DOI: https://doi.org/10.60647/8SRE-4S11
Resumen
En la búsqueda de soluciones sostenibles y ecológicas para abordar los problemas ambientales, este proyecto se enfoca en el diseño y la construcción de un biodigestor compacto y casero que transforme los residuos orgánicos en biogás utilizable. Este sistema innovador busca reducir el impacto ambiental, promover la economía circular y fomentar la autosuficiencia energética en los hogares.
Nuestro proyecto busca contribuir a la creación de un futuro más sostenible y energéticamente eficiente mediante el diseño y la construcción de un biodigestor compacto y casero para la generación de biogás a partir de residuos orgánicos. Esperamos que este proyecto sea un paso importante hacia la implementación de soluciones innovadoras y sostenibles para abordar los problemas ambientales.
La degradación de la materia orgánica es un proceso fundamental para la producción de biogás y la liberación de nutrientes para los microorganismos. La eficiencia térmica de las estufas que utilizan biogás es crucial para reducir el consumo de energía y minimizar los impactos ambientales.
Palabras clave: Biodigestor, residuos, sostenibilidad.
La energía generada por un biodigestor de biogás es un recurso obtenido de desechos sólidos y orgánicos. Su componente más importante es el metano, que puede llegar a constituir el 75% del gas producido. Todo lo demás es, fundamentalmente, dióxido de carbono.
Como nuestra propuesta de valor, tenemos en cuenta que el proyecto de biogás para uso doméstico es una solución sostenible que convierte residuos orgánicos en energía limpia. Su diseño debe ser eficiente, seguro y accesible económicamente, con bajos costos de mantenimiento. Además, contribuye a la reducción de emisiones y fomenta el aprovechamiento de residuos. Socialmente, promueve la conciencia ecológica y es adaptable a diversas comunidades. A diferencia de otras soluciones energéticas, esta tecnología permite la autogeneración de energía en el hogar, promoviendo un modelo autosustentable y descentralizado.
En el reactor de biogás comienza la acción microbiana y la biomasa entra en un proceso gradual de fermentación.
En la práctica, esto significa que los microbios se alimentan de materia orgánica, como proteínas, carbohidratos y lípidos, y su digestión los convierte en metano y dióxido de carbono.
“La mayor parte de la materia orgánica se descompone en biogás en aproximadamente tres semanas” (How Is Biogas Produced? | Gasum, n.d.).
El proceso de digestión anaerobia tiene la capacidad de producir entre 400 y 700 litros de gas por kilogramo de materia volátil descompuesta, en función de las características de la sustancia orgánica que se incorpora al biodigestor.
Importancia de la medición del flujo de biogás
El biogás, un recurso energético renovable que en su mayoría está compuesto de dióxido de carbono (CO₂) y metano (CH₄), necesita que el caudal sea medido con precisión para poder optimizar la gestión de procesos, el control de la seguridad y el aprovechamiento energético. La exactitud de los datos sobre el caudal de biogás es fundamental para determinar la eficacia de la producción del gas, mejorar el rendimiento de los aparatos (algo en lo cual nos hemos concentrado para que exista una mejora en la producción de biogás sin arriesgarnos a fallar en el intento) y estimar las emisiones de gases que causan efecto invernadero.
Desafíos en la medición del flujo de biogás
El biogás se distingue por tener caudales bajos, una presión baja y una composición compleja que frecuentemente incluye humedad, partículas y gases corrosivos (por ejemplo, H₂S). El biogás suele manejarse a presiones muy bajas (0.5 – 2 psi en biodigestores rurales o comunitarios). Un manómetro de 3 psi ofrece precisión y evita sobredimensionar el instrumento. Los medidores de caudal convencionales tienen problemas con estas circunstancias:
- Medición de caudales reducidos: Los medidores de caudal convencionales no tienen la sensibilidad necesaria para medir velocidades bajas, lo que es requerido por la producción inestable del biogás.
- Corrosión y contaminación: Los sensores se bloquean con las partículas y el H₂S corroe los componentes de metal, lo que disminuye la vida útil del dispositivo de flujo de biogás.
