Evaluación y Simulación de los parámetros (pH, T y P) en la producción de biogás a partir de los residuos sólidos orgánicos domiciliarios del distrito de Ica mediante la instalación

5/28/2018 Evaluacin y Simulacin de los parmetros (pH, T y P) en la produccin de biogs a partir de los residuos slidos orgnicos domiciliarios del distrito de Ica mediante la instalacin de un Biodigestor

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ARRASCO CARHUAPUMA LUIS

CORTEZ ORMEO LUISA

TESIS

07 de FEBRERO del 2014

Evaluacin y Simulacin de los parmetros(pH, T y P) en la produccin de biogs a

partir de los residuos slidos orgnicosdomiciliarios del distrito de Ica mediante la

instalacin de un Biodigestor

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA-

PERUfacultad DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

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PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO AMBIENTAL Y SANITARIO

PRESENTADO POR:

ICA-PERU


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El ser humano, a travs de sus acciones ha impactado de manera

directa y significativa a la salud del planeta, por lo queindudablemente, haran falta unos cuantos siglos llenos deintensos esfuerzos, para que ste recuperara la salud en formanatural. Al enfermarse el planeta irremediablemente labiodiversidad presente en l, se ve igualmente afectada. Es poresto qu, en el presente planteamiento se expone unaproblemtica existente a nivel mundial. La contaminacinambiental ejecutada por los desechos orgnicos. De all, parte lanecesidad de implementar una estrategia para disminuir en loposible, este problema existente. Actualmente, en pases talescomo: Mxico, Cuba, Colombia, El Salvador, India, Chile,Per,

Asia, frica y Argentina, preocupados por la situacin antesdescrita, se ha implementado la fabricacin de un instrumentosumamente prctico, sencillo, y en la mayora de los casossumamente econmico, llamado Biodigestor, el cual ayuda adisminuir


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la contaminacin ambiental, mediante la utilizacin de los

desechos orgnicos, para la produccin de Biogs y Bioabono, loscuales pueden ser utilizados tanto para generar energa elctricay gas domstico, como para fertilizante respectivamente, lo cualaparte de generar salubridad a la zona y por ende al ambiente engeneral, proporciona un beneficio o ahorro econmico a las

personas que implementan este mecanismo. Por ltimo, esnecesario tomar en cuenta ciertos criterios para considerar eldiseo del mismo, como son: cual tipo de biodigestor.

De qu manera la evaluacin y simulacin de los parmetros(Ph, T y P) influyen en la produccin del biogs a partir de losresiduos slidos orgnicos del Distrito de Ica mediante lainstalacin de un biodigestor?


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Evaluar y simular los parmetros (pH, T y P) en laproduccin del biogs a partir de residuos slidos

orgnicos domiciliarios del distrito de Ica mediante la

instalacin de un Biodigestor.

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Disear e instalar un Biodigestor a nivel laboratorio. Elaborar un programa de simulacin


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La evaluacin y simulacin de los parmetros (pH, T yP) en la produccin del biogs permitir verificar elfuncionamiento favorable del Biodigestor.

El buen diseo e instalacin del Biodigestorpermitir que su funcionamiento sea favorable.

La elaboracin de un programa de simulacinpermitir conocer mejor el funcionamiento delBiodigestor.


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Fase Pre Experimental

1. Construccin de Biodigestores

Fase Experimental2. Elaboracin de los tratamientos3. Anlisis de la humedad y relacin C/N4.Carga de los biodigestores

Fase Toma de datos ,evaluacin y resultados

5.Se analiz las variaciones de T(C) ,presin y pH;produccin de biogs6.Resultados7.Se elabor un programa de simulacin utilizando el

sofware Matlab 6


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Residuos slidos orgnicosSon aquellos residuos que tiene su origen en los seres vivos,animales o vegetales

Generalmente todos los componentes orgnicos pueden serconvertidos biolgicamente en gases y slidos orgnicos

relativamente inertes.

