UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERUFacultad de Ingeniera QumicaEscuela Acadmico Profesional Ingeniera del gas natural y energa PROYECTO OBTENCION DE BIOGAS DE ANIMAL ENTRE VACAS Y OVINOS VARIANDO LA TEMPERATURA Y LA CANTIDAD DE ESTIERCOL, EN EL DISTRITO AZAPAMPA EN EL PERIODO DE JULIO-AGOSTO DEL 2014Presentado por:GASPAR AA, Frank JoeINGA MAQUERA, ngelaMEDINA ARAUCO, RenzoPASCUAL VILLANUEVA, Nilson Huancayo Per2014

DEDICATORIADedico el presente trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formacin profesional. A mi madre, por ser el pilar ms importante y por demostrarme siempre su cario y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones. A toda nuestra familia en general, ya que con su apoyo incondicional ahora se est logrando una de mis metas.

INDICEDEDICATORIA1INDICE2RESUMEN3ABSTRACT4CAPITULO I: INTRORUCCION51.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.-61.2.FORMULACIN DEL PROBLEMA.-61.3.OBJETIVOS.-71.3.1.Objetivo general.-71.3.2.Especficos.-71.4.JUSTIFICACIN.-71.4.1.Cientfica.-71.4.2.Social.-71.5.MARCO TERICO.-71.5.1.Antecedentes de estudio.-71.5.2.Bases tericas.-71.6.HIPTESIS.-13CAPITULO II: METODOS141.7.MTODO CIENTFICO.-141.8.TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIN.-141.9.POBLACIN.-141.11.VARIABLE DE INVESTIGACIN.-14CAPTULO VI: BIBLIOGRAFIA15ANEXOS16INDICE DE TABLAS16

RESUMEN

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 es mediante la accin de microorganismo, a temperaturas optimas y en ausencia de oxgeno (un ambiente anaerbico). Este gas tambin llamando gas de pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradacin de residuos vegetales semejante a la descrita. La produccin de biogs por descomposicin anaerbica es un mtodo til para tratar residuos biodegradables, ya que produce abono orgnico que puede aplicarse como fertilizante de suelo o abono genrico.La funcin de las plantas de digestin anaerobia es la de acelerar la degradacin de la materia orgnica para obtener el biogs procedente del proceso en la mayor cantidad posible. Para lograrlo, se utiliza digestores, recipientes, donde se mantiene a la materia orgnica a temperaturas entre 40C y 50C y con una atmsfera anaerobia. Los digestores poseen adems agitadores que se encargarn de que la materia orgnica introducida permanezca lo ms homognea posible.El resultado es una mezcla constituida por metano () en una proporcin que esta entre un 50% y un 70% en volumen, y dixido de carbono (), conteniendo pequeas proporciones de otros gases como hidrgeno (), nitrgeno (), oxgeno () y sulfuro de hidrgeno (). El biogs tiene como promedio un poder calorfico entre 18,8 y 23,4 mega joule por metro cbico (MJ/m). Este gas se puede utilizar para producir energa elctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas u otros sistemas de combustin a gas, debidamente adaptados para tal efecto.

CAPITULO I INTRODUCCION

El investigador de la carrera profesional de Ingeniera Qumica Del Gas Natural Y Energa considera de vital importancia para su informacin realizar la investigacin cientfica de carcter explorativo.Cuando a finales del siglo XVIII el fsico italiano Alessandro Volta identific por primera vez el metano (CH4) como el gas inflamable en las burbujas que emergan de los pantanos, no se pudo imaginar la importancia que este gas podra llegar a tener para la sociedad humana en los siglos venideros.

