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PROGRAMA: INGENIERA QUMICA
FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA
Facultad de Ingeniera
APROBACIN DEL ANTEPROYECTO
Versin:
02-2012
PROGRAMA: INGENIERA QUMICA
NMERO DE RADICACIN: 12 02 30 ESTUDIANTE 1
ESTUDIANTE 1ESTUDIANTE 2
APELLIDOS: Ortega Valbuena
NOMBRES: Paola Margarita
CDIGO:6071073
TEL.: 7024012 / 3123343506
E-MAIL: [email protected]
GRUPO9.3 Q
ESTUDIANTE 2
APELLIDOS: Pulido Valero
NOMBRES: Julieth Andrea
CDIGO:6081017
TEL.: 8137286 / 3002848154
E-MAIL:[email protected]
GRUPO9.3 Q
TTULO DEL PROYECTO: Desarrollo de un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales.PALABRAS CLAVES: biogs, biodigestor, compostaje, desechos vegetales, digestin anaerobia, inhibicin.
REA DE INVESTIGACIN: Investigacin
CAMPO DE INTERS: Montaje de un biodigestor por etapas a nivel banco.ORIENTADOR: Germn Andrs Castro Moreno.DIRECTOR Mauricio Anbal Sierra Sarmiento.
PROFESIN: Ingeniero Qumico.BOGOT D.C. 09 de noviembre de 2012SEORES
COMIT DE TRABAJOS DE GRADO
FACULTAD DE INGENIERA.
PROGRAMA: INGENIERA QUMICA
UNIVERSIDAD DE AMRICA
CIUDAD
Ref.: Presentacin del AnteproyectoEstimados Seores:
En cumplimiento del Procedimiento de la Facultad para la Elaboracin de Trabajo de Grado nos permitimos presentar para los fines pertinentes el anteproyecto correspondiente a la propuesta aprobada y radicada con el nmero 12 02 30 y que lleva por ttulo: Desarrollo de un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales.
Las funciones de director del Trabajo de Grado estn a cargo de Mauricio Anbal Sierra Sarmiento.Atentamente,Firmas:
____________________________ _____________________________
Paola Margarita Ortega Valbuena Julieth Andrea Pulido ValeroCdigo: 6071073
Cdigo: 6081017 Estudiante 1
Estudiante 2
BOGOT D.C. 21 de septiembre de 2012SEORES
COMIT DE TRABAJOS DE GRADO
FACULTAD DE INGENIERA.
PROGRAMA: INGENIERA QUMICA
UNIVERSIDAD DE AMRICA
CIUDAD
Ref.: Presentacin de la Propuesta
Estimados Seores:
En cumplimiento del Procedimiento de la Facultad para la Elaboracin de Trabajo de Grado nos permitimos presentar para los fines pertinentes la Propuesta del Trabajo de Grado que lleva por ttulo: Desarrollo de un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales.
El Director del Trabajo de Grado es el Ingeniero Qumico Mauricio Anbal Sierra Sarmiento.
Atentamente,
Firmas:
____________________________ _____________________________
Paola Margarita Ortega Valbuena Julieth Andrea Pulido Valero
Cdigo: 6071073
Cdigo: 6081017 Estudiante 1
Estudiante 2DESARROLLO DE UN MONTAJE POR ETAPAS A NIVEL BANCO PARA LA OBTENCIN DE BIOGS A PARTIR DE RESIDUOS VEGETALES
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El aumento en la generacin de residuos slidos asociado al crecimiento poblacional y a la globalizacin; ha llevado a la aplicacin de tecnologas apropiadas para la disposicin final de residuos slidos que permitan un control racional de los impactos producidos por los residuos, sin que se ponga en alto riesgo el medio ambiente y la salud pblica.
Segn caracterizaciones de residuos slidos urbanos en Colombia, retomados por el RAS, la proporcin de orgnicos sobre los residuos slidos urbanos alcanza el 55% de la produccin percpita (ppc). La disposicin indiscriminada de stos residuos en rellenos sanitarios se traduce en prdida de nutrientes y contaminacin ambiental. sta, por las caractersticas fisicoqumicas de los residuos slidos urbanos orgnicos y los procesos de descomposicin que le son propios, ocasionan la generacin de gases y lixiviados con altas cargas contaminantes, creando la necesidad de sistemas de tratamiento costosos y complejos, necesarios para realizar la remocin de contaminantes que exige la normatividad, de tal manera que se evite un mayor deterioro de los recursos agua, aire y suelo.
La Red Tecnoparque Colombia es un programa del SENA orientado a apoyar el desarrollo de proyectos innovadores de base tecnolgica para generar productos y servicios que contribuyan al crecimiento econmico del pas, es por esto que con la colaboracin de funcionarios de CORPODIB se pens construir un diseo de un biodigestor anaerobio banco por etapas partiendo de un prototipo ya existente el cual no est en funcionamiento y cuya propiedad es de Corabastos, en donde se har un anlisis experimental para observar las variables de respuesta y hacer el estudio aplicable a centros de acopio vegetales.
