Diseño de reactor cilíndrico para producción de biogás, aprovechando el estiércol bovino en la finca la esperanza municipio de Pupiales. Y reducir el hidróxido de azufre

Este trabajo tiene como objetivo el diseño de un reactor para generar gas con estiércol bovino y la reducción de H2S. Se investiga en el mercado nacional la oferta de reactores existentes y su viabilidad de instalación en la finca la esperanza, observando algunas falencias de estos para la aplicació...

Full description

Autores:
Moreno Jiménez, Alex Yovanny
Moreno Cordoba , Jaime Francisco
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14561
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/14561
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Fuente de energía
Biogás
Almacenamiento de gas natural
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openAccess
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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description Este trabajo tiene como objetivo el diseño de un reactor para generar gas con estiércol bovino y la reducción de H2S. Se investiga en el mercado nacional la oferta de reactores existentes y su viabilidad de instalación en la finca la esperanza, observando algunas falencias de estos para la aplicación requerida se procede a realizar el diseño del reactor teniendo en cuenta las especificaciones pertinentes para la finca la esperanza. Se programa una hoja de cálculo para facilitar a las personas que les puede interesar este tipo de biodigestores. Dado que el biogás contiene impurezas se estudia instalar unos filtros para evitar este problema.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessMarulanda Arevalo, Jose LuddeyMoreno Jiménez, Alex YovannyMoreno Cordoba , Jaime Francisco2023-02-21T13:51:20Z2023-02-21T13:51:20Z2022https://hdl.handle.net/11059/14561Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEste trabajo tiene como objetivo el diseño de un reactor para generar gas con estiércol bovino y la reducción de H2S. Se investiga en el mercado nacional la oferta de reactores existentes y su viabilidad de instalación en la finca la esperanza, observando algunas falencias de estos para la aplicación requerida se procede a realizar el diseño del reactor teniendo en cuenta las especificaciones pertinentes para la finca la esperanza. Se programa una hoja de cálculo para facilitar a las personas que les puede interesar este tipo de biodigestores. Dado que el biogás contiene impurezas se estudia instalar unos filtros para evitar este problema.The objective of this work is the design of a reactor to generate gas with bovine manure and the reduction of H2S. The supply of existing reactors and their feasibility of installation in the Esperanza farm are investigated in the national market, observing some shortcomings of these for the required application, the design of the reactor is carried out taking into account the relevant specifications for the Esperanza farm. A spreadsheet is programmed to facilitate people who may be interested in this type of biodigester. Since the biogas contains impurities, some filters are studied to avoid this problemCONTENIDO 1. TABLAS................................................................................................................................................... 5 1.1. Tabla de ilustraciones.................................................................................................................... 5 1.2. Contenido de tablas ...................................................................................................................... 6 2. INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................... 1 2.1. Planteamiento del problema......................................................................................................... 2 2.2. Objetivo general............................................................................................................................ 3 2.3. Objetivos específicos..................................................................................................................... 3 3. MARCO TEÓRICO................................................................................................................................... 4 3.1. Antecedentes ................................................................................................................................ 4 3.1.1. Biogás en Colombia ............................................................................................................... 4 3.1.2. Biogás a nivel mundial........................................................................................................... 4 3.2. Historia de los biodigestores......................................................................................................... 5 3.3. Biomasa ......................................................................................................................................... 6 3.4. Tipos de biomasa........................................................................................................................... 6 3.4.1. Biomasa natural..................................................................................................................... 6 3.4.2. Biomasa residual ................................................................................................................... 6 3.4.3. Biomasa producida................................................................................................................ 6 3.5. Conversión de biomasa en energía ............................................................................................... 7 3.5.1. Método termoquímico.......................................................................................................... 7 3.5.1.2. Pirólisis............................................................................................................................... 7 3.5.1.3. Gasificación ....................................................................................................................... 7 3.5.1.4. Co-combustión .................................................................................................................. 8 3.6. Métodos bioquímicos.................................................................................................................... 8 3.6.1. Fermentación alcohólica ....................................................................................................... 8 3.6.2. Fermentación metánica ........................................................................................................ 8 3.7. Procesos de biodigestión............................................................................................................... 8 3.8. Digestión aerobia .......................................................................................................................... 8 3.8.1. Digestión anaerobia .............................................................................................................. 9 3.9. Fuentes de energías renovables.................................................................................................... 9 3.9.1. Tipos de fuentes de energía renovable................................................................................. 9 3.10. Biogás ...................................................................................................................................... 10 3.11. Biogás vs gas natural (ventajas y desventajas)........................................................................ 11 3.12. Biodigestor .............................................................................................................................. 11 3.13. Clasificación biodigestores...................................................................................................... 12 3.13.1. Digestor continúo................................................................................................................ 12 3.13.2. Digestor discontinuo ........................................................................................................... 12 3.14. Tipos de biodigestores............................................................................................................. 13 3.14.1. Biodigestor tubular (taiwanés-flexible)............................................................................... 13 3.15. Partes de un biodigestor ......................................................................................................... 14 3.15.1. Reactor ................................................................................................................................ 14 3.15.2. Pileta de carga ..................................................................................................................... 14 3.15.3. Almacenamiento y sistema de gas...................................................................................... 15 3.15.4. Pozo de descarga................................................................................................................. 15 3.16. Criterios de diseño................................................................................................................... 