El metano alcanz una especial importancia durante la segunda guerra mundial debido a la escasez de combustibles. En la India, a comienzos de la dcada de los 60, se impuls notablemente la tecnologa de produccin de biogs a partir de estircol bovino con el doble propsito del aprovechamiento energtico y la obtencin de un biofertilizante. En China, a inicios de la dcada de los 70, se ha fomentado la construccin de digestores, mediante programas de mbito nacional. En los pases industrializados la historia de la tecnologa de biodigestin ha sido diferente y el desarrollo ha respondido ms bien a motivaciones medioambientales que puramente energticas, constituyendo un mtodo clsico de estabilizacin de lodos activos de las plantas de tratamiento de aguas residuales domiciliarias. Durante la dcada de los ochenta, volvi a adquirir cierta importancia como forma de recuperacin energtica en explotaciones agropecuarias y agroindustriales.

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.-El biogs se genera por la descomposicin de desechos orgnicos, como estircol de animales, desperdicios de comida, rastrojos de siembra, y contiene aproximadamente 50% metano (CH4), componente principal delgas natural), 50% dixido de carbono (CO2) y pequeas cantidades de otros compuestos orgnicos, algunos de los cuales generan malos olores.El aprovechamiento del estircol de res, debido que este al descomponerse en el medio natural produce un gas la que a su vez provoca una alteracin en la atmsfera del medio ambiente, y su desperdicio no es aprovechado en su totalidad como fertilizante o abono A menudo a nivel mundial se habla sobre grandes sistemas capaces de convertir materia orgnica como excretas de animales en biogs, el cual es usado comnmente para cocinar o producir energa elctrica. En Per, en algunas ciudades como Lima y Arequipa, existe este tipo de desarrollo, sistemas de produccin de biogs a mediana escala no sofisticados cuyos propietarios son personas dedicadas al negocio agropecuario. Frente a esto nace la interrogante de. Como se mencion anteriormente el biogs conocido tambin como Gas de los Pantanos se produce por la fermentacin anaerbica sea sin oxgeno de residuos orgnicos e inorgnicos que mezclados con agua y depositados en un recipiente cerrado e impermeable llamado Biodigestor

1.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA.-Cul ser la produccin del biogs al variar la temperatura y la cantidad de estircol de animales en el Distrito de Azapampa en el periodo de Julio Agosto del 20141.3. OBJETIVOS.-1.3.1. Objetivo general.- Obtener biogs al variar la temperatura y la cantidad de estircol de animal en el Distrito de Azapampa en el periodo de Julio Agosto del 20141.3.2. Especficos.- Evaluar la cantidad de produccin del biogs al variar la temperatura en comparacin con un baln de gas. Evaluar la cantidad de produccin del biogs al variar la cantidad de estircol en comparacin con un baln de gas.

1.4. JUSTIFICACIN.-1.4.1. Cientfica.- La produccin de biogs por descomposicin anaerbica es un modo considerado til para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor, adems de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genrico1.4.2. Social.-Con este trabajo de investigacin podre ayudar a mejorar la economa de las familias, atreves del biogs ya que este combustible se obtiene por la descomposicin anaeborica del estircol de sus animales que pudieran tener en sus chacras ya que es un metodo sencillo y puede ser montado en un pequeo espacio de sus chacras.1.5. MARCO TERICO.-1.5.1. Antecedentes de estudio.-Louis Pasteur intent en 1884 producir biogs a partir del estircol de caballo recogido de las calles de Pars. En ese mismo ao, junto con su alumno Ulysse Gayon o Gavon obtuvo 100 litros de biogs por metro cbico de estircol gas al mezclar estircol y agua a 35C, sin la presencia de oxgeno. En ese mismo ao, otro investigador francs llamado Pastnier present ante la Academia de Ciencias de Francia el primer trabajo sobre la produccin de metano a partir de residuos de granjas. En 1894, en la presentacin de los trabajos de Gayon sobre este tema, Pasteur consider que la fermentacin deba ser investigada ms a fondo, apuntando que este gas poda ser utilizado para iluminacin y calefaccin. De hecho Pasteur afirm que la proporcin de produccin de biogs obtenida por sus experiencias poda ser suficiente para cubrir los requisitos de energa para la iluminacin de las calles de Pars. Pero la propuesta para mejorar la iluminacin callejera de Pars con la fermentacin del estircol de los caballos. De las numerosas taxis, fue tomada a broma por el peridico Le Figaro y no se ejecutaron los trabajos. La aplicacin de las fuentes de energa renovable comienza aqu su andadura.Louis Pasteur 1884En China, es en la dcada de los aos 70 cuando se impulsa la construccin de digestores, mediante programas de mbito nacional (Campos, 2001). En 1977 haba ms de 5 millones de digestores anaerobios en China, debido al parecer, por la mayor economa de los materiales empleados, lo que reduca los costes de inversin.(Pfeffer,1974; Smill, 1974).