Por esta razn si no se evala este tipo de alternativa para la produccin de biogs, se perder la oportunidad de dar un primer paso para el arranque del prototipo existente, el cual ser fundamental en el manejo de las 24,000 ton/ao en promedio que se disponen, de los cuales el 76%, 18,240 Toneladas, son de material vegetal llevado como materia prima para compost (de muy bajo valor agregado que no compensa el valor del tratamiento) y el resto 5,760 Toneladas (24%) se entregan a Ciudad Limpia para disposicin final. La propuesta permite dar camino a tener un posterior producto con un valor energtico aceptable utilizable en los requerimientos tcnicos de las centrales de acopio, como por ejemplo en los procesos de refrigeracin.Lo anterior presenta el gran potencial que se tiene en la disposicin final de estos residuos orgnicos para la obtencin de productos de mayor valor agregado como biogs, que reduzcan as la generacin de residuos contaminantes en las centrales de abastos.
Para el desarrollo de este proyecto se han encontrado varias alternativas las cuales son:
Disear un banco de pruebas a nivel banco para obtener las condiciones y parmetros evaluativos presentando un anlisis fsico y qumico.
Disear un biodigestor anaerobio piloto, partiendo de una cintica, con un sistema de control para obtener una alta produccin de biogs.
Crear un modelo matemtico de simulacin del equipo piloto.
Transferencia de calor y masa, implicando los balances necesarios.
Las temticas a implementar para la solucin de este proyecto de investigacin son:
Desarrollo de pruebas a nivel banco obteniendo las condiciones generales del proceso para evaluar la produccin de biogs.
FORMULACIN DEL PROBLEMA
Cmo desarrollar un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales?PREGUNTAS SECUNDARIAS
Cules son las caractersticas del diseo con base en el biodigestor anaerobio por etapas propiedad de Corabastos?
Cmo es el dimensionamiento del montaje a nivel banco del biodigestor anaerobio por etapas? Cunto biogs generado a partir de residuos vegetales en el prototipo banco?
ANTECEDENTES
Desarrollo de la ingeniera bsica del sistema de produccin de biogs a partir de estircol de ganado vacuno de la finca Sierra Morena a escala de planta piloto. / AUTORES: Cesar Claudio de la Rosa Porras, Mara Fernanda Rivera Valderrama. Ao (2009) TRABAJO DE GRADO UNIVERSIDAD DE AMRICA
Este trabajo aporta al proyecto caractersticas fsicas, qumicas y microbiolgicas de la materia prima para el correcto funcionamiento del biodigestor con las condiciones adecuadas y su adaptacin de sustratos. El trabajo de grado brinda otras alternativas para aprovechar el tipo de residuos para la obtencin de combustible y de bioabono. Se proporcionan los balances de masa del sistema y reportan el poder de generacin de energa qumica al combustible que se produce, tambin se desarrolla la caracterizacin fsica y qumica del efluente que se obtiene y se presenta la manera de cmo puede ser utilizado en otras actividades. Se muestra una comparacin en planta piloto que permite comparar los resultados obtenidos a escala laboratorio y a su vez someter un sistema de biodigestin a las condiciones ambientales y climticas del lugar de ubicacin de la finca.
Ingeniera bsica para el proceso de generacin de biogs a partir de porquinaza en la finca Veraguas (TOCANCIPA). / AUTORES: Cristhian Alejandro moreno Bernal, ngela Mara Zarate Chvez. Ao (2009) TRABAJO DE GRADO UNIVERSIDAD DE AMRICA
Este trabajo nos ayudara con el anlisis de los parmetros como la demanda qumica de oxgeno, slidos suspendidos, slidos fijos, slidos voltiles, pH, temperatura, y produccin de biogs para comprobarlos con los anlisis obtenidos con el biodigestor ubicado en El Ecoparque Universitario Pinares de Tenjo.
Desarrollo de la ingeniera bsica para la produccin de biogs a partir de desechos orgnicos en la finca TIBAMOX. / AUTORES: Ivn Sebastin Chvez Prez, Daniel Roberto Oviedo Cardozo. Ao (2009) TRABAJO DE GRADO UNIVERSIDAD DE AMRICA
Este trabajo nos ayudara con las propiedades de los desechos orgnicos vegetales (pitn de fresa) y adems la conformacin del sustrato con una mezcla de estircol vacuno y pitn de fresa.
Diseo de un sistema de aprovechamiento de excreta porcina para la generacin de biogs en la granja integral Mara Alejandra. / AUTORES: Camilo Andrs Amaya Cabreara, Ivn Mauricio Bolvar Garzn. Ao (2008) TRABAJO DE GRADO UNIVERSIDAD DE AMRICA
Este trabajo nos ayudara con las condiciones para la obtencin de biogs mediante la digestin anaerobia en fermentadores bajo un sistema batch con temperaturas de 20C y 28C, con carga orgnica media como slidos suspendidos totales.
Biogas production from different substrates in an experimental Continuously Stirred Tank Reactor anaerobic digester. / AUTORES: Francesco Fantozzi, Cinzia Buratti. Ao (2009) PUBLICACION EN LA REVISTA BIORESOURCE TECHNOLOGY.
