OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE DESECHOS DE NARANJA · DE NARANJA ü Representan el 50 % del peso...

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

TALLER INTEGRADOR III

OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE DESECHOS DE NARANJA

Presenta:PATRICIO RAMÍREZ GUERRERO.

Asesor:DR. LUIS MANUEL ROSALES

COLUNGA

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CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓNINTRODUCCIÓN

JUSTIFICACIÓN

OBJETIVOS

MATERIALES Y METODOLOGÍA

RESULTADOS

CONLUSIONES

3

AIRE MEDIO AMBIENTE

- Combustibles Fósiles- Zonas Industriales- Automóviles

- Desechos Industriales - Agroindustrias

Estos son alcoholes, biodiesel, biogás y otros más.

Factor de desarrollo de la agricultura e industrias derivadas

Su uso puede mitigar el deterioro medioambiental

Provienen de una fuente renovable

Biocombustibles

4

5

CULTIVOS ALIMENTARIOS(1ª Generación)

CULTIVOS NO ALIMENTARIOS Y

DESECHOS INDUSTRIALES

(Segunda generación)

CONSECUENCIA: RESIDUOS DE NARANJA

ü Representan el 50 % del peso de la fruta

ü Grandes cantidades de residuos (cascara, pulpa, semillas, hojas de naranja y todas las naranjas que no cumplieron con los requerimientos de calidad)

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*K. Rezzadori y cols. (2012), “Proposals for the residues recovery: Orange waste as raw material for new products” FBP 90, p. 607-612.

• Producto importante• Lugar 20 (mundial)

• Bajo costo• La mitad del peso del

fruto se convierte en jugo

Cítricos (naranja)

BIOG

ÁSØResiduosØ Factibilidad de la

técnicaØAprovechamiento

7

Los desechos del procesamiento de la naranja pueden contaminar tanto a las aguas superficiales (ríos, lagos, arroyos, etc.) como al medio ambiente (aire, tierra y plantas).Por otra parte, estos desechos se pueden utilizar para la obtención de etanol y otros productos con un alto valor comercial.Sin embargo la producción de biogás en base a estos desechos, no se ha explorado a profundidad, desaprovechando las ventajas que ofrece este proceso.

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Objetivo General

Objetivo Específicos• Caracterizar la materia prima.

• Diseñar el biorreactor para el proceso de la digestión anaerobia

• Determinar el rendimiento en la producción del biogás.

Desarrollar un proceso a nivel de laboratorio que sea de bajo costo para la producción de biogás utilizando desechos de naranja.

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Sustrato

Residuos de naranja, compuesto principalmente por cáscara y bagazo.

Transporte à 4˚C

Atem y cols. 200810

Inóculo

Liquido Ruminal

Biogás

Método Descripción

Determinación de sólidos secos Se determino a partir de una muestra representativa de 10 gramos, los cuales fueron pesados en un crisol previamente tarado. Se coloco la muestra en horno a 105ºC hasta peso constante y se calculan los SS%SS = ((masa seca)/(masa húmeda)) x 100

Determinación de sólidos volátiles A partir de la muestra de sólidos secos, esta se coloco en una mufla a 550ºC%SV = ((masa seca – masa de cenizas) / (masa seca)) (100)

Azúcares reductores Método DNS

Fibra soluble Técnica de Van Soest (1991) 11

ENSAYOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Ensayo Sustrato en base seca

(gr)

Inoculo Liquido

ruminal (ml)

Agua (ml)

Control 2.5 0 Aforar a 1001 2.5 20 Aforar a 1002 5 20 Aforar a 1003 10 20 Aforar a 100

1 (25

gr/lt)

2(50

gr/lt)

3(100 gr/lt)

Cada frasco es de 120 ml.20 ml espacio de cabeza

12

• La temperatura a 37º C

Producción del biogás

13

CU

AN

TIF

ICA

CIÓ

N

VO

LU

MÉ

TR

ICA

DE

L G

AS

- En una bureta graduada + agua(llena)

- Conectadas con mangueras a los reactores para medir el volumen de biogás producido.

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CUANTIFICACIÓN DE METANO EN EL BIOGÁS

15

- Se preparo una solución saturada de Hidróxido de Sodio (1N)

- Con una jeringa se retira el biogás del biorreactor y se inserta en la solución.