1.5.2. Bases tericas.-BIOGAS1. CONCEPTOEl 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 microorganismo y otros factores, en ausencia de oxgeno (esto es, en un ambiente anaerbico). Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradacin de residuos vegetales semejante a la descrita. La produccin de biogs por descomposicin anaerbica es un modo considerado til para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor adems de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genrico.2. PROCESOS DE BIODIGESTINEl correcto manejo de los residuos orgnicos se logra a travs de diferentes tratamientos que implican un reciclaje de estas materias orgnicas, transformndolas en productos con valor agregado. El reciclaje de materia orgnica ha recibido un fuerte impulso con el alto costo de los fertilizantes qumicos, con la bsqueda de alternativas no tradicionales de energa, as como tambin, la necesidad de vas de descontaminacin y eliminacin de residuos. La poblacin microbiana juega un importante papel en las transformaciones de estos residuos orgnicos especialmente si se considera que disponen de un amplio rango de respuestas frente a la molcula de oxgeno, componente universal de las clulas. Esto permite establecer bioprocesos en funcin de la presencia o ausencia de oxgeno, con el objeto de tratar adecuadamente diversos residuos orgnicos.2.1. Digestin aerbicaLa digestin aerbica consiste en procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de oxgeno actan sobre la materia orgnica disuelta, transformndola en productos finales inocuos y materia celular. Al comienzo, el proceso de digestin aerbica tuvo escasa aceptacin, debido a que se desconocan sus principios fundamentales, adems de que encarecan los costos del tratamiento por la cantidad adicional de energa necesaria para el suministro de aire al proceso. En contraste, los procesos de digestin anaerbica permiten utilizar el metano generado como fuente de energa. La principal ventaja del proceso aerbico es la simplificacin en las operaciones de disposicin de los lodos comparada con la relativa complejidad operativa del proceso de digestin anaerbica. La digestin aerbica es un proceso mediante el cual los lodos son sometidos a una aireacin prolongada en un tanque separado y descubierto. El proceso involucra la oxidacin directa de la materia orgnica biodegradable y la autooxidacin de la materia celular.En las primeras fases del proceso de digestin aerbica, cuando una poblacin de microorganismos se pone en contacto con una fuente ilimitada de sustrato, los microorganismos se reproducen con una tasa de crecimiento poblacional logartmico que slo est limitada por su propia habilidad de reproducirse. La tasa de consumo de oxgeno aumenta rpidamente debido a la absorcin y asimilacin de materia orgnica para la sntesis de nueva masa protoplasmtica. A medida que progresa la oxidacin de la materia orgnica disponible, la tasa de crecimiento bacteriano empieza a disminuir. Las fuentes de carbono orgnico disponibles se hacen limitantes, y por consiguiente, tambin se presenta una disminucin en la tasa de consumo de oxgeno. Cuando la cantidad de materia orgnica disponible es apenas suficiente para garantizar la subsistencia de las distintas especies de microorganismos, stos comienzan a auto oxidarse mediante su metabolismo