Esta publicacin proporcionara datos sobre el rendimiento del biodigestor y la composicin de biogs producido a diferentes sustratos, pues el articulo suministra una serie de datos de produccin que fueron estudiados en un laboratorio piloto de digestin el cual fue construido en el Centro de Investigacin de Biomasa de la Universidad de Perugia orientando esta nueva investigacin por una lnea de mezcla de estircol de vaca, biomasa vegetal e inoculo de liquido rumial.
Inhibition of anaerobic digestion process: A review. / AUTORES: Ye Chen, Jay J. Cheng, Kurt S. Creamer. Ao (2008) PUBLICACION EN LA REVISTA BIORESOURCE TECHNOLOGY.
Al ser la digestin anaerobia tan atractiva en cuanto a dar mejor uso de desechos orgnicos, la mayora de los residuos agrcolas e industriales son usados para dicho tratamiento, el articulo nos proporcionara una gran variedad de sustancias inhibidoras que comnmente se presentan en los digestores anaerobios haciendo que el tratamiento presente problemas de bajo rendimiento del metano o de inestabilidad del proceso, adems, el articulo incorpora mtodos para eliminar o contrarrestar sustancias txicas antes de la digestin anaerobia logrando mejorar la eficiencia del proceso.
Estudio de la produccin de metano a partir de pollinaza va digestin anaerobia. / AUTORES: Diana Carolina Ramos Fall. Ao (2010) TRABAJO DE GRADO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.
El proyecto nos proporciona una metodologa experimental de produccin de biogs a partir de pollinaza, estudiando los factores que influyen en la produccin, los sistemas de digestin anaerobia pues nos muestra tericamente los comportamientos que se presentan dentro de diferentes tipos de reactores y el anlisis de montajes a escala laboratorio del potencial de produccin de biogs por medio de sustratos agroalimentarios.
Continuous co-digestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure. / AUTORES: F.J. Callaghan, D.A.J. Wase, K. Thayanithy, C.F. Forster. Ao (2002). Publicacin de Biomass & Bioenergy.
La publicacin proporciona estudios hechos a un reactor anaerobio y mesfilo de continua agitacin cuyo volumen es de 18 L, al cual se analizan elementos medibles tales como slidos voltiles, produccin total de metano, rendimiento de metano, tiempos de retencin, relaciones carbono nitrgeno, factores inhibidores y estudios de desechos de frutas y legumbres, entre otros.
JUSTIFICACIN
El proyecto de investigacin beneficiar a las centrales de abasto del pas que requieran de este estudio, siendo un primer paso para la futura puesta en marcha del biodigestor anaerobio por etapas perteneciente a Corabastos, preparando a los centros de disposicin final a la implementacin de energas no fsiles y por tanto renovables, usando como materia prima los desechos generados en las centrales de abasto.
El propsito es aportar la seleccin de alternativas pertinentes en el manejo de los residuos vegetales y el montaje del prototipo experimental para la produccin de biogs, logrando una generacin de conocimiento en el anlisis de los tipos de sustratos de mayor potencial en la produccin de biogs.Retomando los principios de la fermentacin anaerobia se encuentran algunos factores fsicos y qumicos que se establecen como unos elementos medibles en el proceso de investigacin, dentro de los cuales se encuentran: temperatura, pH y demanda qumica de oxgeno. A grandes rasgos, los resultados esperados del proyecto son: Un anlisis preliminar en laboratorio de las condiciones de proceso para la obtencin de biogs del tratamiento anaerobio de residuos vegetales.
Protocolos del laboratorio para el desarrollo de los anlisis de seguimiento de la reaccin de digestin anaerobia.
Caracterizacin de los productos del prototipo.Por ltimo este trabajo puede ser realizado por ingenieros qumicos porque requiere los siguientes conocimientos: bioprocesos, donde se determinara el dimensionamiento de bioreactores, tiempos de residencia, intervalos de operacin para procesos con microorganismos y; procesos qumicos, donde se determinar las condiciones de produccin y su viabilidad tcnica; transferencia de calor, en donde se modela o determina perfiles de temperatura asociados. Conocimientos que fueron adquiridos durante el programa de pregrado de Ingeniera Qumica.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Establecer las caractersticas del diseo con base en el biodigestor anaerobio por etapas propiedad de Corabastos.
Dimensionar el montaje a nivel banco del biodigestor anaerobio por etapas.
Evaluar la produccin de biogs generado a partir de residuos vegetales en el prototipo banco.
DELIMITACIN
El proyecto tiene como alcance evaluar la produccin de biogs generado en el biodigestor anaerobio por etapas a escala banco; construido en el laboratorio de la Red Tecnoparque Colombia Nodo Bogot basado en el modelo perteneciente a Corabastos, a partir de desechos vegetales, con el objetivo de establecer las condiciones generales del proceso para evaluar la produccin de biogs nicamente a nivel banco y realizar un manual de protocolo de operacin del equipo.
