Estudio para la producción de biogás a partir de residuos orgánicos de búfalo mediante la biodigestión en el municipio de Rionegro, Santander
En el presente trabajo se estudia el potencial de biometanización del estiércol de búfalo producido en la finca “Si Dios Quiere”, ubicada en Rionegro, Santander mediante la digestión anaerobia con la finalidad de obtener biogás que supla su demanda mensual de GLP (Gas Licuado de Petróleo) para uso d...
- Autores:
-
Vega Martínez, David Julián
Silva Ariza, Farid Leandro
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/12005
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/12005
- Palabra clave:
- Energy engineering
Technological innovations
Energy
Anaerobic digestion
Manure
Biogas
Biomethanation potential
Waste management
Sludge digestion
Fertilizers
Energetic resources
Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
Energía
Digestión de lodos
Abonos y fertilizantes
Recursos energéticos
Biodigestión anaerobia
Estiércol
Biogás
Potencial de biometanización
Aprovechamiento de residuos
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Biodigestión anaerobia Estiércol Biogás Potencial de biometanización Aprovechamiento de residuos |
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En el presente trabajo se estudia el potencial de biometanización del estiércol de búfalo producido en la finca “Si Dios Quiere”, ubicada en Rionegro, Santander mediante la digestión anaerobia con la finalidad de obtener biogás que supla su demanda mensual de GLP (Gas Licuado de Petróleo) para uso doméstico. Los ensayos llevados a cabo para este proyecto tuvieron lugar el municipio de Rionegro y en la ciudad de Bucaramanga, Santander, evaluando el efecto de la temperatura y la relación-estiércol agua en la producción de CH4. Para esto, se montaron dos sets, uno en cada sitio, llenados con tres relaciones estiércol-agua diferentes (1:1, 1:2 y 1:3) con tres muestras por relación, con temperaturas promedio de 27,6 y 23,9 º C, respectivamente para evaluar la producción de metano durante 27 días. Para obtener el CH4 desplazado, se conectaron los frascos a un buretrol que contenía una mezcla de NaOH y agua. En estos, ingresaba biogás que, al atravesar esta base, eliminaba el contenido de CO2, H2S y NH3; este método es conocido como el método volumétrico o ensayo de PBM (Potencial de Biometanización). Además, se realizó una caracterización fisicoquímica del estiércol, evaluando variables importantes del proceso tales como: sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV), nitrógeno total, carbono orgánico total (COT) y relación carbono/nitrógeno (C/N). De las pruebas llevadas a cabo, se obtuvo que para la ciudad de Bucaramanga y en el lugar donde se realizará la instalación del biodigestor, la mejor relación estiércol-agua es 1:2 debido a que el PBM promedio muestra que tuvo una mayor producción y evidencia valores superiores de PBM a las demás relaciones. Por otro lado, los resultados del ANOVA (Análisis de Varianza) realizado indicaron que la temperatura no afecta significativamente la variable respuesta, mientras que la relación estiércol-agua sí tiene un efecto sustancial en la producción de CH4, por lo que también se pudo concluir que la interacción entre estas dos variables no influye en la variable respuesta. Finalmente se propuso la instalación de un digestor tubular teniendo en cuenta el presupuesto disponible y la accesibilidad al sitio, con el fin de aprovechar los residuos de las búfalas que generan una carga diaria total de 329,035 Kg y posteriormente se determinó que, con la dicha materia prima, se generaría un total aproximado mensual de 297,86 m3 de biogás. |
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[1] IEA, “Data and Statistics,” 2017. https://www.iea.org/data-and-statistics?country=WORLD&fuel=Renewables and waste&indicator=Electricity generation from biofuels and waste by source. [2] IEA, “Renewable heat consumption,” [Online]. Available: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/renewable-heat-consumption-2007-2024. [3] FAO, MINENERGIA, PNUD, and GEF, “Manual del Biogás,” Proy. CHI/00/G32, p. 120, 2011, doi: 10.1073/pnas.0703993104 [4] HEGO, “Qué es Gas Natural Vehicular.” https://www.hegognv.com/que-es-gas-natural-vehicular/. [5] M. E. Velásquez and J. M. Rincón, “Estimación del potencial de conversión a biogás de la biomasa en Colombia y su aprovechamiento,” 2018. [6] L. Vargas Vega, “EN 2020 SE ESPERA LLEGAR A MÁS DE 484.400 CABEZAS DE BUFALINOS A NIVEL NACIONAL,” 2020. https://www.agronegocios.co/ganaderia/en-2020-se-espera-llegar-a-mas-de-484400-cabezas-de-bufalinos-a-nivel-nacional-2937439 (accessed Aug. 31, 2020). 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Los ensayos llevados a cabo para este proyecto tuvieron lugar el municipio de Rionegro y en la ciudad de Bucaramanga, Santander, evaluando el efecto de la temperatura y la relación-estiércol agua en la producción de CH4. Para esto, se montaron dos sets, uno en cada sitio, llenados con tres relaciones estiércol-agua diferentes (1:1, 1:2 y 1:3) con tres muestras por relación, con temperaturas promedio de 27,6 y 23,9 º C, respectivamente para evaluar la producción de metano durante 27 días. Para obtener el CH4 desplazado, se conectaron los frascos a un buretrol que contenía una mezcla de NaOH y agua. En estos, ingresaba biogás que, al atravesar esta base, eliminaba el contenido de CO2, H2S y NH3; este método es conocido como el método volumétrico o ensayo de PBM (Potencial de Biometanización). Además, se realizó