PRODUCCIÓN DE GAS METANO A PARTIR DE DESECHOS ORGÁNICOS             HAROLD GIOVANNY URIBE ROMERO                   Síntesi...
AGRADECIMIENTOSEn primer lugar quiero agradecer a Dios por haberme permitido elegir este trabajoque va ligado con lo que q...
Carta de aprobaciónBogotá, D. C., 16 de octubre de 2012SeñoresConsejo académico CSBTUn saludo de Paz y BienestarLa present...
ABSTRACTThis Grade Integrated Synthesis (GIS) is the production of methane from organicwaste such as feces are pigs. The t...
TABLA DE CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA3. JUSTIFICACIÓN4. OBJETIVOS  4.1. OBJETIVO GENERAL  4.2. OBJE...
6.4. EXTRACCION DE CARBÓN7. PRODUCCION DE DIOXIDO DE CARBONO (CO2) EN DIFERENTES   COMBUSTIBLES8. DISEÑO DEL BIODIGESTOR  ...
LISTA DE TABLASTABLA 1. Cantidad de poder calorífico en algunos combustiblesTABLA 2. Datos generales y propiedades del met...
1. INTRODUCCIÓNA lo largo de la historia de la humanidad, el hombre ha tenido necesidades, que enmayor o en menor medida, ...
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMALos combustibles fósiles actualmente están causando un gran daño al medioambiente, además se sa...
3. JUSTIFICACIÓNEsta Síntesis Integrada de Grado tiene como principal interés el de producir Gasmetano a partir de desecho...
4. OBJETIVOS4.1. OBJETIVO GENERAL:Diseñar un prototipo de biodigestor para la producción de gas metano, apequeña escala.4....
5. MARCO TEORICO   5.1. FUENTES DE ENERGÍA:Son aquellos recursos que se pueden utilizar para transformarlos en un trabajo ...
Los combustibles líquidos son el petróleo, la gasolina, gasóleo, el queroseno (onafta) o los gases licuados del petróleo (...
5.3.1. Composición General de los combustibles fósiles:Los combustibles fósiles son sustancias ricas en energía que se han...
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5.6.1. Grupos de Arqueas:1. Arqueas metanogena (productoras de gas metano a partir de dióxido decarbono).2. Arqueas termóf...
Las arqueas obtiene energía a partir de compuestos como hidrógeno, dióxido decarbono y azufre. Algunas lo hacen a partir d...
6. EFECTOS MEDIOAMBIENTALESLos combustibles fósiles producen efectos medioambientales negativosrelacionados con la emisión...
una ventana en la atmósfera por la cual puedan salir hacia el espacioextraterrestre nuevamente, pero en el periodo que dur...
GRAFICA 2. Efecto Invernadero   6.3. RECUPERACIÓN Y TRANSPORTE DE PETRÓLEOLos problemas medioambientales no solo se limita...
6.4. EXTRACCIÓN DE CARBÓNEn la extracción de carbón de la superficie terrestre se utilizan palas macizas pararetirar la ti...
7. PRODUCCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) EN DIFERENTES                          COMBUSTIBLESPara empezar a analizar la pr...
METANO:Partiendo de la misma masa de combustible (100 g) en los tres casos, se va acalcular que cantidad de oxigeno (O2) s...
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1 mol de metano (CH4) produce          44 g de dióxido de carbono (CO2) para lareacción.Los resultados obtenidos son los s...
8. DISEÑO DEL BIODIGESTOREl objetivo de esta Síntesis Integrada de Grado al igual que todas las deldepartamento de Ciencia...
GRAFICA 4. Montaje Biodigestor   GRAFICA 5. Biodigestor.                                 25
GRAFICA 6. Embotellamiento de desechos de cerdo      GRÁFICA 7. Preparación para prueba.                                  ...
GRÁFICA 8. Comparación entre llama de encendedor y llama producida por el                            biodigestor 1.GRÁFICA...
8.1. CONDICIONES NECESARIAS PARA LLEVAR A CABO EL PROCESOPara el proceso de fermentación del excremento (de cerdo en este ...
9. CONCLUSIONES9.1. Se concluye con este trabajo que el metano (CH4) es en su oxidación, la     sustancia combustible que ...
BIBLIOGRAFIA   Deublein D., Steinhauser A. 2008. Biogas from waste and renewable    resources: An Introduction. Wiley-VCH...
   Zamora Gonzáles, Luis; Consideraciones sobre la utilización del Biogás.    [En línea] Disponible en internet:    http:...