El proyecto no abarcar la realizacin de un nuevo diseo piloto, ni la mejora del existente, ni la evaluacin de los parmetros en el equipo piloto perteneciente a Corabastos. A su vez, no se plasmar la cintica al biodigestor, no tendr anlisis financiero, ni la simulacin del proceso de digestin anaerobia y la caracterizacin de la materia prima ser netamente bibliogrfica.El proyecto no abarcar fases experimentales en otros equipos diferentes al que es mencionado anteriormente.
MARCO DE REFERENCIA
MARCO TERICO
Digestin Anaerobia
La digestin anaerobia radica en la degradacin de la materia orgnica en donde los microorganismos se ven involucrados en un proceso de cuatro etapas: hidrolisis, acidognesis, acetognesis y metanognesis; en donde se produce gran variedad de reacciones qumicas.
Cuando la materia orgnica es fermentada en un ambiente anaerobio las bacterias producen una mezcla de gas metano y dixido de carbono, principalmente; adems, durante el proceso de tratamiento anaerobio los compuestos de nitrgeno orgnico son convertidos a amonio, los compuestos de azufre se convierten en cido sulfhdrico, el fosforo se trasforma a ortofosfatos, y el calcio, magnesio y sodio son convertidos en una gran variedad de sales.
La degradacin anaerobia se usa generalmente para la produccin de energa y para el tratamiento de residuos. Procesos De Digestin Los cuatro procesos implicados en la digestin anaerobia, son secuencialmente, los siguientes:
Hidrolisis
Son procesos biolgicos extracelulares que permiten el rompimiento y solubilizacin de compuestos orgnicos complejos a sustratos solubles. Entre estos sustratos se encuentran los lpidos, carbohidratos y protenas. Los productos de la desintegracin enzimtica de estos tres compuestos son los monosacridos, aminocidos y cidos grasos de cadena larga. Cada proceso es catalizado por enzimas que son producidas directamente por el microorganismo beneficindose de los productos solubles.
Acidognesis
Las molculas solubles son fermentadas por microorganismos fermentativos generando compuesto tiles para el metabolismo de las bacterias metanognicas. Como el cido actico y el hidrogeno. El acetato es el principal cido orgnico voltil usando como sustrato de las bacterias formadoras de metano. Si las bacterias metanognicas no degradan los productos de esta segunda fase, los productos de esta aumentan variando el pH y se genera un medio acido.
Acetognesis
Los cidos grasos voltiles (AGVs) son convertidos en acetato por medio de las bacterias acetognicas e hidrogeno por algunas bacterias del genero clostridia. La acetognesis ocurre en la etapa de acidognesis donde cidos y alcoholes son producidos en la etapa de acidognesis que tambin pueden ser degradados en acetato.
Metanognesis
El metano se forma principalmente del acetato, dixido de carbono e hidrogeno. El metano tambin se forma de algunos compuestos orgnicos distintos del acetato (formato, metanol, metilamina) por consiguiente, los otros productos de fermentacin se deben convertirse a compuestos que pueden usarse directamente o indirectamente por las bacterias metanognicas.
FIGURA N 1. Etapas Involucradas en el Proceso De Digestin Anaerobia
Fuente: Batstone, et al., 2002
MICROBIOLOGA DE LA DIGESTIN ANAEROBIA
Los diferentes pasos presentes en estas interacciones microbianas se pueden observar en la figura 2.FIGURA N 2 Pasos Metablicos y Grupos Microbiales Presentes en la Digestin Anaerobia
Bacterias Fermentativas: Este grupo de bacterias es el responsable del desarrollo de las dos primeras etapas de la digestin anaerobia (Hidrolisis y acidognesis). Estas bacterias producen enzimas que se liberan en el medio para hidrolizar los compuestos orgnicos tales como celulosa, hemicelulosa, pectinas y almidones, en molculas ms pequeas las cuales son transportadas al interior de las clulas para una posterior fermentacin.
Bacterias Acetognicas Productoras De Hidrogeno: Este grupo de bacterias son esenciales en la degradacin anaerobia, debido a que catabolizan compuestos tales como propionato y otros cidos orgnicos ms grandes que el acetato, alcoholes y ciertos compuestos aromticos a acetato y CO2. Bacterias Metanognicas: Las bacterias metanognicas forman un grupo especial de bacterias, de diferentes especies que tienen diferente forma celular las cuales obtienen la energa de crecimiento. Las bacterias metanognicas estn filogenticamente relacionadas con los organismos ms primitivos presentes al inicio de la vida en el planeta. Las condiciones de crecimiento de las bacterias metanognicas vara de entre 15 a 40C para bacterias mesofilas y de entre 55 a 65C para bacterias termfilas; el rango ideal de pH para el crecimiento est entre 6.8 a 7.2.Bacterias Sulfato Reductoras: Las bacterias sulfato reductoras frecuentemente se encuentran asociadas con las metanognicas en ambientes anaerobios. En trminos generales las bacterias sulfato reductoras presentan un papel importante debido a que ellas pueden actuar tanto como bacterias acetognicas favoreciendo la metanognesis o como bacterias que compiten por los nutrientes con las bacterias metanognicas en cuyo caso inhiben la metanognesis dependiendo de la concentracin de sulfato.FACTORES A CONSIDERAR EN LA PRODUCCIN DE BIOGS
En el proceso de biogs es un proceso biolgico completo y est influenciado por diversos factores ambientales.