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Aprovechamiento: conjunto de fases sucesivas de un proceso, teniendo como

objetivo econmico valorizar el residuo.


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Biodigestores

Es un contenedor cerrado, hermtico e impermeable (llamadoreactor),dentro del cual se deposita el material orgnico afermentar en determinada dilucin de agua ,produciendo gasmetano y fertilizantes orgnicos.

Biogs

El biogs es una mezcla de gases, principalmente metano(CH4) y dixido de carbono (CO2), que se forma cuando lamateria orgnica se descompone en condiciones anaerbicas.

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1. CONSTRUCCION DE LOS BIODIGESTORES

Se construyeron 2 prototipos de biodigestores los cuales seusaron para una sola carga(Tipo Batch), utilizando bidonesde plstico de 100 litros como contenedor. Se fabric laentrada y salida para la carga de muestra, una salida para elbiol, un homogenizador o agitador de muestra y las tuberas

necesarias para el almacenamiento del biogs en la cmarade llanta.

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2. ELABORACIN DE LOS TRATAMIENTOS

Tratamiento 1:Pre Compostaje de Residuos OrgnicosVegetalesLos residuos slidos orgnicos vegetales fueron recolectados

de 3 restaurantes de la zona de comatrana en la ciudad deIca.

El peso aproximado de los residuos orgnicos vegetales y dealimentos fue de 50 kg aprox.

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Tratamiento 1:Pre Compostaje de Residuos OrgnicosVegetalesEl precompostaje consisti en la aireacin y

humedecimiento del los residuos. El pre compostaje serealiz por un periodo de 30 das.


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Tratamiento 2: Pre Compostaje de Estircol de CuySe recolect el estircol proveniente del sector de

comatrana, el peso aproximado del estircol fue de 40 kg.El pre compostaje se realiz por un periodo de 30 das.

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Segn APROLAB (2007), la materia orgnica se descompone a travs de la actividad de los microorganismos(bacterias, hongos, etc.) que se van alimentando de ella. Pero para poder hacerlo necesitan oxgeno y agua.

Estircol de cuy pre tratadocubierto

Volteo diario del Estiercol de cuyPre tratado


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3.ANALISIS DE LA HUMEDAD Y RELACION C/N

Se obtuvo una muestra de estircol de cuy, se procedi ahomogenizar el estircol y vaciar 250 gr. en un envase devidrio; asimismo se recolect 200 gr. de residuos slidosvegetales.

Las muestras fueron llevadas al laboratorio de Farmacia yBioqumica de la Universidad Nacional San Luis Gonzaga deIca.

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TIPO DE RESIDUO % C % N % H C/N

Residuos Slidos

Orgnicos 34.7 2.76 61.23 12.6

Estircol de Cuy 39.7 1.94 17.97 20.5

CUADRO 1. Resultados de anlisis de determinacin decontenido de humedad, carbono y nitrgeno en el Laboratorio de

Farmacia y Bioqumica de la UNSLG


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4. CARGADO DE LOS BIODIGESTORESPara realizar el clculo del sustrato se calcul primeroel volumen til del reactor, considerando un 80% delvolumen total para la fase lquida y el 20% para la fasegaseosa; asimismo del volumen til se incluye el 10%

del material inoculante.

Se tomo una relacin C/N de 30 con unaconcentracin de carga de 5% (materia seca)

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VOLUMEN TOTAL DEL

BIODIGESTOR

VOLUMEN AL 80

%

100 Litros 80 Litros

VOLUMEN UTIL DEL

BIODIGESTOR

CANTIDAD DE INOCULO

(10 %)

80 Litros 8 Litros


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4. CARGADO DE LOS BIODIGESTORES

Con los datos obtenidos en el laboratorio(cuadro 1)se procedi hallar la cantidad necesaria de lossustratos para la mezclas establecidas en elexperimento.

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CLAVE TRATAMIENTOS

B1Residuos orgnicos (pre compost 1 mes) +

inoculo (bazofia de ganado vacuno).

