densidad de potencia máxima de 3,2
ca
W/cm2.
Los catalizadores ácidos como el HF o H2SO4se utilizan a menudo en procesos
lio te
industriales, y se utilizan en procesos de alquilación, esterificación y reacciones de hidrólisis. Sin embargo, estos catalizadores ácidos son tóxicos, corrosivos y difíciles de eliminar del medio de reacción. Así, el reto es reemplazarlos por
Bi b
catalizadores sólidos como zeolitas, alúmina o resinas, que son más fáciles de separar de los productos y son menos tóxicos (Kim et al., 2006) Los catalizadores basados en heteropoliácidos tienen muchas ventajas sobre los catalizadores ácidos líquidos, no son corrosivos y ambientalmente benignos, que presenta menos problemas de eliminación. Su uso repetido es posible y su
6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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separación de los productos líquidos es más fácil que los catalizadores homogéneos. (Chimienti et al., 2000)
ta
l
Los Heteropoliácidos son catalizadores más activos para diversas reacciones en solución de ácidos inorgánicos y orgánicos convencionales. Se utilizan como
en
catalizador industrial para varias reacciones en fase líquida: Como la deshidratación de alcohol, reacciones de alquilación, esterificación, etc. Entre los heteropoliácidos,
Am bi
ácidos politungsténicos son los catalizadores más utilizados debido a su acidez y estabilidad. (Chimienti et al., 2000)
En procesos de síntesis de química fina. Síntesis de antioxidantes, preparaciones medicinales, vitaminas y sustancias biológicamente activas. Son importantes en
ría
industrias farmacéuticas y alimentos, entre otros. (Chimienti et al., 2000)
De acuerdo a su estructura, los ácidos solidos se dividen en dos grupos principales:
en
la siguiente: (Kourasi et al. 2014)
ie
los isopoliácidos (IPA) y los heteropolyacids (HPA). La terminología utilizada es
IPA: Isopoliácidos; Isopolioximetales. Heteropolianiones;
Heteropoliácidos;
Electrolitos
Heteropoliácidos;
In g
HPA:
Compuestos Heteropoliácidos y Heteropolioximetales. La razón más importante porque estos HPA son utilizados con mucha frecuencia es
de
por su densidad de carga más baja en la superficie de las moléculas. Como casi no hay localización de carga, los protones son muy móviles con una fuerte acidez de Bronsted, algunos 100 veces más fuerte que el ácido sulfúrico cuando se aplica
ca
como un sólido o en medios no acuosos. Otras ventajas son su baja volatilidad, baja corrosividad, alta actividad y selectividad para reacciones de interés en
lio te
comparación con los ácidos convencionales. (Wu et al., 1996) Kourasi et al. (2014) Realizan más revisión de las propiedades del HPA y también
Bi b
realizan una evaluación de sus aplicaciones: o El HPA se pueden sintetizar diferentes composiciones y estructuras como resultado se tiene HPA, con una amplia gama de propiedades químicas. Esto explica la variedad de aplicaciones, como: aditivos
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en membranas electrolíticas, soluciones de electrolitos, soportes de electrodos y como catalizadores independientes.
l
o De las diferentes estructuras disponibles, un pequeño número de
ta
estructuras han sido investigadas para su uso en cedas de
en
combustible, siendo: Estructuras de Keggin y Wells-Dawson.
o Un reto para la incorporación de HPA en estos sistemas es que son altamente solubles en medios acuosos.
Am bi
o En la mayoría de los casos, los HPA (Heteropoliácidos) se incorporan en la membrana de PEMFC (Proton Exchange
membrane fuel cell) y DMFC (direct metanol fuel cell) con el fin de mejorar su conductividad de protones y el rendimiento global de la
ría
celda.
Zhou et al. (2014) Desarrollaron una nueva membrana de intercambio de protones
ie
(PEM) para celdas de combustible con ácido fosfotungstico como portador de protones y, de sílice mesoporoso como matriz (HPW-meso-sílice). Se han hecho
en
esfuerzos para generar materiales conductores de protones alternativos para el funcionamiento a temperaturas elevadas. Los HPA tienen alta conductividad de
In g
protones y es una alternativa para la generación de materiales especiales. BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA
de
Los sustratos son importantes para cualquier proceso biológico, ya que sirven como nutriente y fuente de energía. La eficacia y viabilidad económica de la conversión de residuos orgánicos a bioenergía dependen de las características y componentes
ca
del material de desecho (Pant et al., 2010)
lio te
Una gran variedad de substratos puede ser utilizados como fuente de energía, que van desde compuestos puros hasta mezclas complejas como materia orgánica presente en las aguas residuales:
Bi b
Acetatos
Es comúnmente utilizado por su inercia a conversiones microbianas como la fermentación y metanogénesis.
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•
Liu et al. (2005) Utilizaron una celda de combustible microbiana (MCF) compuesta de una sola cámara, con sustrato de acetato y butirato; la
l
energía generada con acetato es de 506 mW/m2 fue un 66% mayor que
en
ta
utilizando butirato con 305 mW/m2.
•
Chae et al. (2009) Compararon cuatro sustratos diferentes con respecto
Am bi
a la conductividad eléctrica (CE) y potencia de salida. Mostrando que
las eficiencias fueron: Acetato 72,3%, butirato 43,0%, propionato 36,0% y glucosa 15,0%. Glucosa
ría
•
Rabaey et al. (2003) Utilizaron una biocelda microbiana que contiene un cultivo mixto de bacterias, la cual fue enriquecida utilizando glucosa
ie
como fuente de carbono. El cultivo resultante mantuvo una eficiencia en
en
la conversión glucosa-electricidad hasta una tasa de carga volumétrica de 3 gl-1 d-1. Con una potencia y densidad máxima de 3,6 W.m-2 y 216
In g
W/m3, respectivamente. •
Hu et al. (2008) Utilizaron al lodo anaeróbico como combustible para la generación de electricidad en el MFC y compararon con la glucosa.
de
En una cámara de deflector MFC sin membrana se agregó el sustrato de lodo anaeróbico generando una potencia limitada de (0,3 mW/m2). Sin embargo, en el mismo sistema la glucosa generó un poder máximo de
ca
161 mW/m2.
Bi b
lio te
•
Lee et al. (2008) Compararon la eficiencia de conversión de energía (ECE) del acetato (no fermentable) y glucosa (fermentable) como sustratos en una MFC. Los resultados mostraron que para el acetato la ECE fue del 42%, mientras que para la glucosa fue sólo del 3% provocando una baja densidad de corriente y potencia. La razón principal fue por la baja eficiencia de potencial (PE) de la glucosa con solo de 6% en comparación con 59% para la MFC alimentado con acetato.
