SOLUCIONES ENERGÉTICAS

¿CÓMO FABRICAR GAS ECOLÓGICO O BIOGÁS?

AUTORA:

Teresa Chamorro

PROFESORA:Rocío Paredes

GRADO:

11-6

I.E.M MARÍA GORETTIÁREA DE INFORMÁTICA

San Juan de Pasto. 14/09/12

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Componentes del Biogás.

TABLA DE FIGURAS

Figura 1. ¿Qué es el Gas natural o biogás?

Figura 2. Materia prima de obtención

Figura 3. Planta Procesadora de Desechos.

Figura 4. Paso 1. Recolección de Material

Figura 5. Paso 2. Clasificación del Material

Figura 6. Paso 3. Preparación de la Mezcla

Figura 7. Paso 4. Fermentación anaerobia de la Mezcla

Figura 8. Paso 1. Armado del digestor

Figura 9. Ensamblaje de Biodigestor

Figura 10. Estructura de Biodigestor

Figura 11. Biodigestor a prueba

Figura 12. Biodigestor final

Figura 13. Biodigestor en uso

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

1. CONCEPTUALIZACIÓN

1.1 ¿Qué es el Gas natural o biogás?

1.2 Composición y propiedades del biogás

1.3 ¿Cuál es la materia prima para su obtención?

1.4 ¿Cómo y con qué se puede producir biogás?

1.5 ¿Qué es Biodigestor?

1.6 ¿Cuál es la importancia del biogás en el reciclaje y que usos, así como aplicaciones brinda?

1.7 ¿ Si nos propusiéramos crear una Planta Procesadora de Desechos de Materia Orgánica en nuestra región cómo sería su funcionamiento?

2. MATERIALES

3. PROCESO WEBGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

Las reacciones químicas están presentes en todos los ámbitos de la naturaleza. No olvidemos que todo cuerpo, vivo o inerte, está formado por sustancias, las cuales a su vez están compuestas de moléculas y átomos como partículas integradoras de su constitución física, de hecho la existencia de todo organismo vivo está basada en las reacciones que se producen entre sustancias del propio organismo y/o sustancias del exterior. De manera que detrás de cualquier acto de un ser vivo, hay una o múltiples reacciones químicas.

La vida misma en sí, está llena de reacciones químicas: en las plantas (fotosíntesis), en nuestro cuerpo (respiración, digestión de los alimentos), a nuestro alrededor (en la cocina, en los laboratorios, en la industria...). En fin.

El conocimiento de los procesos que rigen las reacciones químicas ha permitido un importante desarrollo de la ciencia sobre todo en lo que respecta a la obtención de energía; de ahí que el desarrollo de las civilizaciones va muy unido al descubrimiento y aprovechamiento de las reacciones químicas por parte del género humano. De hecho, la tecnología tuvo un importante desarrollo a partir de la mitad del siglo XIX, cuando se establecieron las bases de la química moderna, pero no todo son ventajas. Entre los principales inconvenientes: esta la contaminación, los problemas medioambientales, las crisis del petróleo y de conservación misma que evidencian la necesidad de nuevas fuentes de generación en el sector energético capaces de satisfacer ambas demandas: de un lado la mayor demanda energética y de otra perspectiva la cultura del desarrollo autosostenible que conserve las diferentes formas de vida y sus ciclos requeridos para la subsistencia del hombre.

En este panorama es cuando las energías alternativas como el biogás hacen su aparición otorgando una oportunidad efectiva de que a la vez de que se genera energía, se recicla y reutiliza los desechos de materia orgánica hasta que finalmente estos son nuevamente reabsorbidos por la tierra en un ciclo renovador de doble utilidad de donde parten las investigaciones más recientes para ya con esta información emprender el desarrollo de nuevas tecnologías asociadas a su producción.

Colombia una potencia en energías alternativas debido a sus grandes ventajas de posición geográfica, altas zonas agrícolas y ganaderas, así como de recursos naturales tiene prometedoras opciones de solucionar el problema energético y al mismo tiempo su problema económico sobre todo en regiones apartadas como Pasto donde la Industria es escasa y el atraso es evidente con la construcción de

Plantas de Procesamiento de Materia Orgánica y por que no con el acondicionamiento de viviendas rurales con abastecimiento propio e independiente de energía a partir de la especialización en la explotación de lo que muchas veces la ignorancia y la falta de emprendimiento nos hace considerar como simplemente desechos. Esta es una razón que nos debería poner a pensar acerca de que lo que muchas veces llamamos basura y desechamos con indiferencia puede significarnos la pérdida de un ahorro energético y una oportunidad en lo económico garrafal de transformación como región a nivel de desarrollo.