B2

Residuos orgnicos (pre compost 1 mes) + pre

compost de estircol de cuy + inoculo (bazofia de

ganado vacuno).


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Se calcula las cantidades de mezclas de materiasprimas por medio de la siguiente frmula:

C

N =

C1X1 + C2X2 + + CnXn

N1X1 + N2X2 + + NnXn

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CLAVE MATERIALCANTIDAD

(Kg)

INOCULO

(L)

AGUA

(L)

TOTAL

(L)

B1Residuos

orgnicos15 5 28 48

B2

Residuos

orgnicos

estircol de cuy

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8 28 8024


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5.Se analiz las variaciones de T(C) ,presin y pH;produccin de biogsTemperatura:Para la toma de la temperaturainterna y del ambiente, se usaron un multitester conun termisor y un termmetro ambiental

respectivamente.

Presin: La lectura de la presin se realiz con losmanmetros instalados en cada biodigestor.

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Volumen de Biogs: Para la medicin del volumen debiogs producido, se us una cmara de llanta demotocicleta como almacn de este. Se construy unmedidor artesanal de presin para la medicin delbiogs, ste contena agua y se le haba instalado 2

mangueras, una por donde ingresara el biogs y laotra por donde iba a ser desplazada el agua, iba a serrecepcionada en una jarra graduada, la cual nosindicaba la cantidad de gas producido al da.


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pH: El pH, se media con las cintas Pamphea, paraesto se sacaba un poco del contenido del material enplena digestin. Se facilit este trabajo con elacondicionamiento que se hizo al biodigestor de

instalarle una llave de paso de agua casi cerca a labase de este.

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6. ResultadosProceso de BiodigestinAmbos tratamientos no empezaron a producir biogsen la misma fecha, esto se debe a la variabilidad delmaterial orgnico utilizado.

Resultado y evaluacin de los parmetros en losdos tratamientos

TemperaturasLa temperatura externa flucta de 18 a 22, mientras

que las temperaturas internas de los tratamientos T1 yT2 fluctan de: 23 a 26 y 25 a 27 respectivamente,estando estas por encima de la temperatura externa.

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SEMANA HORA

TEMPERATURA

EXTERNA

(AMBIENTE)

TEMPERATUR

A INTERNA

T1

TEMPERATUR

A INTERNA

T2

1 10:00 18.5 23 25

2 09.40 20 23 25

3 10:10 22 24 27

4 10:00 19 23 26

5 10:30 20,5 25 26

6 10:00 21,5 25 26

7 10:00 18 24 258 09:50 18 23 26

9 10.00 22 23 25

RESULTADO DEL MONITOREO DE LA TEMPERATURA (C)

0

10

20

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9

TEMPERATURA

T (Int.) vs. T(Externas)

TEMPERATU

RA EXTERNA(AMBIENTE)

TEMPERATU

RA INTERNA

DELTRATAMIENT

O B1


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PresinLa presin del tratamiento P1, se encuentra por

debajo del tratamiento P2. Pudiendo decir, que eltipo de substrato utilizado influye en estecomportamiento.

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SEMANA HORAPRESION EN EL TRATAMIENTO

P1

PRESION EN EL

TRATAMIENTO P2

1 10:10 20 32

2 09.50 24 33

3 10:20 18 27

4 10:10 19 30

5 10:40 19 31

6 10:10 23 32

7 10:12 22 30

8 09:55 21 29

9 10.10 24 30


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Produccin de Biogs se muestran las curvas deproduccin de biogs de los dos tratamientos. Si biense observa una tendencia en la disminucin debiogs, en trminos absolutos se debe a que conformedisminuye la temperatura es menor la produccindel biogs.