- Variabilidad e inestabilidad de la presión: Los sistemas de biogás suelen funcionar con presiones bajas (por ejemplo, el flujo de biogás se mide a una presión aproximada de 1-2 kPa), lo cual requiere sensores de flujo que tengan una gran capacidad para adaptarse a la pérdida de presión.
Biodigestores en hogares
La biomasa presenta un efecto ambiental más reducido que los combustibles fósiles y constituye una fuente de energía limpia. Esto proporciona una variedad de ventajas que lo hacen una magnífica fuente de energía. Primero, es un recurso energético totalmente renovable y limpio que se basa en un proceso sin emisiones de carbono. La biomasa tiene la capacidad de utilizar y valorizar los desechos orgánicos, transformándolos en una importante fuente de energía. Asimismo, reciclar estos desechos previene que se acumulen en vertederos y disminuye el riesgo de contaminación del suelo y del agua.
Identificación de desechos orgánicos
Identificamos como desechos orgánicos aquellos residuos producidos al preparar los alimentos en casa, que provienen de vegetales, frutas, alimentos en mal estado, entre otros, así como no usar alimentos ácidos, de tal forma que estos podrían influir en el ciclo de producción de biogás.
Metodología
Estos experimentos pueden llegar a ser tardados ya que el proceso de descomposición es lento en algunos casos, pero con diferentes factores como lo pueden ser la temperatura o bacterias (que aún no tenemos pensado conseguir por el momento) logren reducir el tiempo de espera de descomposición que normalmente es de 1 mes, poderlo reducir a 2 semanas como máximo.
Para llevar a cabo este experimento antes de diseñar el sistema de biogás, se clasificarán en tres residuos orgánicos, en primera, las frutas, como manzanas, plátano, mango, sandía, entre otros frutos; por otro lado, las verduras, que en este caso no es tan limitada como las frutas, ya que de las investigaciones realizadas, las frutas tienen ciertas limitaciones y no todas pueden ser aptas para ser selectas en el proceso de biogás; y por último, serán alimentos que por ciertas circunstancias ya no se consumieron en el hogar.
Procedimiento del nuevo biodigestor
Para este nuevo prototipo se utilizaron materiales diferentes y un poco más adecuados a un sistema de gas, estos fueron:
- Manguera de gas.
- Depósitos de plástico duro (cubetas de pintura).
- Manómetro de baja presión.
- Llaves de paso para gas.
Entonces, para este procedimiento se creó desde 0 nuevamente, ya que no podíamos reutilizar los materiales del otro prototipo. Aunque el procedimiento fue muy similar al del otro biodigestor. Solo que las uniones entre la manguera y las llaves de paso fueron unidas con abrazaderas a presión para evitar posibles fugas del biogás.
Para este segundo prototipo se amplió el depósito de los residuos, en el que anteriormente era de un bote de pintura de 5 litros, ahora el nuevo tanque es de un bote de pintura de 20 litros, donde como mínimo ya se pueden verter de 5 a 7 kilos de basura orgánica triturada (ya que se debe tener un espacio ocupado de máximo 35%). Cada una de las conexiones fue sellada con resina epóxica para evitar posibles fugas entre las mangueras.
En la parte del filtro, se amplió de un bote de 2 litros y un bote de 5 litros, donde puede colocarse más material para filtrar.
Resultados parciales del segundo prototipo
Después de 2 semanas de espera, los resultados que esperábamos no fueron los mejores, ya que el tiempo de flama entre el anterior prototipo (5 segundos) y este prototipo (9-10 segundos) fue una diferencia mínima (alrededor de 5 segundos de diferencia), hubo varios factores por los cuales no se llegó al resultado deseado:
- El clima en la ciudad de Xalapa, Veracruz, no nos ha favorecido para acelerar más el proceso de fermentación de los residuos orgánicos (esto debido a las constantes lluvias que se han presentado, impidiendo llevar el prototipo al exterior).
- Los residuos vertidos pudieron no haber sido suficientes para generar más gas.
- Posibles fugas no visibles (este se puede descartar ya que el olor del gas sí es perceptible, cosa que no ha sucedido durante el proceso).
Se seguirá trabajando en este lapso para intentar conseguir nuevos resultados que sean mejores de los obtenidos estos días.