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Lignocelulosa La abundancia y la capacidad de renovación de los materiales lignocelulósicos
ta
l
provenientes de residuos agrícolas son un tipo de materia prima prometedora para la producción rentable de energía.
en
Sin embargo, la biomasa lignocelulósica no puede ser utilizada directamente por los microorganismos en las bioceldas microbianas para la generación de
Am bi
electricidad. Tienen que ser convertidos a monosacáridos u otros compuestos de bajo peso molecular. (Ren et al., 2007) Residuos de celulosa y quitina
Sustratos de partículas como celulosa y quitina son materiales biopoliméricos
ría
baratos y fácilmente disponibles que pueden ser utilizados para la generación de electricidad. Estos sustratos renovables también constituyen un componente
ie
importante de la materia orgánica en las aguas residuales industriales y
en
municipales (Rezaei et al., 2009). Para convertir directa la celulosa a electricidad en MFC, los microorganismos deben ser capaces de hidrolizar la celulosa en
•
In g
condiciones anaerobias y ser electroquímicamente activo. Catal et al. (2008) Demostrarón que la quitina se puede utilizar como un sustrato, el cual se degrada lentamente y sirve como combustible a largo
de
plazo para mantener la energía en la MCF. La duración del ciclo se fue de 9 a 33 días. La eficiencia de Coulomb aumentó con el tamaño de partícula del
ca
18% al 56 %. Espárrago
lio te
El espárrago es un vegetal con un alto contenido en nutrientes y fibra, además de su bajo contenido calórico. Los espárragos verdes, obtienen su color del proceso de la fotosíntesis debido a que el tallo sobresale de la tierra y recibe la luz solar directa.
Bi b
El contenido en nutrientes es mayor en el espárrago verde que en el espárrago blanco, ya que el aporte medio de macronutrientes por 100 g de espárrago verde es: 2-4 g de proteínas; 3-4,5 g de hidratos de carbono. (Fuentes, 2010) La producción de espárragos a nivel mundial constituye durante los últimos años una actividad en auge, dado el incremento de su consumo y la variedad de sus 10
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preparaciones, tratándose de un producto con un nivel preferencial en el mercado internacional. España es uno de los principales productores de espárrago de la
l
Unión Europea, ocupando el quinto lugar a nivel mundial, después de China, Perú,
ta
Estados Unidos y Alemania. (Rodríguez et al., 2005)
en
En la elaboración industrial, los espárragos se cortan a una determinada longitud y, en algunos casos, se pelan, llegando a representar las porciones que se descartan
Am bi
más del 50% del total, estos subproductos representan una fuente prometedora de
compuestos con alto valor añadido (fotoquímicos y fibra) (Fuentes, 2010) estos residuos también son un gran problema desde el punto de vista económico y medioambiental para las industrias del sector los cuales pueden resultar interesantes en el desarrollo de una estrategia de aprovechamiento de los subproductos del
ría
espárrago. Esto resulta de gran interés científico e industrial. (Rodríguez et al., 2005)
ie
FIBRA ALIMENTARIA
en
Se entenderá por fibra alimentaria a los polímeros de hidratos de carbono con diez o más unidades manomericas. (Fuentes, 2010)
In g
HIDRATOS DE CARBONO
Los hidratos de carbono, también conocidos con nombres como glúcidos,
de
carbohidratos o sacáridos, son moléculas de tipo orgánico cuya composición se basa en carbono, oxígeno e hidrógeno. Constituyen una parte fundamental de la alimentación humana, tienen una misión principalmente energética. Se clasifican
ca
en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, en función del grado de polimerización (GP) de la molécula. (Mataix & Sánchez, 2004).
lio te
El principal monosacárido es la glucosa, cuya polimerización da lugar a dos grandes grupos de polisacáridos de gran importancia para la vida: la celulosa y el almidón.
Bi b
Ambos compuestos están constituidos fundamentalmente por cadenas lineales de moléculas de glucosa, unidas por enlaces glucosídicos o covalentes que enlazan el carbono 1 de un residuo de glucosa con el carbono 4 del siguiente residuo; estos enlaces al romperse liberan gran cantidad de energía, como se muestra en la figura Nº 03. (Polaina et al., 2004)
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en
ie
ría
Am bi
en
ta
l
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Figura Nº 03: Estructura química de los tipos de hidratos de carbono (Polaina et al.,
Almidón
In g
2004).
El almidón es un carbohidrato polimérico que representa la reserva energética
de
de las plantas, se puede encontrar en alimentos como la yuca, papa, camote, etc, y en las aguas residuales proveniente de las industrias alimenticias, es un
ca
importante sustrato a ser aprovechado para la generación de energía eléctrica (Murphy 2015).
Bi b
lio te
•
Aguas residuales de procesamiento de almidón (SPW) tienen valores relativamente altos de hidratos de carbono (desde 2300 hasta 3500 mg / L), azúcares (0,65-1,18%), proteína (0.12-0.15%) y almidón (1500 a 2600 mg / L), lo que representa un importante recurso rico en energía. SPW fue utilizado como nutriente para enriquecer un consorcio microbiano y generar electricidad (0,044 mA/cm2), a su vez favoreció al descenso de la DQO desde 1700 mg/L a 50 mg/L en 6 semanas (Kim et al., 2004).
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•
Lu et al. (2009) Estudiaron un cátodo de aire de la biocelda microbiana se ensambló con un electrodo de membrana, los que fueron operados
l
durante cuatro ciclos batch (140 días en total). Durante el tercer ciclo
ta
se obtuvo una salida de tensión máxima y la densidad de potencia fue
en
de 490,8 mV y 239,4 mW/m2 (una densidad de corriente de 893,3 mA/m2. Demostrándose las aguas residuales con almidón pueden ser
Am bi
usadas para generar potencia en MCFs, además de remover eficientemente la DQO. •
Dupont et al. (1995) Desarrollaron una célula de combustible microbiana utilizando Escherichia coli como el componente bacteriano activo con agua residual sintética de extracto de papa como fuente de
ría
energía, Las características de rendimiento de la pila de combustible se evaluaron con dos formas diferentes de ánodo y cátodo, titanio
ie
platinizado o de malla; la densidad de potencia máxima más alta (502 mW m-2) se logró en la celda de combustible microbiana con electrodos
en
de malla. Estos resultados demuestran que el almidón de papa se puede utilizar para la generación de energía en una celda de combustible
In g
microbiana y remover la demanda química de oxígeno. En el Laboratorio de Catálisis, Absorbentes y Materiales, desde el 2010 se está trabajando en la obtención de energía eléctrica utilizando como sustrato el
de
almidón y diferentes agentes o catalizadores, utilizando bioceldas con electrodos de carbón:
ca
Farje & Vargas (2013) Demostraron que es posible obtener energía eléctrica en una sola etapa utilizando bioceldas de almidón en presencia de
lio te
HCl. El proceso está regulado principalmente por la concentración de HCl, el cual influye favorablemente en la hidrólisis del almidón, tendiendo el sistema a estabilizarse a altas concentraciones de HCl. Temperaturas del
Bi b
orden de 41°C favorecieron a la generación de energía en el sistema. El voltaje máximo alcanzado fue de 214 mV y tiempo de vida útil de 338 horas aproximadamente.
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Urteaga & Zavaleta (2013) Estudiaron la degradación del almidón proveniente del extracto de nabo y H2O2 para la generación de energía
l
eléctrica. El proceso se realizó en una sola etapa en bioceldas
ta
electroquímicas con electrodos de carbón. Los resultados mostraron que el
en
H2O2 permite la activación de la enzima peroxidasa. Así mismo, el sistema
se inhibe cuando hay exceso de almidón y/o de H2O2. Bajo las condiciones de 0.5 g de almidón, 2 ml de H2O2, 10 ml de extracto de nabo y 70 ml de
Am bi
agua, se logró el máximo voltaje de 63.6 mV.