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Produccion de metano a partir de desechos organicos

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  1. 1. PRODUCCIÓN DE GAS METANO A PARTIR DE DESECHOS ORGÁNICOS HAROLD GIOVANNY URIBE ROMERO Síntesis Integrada de Grado Juan Carlos Prieto Ospina Nubia Viviana Rojas Alarcón Área de ciencias Naturales y Ed. Ambiental COLEGIO SAN BENITO DE TIBATÍ UNDÉCIMO BOGOTA D.C. 2012
  2. 2. AGRADECIMIENTOSEn primer lugar quiero agradecer a Dios por haberme permitido elegir este trabajoque va ligado con lo que quiero estudiar, que es la Química, además depermitirme encontrar los medios y personas para hacer posible este proyecto.Seguido a esto quiero agradecer a mis padres por tanta paciencia y comprensiónque han tenido conmigo en este año, por comprenderme cuando no podíacompartir con ellos. Ellos y mi hermano han sido fuerza para seguir adelante ycumplir mis metas.También quiero agradecer inmensamente a mi tutor inicial, Juan Carlos Prieto,porque él ha sido importante en esta pasión que tengo por la química. Porayudarme a desarrollar esta Síntesis Integrada de Grado que con dificultades yobstáculos ha seguido de cerca el proceso.A mi tutora, Viviana Rojas, por acoger mi Síntesis Integrada de Grado y que hapesar de no haber seguido el proceso de esta a lo largo del año, comprendió y meayudo con la terminación de este trabajo.
  3. 3. Carta de aprobaciónBogotá, D. C., 16 de octubre de 2012SeñoresConsejo académico CSBTUn saludo de Paz y BienestarLa presente es con el fin de informarles que he supervisado la realización de lasíntesis integrada de grado del estudiante Harold Giovanny Uribe titulada“PRODUCCIÓN DE GAS METANO A PARTIR DE DESECHOS ORGÁNICOS”.Luego de hacer las correcciones correspondientes, doy por aprobada la redacciónfinal del documento, para su posterior entrega y sustentación.Agradezco la atención prestada,Atentamente,Nubia Viviana Rojas AlarcónMaestra del área de Ciencias Naturales y Ed. Ambiental
  4. 4. ABSTRACTThis Grade Integrated Synthesis (GIS) is the production of methane from organicwaste such as feces are pigs. The theoretical phase began with questions aboutthe levels of methane expelled for such wastes in previous studies, continue withthe benefits it could generate this project to the community. Finally, theexperimental phase, which was adapted for these wastes are placed where certainconditions such as temperature, humidity and volume of such wastes, such asproduced gas.The experimental phase took us quite interesting results can also be of help to findnew ways to get energy without negatively affecting the planet, but making themaximum resources that surround us such as animal waste. Besides all this, thetheoretical results and information from various sources help us understand certainmechanisms of methane gas production, not only from waste but also thetechniques used to obtain this fuel. RESUMENEsta Síntesis Integrada de Grado (SIG) consiste en la producción de metano apartir de desechos orgánicos tales como lo son las heces fecales de los cerdos. Lafase teórica comenzó con consultas acerca de los niveles de metano expulsadopor dichos desechos en estudios anteriores, continúo con los beneficios que lepodría generar este proyecto a la comunidad. Por último, la fase experimental, enla cual se hizo un montaje donde estos desechos se colocaron a ciertascondiciones como lo son la temperatura, humedad y volumen tanto de losdesechos, como el de gas producido.La fase experimental nos llevó a resultados bastante interesantes que ademáspodrá ser un aporte para encontrar nuevas formas de obtener energía, sin afectarnegativamente al planeta, sino aprovechando al máximos los recursos que nosrodean como lo son los desechos de animales. Además de todo esto, losresultados obtenidos teóricamente y la información suministrada por varias fuentesnos ayudan a entender ciertos mecanismos de producción de gas metano, no soloa partir de desechos sino también de las técnicas actualmente utilizadas paraobtener dicho combustible.