- Se agita por un tiempo aproximado de 60 segundos

- Se inserta la jeringa para obtener el metáno

*K. Rezzadori y cols. (2012), “Proposals for the residues recovery: Orange waste as raw material for new products” FBP 90, p. 607-612. 16

Sólidos secos 23.73% ± 0.42%

Sólidos volátiles 1.1% ± 0.15%

Azúcares reductores 16.9 gr/100 *

Fibra cruda 55.45% ± 0.39%

17

0 53 76 122 168 236 317 366 483 528TIEMPO

40 gr 0 53.83 64.17 71.17 73.13 77.13 86.80 91.13 102.13 105.9720 gr 0 47.67 68.67 77.50 80.17 82.33 103.00 111.00 111.67 111.8310 gr 0 19.33 28.83 36.50 43.83 50.83 62.17 65.00 65.00 65.0010 gr 0 2.90 2.90 16.65 25.15 29.90 34.40 34.40 34.40 34.40

0

53.83

64.1771.17 73.13

77.13

86.8091.13

102.13105.97

0

47.67

68.67

77.50 80.17 82.33

103.00111.00 111.67 111.83

0

19.33

28.8336.50

43.8350.83

62.17 65.00 65.00 65.00

0 2.90 2.90

16.6525.15

29.9034.40 34.40 34.40 34.40

0

20

40

60

80

100

120VO

LUM

EN (M

L)

HORAS

40 gr 20 gr 10 gr 10 gr

18

105.97 111.83

65.00

34.40

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

40 gr 20 gr 10 gr 10 gr

VOLU

MEN

(ML)

PRUEBAS

Producción

40 gr

20 gr

10 gr

10 gr

10.59666667

22.3666666726

13.76

0

5

10

15

20

25

30

40 gr 20 gr 10 gr 10 gr

ML/G

R

PRUEBAS

RENDIMIENTO (ml de biogás/gr de sustrato)

40 gr

20 gr

10 gr

10 gr0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

40 gr 20 gr 10 gr 10 gr

ML/H

ORA

PRUEBAS

Velocidad (ml/hora)

40 gr

20 gr

10 gr

10 gr

19

0 53 76 122 168 236 317 366 483 52820 gr/20 ml 0 47.67 68.67 77.5 80.17 82.33 103 111 111.67 111.8320 gr/80 ml 0 57 86 95

0

47.67

68.6777.5 80.17 82.33

103111 111.67 111.83

0

57

8695

0

20

40

60

80

100

120VO

LUME

N (M

L)

TIEMPO (HORAS)

Comparación

20 gr/20 ml 20 gr/80 ml

20

Ø Se desarrollo un método económico de producción de biogás a nivel de laboratorio.

Ø En la concentración de 20 gr / lt se obtienen los mejores valores de producción, rendimiento y velocidad de producción.

Ø La velocidad de producción es proporcional ala cantidad de inoculo utilizado.

ActividadMeses

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Revisión bibliográfica

Redacción del protocolo

Diseño y elaboración de

biorreactor

Recolección de residuos

Análisis fisicoquímicos

Producción del biogas

Evaluación de resultados

21

• K. Rezzadori, S. Benedetti, E.R. Amante, (2012), “Proposals for the residues recovery: Orange waste as raw material for new products” en Food and Bioproducts Processing, 90, p. 607-612.

• Lesly P. Tejeda, Candelaria Tejada, Ángel Villabona, Mario R. Alvear, Carlos R. Castillo, Daniela L. Henao, Wilfredo Marimón, Natali Madariaga, Arnulfo Tarón, (2010), “Producción de bioetanol a partir de la fermentación alcohólica de jarabes glucosados derivados de cascaras de naranja y piña” en Educación en ingeniería, N°. 10 , P. 120-125.

• U. I. Nda-Umar and M. G. Uzowuru, (2011) “Anaerobic co-digestion of fruit waste ant abattoir effluent” en Journal of Biological Sciences and Bioconservation, N˚ 3, p. 26-34.

• J. Rajesh Banu, Essaki Raj, S. Kaliappan, Dieter Beck and Ick-Tae Yeom, (2007), “Solid state biomethanation of fruit wastes” en Journal of Environmental Biology, N˚2, p. 742-745.