La interdependencia de las bacterias es un factor clave en el proceso de biogs. En condiciones de operacin inestables, productos intermedios como los AGVs y alcoholes se acumulan y pueden causar inestabilidad interfiriendo as en la produccin del biogs. Los factores ms importantes que pueden incluir en la produccin de biogs son el pH, la temperatura, la composicin del sustrato, entre otros.
Temperatura Uno de los principales factores que influyen sobre la digestin anaerobia, pues afecta directamente a la actividad y tiempo de generacin de los microorganismos con lo que ejerce una fuerte influencia sobre el proceso. Podemos considerar tres rangos de temperatura:
Psicroflico: 5< T < 20C. Aguas residuales urbanas.
Mesofilica: 20< T < 40C. El ms utilizado en aplicaciones industriales (Top. 35-40C.)
Termofilica: 45< T < 65C. Al elevar la temperatura, las reacciones qumicas (hidrlisis, licuefaccin) biolgicas transcurren a velocidades mayores. Sin embargo slo es econmicamente rentable para aguas industriales generadas a elevadas temperaturas.
El pH
El pH de un digestor anaerobio est casi totalmente controlado por la asociacin del H2CO3 y una base fuerte, generalmente producto de la actividad de los AGVs y NH4+.
La mayor parte de las bacterias son capaces de crecer en un rango de 3 unidades de pH, si bien el pH ptimo suele estar comprendido entre 6.5 - 7.5. Las metanobacterias son especialmente sensibles al pH, con un rango prximo a la neutralidad.
Tiempo De Retencin Hidrulica (TRH)
El tiempo de retencin hidrulica (TRH) describe el tiempo promedio que el sustrato se mantiene en un digestor y se define por:
El TRH mnimo depende del tipo de material a ser digerido. Entre ms bajo sea la velocidad de degradacin, ms bajo ser el tiempo de duplicacin de las bacterias y ms alto ser el TRH.
La etapa de velocidad limitante para residuos agrcolas suele ser la etapa de hidrlisis. La velocidad de degradacin de los tipos bsicos de compuestos orgnicos se incrementa en el siguiente orden:
Celulosa > Hemicelulsa > Protenas > Grasas > Carbohidratos
Velocidad De Carga Orgnica
La velocidad de carga orgnica (VCO) describe la cantidad de material orgnico que es alimentado (expresado como DQO o Solidos Voltiles (SV)) diariamente por m3 de volumen hmedo de digestor.
Relacin Carbono/Nitrgeno
El nitrgeno presente en la alimentacin tiene dos beneficios: provee un elemento esencial para la sntesis de aminocidos, protenas y cidos nucleicos de las bacterias; y es convertido en amoniaco, compuesto bsico, fundamental para mantener la neutralidad del pH. Un exceso de N2 en la alimentacin causa una formacin excesiva de amoniaco, toxica para los metanognicos. Es entonces importante que la alimentacin contenga una cantidad equilibrada de nitrgeno: generalmente se indica la cantidad de nitrgeno en relacin a la cantidad de carbono. Valores de C/N inferiores a 10:1 son considerados inhibitorios a causa de una excesiva formacin de NH3; valores superiores a 30:1 no son recomendables a causa de la escasez de N, que disminuye la velocidad de crecimiento bacteriano.
Demanda Qumica De Oxigeno (DQO)
La DQO se define como la cantidad de un oxigenante especfico que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas. La cantidad de oxigenante consumido se expresa en trminos de su equivalente de oxgeno.
Las condiciones oxidantes en las pruebas de DQO pueden ser:
La ebullicin de una alcuota de muestra con mezcla sulfocrmica 0,25 N en un sistema reaccionante abierto (a reflujo).
La digestin de la muestra a 150C durante dos horas con mezcla sulfocrmica 0,1 N, en un sistema cerrado.
SISTEMA DE DIGESTIN ANAEROBIA: REACTORES POR ETAPASPrototipo de biodigestor por etapas secuenciadas, a modo de realizar una fermentacin bacteriana ms eficiente, adems de permitir el empleo de materiales antes no utilizados en la produccin de biogs. El producto obtenido en dicho proceso es gas metano, dixido de carbono y biofertilizantes. El biogs puede ser utilizado directamente o ser transformado a energa elctrica mediante un generador. El biofertilizantes es un abono rico en macro y micronutrientes de alto valor agronmico. Permite utilizar sustratos con alto contenido de slidos y material lignocelultico de baja degradabilidad.MARCO CONCEPTUAL
Digestin anaerobia: Es el proceso en donde los microorganismos descomponen el material biodegradable en ausencia de oxigeno, generando una variedad de gases en donde predominan el dixido de carbono y el metano.
Compostaje: Es un fertilizante que proviene de desechos de animales, humanos, restos vegetales de alimentos, restos de cultivos de hongos comestibles u otra fuente orgnica y natural.
Bacterias metanognicas: Las bacterias metanognicas forman un grupo especial de bacterias anaerobias cuya funcin es convertir la materia orgnica y formar metano.