una caracterización fisicoquímica del estiércol, evaluando variables importantes del proceso tales como: sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV), nitrógeno total, carbono orgánico total (COT) y relación carbono/nitrógeno (C/N). De las pruebas llevadas a cabo, se obtuvo que para la ciudad de Bucaramanga y en el lugar donde se realizará la instalación del biodigestor, la mejor relación estiércol-agua es 1:2 debido a que el PBM promedio muestra que tuvo una mayor producción y evidencia valores superiores de PBM a las demás relaciones. Por otro lado, los resultados del ANOVA (Análisis de Varianza) realizado indicaron que la temperatura no afecta significativamente la variable respuesta, mientras que la relación estiércol-agua sí tiene un efecto sustancial en la producción de CH4, por lo que también se pudo concluir que la interacción entre estas dos variables no influye en la variable respuesta. Finalmente se propuso la instalación de un digestor tubular teniendo en cuenta el presupuesto disponible y la accesibilidad al sitio, con el fin de aprovechar los residuos de las búfalas que generan una carga diaria total de 329,035 Kg y posteriormente se determinó que, con la dicha materia prima, se generaría un total aproximado mensual de 297,86 m3 de biogás.RESUMEN ............................................................................................................. 11 ABSTRACT ........................................................................................................... 12 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 13 1 ANTECEDENTES ........................................................................................... 16 1.1 Contexto Global ...................................................................................... 16 1.2 Contexto Latinoamericano y Nacional .................................................. 19 2 MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 21 2.1 Biomasa ................................................................................................... 21 2.1.1 Rutas de aprovechamiento de la biomasa ..................................... 22 2.1.2 Biogás ............................................................................................... 22 2.1.3 Digestión anaeróbica ....................................................................... 23 2.1.4 Biodigestor ....................................................................................... 25 2.1.5 Biodigestor tubular .......................................................................... 26 2.2 Factores Determinantes en un Proceso Metanogénico ...................... 26 2.2.1 Naturaleza y composición bioquímica de las materias primas .... 27 2.2.2 Relación carbono/ nitrógeno de las sustancias ............................ 27 2.2.3 Niveles de sólidos totales y sólidos volátiles ................................ 27 2.2.4 Temperatura ..................................................................................... 27 2.2.5 Tiempo de retención hidráulico (TRH) ........................................... 28 2.2.6 pH ...................................................................................................... 29 2.2.7 Nutrientes ......................................................................................... 29 2.2.8 Inhibidores de la metanogénesis .................................................... 29 2.3 Diseño Experimental .............................................................................. 29 2.3.1 Experimento ..................................................................................... 30 2.3.2 Variables de respuesta .................................................................... 30 2.3.3 Factores controlables y no controlables ....................................... 30 2.3.4 Niveles y tratamientos ..................................................................... 30 2.3.5 Análisis de varianza (ANOVA) ......................................................... 31 2.3.6 Diagrama general del experimento ................................................. 33 2.3.7 Diseño factorial ................................................................................ 34 2.4 Marco Legal ............................................................................................. 34 3 OBJETIVOS .................................................................................................... 36 3.1 Objetivo General ..................................................................................... 36 3.2 Objetivos Específicos............................................................................. 36 4 METODOLOGÍA ............................................................................................. 37 4.1 Fase I: Caracterización del Sitio ............................................................ 37 4.2 Fase ll: Diseño Experimental ................................................................. 37 4.3 Fase lll: Desarrollo Experimental .......................................................... 38 4.4 Fase lV: Análisis de Resultados ............................................................ 38 4.5 Fase V: Diseño del Biodigestor ............................................................. 39 5 DESARROLLO DEL PROYECTO .................................................................. 40 5.1 Fase l: Caracterización del Sitio ............................................................ 40 5.1.1 Caracterización e identificación de la fuente de materia prima ... 