Pérez y Rodríguez (2014) Estudiaron la concentración del ácido tungsteno fosfórico, concentración del almidón y el tiempo de reacción en la generación de energía eléctrica utilizando bioceldas electroquímicas. Los
ría
resultados muestran que la concentración de ácido tungsteno fosfórico para 0.5g. de almidón alcanzo voltajes superiores a 100 mV; sin embargo, a
ie
mayores concentraciones de almidón la concentración de energía no alcanza
en
los 80mV.
Huamán (2014) Estudió la generación de energía eléctrica por
In g
descomposición anaeróbica de la cáscara de mandarina en bioceldas electroquímicas. Los resultados muestran que al aumentar la cantidad de peróxido de hidrogeno se incrementa la generación de energía alcanzando
de
hasta 400 mV. Se requiere inicialmente la presencia de oxígeno para generar que las reacciones que producen energía. El incremento de la cantidad de cáscara de mandarina en el sistema aumenta la generación de energía,
ca
obteniendo un promedio máximo de 225 mV. Los ensayos de cáscara de mandarina/agua destilada muestran que la presencia de agua destilada en el
lio te
sistema es un factor controlante para la generación de energía.
Como se ha mostrado, existen diferentes catalizadores los que ofrecen resultados compatibles con el medio ambiente. Utilizados en la obtención de energía a partir
Bi b
de almidón como: HCL, peroxidasa y microorganismos. Sin embargo, el uso de catalizadores sólidos como el Ácido Tungsteno Fosfórico ha sido investigado en este tipo de sistemas, por lo que constituye parte de la materia del presente proyecto de investigación.
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CAPITULO II MATERIALES Y METODOS.
Capacidad Max. 210g sensibilidad: +- 0.0001g
•
Multitester digital PRASEK Premium PR-301 (4 unidades)
Am bi
•
en
ta
l
2.1. Equipos, materiales y reactivos. 2.1.1. Equipos. • Balanza analítica OHAUS Pioneer
2.1.2. Materiales. • Esparrago verde: 4 Kg, procedente de la provincia de Virú del Departamento de La Libertad Materiales
ca
de
In g
en
ie
ría
Probeta 100ml Caja de tecnopor Pipeta de 5x 1/10 +- 0.04 mL PYREX Varillas de vidrio Electrodos de grafito (tubos de minas para lápiz sabonis-2B) Piseta Cajas pandora #30 Terminales Conectores para Multitester Baterías Panasonic para multitesters Pegamento africano Pinza de corte diagonal Cinta masking Cutter Membrana de acetato de celulosa Cable mellizo de parlantes
Cantidad 1 3 2 2 10 1 4 16 16 8 1 1 1 2 1m x 15cm 2
lio te
2.1.3. Reactivos. • Agua destilada Acido tungsteno fosfórico
•
Peróxido de hidrogeno (30vol)-100ml
Bi b
•
15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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2.2. Unidades construidas 2.2.1. Celdas galvánicas a) Una caja pandora # 30 es adaptada para funcionar como celdas galvánicas a
ta
l
través de ocho compartimientos los cuales están conectados para formar 4 bioceldas. Cada biocelda está conformada por dos cámaras o bioceldas
en
comunicadas a través de una membrana de acetato de celulosa (ver figura 4)
colocada en la parte central de la semi-celda.
2
ría
1
Am bi
b) Membrana de acetato de celulosa (membrana intercambiadora de protones) es
3
de
In g
en
ie
2
Figura Nº 04: Sistema de celdas galvánicas.
Bi b
lio te
ca
1. Celda. 2. Membrana de Acetato de Celulosa. 3. Caja de celda Galvánica.
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l ta Am bi en
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2.2.2. Electrodos Los electrodos usados para la medición del voltaje generado en las celdas; son de grafito. Los cuales tienen una longitud aproximada de
ie
ría
6cm y se conectan a cables de cobre; tal como lo muestra la figura Nº 05.
1 1
5
te c
a
de
In g
en
2
3
4
ib
lio
Figura Nº 05: Conexión de electrodos a las celdas galvánicas. 17
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1. Electrodos de Grafito 2. Membrana de Acetato de Celulosa 3. Multitester 4. Caja de bioceldas galvánicas.
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2.3. Procedimiento
ta
l
2.3.1. Procedimiento para ensayos en semicelda a) El espárrago verde se lavó con agua destilada y se redujo de tamaño usando un rayador.
espárrago y agua destilada (75 ml).
en
b) En cada semicelda se colocó una cantidad predeterminada de
Am bi
c) A una semicelda se adicionó 2ml de peróxido de hidrógeno de 30 volúmenes.
d) A la otra semicelda se adicionó una cantidad predeterminada de heteropoliácido como catalizador sólido.
ría
e) Terminado el ensayo se procedió a medir
ie
2.3.2. Procedimiento para la medición de voltaje a) Se tomarán datos del voltaje por medio del uso de un Multitester,
en
cada 12 y 24 horas.
b) Los datos tomados se registraron en una tabla de Excel con la
In g
finalidad de observar la tendencia de energía producida con
Bi b
lio te
ca
de
respecto al tiempo.
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CAPITULO III
ta
l
RESULTADOS Y DISCUSION Influencia del tiempo en la oxidación del espárrago verde para la generación de energía eléctrica
en
3.1.
Se analizó la influencia del tiempo en la oxidación del espárrago verde para
Am bi
generar energía eléctrica.
En los resultados que se presentan en la Tabla 3 (Anexos) y Figura Nº 09 muestran que:
La generación de energía utilizando espárrago verde en el tiempo, presenta dos
ría
etapas:
a) De 0-150 horas, corresponde a la etapa inicial del proceso en la cual el voltaje se incrementa desde valores aproximados de 70 mV hasta 120
ie
mV.
en
b) De 150-575 horas, corresponde a la etapa en la cual el sistema está
In g
estabilizado y en promedio se genera 120 mV.
Tabla Nº 01: Composición química del espárrago verde contenido por cada 100gr
de
Especificaciones Técnicas / 1Kg.
Composición Química en base a 100gr de materia fresca 92.4 23 0.17 4.54 2.1 2.28 273 56 21 18
Bi b
lio te
ca
Agua Energía Grasa Hidratos de Carbono Fibra Proteína Potasio Fosforo Calcio Magnesio
Unidad de medida gr kcal g g g g mg mg mg mg
Fuente: Departamento de Aseguramiento de la Calidad (2009). ICATOM. IcaPerú. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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ta
Am bi
Agua Fibra cruda Hidratos de carbono Proteína cruda Cenizas Totales Grasa cruda
en
Porcentaje (%) 91.97 0.97 4.44 1.82 0.66 0.15
Componentes
l
Tabla Nº 02: Análisis proximal del espárrago verde fresco.
Fuente: Llamoca E. (2009) Universidad Nacional del Callao. Lima-Perú.
El contenido de nutrientes, formado por cada 100gr de espárrago verde por: 2-4gr
ría
de proteínas, 3-4.5gr de hidratos de carbono y su energía es de 28.1Kcal. (Fuentes Alventosa, 2010).
ie
Los espárragos están compuestos principalmente por hidratos de carbono complejos pertenecientes a los oligosacáridos, dentro de los cuales está la
en
Rafinosa que es un trisacárido no reductor, que se compone de unidades de galactosa, glucosa y fructosa (Schamann, 2005). Por lo tanto, son los hidratos de
In g
carbono los que generan las reacciones de oxidación reducción. Las reacciones que se presentan en el proceso de generación de energía en las bioceldas, son detalladas a continuación:
de
Los hidratos de carbono presentes en el espárrago son oxidados por el peróxido de hidrógeno, a través de los radicales libres OH que genera.
lio te
ca
Domenech (2001) Muestra que el H2O2 se descompone en radicales OH*: HO2-
H2O2
H2O2 + 2e- + 2 H+
+
H+
2H2O
H2O2 + HO2-
H2O
+ O2
+ HO-
Bi b
Gonzales et al. (2015) Indican que el radical hidroxilo es un oxidante muy poderoso, cuya principal acción química del HO• con un polisacárido es la abstracción de hidrógeno para formar agua.