Este trabajo entonces no quiere otra cosa más que exponer, informar y profundizar en la facilidad de producir gas con los desechos que están a nuestro alcance para mostrar que el aprendizaje de la experiencia a través de la química es muchas veces la diferencia o no para cambiar nuestra visión del entorno que nos rodea, la posibilidades y la vida.

1. CONCEPTUALIZACIÓN

1.1 ¿Qué es el Gas natural o biogás?

El biogás viene a ser un gas combustible que se genera en dispositivos específicos o en medios naturales a partir de las diferentes reacciones de biodegradación que sufre la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos así como de otros factores en ausencia de aire que la descomponen en condiciones anaeróbicas.

Este gas resultante está formado por dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), y otros gases aunque en cantidades menores que los anteriores. Dicho gas fue descubierto en 1667 y en 1808 Humprey Davy quien inició la experimentación con él. Para 1884 Pasteur y Gayón reportaron que la fermentación de estiércol producía un gas que podía utilizarse para calentar e iluminar. Por lo que a partir de 1896 el biogás fue usado en el alumbrado de una calle de Exeter, Inglaterra siendo su primera aplicación importante.

Figura 1. ¿Qué es el Gas natural o biogás?

1.2 Composición y propiedades del biogás

El biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente de:

Compuesto Porcentaje de Volumen

Metano (CH4) 40-70% del volumenDióxido de carbono (CO2) 30-60 vol.%

Otros gasesincluyendo:

hidrógeno (H2)sulfuro de hidrógeno (H2S)

1-5 vol.%

0-1 vol.%0-3 vol.%

Tabla 1. Componentes del Biogás.

El valor calorífico del biogás es cerca de 6 kWh por metro cúbico. Es decir que un metro cúbico de biogás es equivalente a aproximadamente medio litro de combustible diesel.

La composición de biogás depende del tipo de desecho utilizado y las condiciones en que se procesa Efectivamente, ésta varía en función de las condiciones climáticas: según la humedad, la temperatura, la presión atmosférica y el modo de captación su tenor en metano, que confiere al biogás su poder calorífico, oscila entre un 30 y un 60 %.

1.3 ¿Cuál es la materia prima para su obtención?

Figura 2. Materia prima de obtención

El elemento inicial para su obtención son los desechos de materia orgánica tanto agrícola como animal con potencial para producir metano.

En la naturaleza se encuentra una gran variedad de residuos orgánicos a partir de los cuales puede obtenerse biogás, entre ellos se encuentran: los desechos provenientes de animales domésticos como vacas, cerdos y aves, residuos vegetales como pajas, pastos, hojas secas, cascaras de fruta o vegetales y basuras domésticas.

En un ambiente agrícola en el que las presiones de la población han reducido los bosques en unos pocos árboles, en más terreno de pasto para animales y en grandes explotaciones para cosechas, se ha acrecentado la cantidad de estiércol y de desechos frutales y vegetales. Estos residuos tienen un importante valor para la calidad de nutrientes en el terreno y tienen el potencial de producir un gas con un valor energético muy atractivo para su aprovechamiento.

1.4 ¿Cómo y con qué se puede producir biogás?

El biogás sólo puede ser obtenido a través de un proceso de “compostaje” que consta de varios pasos, por los cuales se clasifica, prepara y acondiciona la materia orgánica de manera que esté en condiciones óptimas para producir gas natural. Este procedimiento lo llevaremos a cabo más adelante. Con respecto al otro elemento requerido para llevar a cabo el proceso mencionado se necesita de un artefacto llamado “biodigestor”, una instalación donde el proceso de descomposición de la materia orgánica se llevará a cabo. Se debe antes aclarar que artefactos como los biodigestores se encuentran disponibles en diferentes diseños con respecto al espacio y para el abastecimiento que van a ser utilizados pero que en este caso y en puntos próximos de este trabajo construiremos uno en una versión casera, ajustada a la experiencia cotidiana más cercana de los jóvenes como estudiantes y con más detalles.

1.5¿Qué es un biodigestor?