• José Ángel Siles López, Qiang Li, and Ian P. Thompson, (2010), “Biorefinery of waste orange peel” en Critical Reviews in Biotechnology, N˚30, p.63-69.

•

22

• M. J. Moreno Alvarez, G. Rodríguez, H. Aponte y D. R. Belén Camacho, (2004), “Cambios fisicoquímicos en dos aguardientes dulces aromatizados con cáscaras de mandarina y naranja” en Fac. Agron. (LUZ), N˚21, p. 285-296.

• Susana Saval, (2012), “Aprovechamiento de Residuos Agroindustriales: Pasado, Presente y Futuro” en Revista de la Sociedad Mexicana de Biotecnologia y Bioingenieria A.C., N˚2, p. 14-46.

• José Stratta, (2000), “Biocombustibles: los aceites vegetales como constituyentes principales del biodiesel” en Departamento de Capacitación y Desarrollo de Mercado, p. 1-15.

• A.D. Atem, M.E. Indiveri, S. Llamas & J.N. Fuentes Berazategui Becario Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) Instituto de Medio Ambiente, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo Instituto CEDIAC, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo Laboratorio de Biotecnología, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Cuyo C.C 405 C.P. 5500 – Mendoza – Argentina, (2008), “Almacenamiento de energía en forma de biomasa para su posterior aprovechamiento mediante la producción de biogás” en Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, N˚12, p. 06.15- 06.19.

• F.X. Aguilar y R. Botero, (2006), “Los beneficios económicos totales de la producción de biogás utilizando un biodigestor de pilietileno de bajo costo” en EARTH, N˚2, p. 15-25.

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24

25

Pruebas; LS MeansCurrent effect: F(10, 0)=--, p= --

Effective hypothesis decompositionVertical bars denote 0.95 confidence intervals

ControlControl 2

40 gr A40 gr B

40 gr C20 gr A

20 gr B20 gr C

10 gr A10 gr B

10 gr C

Pruebas

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ren

dim

ient

o m

l/gr

Temperatura (˚C)

Tiempo (hrs)

Peso Sustrato (gr)

70˚C 0 10.0031 Crisol 1

70˚C 24 2.2765

70˚C 25 2.2765

70˚C 0 10.0109 Crisol 2

70˚C 24 2.2228

70˚C 25 2.2228

70˚C 0 10.0261 Crisol 3

70˚C 24 2.3257

70˚C 25 2.3257

%SS (crisol 1) = (masa seca / masa húmeda) (100)

%SS = (2.2765 gr / 10 gr ) (100) = 22.765

Humedad = 77.235 %

Sólidos secos = 22.765 %

%SS (crisol 2) = (masa seca / masa húmeda) (100)

%SS = (2.2228 gr / 10 gr ) (100) = 22.228

Humedad = 77.772 %

Sólidos secos = 22.228 %%SS (crisol 3) = (masa seca / masa húmeda) (100)

%SS = (2.3257 gr / 10 gr ) (100) = 23.257

Humedad = 76.743 %

Sólidos secos = 23.257 %Promedio de SS:22.765 + 22.228 + 23.257 = 68.25 / 3 = 22.75 % SS 26

Temperatura (˚C)

Tiempo (hrs)

Peso Sustrato

(gr)

550 ˚C 0 2.2765gr Crisol 1

550 ˚C 4 0.1021

550 ˚C 5 0.1021

550 ˚C 0 2.2228 Crisol 2

550 ˚C 4 0.0918

550 ˚C 5 0.0918

550 ˚C 0 2.3257 Crisol 3

550 ˚C 4 0.0987

550 ˚C 5 0.0987

%SV = ((masa seca – masa de cenizas) / (masa seca)) (100)

%SV = ((2.2765 gr – 0.1021) / (2.2765 gr)) (100) = 95.515%SV = ((masa seca – masa de cenizas) / (masa seca)) (100)

%SV = ((2.2228 gr – 0.0918) / (2.2228 gr)) (100) = 95.8700%SV = ((masa seca – masa de cenizas) / (masa seca)) (100)

%SV = ((2.3257 gr – 0.0987) / (2.3257gr)) (100) = 95.7561 27