20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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El ataque del peróxido está enfocado principalmente a degradar los grupos terminales y enlaces glucosídicos en las últimas unidades de glucosa de la cadena
l
polisacárida. Reaccionan con los carbohidratos degradándolo mediante reacciones
-
.
.
(GlcN)n + HO
-
(GlcN )m
en
.
(GlcN )m
-
(GlcN)n + H2O
Am bi
(GlcN)m
ta
de oxidación-reducción:
(GlcN)n + H2O
(GlcN)m + (GlcN)n
Badui et al. (2006) Indican que la Rafinosa (compuesto mayoritario como carbohidrato presente en el espárrago), se descompone inicialmente por
ría
reacciones de oxidación en: D-galactosa, D-glucosa y D-fructuosa posteriormente estas unidades de monosacáridos se oxidan formando diferentes tipos de
-
(GlcN)n + H2O
(GlcN)m + (GlcN)n
In g
)m
(10)
ca
de
.
en
ie
compuestos.
Bi b
lio te
Figura Nº 06: Estructura molecular de la Rafinosa. (Badui, 2006)
21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
l ta
te c
a
de
In g
en
ie
ría
Am bi en
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Figura N° 07: Formas anoméricas de los carbohidratos en α y β Piranosa (en el 4C1 de conformación silla) para D-glucosa y D-galactosa,
ib
lio
and α y β Piranosa y Furanosa, para D-fructuosa. (Cerchiaro et al. 2005)
22
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Wojcieszak R. et al. (2016) Proponen que el ataque oxidativo que ocurre preferentemente en los grupos terminales de las cadenas poliméricas, generando
In g
en
ie
ría
Am bi
en
ta
l
diferentes ácidos en una secuencia como se muestra a continuación:
de
Fig. N° 08: Productos de la oxidación de la glucosa.
Bi b
lio te
ca
Fuente: Wojcieszak R. et al. 2016
23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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Taboada et al. (2005) Proponen que el mecanismo de reacción por ataque del peróxido, se inicia por la oxidación de los grupos terminales de la celulosa.
ta
l
1. En el azúcar reductor existe un quilibrio entre el anomero α Ψ β del grupo
Am bi
en
hemicetal.
ría
2. En el equilibrio, la estructura central tambien esta en equilibrio con su union
In g
en
ie
enolato, en medio basico.
Bi b
lio te
ca
de
3. El ataque oxidativo al anion enolato sería:
4. De ésta forma empieza a reaccionar el peróxido, oxidando los grupo terminales de la celulosa formándose el grupo carboxilato.
24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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5. Tambien se produce un ataque oxidativo al enlace glucosídico, que genera la
lio te
ca
de
In g
en
ie
ría
Am bi
en
ta
l
ruptura sólo de los últimos enlaces de la cadena:
6. Al formarse el ácido aldonico se vuelve a pasar por la estructua original de la celulosa, lo que iniciaria las reacciones de oxidación del grupo terminal,
Bi b
nuevamente. Es asi como la reacción entra en un ciclo, en el cual, el ataque oxidativo se produce desde los extremos de la cadena celulosica hacia el interior.
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En el tiempo de 0 a 170 horas se generan voltajes sinuosos desde 40 hasta 120mV, donde el esparrago empieza a descomponerse a través de los radicales libres OH
ta
l
que genera el peróxido de hidrogeno según Domenech (2001).
en
Los cuales descomponen a los carbohidratos del espárrago por ataque oxidativo
ocurre preferentemente en los grupos terminales de las cadenas poliméricas con la abstracción de un hidrogeno (Gonzales et al. 2015).
Am bi
Por lo que en esta primera etapa, las reacciones se van desarrollándose y si bien es cierto se tiene generación de energía, aun el sistema no se ha estabilizado.
A partir de las 170 horas se muestra una producción de voltaje promedio de
ría
130mV, manteniéndose a través del tiempo; esto se debe a que empiezan las reacciones de ruptura homolítica, formándose ácido glucarico volviendo a pasar por la estructura original de los hidratos de carbono, lo que iniciaria las reacciones
ie
de oxidación del grupo terminal, nuevamente, es así como la reacción entra en un
en
ciclo, como lo muestra Taboada (2005). En esta etapa predominan las reacciones de oxidación reducción que generan energía, razón por la cual se tiene una
In g
corriente estable. Posiblemente las reacciones iniciales de descomposición de los carbohidratos del espárrago se presentan en menor proporción. O si es que aún se
Bi b
lio te
ca
de
producen, éstas ya serían muy lentas.
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Los potenciales de oxidación y reducción en las bioceldas serían:
electrones:
*OH + H+ + e-
Eº = -0.05V
en
C6 H12 O7 + 2H+ + 2e-
C6 H12 O6 + H2O
ta
l
➢ En el ánodo se oxida la glucosa y se produce la liberación de
H2O
Eº = 1.776V
Am bi
Referencia (The Bodner Group, Division of Chemistry Education “Electrochemical Reactions”, 2004).
➢ En el cátodo, el peróxido de hidrógeno se reduce hasta la formación
H2O
Eº = 1.776V
ie
H2O2 + 2H+ + 2e-
ría
de agua, y hay ganancia de electrones.
Bi b
lio te
ca
de
In g
en
Referencia (Monteza V., 2016)
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l ta Am bi en
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160 140
ría
100 80
ie
VOLTAJE (mV)
120
en
60
In g
40 20 0 200
de
100
300
400
500
600
TIEMPO(Horas)
[Esp. Verde]=0.5 ml
te c
a
0
Figura Nº 09: Influencia del tiempo en la oxidación del espárrago verde para la generación de energía eléctrica.
ib
lio
(0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)
28
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700
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3.2.
Influencia del tamaño de partícula del espárrago verde.
ta
sólidos menos a 0.1 mm que representan sólidos en suspensión (extracto).
l
Se utilizó dos tipos de tamaño uno en promedio de 38 mm a 79 mm (rayado) y otro de
que:
en
Los resultados que se muestran en la figura Nº 10 en la Tabla Nº 04 (Anexos), se observa
a) De 0-575 horas, la generación de voltaje se incrementa con una tendencia
Am bi
creciente desde valores aproximados de 60mV hasta 140mV.
En general durante el tiempo total del ensayo tanto el extracto del espárrago como el rayado presentan muy similar comportamiento.