Biogs: El biogs es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos especficos, por las reacciones de biodegradacin de la materia orgnica, mediante la accin de microorganismos y otros factores, en ausencia de oxgeno.
Tiempo de retencin hidrulica: El tiempo de retencin hidrulica (TRH) describe el tiempo promedio que el sustrato se mantiene en el digestor.
Velocidad de carga orgnica: La velocidad de carga orgnica (VCO) describe la cantidad de material orgnico que es alimentado (expresado como DQO o Slidos Voltiles (SV)) diariamente por m3 de volumen hmedo de digestor.
Demanda qumica de oxigeno (DQO): La DQO se define como la cantidad de un oxigenante especfico que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas. La cantidad de oxigenante consumido se expresa en trminos de su equivalente de oxgeno.
MARCO LEGAL
Resoluciones
Resolucin 0601 de 2006
Por la cual se establece la Normal de Calidad del Aire o Nivel de Inmisin, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia.
Resolucin 18 0158 de 2007
Por la cual se determinar los combustibles limpios de conformidad con lo consagrado en el pargrafo del artculo 1 de la Ley 1083 de 2006
Decretos
Decreto 4741 De 2005
Por el cual se reglamenta parcialmente la prevencin y el manejo de los residuos o desechos peligrosos generados en el marco de la gestin integral.
Decreto 948 De 1995
Este presenta el Reglamento de Proteccin y Control de la Calidad del Aire en donde establecen las normas y principios generales para la proteccin atmosfrica, los mecanismos de prevencin, control y atencin de episodios por contaminacin del aire, generada por fuentes contaminantes fijas.
METODOLOGA
Para el desarrollo del trabajo de grado tiene como objetivo desarrollar un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales, el mtodo de solucin del proyecto se basa en un anlisis a nivel banco con las condiciones de proceso para la obtencin de biogs del tratamiento anaerobio por medio de desechos vegetales, para as aportar una solucin al manejo de residuos de los desechos orgnicos.
Como primer paso es establecer las caractersticas del diseo con base en el biodigestor anaerobio por etapas propiedad de Corabatos. Por medio de una revisin geomtrica presentada en el biodigestor anaerobio por etapas existente en Corabastos para desarrollar un scale-down de este prototipo. Es necesario establecer las condiciones generales de proceso para la produccin de biogs El proceso de produccin de biogs depende de varios parmetros que afectan la actividad bacteriana, como la temperatura, porcentaje de slidos y el pH. El sustrato es el material de partida en la produccin de biogs, en principio, todos los materiales orgnicos pueden fermentar o ser digeridos, los sustratos a utilizar en la investigacin son los desechos vegetales, teniendo como fundamento la utilizacin de un inoculo para aumentar moderadamente la produccin de biogs
Como segundo paso tiene como desarrollo del montaje del biodigestor anaerobio por etapas analizando la capacidad, la altura, el suministro de calor y la agitacin del biodigestor por cada etapa, se proceder a la seleccin y compra de todos los materiales para realizar el montaje a escala banco. Por ltimo, se evaluara la produccin de biogs generado a partir de desechos vegetales en el prototipo banco en donde se realizara pruebas a diferentes concentraciones de sustratos. Establecer como elementos del proceso de investigacin como: tiempo de retencin hidrulica, velocidad de carga orgnica, temperatura, pH, tiempo de residencia y demanda qumica de oxigeno; adems se usaran protocolos de laboratorio para el desarrollo de los anlisis de seguimiento de la reaccin de digestin anaerobia, que permitan un mejor anlisis del proceso de generacin de energa ms limpia por medio de una caracterizacin del biogs. Donde las variables medibles son la temperatura, pH y la demanda qumica de oxgeno, y las variables de respuesta son la cantidad de biogs y residuos digeridos.
LISTA DE ACTIVIDADES
1. Establecer las caractersticas del diseo con base en el biodigestor anaerobio por etapas propiedad de Corabatos.
a. Revisin geomtrica presentada del biodigestor por etapas de Corabastos.
b. Realizar un scale down del prototipo de Corabastos.
c. Tcnicas de reduccin de tamao del material vegetal.d. Seleccionar los sustratos ms adecuados para una produccin de biogs ms eficiente, segn revisin bibliogrfica.e. Establecer las condiciones de proceso para la produccin de biogs.
2. Desarrollar el montaje del biodigestor anaerobio por etapas.
a) Definicin de la capacidad del biodigestores por cada etapas
b) Definicin Altura del biodigestor por cada etapa
c) Definicin del suministro de calor.
d) Definicin del sistema de agitacin
e) Seleccin y obtencin de los equipos para el montaje a escala banco.f) Realizar el montaje a escala banco.3. Evaluar la produccin de biogs generado a partir de desechos vegetales en el prototipo banco
a) Formulacin del diseo experimental
b) Implementar el diseo experimental propuesto
c) Determinacin de biogs y residuos obtenidosd) Evaluacin del biogs obtenido y residuos digeridos e) Anlisis estadstico de los datosTABLA DE CONTENIDOObjetivos.