  5. 5. TABLA DE CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA3. JUSTIFICACIÓN4. OBJETIVOS 4.1. OBJETIVO GENERAL 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS5. MARCO TEÓRICO 5.1. FUENTES DE ENERGÍA 5.2. COMBUSTIBLE 5.3. COMBUSTIBLES FOSILES 5.3.1. Composición General de los combustibles fósiles 5.4. COMBUSTIBLE A PRODUCIR: METANO (GAS) 5.5. BIOGAS 5.6. ARQUEAS 5.6.1. Grupos de Arqueas 5.6.2. Metabolismo de arqueo bacterias 5.6.3. Producción De Gas Metano Por Medio De Arqueas6. EFECTOS MEDIOAMBIENTALES 6.1. CENIZAS 6.2. EFECTO INVERNADERO 6.3. RECUPERACIÓN Y TRANSPORTE DE PETRÓLEO
  6. 6. 6.4. EXTRACCION DE CARBÓN7. PRODUCCION DE DIOXIDO DE CARBONO (CO2) EN DIFERENTES COMBUSTIBLES8. DISEÑO DEL BIODIGESTOR 8.1. CONDICIONES NECESARIAS PARA LLEVAR A CABO EL PROCESO9. CONCLUSIONES
  7. 7. LISTA DE TABLASTABLA 1. Cantidad de poder calorífico en algunos combustiblesTABLA 2. Datos generales y propiedades del metanoTABLA 3. Propiedades del biogásTABLA 4. Resultados de cálculos estequiométricos para 100 g de cadaSustancia.TABLA 5. Resultados de cálculos estequiométricos para 1 mol de cadaSustancia.TABLA 6. Energía equivalente (valor energético) Biogás Vs otras fuentes LISTA DE GRÁFICASGRÁFICA 1. Crecimiento de Temperatura de la Tierra desde el año 1950.GRÁFICA 2. Efecto InvernaderoGRÁFICA 3. Fuente de desechosGRÁFICA 4. Montaje BiodigestorGRÁFICA 5. BiodigestorGRÁFICA 6. Embotellamiento de desechos de cerdoGRÁFICA 7. Preparación para prueba.GRÁFICA 8. Comparación entre llama de encendedor y llama producida por elbiodigestor 1.GRÁFICA 9. Comparación entre llama de encendedor y llama producida por elbiodigestor 2.
  8. 8. 1. INTRODUCCIÓNA lo largo de la historia de la humanidad, el hombre ha tenido necesidades, que enmayor o en menor medida, la naturaleza las satisface, sin embargo el hombre noha sabido cuidar el planeta. En los últimos años la humanidad ha buscado la formade reducir la contaminación que en el siglo XX se produjo, aunque los esfuerzoshan sido muchos y se han logrado disminuir significativamente estos niveles decontaminación, aun no es suficiente para el planeta, incluso nos atrevemos a decirque en 50 años ya habremos consumido 3 veces el planeta si continuamos a esteritmo, y que sin duda no solo afectara a nuestra generación sino a lasgeneraciones futuras.Gracias al ingenio actual y a la gran atención que se le ha prestado a toda estacuestión se han encontrado nuevos métodos de obtener energía reduciendo unimportante valor en cuanto a la emisión de gases de efecto invernadero. Con esteproyecto se quiere ofrecer una de las innumerables formas de producción decombustible, se quiere aclarar que el combustible obtenido si va a emitir Dióxidode Carbono (CO2) a la atmosfera, pero será una salida recursiva para reducir encierto porcentaje la refinación de combustibles fósiles que afectan en mayor gradoa la atmosfera y que también acelerara el proceso del calentamiento global. Nosobra decir que se estará produciendo un combustible a partir de materias primasrenovables y que sin duda alguna ayudara al planeta sin perjudicar losecosistemas del cual se extraen combustibles como lo es el petróleo.El presente documento mostrará cómo se puede obtener metano a partir dedesechos orgánicos y los cálculos necesarios para conocer la cantidad de gasobtenido. 1
  9. 9. 2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMALos combustibles fósiles actualmente están causando un gran daño al medioambiente, además se sabe con certeza que estos se agotaran en poco tiempo; poresta razón se necesita encontrar sustitutos urgentemente, este trabajo, pretendeencontrar uno de estos sustitutos, que es el gas metano. Los Biocombustibles sonuna solución propuesta para reemplazar a los combustibles fósiles, pero así comotienen ventajas, también tienen desventajas, por lo cual se genera una pregunta:Dados todos los factores, económicos, sociales y de producción. ¿Qué tan factibleseria usar materias primas reciclables para cubrir las necesidades energéticas deuna casa (cocinar, calentar agua, etc.). Conservando las normas de higienebásicas y obteniendo la mayor eficiencia? 2
  10. 10. 3. JUSTIFICACIÓNEsta Síntesis Integrada de Grado tiene como principal interés el de producir Gasmetano a partir de desechos orgánicos (en este caso desechos de cerdo) con elfin de ofrecer una nueva forma de suplir la necesidad actual de combustible.La motivación principal por este proyecto es precisamente ofrecer a las personas alas que le sea fácil acceder a este tipo de desechos, producir el combustible parasus necesidades cotidianas, aprovechando así al máximo los recursos disponibles(residuos orgánicos como la corteza de la papa, plátano, frutas, desechos decerdo, res, animales de corral). 3