Esto se debería a que el espárrago al contener más del 90% de agua en su
ría
composición (Mastropasqua et al. 2016), su estructura es altamente porosa y por lo tanto una alta difusión de los compuestos para las reacciones. En el caso del extracto, el espárrago es despojado de la mayoría de su fibra y la
ie
cantidad de energía que se obtiene es similar al espárrago rayado. Por lo tanto la
en
presencia de la fibra no altera el sistema para generar mayor energía eléctrica; es decir que la presencia de celulosa y hemicelulosa que componen la fibra no
In g
participarían en las reacciones de oxidación reducción para producir energía; por
Bi b
lio te
ca
de
lo tanto tampoco en la generación de energía (Badui Dergal, 2006)
29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
l ta Am bi en
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160 140
ría ie
100
en
80 60
In g
VOLTAJE (mV)
120
40
de
20 0 100
200
300
400
500
TIEMPO (Horas) [Esp]=0.5ml
[Esp]=0.5gr
te c
a
0
ib
lio
Figura Nº 10: Influencia del tamaño de partícula del espárrago en la generación de energía eléctrica. (0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O) 30
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600
700
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3.3. Influencia de la concentración de espárrago. Se realizan ensayos con espárrago de tamaño de 38 mm a 79 mm (rayado) en concentraciones desde 0.5gr hasta 5gr/ 77 ml, manteniéndose constante la
ta
l
concentración de catalizador en 0.5gr/ 77 ml de solución y peróxido de hidrogeno de 2ml/75ml de solución.
en
En los resultados que se presentan en la Tabla N.º 05 (Anexos) y Figura N.º 11 muestran que:
Am bi
a) Para 0.5, 1 y 2gr/77ml de concentración de espárrago en el periodo de 0-400
horas todos aumentan la concentración de energía eléctrica en promedio de 90 hasta 120 mV.
Para tiempos mayores a 400 horas los comportamientos son los siguientes: Para 1 y 2gr/77ml de concentración de espárrago la generación de
ría
•
energía eléctrica es de 100mV mostrando un comportamiento sinuoso hasta las 2000 horas.
Para 0.5gr/77ml de concentración de espárrago la generación de
ie
•
en
energía eléctrica es de 150mV en promedio manteniéndose constante
In g
en tiempo hasta las 2000 horas.
b) Para 5gr/77ml de concentración de espárrago en el tiempo de 0-400 horas aumenta la generación de energía eléctrica en forma exponencial de 150 hasta
de
275mV, posteriormente la energía disminuye exponencialmente hasta los 120 mV a las 750 horas. Después va reduciendo la energía en forma lineal hasta los 50 mV a las 2000 horas de reacción.
ca
Al estar el espárrago en altas concentraciones (5g/77ml de solución), las reacciones de oxidación reducción son muy altas, al parecer hay un efecto
lio te
sinergético.
En cambio cuando la concentración de espárrago es menor en un orden de magnitud (0.5gr/77ml de solución) la generación de energía eléctrica tiende a
Bi b
ser constante de 150mV en promedio hasta las 2000 horas, debido a que no se produce el efecto sinergético inicial lo que estaría relacionado en el área de exposición debido a la cantidad de espárrago presente en la reacción.
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300
250
ría ie
150
en
VOLTAJE (mV)
200
In g
100
50
0 500
1000
de
0
2000
TIEMPO (Horas)
[ESP.]= 1gr
[ESP.]= 2gr
[ESP.]= 5gr
te c
a
[ESP.]= 0.5gr
1500
Figura Nº 11: Influencia de la concentración de espárrago en la generación de energía eléctrica
ib
lio
(0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)
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2500
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3.4. Influencia de la concentración del catalizador Para determinar la influencia de la concentración del catalizador se realizaron ensayos desde 0 - 0.5gr/77ml de concentración de ácido tungsteno fosfórico.
ta
l
En los resultados que se presentan en la Tabla Nº 06 (Anexos) y Figura Nº 12
en
muestran que:
a) Para concentración de 0 gr de catalizador, la generación de voltaje es muy
Am bi
baja, siendo en promedio 20mV a partir de las 200 horas de reacción.
b) Para 0.05 gr de catalizador, se produce un crecimiento exponencial de generación de energía desde 110 hasta 190 mV, hasta las 250 horas de reacción y se mantiene constante en 190mV hasta las 400horas.
ría
Posteriormente la energía generada va disminuyendo exponencialmente
ie
hasta llegar a los 50mV a las 1300 horas.
en
c) Para 0.1gr y 0.5 gr de catalizador, se produce un crecimiento exponencial similar de generación de energía desde 70 hasta 150 mV, hasta las 250
In g
horas de reacción y se mantiene constante en 150mV hasta las 950 horas.
Posteriormente la energía generada va disminuyendo lentamente hasta los
de
110mV.
Observamos que la generación de energía eléctrica de 0-800 horas tiene similares comportamientos para todas las concentraciones de catalizador
ca
utilizados.
En este periodo la concentración de catalizador no influye sustancialmente en
lio te
la generación de energía. A partir de las 800 horas se produce una diferencia entre 0.05 g y 0.5 g de catalizador el cual con el primero va disminuyendo la generación de energía
Bi b
que pueda deberse a la saturación del catalizador por diferentes motivos, y en el caso de 0.1 y 0.5 g de catalizador, este sigue siendo activo generando energía de forma constante.
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Por ello a dicha concentración el ácido tungsteno fosfórico se encuentra altamente disperso en el interior de los poros del espárrago, elevando el número de sitios
l
activos, haciéndolos accesibles al sustrato y al oxidante para las reacciones de
ta
oxidación reducción y la posterior generación de energía eléctrica tal como lo
Bi b
lio te
ca
de
In g
en
ie
ría
Am bi
selectivo que actúa elevando el número de sitios activos.
en
menciona García E. (2010) el ácido tungsteno fosfórico es un catalizador muy
34 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
l ta Am bi en
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200 180
160
ría
120
ie
100 80
en
VOLTAJE (mV)
140
60
In g
40 20
0
de
0 200
400
800
1000
1200
TIEMPO (Horas)
[HPA]= 0.05 gr
[HPA]= 0.1gr
[HPA]=0.5 gr
te c
a
[HPA]= 0gr
600
Figura Nº 12: Determinación de la influencia de la concentración del catalizador en la generación de energía eléctrica
ib
lio
(0.5gr de espárrago verde, 75ml de agua destilada, 2ml de H2O2)
35
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1400
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3.5. Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno Se estudió la influencia del H2O2 en el sistema para dos concentraciones de
ta
l
espárrago: 0.5gr/77 ml de solución y 5gr/77 ml de solución.
a) Para 0.5gr de espárrago/ 77ml de solución de utiliza peróxido de hidrogeno
concentración de catalizador en 0.5gr/ 77 ml de solución.
en
entre 1ml a 10 ml/ 77 ml de solución, manteniéndose constante la
Am bi
En los resultados que se presentan en la Tabla Nº 07 (Anexos) y Figura Nº 13 muestran que:
En general, para diferentes concentraciones de peróxido de hidrogeno tiene similar comportamiento.
ría
En el tiempo de 0 a 190 horas todos aumentan en forma exponencial su
ie
generación de energía eléctrica aproximadamente de 90 a 180mV.
•
en
A mayores tiempos (t > 200 horas):
Para 2 ml de H2O2 el voltaje producido de 180mV se mantiene constante
•
In g
en el tiempo hasta las 1300horas.
Para 1, 5 y 10ml de H2O2 el voltaje producido de 180mV disminuye
Bi b
lio te
ca
de
progresivamente hasta los 110mV a las 1300 horas.