Durante la segunda guerra mundial cuando las fuentes energéticas fueron limitadas, muchos países en Europa construyeron plantas de tratamiento de residuos con el fin de producir una fuente energética. Estas plantas de tratamiento se llaman digestores anaeróbicos y son los artefactos mediante los cuales se obtiene el biogás. Se trata de depósitos sellados en donde se lleva a cabo un proceso sin oxigeno, o sea completamente sellado, introduciendo los residuos orgánicos de cosechas y otros materiales que se van acumulando.

Aquí los restos se fermentan de forma anaerobia por la acción de microorganismos como las bacterias que sobreviven y crecen en la ausencia de oxigeno, consumiendo y digiriendo el material orgánico con el que producen una mezcla de gas como subproducto, el cual puede ser almacenado o transportado para ser usado como combustible. Estos sistemas tienen la ventaja de no producir malos olores, y todo eso sin requerir de una fuerte inversión.

1.6 ¿Cuál es la importancia del biogás en el reciclaje y que usos, así como aplicaciones brinda?

El biogás es un gas producido por bacterias durante el proceso de biodegradación de material orgánico en condiciones anaeróbicas (sin aire). La generación natural de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono. El metano producido por bacterias es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente.

Mucho hemos oído hablar del reciclaje, pero ¿realmente sabemos de que se trata?. El reciclaje consiste en la acción de volver a introducir los materiales ya usados (y sin ninguna utilidad para nosotros) nuevamente en el ciclo de producción como materias primas. Incorporando el hábito del reciclado en nuestros hogares y lugares de trabajo, contribuimos al ahorro de energía y al cuidado de los recursos naturales de nuestro planeta, que se encuentran en continua explotación.

Así el reciclaje que nos permite realizar la obtención de materias primas para la producción de biogás es importante ya que los materiales que usa son los desechos, que muchas veces consideramos basura; esos desechos pueden volverse a utilizarse; claro que algunos materiales no pueden ser reciclados

Todo esto hace que estas sean alternativas importantes que nos reafirman la importancia del reciclaje, ya que nos permiten entre otros, lo siguiente:

* Reducimos el consumo de energía y de materias primas al usar productos reciclados.

* Reducimos los niveles de contaminación.

* Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales reciclados.

* Reducimos la cantidad de basura a tratar por métodos tradicionales (la que se lleva el servicio de aseo urbano para su posterior procesamiento, la que vemos tiradas en las calles y en nuestras comunidades).

*Generamos nuevas formas de a la vez que construir industria y satisfacción a la demanda energética, construir un progreso autosostenible y en equilibrio con la Madre Tierra.

De esta forma para que en nuestras comunidades, en nuestro país y el mundo en general se haga Reciclaje a través de la reutilización de desechos para la generación de gas natural se requiere la participación ciudadana, con las correspondientes repercusiones sociales. Haciéndonos más conscientes de los problemas medioambientales, el único camino para descubrir que el biogás es una alternativa nueva, para tiempos nuevos, con nuevas necesidades y horizontes de conservación. El biogás puede ser quemado directamente para usarlo en sistemas de calefacción, calentamiento de agua, enfriamiento y producción de vapor. El gas utilizado directamente en turbinas a gas puede ser usado para producir electricidad. Un uso alternativo del biogás es en motores de combustión interna, para producir energía mecánica, permite a través de la cogeneración dar dinamismo a la electricidad o transporte. También se puede vender el gas en un sistema de entrega de gas natural por tuberías para suministro de abastecimiento a nivel del hogar.

1.7 ¿ Si nos propusiéramos crear una Planta Procesadora de Desechos de Materia Orgánica en nuestra región cómo sería su funcionamiento?

Los residuos se reciben en un estanque y son homogeneizados en un mezclador antes de ingresar al digestor o fermentador. En el digestor se produce una agitación continua y se mantienen a una temperatura y presión determinadas, para poder optimizar la digestión anaeróbica de la materia orgánica y maximizar la producción de biogás y el porcentaje de metano contenido en éste. Dependiendo de las condiciones del biogás, éste es captado y tratado, principalmente eliminando el H2O y H2S. Con él se alimenta un motor de combustión interna con un generador de electricidad, la cual es inyectada a la red. Mediante el desacoplamiento del calor en los sistemas de gases de escape y refrigeración del motor de combustión, se logra una producción de energía térmica que se utiliza para mantener la temperatura de los biodigestores y para alimentar diversos procesos industriales. En un relleno sanitario, el biogás se produce naturalmente como subproducto del tratamiento y descomposición de los residuos. Para poder captarlo es necesario instalar un conjunto de tuberías en puntos específicos que permitan acceder a las distintas capas del relleno. Estas tuberías transportan el biogás directamente a la estación de compresión y tratamiento del gas, de acuerdo sea la necesidad, para finalmente inyectarlo a un motor de combustión

interna y generar energía eléctrica y térmica. A continuación se muestra un esquema de cómo funciona una planta de biogás, ilustrando el proceso descrito:

Figura 3. Planta Procesadora de Desechos.