endgeno. La digestin aerbica presenta diversas ventajas dentro de las cuales destacan la facilidad de operacin del sistema, bajo capital de inversin comparada con la digestin anaerbica, no genera olores molestos, reduce la cantidad de coliformes fecales y por lo tanto, de organismos patgenos, produce un sobrenadante clarificado con una baja DBO5, con pocos slidos y poco fsforo. El proceso presenta tambin sus desventajas, entre las que se suele mencionar los altos costos de operacin causados por los altos consumos de energa, la falta de parmetros y criterios claros para el diseo y la dificultad que presentan los lodos digeridos aerbicamente para ser separados mediante centrifugacin y filtracin al vaco.2.2. Digestin anaerbicaLa digestin anaerbica es un proceso biolgico complejo y degradativo en el cual parte de los materiales orgnicos de un substrato (residuos animales y vegetales) son convertidos en biogs, mezcla de dixido de carbono y metano con trazas de otros elementos, por un consorcio de bacterias que son sensibles o completamente inhibidas por el oxgeno o sus precursores (e.g. H2O2). Utilizando el proceso de digestin anaerbica es posible convertir gran cantidad de residuos, residuos vegetales,estircoles, efluentes de la industria alimentaria y fermentativa, de la industria papelera y de algunas industrias qumicas, en subproductos tiles. En la digestin anaerobia ms del 90% de la energa disponible por oxidacin directa se transforma en metano, consumindose slo un 10% de la energa en crecimiento bacteriano frente al 50% consumido en un sistema aerbico. En la digestin anaerbica, los microorganismos metanognicos desempean la funcin de enzimas respiratorios y, junto con las bacterias no metanognicas, constituyen una cadena alimentaria que guarda relacin con las cadenas enzimticas de clulas aerbicas. De esta forma, los residuos orgnicos se transforman completamente en biogs que abandona el sistema. Sin embargo, el biogs generado suele estar contaminado con diferentes componentes, que pueden complicar el manejo Y aprovechamiento del mismo. El proceso anaerbico se clasifica como fermentacin anaerbica o respiracin anaerbica dependiendo del tipo de aceptores de electrones. 2.2.1. Fermentacin anaerbica En una fermentacin anaerbica, la materia orgnica es catabolizada en ausencia de un aceptor de electrones externo mediante microorganismos anaerbicos estrictos o facultativos a travs de reacciones de oxidacin-reduccin bajo condiciones de oscuridad. El producto generado durante el proceso acepta los electrones liberados durante la descomposicin de la materia orgnica. Por lo tanto, la materia orgnica acta como dador y aceptor de electrones. En la fermentacin, el sustrato es parcialmente oxidado y por lo tanto, slo una pequea cantidad de la energa contenida en el sustrato se conserva. La Figura 1.1 muestra la fermentacin anaerbica de glucosa en etanol. Es importante destacar que la mayor parte (dos tercios) del metano se produce mediante fermentacin anaerbica en el cual el acetato acta como dador y aceptor de electrones. La produccin de metano mediante esta va se conoce comnmente como metanognesis acetotrfica. La fermentacin anaerbica se puede aplicar para la recuperacin de biocombustibles (e.g. hidrgeno y butanol) y productos bioqumicos (nisina y cido lctico).