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l ta Am bi en
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250
ría ie
150
en
100
In g
VOLTAJE(MV)
200
50
0
de
0 200
400
800
1000
TIEMPO (HORAS)
[H2O2]=2ml
[H2O2]=5ml
[H2O2]=10ml
te c
a
[H2O2]=1ml
600
Figura Nº 13: Determinación de la influencia de la concentración de peróxido de hidrogeno
ib
lio
(0.5gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada) 37
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1200
1400
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a) Para 5gr de espárrago/ 77ml de solución de utiliza peróxido de hidrogeno entre
2ml a 10 ml/ 75 ml de solución, manteniéndose constante la concentración de
ta
l
catalizador en 0.5gr/ 77 ml de solución.
en
En los resultados que se presentan en la Tabla Nº 08. (Anexos) y Figura Nº 14.muestran que:
En general que para diferentes concentraciones de peróxido de hidrogeno tiene
Am bi
similar comportamiento.
En el tiempo de 0 a 250 horas todos aumentan en forma exponencial su generación de energía eléctrica aproximadamente de 50 a 200mV.
•
ría
A mayores tiempos (t > 250 horas):
Para 2 y 5ml de H2O2 el voltaje producido de 190mV va disminuyendo
Para 10ml de H2O2 el voltaje producido es mucho menor a comparación de
en
•
ie
lentamente hasta los 70mV a las 720 horas.
las mencionadas en el párrafo anterior, siendo de 150mV el cual disminuye
Bi b
lio te
ca
de
In g
progresivamente hasta los 70mV a las 720 horas.
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250
ría ie
150
100
In g
en
VOLTAJE (mV)
200
0 0
100
200
de
50
300
500
600
700
TIEMPO ( HORAS) [H2O2]=5ml
[H2O2]=10ml
te c
a
[H2O2]=2ml
400
Figura Nº 14: Influencia de la concentración de peróxido de hidrogeno en la generación de energía eléctrica
ib
lio
(5 gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 75ml de agua destilada) 39
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800
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Los resultados que se obtuvieron para las dos concentraciones utilizadas (0.5 y 5gr de espárrago/77ml solución) muestran que el mayor voltaje de energía lo
l
obtenemos con una concentración de peróxido de hidrogeno de 2 ml alcanzando
ta
valores promedio de 190 mV.
en
En el caso de 10 ml de H2O2 la generación de energía eléctrica es menor porque hubo reacciones inhibidoras.
Al respecto, Huaman A. (2014), muestra que con exceso de H2O2 y con altas
Am bi
concentraciones de HO-, tienen lugar reacciones competitivas que producen un
efecto inhibitorio para la degradacion. Los HO- son supceptibles de recombinarse o de reaccionar de acuerdo con las siguientes reacciones:
ría
HO* + H2O2 → HO2* + H2O
ie
HO2* + H2O2 → HO* + H2O +O2
en
2HO2* → H2O2 +O2
In g
HO2* + HO* → H2O + O2 La primera y la ultima reaccion consumen OH* disminuyendo la probabilidad de oxidacion y retardando la degradacion. Por lo tanto, la inhibicion que se producen
Bi b
lio te
ca
de
en el sistema, estaria relacionado con la propuesta que hace Huaman A. (2014).
40 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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3.6.
Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno.
Se estudió la influencia de la reactivación del sistema al adicionar peróxido de
ta
l
hidrogeno a las bioceldas después de un tiempo establecido para concentraciones
catalizador, 2ml de H2O2 en 75ml de solución; se observa que:
en
de espárrago de 0.5gr - 5gr/77ml de solución; manteniéndose constante 0.5 gr de
Am bi
Para la celda 1 y 1A las cuales se muestran en la figura N° 15 contienen 0.5 gr de espárrago, la generación de energía es constante de 130mV manteniéndose así hasta las 1270 horas, en adelante se le adiciona 2ml de peróxido de hidrogeno a la celda 1A, en la cual el voltaje aumenta desde 130 hasta 220mV en promedio, pero
ría
a la celda 1 que no se le adiciono H2O2 el voltaje disminuyo hasta 80mV.
Para la celda 2y 2B las cuales en la figura N° 16 contienen 1 gr de espárrago, la
ie
generación de energía inicial en promedio es de 120mV, disminuyendo hasta 70mV a las 780 horas, en adelante se le adiciona 2ml de peróxido de hidrogeno a
en
la celda 2 en la cual el voltaje aumenta desde 92 hasta 250mV, pero en la celda
In g
2B que no se le adiciono H2O2 el voltaje disminuyo hasta 40mV.
Para la celda 3y 3C las cuales en la figura N° 17 contienen 2 gr de espárrago, a
de
partir de las 400 horas el voltaje inicial disminuye desde 130 mV hasta 50 mV hasta las 1220 horas, en adelante se le adiciona 2ml de peróxido de hidrogeno a la celda 3 en la cual el voltaje aumenta desde 50mV hasta 200 mV; pero en la celda
Bi b
lio te
ca
3C que no se le adiciono H2O2 el voltaje disminuye hasta 15 mV.
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l ta Am bi en
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350
300
ría ie
200
150
en
VOLTAJE(mV)
250
In g
100
50
0 500
1000
de
0
1500
2000
TIEMPO(Horas)
CELDA 1A: CON ADICION H2O2
te c
a
CELDA 1: SIN ADICION H2O2
Figura Nº 15: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno
ib
lio
(0.5 gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada) 42
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l ta Am bi en
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350
300
ría ie
200
150
en
VOLTAJE(mV)
250
In g
100
50
0
500
de
0
1000
1500
2000
TIEMPO ACUMULADO(Horas) CELDA 2B: SIN ADICION H2O2
te c
a
CELDA 2: CON ADICION H2O2
Figura Nº 16: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno
ib
lio
(1 gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada)
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l ta Am bi en
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350
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en
VOLTAJE(mV)
250
In g
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50
0 500
1000
1500
de
0
2000
TIEMPO ACUMULADO(Horas)
CELDA 3C: SIN ADICION H2O2
te c
a
CELDA 3:CON ADICION H2O2
Figura Nº 17: Influencia de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno
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(2gr de espárrago verde, 0.5gr de catalizador, 2ml de H2O2, 75ml de agua destilada)
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Según Paternina E. et al (2009) El peróxido de hidrogeno tiende a degradarse por diversos factores como la luz, la materia orgánica; por ende al oxidar toda materia
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orgánica existente ya no se producirán reacciones de oxidación, por lo tanto al adicionarle
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nuevamente peróxido de hidrogeno después de un tiempo establecido el sistema
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nuevamente empieza a generar las reacciones de oxidación reducción y por ende la generación de la energía eléctrica; alcanzando valores de hasta 250 mV, constantes para
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una concentración de 0.5gr de esparrago.
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CAPITULO IV
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CONCLUSIONES En relación a la investigación realizada, se concluye:
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1. La generación de energía eléctrica presenta dos etapas: la primera hasta desde 0 -
200 horas, donde los carbohidratos del espárrago se descomponen y después se
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oxidan generando energía; y una segunda en donde predominarían las reacciones de oxidación – reducción y el sistema es estable en el tiempo. El voltaje que se
alcanza en la segunda etapa depende de las condiciones de trabajo, siendo el máximo de 200 mV.
2. A mayores concentraciones de espárrago, la energía eléctrica producida aumenta
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exponencialmente en las primeras horas y disminuye progresivamente en el tiempo.
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3. El catalizador aumenta la generación de energía eléctrica hasta un 600% (de 20
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mV hasta 120 mV). Debido a que aceleran la reacción de oxidación del espárrago. 4. El incremento de la adición del peróxido de hidrógeno desde 1mL a 10mL, no es
diferencias.