40 5.1.2 Identificación de necesidades energéticas .................................... 41 5.2 Fase ll: Diseño Experimental ................................................................. 42 5.2.1 Modelo general del experimento ..................................................... 43 5.3 Fase lll: Desarrollo de Experimento ...................................................... 45 5.3.1 Condiciones generales del experimento ........................................ 45 5.3.2 Cálculos preliminares ...................................................................... 46 5.3.3 Materiales usados ............................................................................ 48 5.3.4 Montaje del experimento ................................................................. 48 5.3.5 Determinación de potencial de biometanización .......................... 53 5.4 Fase V: Diseño del Biodigestor ............................................................. 54 5.4.1 Dimensionamiento del biodigestor ................................................. 54 5.4.2 Dimensionamiento de la zanja del biodigestor.............................. 59 5.4.3 Esquema general del biodigestor ................................................... 60 6 RESULTADOS ................................................................................................ 61 6.1 Fase IV: Análisis de resultados ............................................................. 61 6.1.1 Caracterización fisicoquímica de la materia prima ....................... 61 6.1.2 Potencial de Biometanización ......................................................... 62 6.1.3 ANOVA .............................................................................................. 70 6.2 Fase V: Diseño del Biodigestor ............................................................. 71 6.2.1 Producción de biogás mensual ...................................................... 71 6.2.2 Resultados dimensionamiento del biodigestor y zanja ................ 72 7 CONCLUSIONES ........................................................................................... 74 8 RECOMENDACIONES ................................................................................... 75 9 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 76 10 ANEXOS .........................................................................................................PregradoThis project assesses the biomethanation potential of buffalo manure generated at the “Si Dios Quiere” estate, located on Rionegro, Santander through anaerobic digestion having as a purpose to obtain biogas enough to supply its thermic monthly demand of LPG (Liquefied Petrol Gas) for domestic use. The tests were carried out at the municipality of Rionegro and at the city of Bucaramanga, Santander, evaluating the effect of temperature and manure-water ratio on the CH4 production. In order to do so, two sets of jars, one in each place, were filled with three different manure-water ratios (1:1, 1:2, 1:3) with three samples per ratio having as average temperatures 27,6 °C and 23,9°C, respectively to assess methane production during 27 days. To obtain the displaced CH4, a buretrol containing a mixture of NaOH and water was connected to every jar. The biogas that entered on these, when going through the base, released the content of CO2, H2S and NH3; this method is known as volumetric method or BMP (Biomethanation Potential) test. Furthermore, a physicochemical characterization was made to analyze crucial variables such as: total solids (TS), volatile solids (VS), total nitrogen, total organic carbon, and C/N ratio. From the tests made, it was found that, for the city of Bucaramanga and the place where the digestor will be installed, the best water-manure ratio is 1:2 due to the fact that the average BMP shows it had a higher production rate and its BMP values are greater compared to the others. Moreover, the results from the ANOVA (Analysis of variance) indicated temperature doesn’t affect significantly the response variable, whereas the manure-water ratio does have a substantial effect over CH4 production, hence it can also be concluded that interaction between these two variables does not have a great effect on the response. Finally, the installation of a tubular digestor was proposed considering the available budget and the installation place, to utilize the buffalo dung, which amount to a daily load of 329,035 Kg and it was later determined that, with said raw material, an approximate monthly total of 297,86 m3 of biogas would be generated.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio para la producción de biogás a partir de residuos orgánicos de búfalo mediante la biodigestión en el municipio de Rionegro, SantanderStudy for the production of biogas from organic buffalo waste through biodigestion in the municipality of Rionegro, SantanderIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyAnaerobic digestionManureBiogasBiomethanation potentialWaste managementSludge digestionFertilizersEnergetic resourcesIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaDigestión de lodosAbonos y fertilizantesRecursos energéticosBiodigestión anaerobiaEstiércolBiogásPotencial de biometanizaciónAprovechamiento de residuos[1] IEA, “Data and Statistics,” 2017. https://www.iea.org/data-and-statistics?country=WORLD&fuel=Renewables and waste&indicator=Electricity generation from biofuels and waste by source.[2] IEA, “Renewable heat consumption,” [Online]. 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