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SEMANA HORAPRODUCCION DE BIOGAS

L1 (m3)

PRODUCCION DE BIOGAS

L2(m3)

1 10:15 0.78 0.70

2 10:00 0.82 0.72

3 10:20 0.88 0.79

4 10:25 0.81 0.74

5 10:45 0.81 0.75

6 10:10 0.88 0.72

7 10:05 0.79 0.71

8 09:45 0.78 0.69

9 10:15 0.65 0.60


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Potencial de hidrgeno (pH)

Resultado y evaluacin de los parmetros en losdos tratamientos

Clave Valores de pH en el tiempo (Semanas

1 2 3 4 5

pH1 7.5 7.0 5.5 5.5 5.5

pH2 7.5 7.0 6.5 5.5 5.5

Clave Valores de pH en el tiempo (Semanas7 8 9

pH1 6.5 5.5 5.5

pH2 6.5 5.5 5.5


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7. Elaboracin de un Programa de SimulacinCon la finalidad de resolver, predecir modelamientos y obtener los

resultados esperados utilizamos el programa con el software MATLAB.

clcclear alldisp('.......................................................')disp(' UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA ')disp(' FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA ')disp('ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y

SANITARIA')disp('.......................................................')%% Datos experimentales, resultados del monitoreo de la PRESIONt = [1 2 3 4 5 6 7 8 9]; % tiempo (h)P1 = [20 24 18 19 19 23 22 21 24];P2 = [32 33 27 30 31 32 30 29 30];

%X = t;plot(X,P1, 'o-k')title('')xlabel('Tiempo (h)')ylabel('Presion en el Tratamiento-P1')gridpause

Monitoreo de resultados: Tiempo

vs Presin del Tratamiento (P1)


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1. Se evalu los parmetros de potencial de hidrogeno (pH),temperatura, y presin en la produccin del biogs,utilizando dos tratamientos (B1, B2), los cualesconsistieron en: B1 (Residuos slidos orgnicos ms bazofiade ganado vacuno), B2 (Residuos slidos orgnicos msestircol de cuy y bazofia de ganado vacuno), esto nos

permiti realizar una comparacin entre ambostratamientos y evaluar los parmetros mencionados. Acontinuacin se detalla dicha evaluacin:

El comportamiento de la temperatura externa(ambiental) fluctu de 18C a 22C se incrementaron,mientras que las internas de los tratamientos B1 y B2fluctan de: 23 a 26 y 25 a 27 respectivamente,


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estando estas por encima de la temperatura externa. Seobserva una tendencia en la disminucin de biogs, entrminos absolutos se debe a que conforme disminuye latemperatura es menor la produccin del biogs.

El comportamiento de las presiones de los dostratamientos, se observa que la presin del tratamientoB1, se encuentra por debajo del tratamiento B2.Pudiendo decir, que el tipo de substrato utilizado influyeen este comportamiento.

Los comportamientos del pH para los dos tratamientos,evidenciaron una variacin de 6.5 para la primerasemana sufriendo una ligera acidificacin de 5.5 lasltimas semanas.


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2. Se dise e instal dos biodigestores a nivel de laboratoriocon el modelo matemtico de un reactor tipo Batch.

2. Se elabor un programa de simulacin, con softwareMATLAB, con la finalidad de conocer el funcionamiento del

biodigestor, como se muestra en cada uno de lostratamientos de B1 y B2, como se indican en los modelos:

T_cal = 0.0417*t + 19.7361T1_cal = 0.0333*t + 23.5000T2-cal = -0.0167*t + 25.7500

P1_cal = 0.3167*t + 19P2_cal = -0.2000*t + 31.4444L1_cal = -0.1117*t + 8.3806L2_cal = -0.1117*t + 7.6917


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Se recomienda realizar evaluaciones con otrostratamientos como estircol de ovinos, aves, etc. A fin dever la relacin de produccin optima entre los residuos ylos diferentes tratamientos.

Durante la instalacin es necesario hacer pruebas duranteel acondicionamiento para evitar las fugas que se puedanproducir, y lo importante es equiparlo adecuadamentepara se pueda manipular fcilmente.

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Tenemos que cuidarlo estaen nuestras manos28/03/2014 33

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