15 3.16.1. Tipo de sustrato................................................................................................................... 15 3.16.2. Temperatura del sustrato.................................................................................................... 16 3.16.3. Presión de operación........................................................................................................... 17 3.16.4. Densidad.............................................................................................................................. 17 3.16.5. Nivel de acidez (pH)............................................................................................................. 17 3.16.6. Tiempo de retención ........................................................................................................... 18 3.16.7. Sistema de mezclado........................................................................................................... 19 3.16.8. Propiedad de los materiales................................................................................................ 21 3.17. Diseño de recipientes a presión .............................................................................................. 22 3.17.1. Presión de diseño ................................................................................................................ 22 3.17.2. Presión hidrostática............................................................................................................. 22 3.17.3. Presión de empuje lateral ................................................................................................... 23 3.17.4. Espesor de casco cilíndrico. (t) ............................................................................................ 23 3.17.5. Propiedad de los materiales................................................................................................ 23 3.17.6. Esfuerzo del material........................................................................................................... 24 3.17.7. Deformación del material.................................................................................................... 24 3.17.8. Diseño de anillos atiesadores.............................................................................................. 25 3.17.9. Ubicación de anillos atiesadores......................................................................................... 26 3.17.10. Selección de bombas....................................................................................................... 26 3.18. Cálculo del NPSH disponible.................................................................................................... 27 3.19. Purificación del biogás............................................................................................................. 27 3.19.1. Reducción del H2S................................................................................................................ 28 3.19.2. Reducción de agua. ............................................................................................................. 28 4. METODOLOGÍA Y EXPERIMENTOS. ..................................................................................................... 29 4.1. Delimitación geográfica............................................................................................................... 29 4.2. Dimensionamiento del biodigestor............................................................................................. 30 4.3. Materia prima para experimentación en la finca........................................................................ 30 4.4. Mezcla de la materia prima......................................................................................................... 31 4.4.1. Densidad de la mezcla......................................................................................................... 32 4.4.2. Tiempo de retención ........................................................................................................... 32 4.4.3. Espacio para producción de biogás..................................................................................... 32 4.5. Volumen Total requerido para biodigestor................................................................................. 33 4.6. Producción de biogás.................................................................................................................. 33 4.7. Elección del tipo de biodigestor.................................................................................................. 34 4.8. Biodigestores en el mercado....................................................................................................... 34 4.8.1. Tanque de tratamiento anaeróbico .................................................................................... 35 4.9. Diseño de biodigestor para la finca............................................................................................. 35 4.9.1. Presión interna de trabajo................................................................................................... 35 4.9.1. Presión hidrostática............................................................................................................. 35 4.9.2. Presión de trabajo interna requerida.................................................................................. 35 4.9.3. Espesor del reactor para el biodigestor .............................................................................. 36 4.9.4. Diseño de anillos atiesadores.............................................................................................. 36 4.9.5. Cálculo de tornillos sujetadores de tapa............................................................................. 41 4.9.6. Selección de bomba ............................................................................................................ 42 4.9.7. Purificación de biogás.......................................................................................................... 43 4.10. Planos...................................................................................................................................... 43 4.11. Simulación ............................................................................................................................... 44 4.11.1. Primera etapa: Simulación de cargas estáticas sobre la tapa del reactor........................... 44 4.11.2. Segunda etapa: Simulación de cargas estáticas sobre el tanque reactor........................... 47 4.12. Manejo de la base de datos .................................................................................................... 50 4.12.1. Paso 1. ................................................................................................................................. 50 4.12.2. Paso 2 .................................................................................................................................. 52 4.12.3. Paso 3 .................................................................................................................................. 54 4.12.4. Paso 4 .................................................................................................................................. 55 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS................................................................................................................... 60 6. RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 63 7. CONCLUSIONES ................................................................................................................................... 64 8. BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................... 65 9. ANEXOS................................................................................................................................................ 68PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)97 Páginasapplication/pdfspa620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaFuente de energíaBiogásAlmacenamiento de gas naturalBiogásBiodigestorGas naturalDiseño de reactor cilíndrico para producción de biogás, aprovechando el estiércol bovino en la finca la esperanza municipio de Pupiales. Y reducir el hidróxido de azufreTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaBarrera-Cardoso, E., Bernal, M. O., Pérez, L. C., Reyes, Y. A., & García, F. O. (2020). Recopilación de aspectos teóricos sobre las tecnologías de producción de biogás a escala rural. sciELO ANALYTIC. Obtenido de http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2224-61852020000200303BEER, F. P., E, R. j., DEWOLF, J. T., & MAZUREK, D. F. (2013). Mecanica de materiales (Sexta ed.). Mexico: McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES .CASTAÑO ORJUELA, J. A. (2017). FACTIBILIDAD DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN BIODIGESTOR QUE TRANSFORME ESTIÉRCOL DE PORCINO EN BIOGÁS Y BIOFERTILIZANTE. Trabajo de grado, GRANADA, META. Obtenido de https://repository.unad.edu.co/bitstream/handle/10596/17819/1120359208.pdf?sequence=1&i sAllowed=yOYARZÚN G, M. (2010,1). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de Pereirabdigital@metabiblioteca.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