  11. 11. 4. OBJETIVOS4.1. OBJETIVO GENERAL:Diseñar un prototipo de biodigestor para la producción de gas metano, apequeña escala.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: 1. Establecer un contraste entre los biocombustibles y los combustibles fósiles, junto con sus efectos medioambientales. 2. Identificar la materia prima más eficiente para la obtención de gas metano. 3. Presentar las condiciones necesarias para la producción de gas metano. 4. Producir experimentalmente gas metano a partir de los desechos organicos. 4
  12. 12. 5. MARCO TEORICO 5.1. FUENTES DE ENERGÍA:Son aquellos recursos que se pueden utilizar para transformarlos en un trabajo oen algún otro tipo de energía que sea útil al ser humano.La fuente última de casi todos los sistemas es el sol, es decir, esta es la fuenteprincipal de la cual se dan las otras.Las fuentes de energía se dividen en dos, renovables y no renovables.En las fuentes de energía renovables se encuentran el sol (que aporta energíatérmica y fotovoltaica), Eólica (la cual es el resultado de tomar el impulso que tienelas corrientes de viento), Océanos (que aportan energía mareomotriz), hidráulica,Biomasa, Geotérmica.En las fuentes de energía no renovables se encuentran los combustibles fósiles yla energía resultado de la reacción de fusión y fisión nuclear. 5.2. COMBUSTIBLE:Es Cualquier tipo de material que es capaz de producir energía cuando se oxidade forma violenta.Al quemarse, este produce Energía térmica, la cual se transforma a energíamecánica para el aprovechamiento humano, también produce dióxido de carbonoy en algunos casos un compuesto químico extra.Se pueden clasificar estos según su estado natural o su estado de agregación.Los combustible en estado natural, a su vez se clasifican en combustiblesnaturales y combustibles manufacturados, la diferencia de uno y otro es que loscombustibles naturales antes de su utilización solo tienen un tratamiento físico omecánico, los combustibles manufacturados en cambio tienen un tratamientoquímico más profundo. La clasificación de combustibles según su estado deagregación se clasifica en combustibles sólidos, líquidos y gaseosos.Los combustibles sólidos son los distintos tipos de carbones, el coque de petróleoy la madera. 5
  13. 13. Los combustibles líquidos son el petróleo, la gasolina, gasóleo, el queroseno (onafta) o los gases licuados del petróleo (GLP). 5.3. COMBUSTIBLES FÓSILES:Son combustibles que se crearon a partir de los restos de formas de vida quefueron sepultadas con cierta presión y temperatura hace millones de años, lo quellevo a transformarlos en combustibles hoy en día.1 Cantidad de poder calorífico Nombre Del combustible (kcal/kg) Turba 4000 Lignito 5000 Hulla 7000 Antracita 8000 Petróleo 9000 y 11000 Gas Natural 11000 Gas de hulla 4000 Gases licuados del petróleo (GLP) 25000 Gas de carbón 1500 TABLA 1. Cantidad de poder calorífico en algunos combustibles 21 DE BETANCOURT. Alejandro. Combustible (En línea). (citado el 2 de Octubre de 2012).2 Información recolectada de:http://www.emc.uji.es/asignatura/obtener.php?letra=3&codigo=59&fichero=1077811553359 6
  14. 14. 5.3.1. Composición General de los combustibles fósiles:Los combustibles fósiles son sustancias ricas en energía que se han formado apartir de plantas y microorganismos enterrados durante millones de años. Loscombustibles fósiles, que incluyen el petróleo, el carbón y el gas natural,proporcionan la mayor parte de la energía que mueve la moderna sociedadindustrial. La gasolina o el gasóleo que utilizan los automóviles, el carbón quemueve muchas plantas eléctricas y el gas natural que calienta las casas son todoscombustibles fósiles.Químicamente, los combustibles fósiles consisten en hidrocarburos, que soncompuestos formados por hidrógeno y carbono. Algunos contienen tambiénpequeñas cantidades de otros componentes. Los hidrocarburos se forman a partirde antiguos organismos vivos que fueron enterrados bajo capas de sedimentoshace millones de años. Debido al calor y la presión creciente que ejercen lascapas de sedimentos acumulados, los restos de los organismos se transformangradualmente en hidrocarburos. Los combustibles fósiles más utilizados son elPetróleo, el carbón y el gas natural. Estas sustancias