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muy significativa esencialmente hasta las 500 horas, después se observan
5. Después de 600 h de reacción, el sistema se reactiva para producir energía cuando
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se adiciona peróxido de hidrógeno.
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RECOMENDACIONES
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CAPITULO V
1. Cuantificar los productos de la reacción.
2. Mantener el circuito del sistema conectado a una batería en forma continua, para
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almacenar energía.
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3. Realizar ensayos de escalamiento.
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CAPITULO VI REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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ANEXOS
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[Catalizador]=0.5g., 2 ml H2O2, 75 ml Agua Destilada Esp. verde: 0.5 ml. TIEMPO voltaje promedio (mV) ACUMULADO 16 75.75 23 60 40 89.75 47 81.25 64 79.5 151 134.75 153 117.75 165 114.25 175 130 177 116 194 133 200 130.5 223 103.5 245 102.5 247 99.25 270 124.75 318 137.25 332 130 341 100.75 343 107.5 354 126 365 134.75 367 130.75 406 120 412 104 414 125 478 127.5 484 135 486 120.75 498 128.25 503 122 505 114.25 545 128.5 550 117.75 552 105.25 575 111.75
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Tabla Nº 03: Tabla de resultados de la Influencia del tiempo en la oxidación del esparrago verde para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml) y para la generación de energía en bioceldas.
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Tabla Nº 04: Tabla de resultados del tamaño de partícula: Extracto o rayado de esparrago verde para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas.
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Esp. rayado: 0.5 gr Voltaje promedio (mV) 51.5 58 73 58.25 65 75 104 102 109 104.5 119 122.75 85.25 90 98.25 136.25 145.5 98.25 118.25 124.5 120.75 140.75 123.5 125 127 129 130 137.25 133 127 130.75 128.25 126.3 122.25 130.55 135.5
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Esp. extracto: 0.5 ml TIEMPO voltaje promedio ACUMULADO (mV) 16 56.25 23 56.25 40 80.25 47 67.25 64 79 151 133.75 153 125.75 165 128.5 175 134 177 121.75 194 140.25 200 135.25 223 81 245 95 247 102.25 270 137.25 318 158.75 332 129.25 341 117.5 343 126.25 354 114.75 365 149 367 139.5 406 115.25 412 109 414 75.5 478 144.25 484 136.5 486 128 498 137.75 503 132.25 505 122.75 545 142.75 550 118.75 552 103.5 575 131.5
l
[Catalizador]=0.5g., 2 ml H2O2, 75 ml Agua Destilada
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Tabla Nº 05: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del esparrago para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml) y agua destilada (75ml) para la generación de energía en bioceldas.
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Voltaje promedio (mV) 145 208 197.5 228 245.5 208.5 235.5 273.5 261 229.5 230.5 257 274.5 250 266.5 251.5 202.5 227 280 244.5 191 219.5 252 218.5 201.5 173 169.5 186 136.5 113 105.5 106 105 108.5
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voltaje promedio (mV) 94 134 139 158 154.5 105 113.5 135 145 151 160 153 168 151 170.5 137.5 130 153 148 147.5 143.5 120.5 131 115 124.5 115 97 97 97 97.5 90 80 86 80.5
ie
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Voltaje promedio (mV) 110.5 100.5 138 129.5 125 128 125.5 127.5 128 125 129 160 163 137.5 151.5 121.5 101.5 115.5 129 107 109 89 93 81 97.5 88.5 80.5 79.5 77 70 65.5 81.5 84 87
In g
de
15 24 42 48 70 138 144 184 195 210 219 229 247 256 271 275 335 340 359 365 383 387 407 412 510 527 533 551 670 695 772 790 815 821
voltaje promedio (mV) 87 81 84 88 114.5 140.5 116 142.5 122.5 144 150.5 169 168 140.5 155.5 127.5 138.5 153.5 157 135.5 164 119.5 136 119.5 138 141 118.5 120 128.5 116.5 130.5 125.5 151.5 163
en
TIEMPO ACUMULADO
en
[Esp.]=0.5 g. [Esp.]=1 g. [Esp.]=2g. [Esp.]=5 g.
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[Catalizador]=0.5g., 2 ml H2O2, 75 ml Agua Destilada
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106.5 135 137.5 145 150 145 141.5 143.5 142.5 139.5 140.5 136.5 142 140.5 136.5 127.5 114 102.5 95.5 94.5 101.5 101 100.5 98.5 98 105 96 95 90 103 100 95 84.5 90 92.5 90 94.5 81.5 88.5 86.5 84.5 87.5 86 83
Am bi
78 67.5 70.5 65 70.5 68 62 53.5 60 62 55.5 73.5 66 70 64 77.5 64.5 58.5 54.5 51 48.5 55 70 72 82.5 82 76 76 69.5 72 68 74 116 117.5 112 115.5 115 108.5 115 124 104 101.5 104.5 96.5
ría
76 86 87 83 80 69.5 68 72 74.5 82.5 85 100.5 94 95 94 111 132 124.5 134 141.5 141 128 153.5 150 153 144.5 143.5 132 129 133 141.5 135.5 144 148 135 132 133 133 123 126 125 128 121.5 111.5
en
145 137 159.5 134 144.5 137 128.5 119 122.5 133 130.5 155 152.5 145 138.5 141.5 134.5 122.5 129.5 131.5 124.5 130 140.5 137 152 138.5 150 145 135 140.5 145 154 173 177 153 164 175.5 176 148 161.5 160 139.5 155.5 148.5
de
845 863 869 886 893 909 915 934 941 981 1006 1032 1035 1056 1061 1085 1152 1157 1182 1206 1223 1227 1269 1275 1313 1320 1338 1345 1367 1385 1392 1410 1537 1553 1560 1576 1598 1619 1624 1648 1690 1696 1792 1809
l
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103.5 125.5 97 105 95.5
112 98.5 83 85 92.5
80.5 72 58 60 68
l
144.5 168.5 152 155 149
ta
1882 1985 2009 2033 2085
en
Tabla Nº 06: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del catalizador para una concentración constante de esparrago (0.5gr), agua destilada (75ml) y peróxido de hidrogeno (2ml), para la generación de energía en bioceldas.