Introduccin1. Generalidades1.1 Digestin anaerobia1.1.1 Procesos de digestin
1.1.1.1 Hidrolisis
1.1.1.2 Acidognesis
1.1.1.3 Acetogneisis
1.1.1.4 Metanognesis
1.1.2 Microbiologa de la digestin anaerobia
1.1.2.1 Bacterias fermentativas
1.1.2.2 Bacterias acetognicas productoras de hidrogeno
1.1.2.3 Bacterias homoacetogenicas
1.1.2.4 Bacterias metanognicas
1.1.2.5 Bacterias sulfato reductoras
1.1.3 Factores a considerar en la produccin de biogs
1.1.3.1 Relacin de sustratos
1.1.3.2 Relacin carbono/nitrgeno
1.1.3.3 Temperatura
1.1.3.4 pH
1.1.3.5 Demanda qumica de oxigeno
1.1.3.6 Tiempo de retencin hidrulica
1.1.3.7 Slidos voltiles
1.1.3.8 Velocidad de carga orgnica
2. Metodologa
2.1 Definicin de las caractersticas del equipo existente en Corabastos2.2 Seleccin y obtencin de los equipos para el montaje
2.3 Construccin de los biodigestores tubulares
2.4 Definicin de los parmetros a nivel laboratorio
2.5 Montaje experimental a escala piloto
2.6 Dilucin de la materia orgnica
2.7 Caracterizacin del DQO
2.8 Caracterizacin de slidos
2.9 Produccin del biogs
2.9.1 Composicin del biogs 3. Anlisis y evaluacin de resultados
3.1 Anlisis de DQO
3.2 Anlisis de slidos
3.3 Anlisis de produccin del biogs
3.4 Caracterizacin del biogs
3.5 Anlisis te temperatura
3.6 Anlisis de la relacin de sustratos
4. Conclusiones y recomendaciones
5. Bibliografa
6. Anexos CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
OBJETIVOS Tiempo
Semanas
ActividadesDiciembre
2012Enero
2013Febrero
2013Marzo
2013Abril
2013Mayo
2013junio
2013julio
2013Responsables
12341234123412341234123412341234
Revisin bibliogrficaAndrea Pulido
Paola Ortega
Establecer las caractersticas del diseo base en el biodigestor anaerobio por etapas propiedad de corbatos
Revisin geomtrica presentada del biodigestor por etapas de Corabastos.Andrea Pulido
Paola Ortega
Realizar un scale down del prototipo de Corabastos.Andrea Pulido
Paola Ortega
Tcnicas de reduccin de tamao del material vegetal.Andrea Pulido
Paola Ortega
Seleccionar los sustratos ms adecuados para una produccin de biogs ms eficiente, segn revisin bibliogrfica.Andrea Pulido
Paola Ortega
Establecer las condiciones de proceso para la produccin de biogs.
Andrea Pulido
Paola Ortega
Dimensionar el montaje del biodigestor anaerobio por etapas.
Definicin de la Capacidad del biodigestores por cada etapa.Andrea Pulido
Paola Ortega
Definicin de la Altura del biodigestor por cada etapaAndrea Pulido
Paola Ortega
Definicin del suministro de calor.
Andrea Pulido
Paola Ortega
Definicin del sistema de agitacin
Andrea Pulido
Paola Ortega
Seleccin y obtencin de los equipos para el montaje a escala banco.Andrea Pulido
Paola Ortega
Realizar el montaje a escala banco.Andrea Pulido
Paola Ortega
Evaluar la produccin de biogs generado a partir de residuos vegetales en el prototipo banco.
Formulacin del diseo experimental.Andrea Pulido
Paola Ortega
Implementar el diseo experimental propuesto.Andrea Pulido
Paola Ortega
Determinacin de biogs y residuos obtenidos.Andrea Pulido
Paola Ortega
Evaluacin del biogs y del residuo digerido.Andrea Pulido
Paola Ortega
Anlisis estadstico de los datosAndrea Pulido
Paola Ortega
Redaccin del Documento FinalAndrea Pulido
Paola Ortega
NMERO DE RADICACIN: 12 02 30
TTULO DEL ANTEPROYECTO: Desarrollo de un montaje por etapas a nivel banco para la obtencin de biogs a partir de residuos vegetales.PROPONENTES:
ESTUDIANTE 1: Paola Margarita Ortega Valbuena
CDIGO: 6071073ESTUDIANTE 2: Julieth Andrea Pulido Valero
CDIGO: 6081017
Factores de EvaluacinE: Excelente
S: Sobresaliente
A: Aceptable
D: Deficiente
ESADOBSERVACIONES
MEJORAMIENTO DE LA PROPUESTA
Las correcciones y/o modificaciones le aportan valor agregado al documento?
ANLISIS Y EVALUACIN DEL MODELO TERICOLos elementos contenidos satisfacen requisitos que involucren el trabajo a desarrollar?
ANLISIS Y EVALUACIN DEL MODELO METODOLGICO
Manejo de la informacin: Es coherente?
Diseo metodolgico: Se infiere un lgico desarrollo del mismo?
Tabla de contenido: Es coherente e integral?