2.2.2. Respiracin anaerbica La respiracin anaerbica es un proceso biolgico de oxido-reduccin de monosacridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molcula inorgnica distinta del oxgeno, y ms raramente una molcula orgnica. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias y para ello utilizan una cadena transportadora de electrones anloga a la de las mitocondria en la respiracin aerbica. No debe confundirse con la fermentacin, que es un proceso tambin anaerbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molcula orgnica.La respiracin anaerbica requiere aceptores de electrones externos para la disposicin de los electrones liberados durante la degradacin de la materia orgnica (Figura 1.2). Los aceptores de electrones en este caso pueden ser CO2, SO4, o NO3. La energa liberada es mucho mayor a la que se produce durante la fermentacin anaerbica.

Cuando el CO2 acepta los electrones liberados por la materia orgnica, se reduce a gas metano (CH4). La produccin de CH4 mediante esta va se conoce como metanognesis hidrogeno trfica y es responsable de un tercio de la produccin total de metano. Ciertos microorganismos anaerbicos tambin utilizan el CO2 como aceptor de electrones y reducen el hidrgeno a cido actico. La presencia de sulfato en un ambiente anaerbico desva parte de la materia orgnica hacia la reduccin de sulfato mediante un grupo especializado de bacterias anaerbicas conocido como bacterias reductoras de sulfato. La liberacin de sulfuro de hidrgeno, gas de olor penetrante, es caracterstico en ambientes anaerbicos en los cuales el sulfato acta como aceptor de electrones. Cuando el nitrato (NO3) acta como aceptor de electrones, se reduce a gas nitrgeno. Este corresponde a un proceso biolgico estndar para la remocin de compuestos nitrogenados en las aguas residuales. El grupo de bacterias involucradas en este proceso se conocen como bacterias reductoras de nitrato o desnitrificadoras.2.2.3. Productos finales de la digestin anaerobiaLos principales productos del proceso de digestin anaerobia, en sistemas de alta carga orgnica y en mezcla completa, son el biogs y un bioabono que consiste en un efluente estabilizado.2.2.3.1. BiogsEl biogs es una mezcla gaseosa formada principalmente de metano y dixido de carbono, pero tambin contiene diversas impurezas. La composicin del biogs depende del material digerido y del funcionamiento del proceso. Cuando el biogs tiene un contenido de metano superior al 45% es inflamable. El biogs tiene propiedades especficas que se indican en la Tabla 1.1. 2.2.3.2. BioabonoLas caractersticas del bioabono, dependen en gran medida del tipo de tecnologa y de las materias primas utilizadas para la digestin. Durante el proceso anaerbico, parte de la materia orgnica se transforma en metano, por lo que el contenido en materia orgnica es menor al de las materias primas. Gran parte de la materia orgnica de este producto se ha mineralizado, por lo que normalmente aumenta el contenido de nitrgeno amoniacal y disminuye el nitrgeno orgnico.

1.6. HIPTESIS.- Si es viable obtener biogs al variar la temperatura y la cantidad de estircol de animal en el Distrito de Azapampa en el periodo de Julio Agosto del 2014 Aumenta por la accin de microorganismos la cantidad de produccin del biogs al variar la temperatura en comparacin con un baln de gas. Aumenta por que aumentan tambin los microorganismo que se encargan de la biodegradacin del estircol la cantidad de produccin del biogs al variar la cantidad de estircol en comparacin con un baln de gas.

CAPITULO II METODOS1.7. MTODO CIENTFICO.- EXPLORATIVO 1.8. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIN.-DESCRIPTIVO1.9. POBLACIN.-30 ANIMALES DE ENTRE OVINOS, RES Y BOVINOS 1.10. MUESTRA.-100Kg DE ESTIERCOL DE ENTRE OVINOS, RES Y BOVINOS1.11. VARIABLE DE INVESTIGACIN.-VARIABLE INDEPENDIENTE: TEMPERATURA, CANTIDAD DE ESTIERCOL.VARIABLE DEPENDIENTE: NIVEL DE PRODUCCION DE BIOGAS.

CAPTULO III BIBLIOGRAFIA

Angelidaki, I., Ahring, B. K. 1994. Anaerobic thermophilic digestion of manure at different ammonia loads: Effect of temperature. Water Res. 28(3):727731. Angelent, L. T., Karim, K., Al-Dahhan, M. H., Wrenn, B. A., Spinosa, R. D. 2004. Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater. Trends Biotechnol. 22(9):477 485. Archer,D. B., Harris, J. E. 1986.Methanogenic bacteria and methane production in various habitats. In: Anaerobic Bacteria in Habitats Other Than Man, E. M. Barnes & C. Mead (Eds) , pp. 185 223. Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK http://www.olade.org/sites/default/files/CIDA/Biocomustibles/FAO/manual_biogas.pdf

ANEXOSINDICE DE TABLAS