Otros parece que ya se nos han adelantado por ejemplo Asia el continente que más utiliza el biogás: China posee combustible de uso doméstico a base de biogás en las zonas rurales al igual que en la India en donde las familias lo utilizan como combustible doméstico. Por su parte en los Estados Unidos, existen plantas generadoras de biogás con el mismo fin. Sin embargo el hecho de no haber sido aún explotada esta idea en toda su magnitud resulta interesante considerarlo para asumir el riesgo de emprender este objeto y ojalá mejorar su aplicación y por que no ampliarla en otros campos.

2. MATERIALES

COMPOSTAJE

- Cáscaras de Frutas, vegetales, hojas secas, en fin.

- Una pequeña porción de tierra.

- Una pala de jardinería pequeña.

FABRICACIÓN DEL BIODIGESTOR

- Agua hervida

-Agua de cal (se utiliza para comprobar la presencia de dióxido de carbono).

-Botella plástica de dos litros de capacidad, con tapa

- Manguera de goma

- Pinza o llave para cerrar la manguera

- Válvula para acuarios (con llave)

- Un corcho que quepa en la boca de la botella

- Mechero

- Caja de cartón, de madera o de telgopor

-Lámpara de 60-75 watt que proveerá de calor al sistema

- Herramientas: Pistola de Silicona

-Tijeras

-Cinta aislante

-Soldador pequeño o cautín.

3. PROCESO

El proceso para la obtención de biogás se lleva a cabo en 2 fases.

Fase 1: Compostaje

Figura 4. Paso 1. Recolección de Material

Paso 1. Recolección de Material:

Que mejor lugar para buscar materia prima con que elaborar una mezcla de alto nivel energético que el basurero de tu propia casa o mejor aún el de tu cocina donde incluso puedes pedir con antelación a tu mamá reserve la mayor parte de cáscaras de fruta, restos de verduras. En fin.

Para añadir más elementos orgánicos puedes agregar hojas secas que fácilmente puedes encontrar en el patio de tu Colegio, el parque de tu sector, el patio y hasta el jardín de tu casa.

Figura 5. Paso 2. Clasificación del Material

Paso 2. Clasificación del Material:

El proceso del tratamiento de los residuos frutales y vegetales podrá constar de una separación preliminar, casi como una limpieza por si los residuos contuvieran material contaminante tal y como plásticos, piedras, arena o terreno y que pudieran afectar la calidad energética de la mezcla. Esto obviamente se hace de forma manual.

Figura 6. Paso 3. Preparación de la Mezcla

Paso 3. Preparación de la Mezcla:

Colocamos los restos de materia orgánica en un montón al que agregamos tierra y revolvemos en varias ocasiones agitando la mezcla de manera que así se acelere su proceso de descomposición.

Figura 7. Paso 4. Fermentación anaerobia de la Mezcla

Paso 4. Fermentación anaerobia de la Mezcla:

Después de preparada y lista la mezcla lo que sigue es introducirla en un recipiente sellado, hermético y totalmente cerrado de manera que con la ausencia de oxígeno se favorezcan las acciones bacterianas que produzcan una fermentación anaerobia de la materia orgánica en descomposición o putrefacción de manera que haya condiciones factibles para la producción de gas.

Esta mezcla debe mantenerse en las condiciones señaladas por un plazo mínimo de 15 a 20 días. Aunque entre mayor sea el tiempo mejor pero sin exagerar , es decir no más de unos 3 meses, de lo contrario se pierde el poder activo de la mezcla.

Figura 8. Paso 1. Armado del digestor

Fase 2: Fabricación del Biodigestor.