ANLISIS Y EVALUACIN DEL MODELO ADMINISTRATIVO
Cronograma: Hay claridad en la programacin de actividades?
Presupuesto: Est bien definido, viable y soportado? Fuentes de financiacin: Estn claramente definidas?
Viabilidad: Tiempo, costo son adecuados?
Documentos soporte: Satisface los requisitos reglamentarios?
Concepto Final: Aprobacin Anteproyecto Si ____ No_____Observaciones:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________FIRMAS
EvaluadorCoordinador del ComitFecha
BIBLIOGRAFA[1] Cesar Claudio de la Rosa Porras, Mara Fernanda Rivera Valderrama. Desarrollo de la ingeniera bsica del sistema de produccin di biogs a partir de estircol de ganado vacuno de la finca sierra morena a escala de planta piloto. 2009.
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[3]Ivn Sebastin Chvez Prez, Daniel Roberto Oviedo Cardozo. Desarrollo de la ingeniera bsica para la produccin de biogs a partir de desechos orgnicos en la finca TIBAMOX. 2009.
[4]Camilo Andrs Amaya Cabreara, Ivn Mauricio Bolvar Garzn. Diseo de un sistema de aprovechamiento de excreta porcina para la generacin de biogs en la granja integral Mara Alejandra. 2008.
[5]Francesco Fantozzi, Cinzia Buratti. Biogas production from different substrates in an experimental Continuously Stirred Tank Reactor anaerobic digester. 2009.
[6]Ye Chen, Jay J. Cheng, Kurt S. Creamer. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. 2008.
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[8]F.J. Callaghan, D.A.J. Wase, K. Thayanithy, C.F. Forster. Continuous co-digestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure. 2002.[9] Reglamento Tcnico del sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico: Sistemas de Aseo Urbano. Titulo F. Numeral F.1.4.3. Santa Fe de Bogot. Julio de 1998. pF.17
[10]Plan Estratgico de Manejo de Residuos Slidos de CORABASTOS. 2009.
ITEMSUNIDAD$/UNIDADNo UNIDADESTOTALFUENTE FINANCIERA
Talento Humano
INVESTIGADORES Hora$ 10.000 1300$ 13.000.000 Investigadores
DIRECTORHora$ 35.000 60$ 2.100.000 CORPODIB
ASESOR Hora$ 30.000 20$ 600.000 Fundacin Universidad de Amrica
Total talento humano $ 15.700.000
Gastos en maquinaria y equipos para experimentacin
Equipos
LaboratoriosHora$ 40.000 240$ 9.600.000 TECNOPARQUE
Materiales de Construccin
Recipiente Plstico N.A$ 20.000 3$ 60.000 Investigadores
Recipiente Polipropileno N.A$ 2.000 3$ 6.000 Investigadores
Tubera PVCMetro$ 1.000 3$ 3.000 Investigadores
Vlvulas plsticoUnidad$ 800 6$ 4.800 Investigadores
Bolsa PVCUnidad$ 4.000 3$ 12.000 Investigadores
Equipos de computo
LaptopN.A$ 1.000.000 1$ 1.000.000 TECNOPARQUE
Acceso a internet2 Mbit/mes$ 35.000 1$ 35.000 TECNOPARQUE
ExcelN.A$ 100.000 1$ 100.000 TECNOPARQUE
Total materiales y equipos$ 10.820.800
Fungibles
PapelResma$ 15.000 3$ 45.000 Investigadores
TintaCartucho$ 20.000 5$ 100.000 Investigadores
Qumicos y reactivos
NaOHN.A$ 40.000 1$ 40.000 TECNOPARQUE
FemolftaleinaN.A$ 30.000 1$ 30.000 TECNOPARQUE
Biruta de FeN.A$ 60.000 1$ 60.000 TECNOPARQUE
Dicromato de potasioN.A$ 15.000 1$ 15.000 TECNOPARQUE
Sulfato MercricoN.A$ 20.000 1$ 20.000 TECNOPARQUE
cido sulfrico 98%N.A$ 9.000 1$ 9.000 TECNOPARQUE
Sulfato ferroso amoniacalN.A$ 18.000 1$ 18.000 TECNOPARQUE
Agua destiladaN.A$ 10.000 1$ 10.000 TECNOPARQUE
Anlisis de laboratorio
Cromatografa de gasesN.A$ 250.000 4$ 1.000.000 Investigadores
Total de fungibles$ 1.347.000
Otros Gastos
Servicios pblicos Mes$ 130.000 7$ 910.000 Investigadores
TransporteMes$ 112.000 7$ 784.000 Investigadores
Total Otros Gastos$ 1.694.000
TOTAL ANTES DE IMPREVISTOS$ 29.561.800
IMPREVISTOS 5%$ 1.478.090
COSTO TOTAL DEL PROYECTO$ 31.039.890
Reglamento Tcnico del sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico: Sistemas de Aseo Urbano. Titulo F. Numeral F.1.4.3. Santa Fe de Bogot. Julio de 1998. pF.17
Plan Estratgico de Manejo de Residuos Slidos de CORABASTOS. 2009.
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