ie
In g
de
ca lio te Bi b
voltaje promedio (mV) 94.5 86 105 124 120.5 124 147.5 158 175.5 166.5 142.5 150.5 146 150 136.5 172.5 120 147 118.5 140 123.5 109 147 108.5 144 94 126 118
ría
Voltaje promedio (mV) 110 113 127 134 134.5 159 179.5 188 175 181.5 181.5 178.5 186 173.5 172 170.5 144.5 149 142.5 125 113.5 114 85 81 71.5 69 62.5 51.5
en
voltaje TIEMPO promedio ACUMULADO (mV) 58 94 67 134 92 139 115 158 135 154.5 156 105 230 113.5 253 135 258 145 270 151 278 160 302 153 419 168 447 151 468 170.5 495 137.5 588 130 638 153 659 148 734 147.5 756 143.5 802 120.5 833 131 903 115 928 124.5 951 115 974 97 1068 97
Am bi
[Peróxido de hidrogeno]=2 ml., 75 ml Agua Destilada [Cat.]=0 [Cat.]=0.05 [Cat.]=0.5 [Cat.]=0.1g. g. g. g. Voltaje promedio (mV) 86 95 110.5 127.5 119 133.5 136 141 146.5 149 136 132.5 127.5 146.5 154.5 171 145 150 141 138 126 141.5 140 137 130 133.5 124 120
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1114 1234 1279
97 97.5 90
59 49.5 52.5
124 94 97
121 113.5 116
en
ta
l
Tabla Nº 07: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno para una concentración constante de esparrago (0.5gr), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas. [Cat.]=0.5 g., 0.5 g esparrago, 75 ml Agua Destilada [H2O2]=1 ml [H2O2]=2 ml [H2O2]=5ml [H2O2]=10ml
Bi b
lio te
ca
Voltaje promedio (mV) 77.5 96.5 101.5 131 149.5 149 148 153 139 145.5 162 148 149 153 164 141 134 128.5 133 150 167.5 153 145.5 160 173 162.5 185.5 196 184.5 173 166.5
Am bi
voltaje promedio (mV) 124 148.5 130 192 186 181 173.5 178.5 147.5 169 173.5 155 146 151.5 155 147.5 136 125 129 138 152 130 150.5 144 136 138.5 136 133 120.5 124 131
ie
ría
Voltaje promedio (mV) 126.5 157 163.5 206.5 210 210.5 199 194 176 192 162 183 174.5 178.5 179 181.5 193.5 151.5 154.5 167 177.5 145 188 191 175 178 174.5 183 171 185 189.5
en
de
6 26 31 78 99 169 177 189 194 238 243 262 268 292 336 344 363 369 387 393 434 440 505 509 529 535 555 577 581 607 632
voltaje promedio (mV) 94.5 86 105 124 120.5 124 147.5 158 175.5 166.5 142.5 150.5 146 150 136.5 172.5 120 147 118.5 140 123.5 109 147 108.5 144 94 126 118 124 94 97
In g
TIEMPO ACUMULADO
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Bi b
lio te
ca
en
Voltaje promedio (mV) 52.5 57 73 75.5 72.5 103.5 154 124 153 160 163 168 172 165.5 135.5 157 121.5 103 158.5 109.5 125.5 113.5 121 96 93 98.5 52.5 78 80 73 57 52
ría
Am bi
voltaje promedio (mV) 43.5 56 107.5 83.5 112 163.5 155 147 178.5 175 180 185 195 173.5 118.5 159.5 128 122 154 110 117 129.5 124 123 117.5 107 69 98 92 91.5 79 70
en
In g
de
6 26 31 78 99 169 177 189 194 238 243 262 268 292 336 344 363 369 387 393 434 440 505 509 529 535 555 577 581 607 632 675
Voltaje promedio (mV) 84.5 102 102.5 107.5 123.5 120.5 131 123.5 111.5 132 133.5 116 110.5 118.5 114.5 100 104.5 96 101 127.5 135.5 124 141.5 144.5 130.5 132.5 97.5 133 116 141 141 140
ie
TIEMPO ACUMULADO
ta
[Cat.]=5 g., 5 g esparrago, 75 ml Agua Destilada [H2O2]=2 ml [H2O2]=5ml [H2O2]=10ml
l
Tabla Nº 08: Tabla de resultados de la Influencia de la concentración del peróxido de hidrogeno para una concentración constante de esparrago (5gr), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas.
60 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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[Cat.]=0.5 g., 75 ml Agua Destilada
Bi b
ca
Voltaje promedio (mV) CELDA 3
117 92 135 137 135 146 147 150 176 164 143 196 203 170 177 139 102 121 134 124 118 102 108 96 117 109 101 102 100 90 92 117 118 123
104 109 141 122 115 110 104 105 80 86 115 124 123 105 126 104 101 110 124 90 100 76 78 66 78 68 60 57 54 50 39 46 50 51
45 50 58 60 46 62 60 67 42 49 63 66 68 59 90 88 107 152 188 145 145 123 126 112 130 120 103 90 95 95 87 79 86 83
ie en
In g
Voltaje promedio (mV) CELDA 3C
en
85 80 80 83 125 132 100 140 115 140 139 172 181 150 169 128 143 169 156 145 170 136 145 126 148 148 116 118 123 113 126 121 124 129
CELDA 2
Voltaje promedio (mV) CELDA 2B
143 218 220 256 263 148 167 296 248 253 257 240 268 243 251 187 153 154 230 150 142 118 136 118 119 110 91 104 99 100 93 81 86 78
Am bi
89 82 88 93 104 149 132 145 130 148 162 166 155 131 142 127 134 138 158 126 158 103 127 113 128 134 121 122 134 120 135 130 179 197
Voltaje promedio (mV)
[Esp.]=2g.
ría
Voltaje promedio (mV) CELDA 1A
lio te
15 24 42 48 70 138 144 184 195 210 219 229 247 256 271 275 335 340 359 365 383 387 407 412 510 527 533 551 670 695 772 790 815 821
Voltaje promedio (mV) CELDA 1
de
TIEMPO ACUMULADO
[Esp.]=1 g.
ta
[Esp.]=0.5 g.
l
Tabla Nº 09: Tabla de resultados de la reactivación del sistema con peróxido de hidrogeno para una concentración constante de catalizador (0.5gr), peróxido de hidrogeno (2ml), agua destilada (75ml), para la generación de energía en bioceldas.
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lio te Bi b
ie en
ta
l
76 66 69 63 74 67 64 53 59 63 51 63 57 64 61 80 62 56 56 54 48 42 56 60 60 58 53 48 40 40 27 35 45 34 33 33 33 30 37 47 4 10 13 7
en
80 69 72 67 67 69 60 54 61 61 60 84 75 76 67 75 67 61 53 48 49 14 84 84 105 106 99 104 99 104 109 113 187 201 191 198 197 187 193 201 204 193 196 186
Am bi
32 46 52 43 41 30 30 24 29 34 34 54 40 41 44 45 45 39 37 37 35 26 60 50 53 42 47 37 30 32 36 35 55 63 46 41 43 41 39 41 46 56 45 42
ría
120 126 122 123 119 109 106 120 120 131 136 147 148 149 144 177 219 210 231 246 247 230 247 250 253 247 240 227 228 234 247 236 233 233 224 223 223 225 207 211 204 200 198 181
In g
114 114 131 121 119 118 113 107 107 116 112 119 118 119 112 116 117 113 116 116 108 125 145 136 160 137 141 136 147 152 172 165 232 224 216 213 224 223 206 224 210 196 205 206
de
176 160 188 147 170 156 144 131 138 150 149 191 187 171 165 167 152 132 143 147 141 130 136 138 144 140 159 154 123 129 118 143 114 130 90 115 127 129 90 99 110 83 106 91
ca
845 863 869 886 893 909 915 934 941 981 1006 1032 1035 1056 1061 1085 1152 1157 1182 1206 1223 1227 1269 1275 1313 1320 1338 1345 1367 1385 1392 1410 1537 1553 1560 1576 1598 1619 1624 1648 1690 1696 1792 1809
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211 229 220 222 199
164 189 154 164 144
43 62 40 46 47
206 181 143 152 158
18 16 23 22 27
l
78 108 84 88 99
Bi b
lio te
ca
de
In g
en
ie
ría
Am bi
en
ta
1882 1985 2009 2033 2085
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Am bi
en
ta
Multitester
l
Fig. Nº 18: Sistema de Bioceldas de espárrago verde
Cables conectores
en
ie
ría
Electrodos de Grafito
de
In g
Membrana de Acetato de Celulosa.
Bi b
lio te
ca
Bioceldas
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