Paso 1. Armado del digestor:

Figura 9. Ensamblaje de Biodigestor

A. Colocar los restos orgánicos dentro de la botella hasta la mitad de su capacidad

B. Llenar la botella con agua hasta cubrir la materia orgánica (y un poco más);

C. Cerrar la botella con el tapón que ya tiene atravesada la manguera

D. Además de poner el tapón se puede sellar la botella con una resina o con la misma tapa a rosca de la botella (que debe estar perforada para que entre el tapón) para evitar la fuga de gas o que el tapón se libere (ya que puede ser despedido por la presión que ejerce el gas que se acumula en la botella)

Figura 10. Estructura de Biodigestor

E. Unir la manguera al mechero o también puede ser a una estufa pequeña todo depende de la creatividad y cerrarla con la pinza

F. Colocar la botella dentro de la caja junto con la lámpara que debe permanecer encendida todo el tiempo para mantener la temperatura a 40°C aproximadamente.

Figura 11. Biodigestor a prueba.

Paso 2. Ensamblaje final:

Figura 12. Biodigestor final

A. Al cabo de 7 - 10 días, aproximadamente, el líquido de la botella tendrá burbujas. al tocar la manguera que la cierra, es posible comprobar que la presión es diferente a ambos lados de la llave.

B. Colocar el extremo de la manguera dentro de un recipiente con agua de cal.

C. Abrir la manguera para dejar salir el gas acumulado en la botella. Si el agua se pone turbia indica que la manguera despidió dióxido de carbono que se produjo en la botella. “Estrangular” la botella para sacar la mayor cantidad posible de dióxido de carbono.

D. Volver a cerrar la llave de la manguera.

E. A partir de este momento, habiendo poco oxígeno en la botella (consumido en una primera etapa por la respiración de algunos microbios) se intensifica la producción de gas metano por otro tipo de bacterias que no necesitan oxígeno. La producción de biogás (metano) lleva varios días y, a medida que se produce, la botella “estrangulada” se hincha.

F. Para comprobar la producción de biogás abrir la llave de la manguera y prender el mechero.

Figura 13. Biodigestor en uso

Aclaración: hay que tener en cuenta que se trabaja con microorganismos que, como otros seres vivos, necesitan condiciones adecuadas para cumplir con sus actividades. Puede ocurrir que haya fluctuaciones en las condiciones de la experiencia y que la producción de biogás sea escasa. En ese caso, se debe probar nuevamente hasta que se encuentren las condiciones adecuadas.

WEBGRAFÍA

http://www.taringa.net/posts/ecologia/6384056/Biodigestor-casero-_Gas-gratis_.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural

http://www.rena.edu.ve/primeraetapa/Ciencias/petroleo2.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Biog%C3%A1s

http://www.galeon.com/importaculistas/

http://www.biodisol.com/que-es-el-biogas-digestion-anaerobia-caracteristicas-y-usos-del-biogas/

http://translate.google.com.co/translate?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas&ei=-TPVT7HjH-nk0gGupvGIAw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=8&ved=0CJEBEO4BMAc4Cg&prev=/search%3Fq%3Dbiogas%26start%3D10%26hl%3Des%26sa%3DN%26biw%3D1280%26bih%3D656%26prmd%3Dimvnsbl

http://www.redbiogas.cl/wordpress/preguntas-frecuentes/

http://www.fisicanet.com.ar/energias/gases/en02_gas_natural.php

http://www.ecured.cu/index.php/Eteno

http://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n_malol%C3%A1cticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n_malol%C3%A1ctica

http://m.finanzaspersonales.com.co/consumo-inteligente/articulo/combustible-ecologico-desechos-del-mercado/45694

http://noticiasdelaciencia.com/not/3828/metodo_eficaz_para_elaborar_combustible_a_partir_de_cierta_clase_de_basura_organica/

http://www.xatakaciencia.com/biologia/chips-con-materia-organica-integrada

http://www.textoscientificos.com/energia/biogas/usos

http://reformaminera.wordpress.com/2008/10/12/77-funcionamiento-de-una-planta-de-biogas/

http://www.terralia.com/revista8/pagina20.htm

http://www.ambientum.com/revista/2002_27/SSFRMNTC3.asp

http://recursosbiblioteca.utp.edu.co/tesisdigitales/texto/6283O83er.pdf

http://www.emison.com/5185.htm

http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.01.21_1r.html

GUÍA DIDÁCTICA DE BIOMASA- EDITORIAL PIANET.

GUIA DIDÁCTICA DE ENERGÍA ALTERNATIVA. EDITORIAL PIANET.

BIOMETANIZACIÓN Y APLICACIONES A LA INDUSTRIA ENERGÉTICA- Reporte Ministerio de Minas.