son extraídas de la cortezaterrestre y, si es necesario, refinadas para convertirse en productos adecuados,como la gasolina, el gasóleo y el queroseno. Algunos de esos hidrocarburospueden ser transformados en plásticos, sustancias químicas, lubricantes y otrosproductos no combustibles. Este trabajo se centrará en el petróleo como base dela gasolina que se utiliza actualmente como fuente de energía en la IndustriaMundial.3 5.4. COMBUSTIBLE A PRODUCIR: METANO (GAS)Es un hidrocarburo que se presenta en forma de gas en condiciones detemperatura y presión normales, es incoloro e inoloro, es su estado líquido essoluble en agua. Se produce de forma natural en procesos de respiraciónanaerobios (fermentación), como resultado este gas es muy utilizado para losdigestores de biogás, y los elementos que se utilizan en estos digestores sonestiércoles de animales de granja, lodo de aguas residuales y residuos orgánicosde la cocina. Este hidrocarburo también se puede producir de forma experimentalcon elementos como el Hidrogeno (H) mediante electrólisis. Es un gas altamente3 Colaboradores de Slideshare. Combustibles (anónimo)(En Línea)(citado el 3 de Octubre de 2012) 7
  15. 15. combustible y explosivo, y de este se compone en un 97% el gas natural. Tambiénes un gas de invernadero con una capacidad alta de calentamiento global. Datos Generales y propiedades del metano : Formula molecular Densidad Punto de fusión Punto de ebullición Punto de inflamabilidad  Inhalación Riesgos para las personas  Exposición del metano liquido con la piel. TABLA 2. Datos generales y propiedades del metano.4 5.5. BIOGAS:Es una mezcla gaseosa formada principalmente por metano (CH4) y dióxido decarbono (CO2). La composición del biogás depende del material digerido y delfuncionamiento del proceso. Cuando el biogás tiene un contenido superior al 45%de metano es inflamable. El biogás tiene propiedades específicas (TABLA 3).4 Colaboradores de Wikipedia, Metano. (en línea). Wikipedia, enciclopedia libre. (citado el 17 de Agosto de2012. Hora 5:00pm). http://es.wikipedia.org/wiki/Metano 8
  16. 16. TABLA 35 5.6. ARQUEAS:Son organismos unicelulares pertenecientes al dominio Arquea los cuales carecende un núcleo definido. Son similares a las bacterias en cuanto a su forma y sonmás parecidas a las células eucariotas en cuanto a su genética, pero tienencaracterísticas definidas y diferentes por lo que en la actualidad son consideradasuna forma de vida más en la tierra.Su descubrimiento se dio en lugares de condiciones extremas con altastemperaturas o altas concentraciones salinas y se pensó que eran una especie debacterias con algunas.Las arqueas son unas formas de vida muy antiguas, de las cuales se hanencontrado fósiles de hace más o menos 3500 millones de años.Su alimentación es de forma quimiótrofa, es decir, que ellos se alimentan dealgunos de los compuestos inorgánicos del medio en el que se encuentran,compuestos como; dióxido de carbono, alcohol, azufre, entre otros. 65 Fuente: Deublein y Steinhauser (2008)6 Colaboradores de Wikipedia, Archaea. (en línea). Wikipedia, enciclopedia libre. (citado el 28 de Agosto de2012. Hora 10:00pm). http://es.wikipedia.org/wiki/Archaea#Morfolog.C3.ADa 9
  17. 17. 5.6.1. Grupos de Arqueas:1. Arqueas metanogena (productoras de gas metano a partir de dióxido decarbono).2. Arqueas termófilas extremas reductoras de sulfato (reducen los sulfatos deazufre).3. Arqueas halófilas extremas (Habitan en lugares con una alta concentración desales).4. Arqueas sin pared celular (termófilas extremas que generalmente habitan enlugares con más de 100 grados Celsius).5. Arqueas termófilas extremas metabolizadoras de azufre 5.6.2. Metabolismo de arqueo bacterias:Según Carmen Piña “Muchas especies de Arqueo bacterias definen actualmentelos límites más extremos de la tolerancia biológica a factores fisicoquímicos.Algunas Arqueo bacterias muestran también propiedades bioquímicas pococomunes, como los metanógenos, que son procariotas que producen metano (gasnatural) como parte esencial de su metabolismo energético. Las arqueas absorbenCO2, N2 o H2S y eliminan CH4.Las arqueo bacterias presentan además mecanismos de defensa contra lascondiciones extremas que podrían afectarlas. Por ejemplo ellas fabrican unavariedad de moléculas y enzimas protectoras. Las arqueas que viven en medioambiente altamente ácidos, poseen en su superficie celular unas moléculas cuyafunción es ponerse en contacto con el ácido para evitar que penetre en la célula yasí evitar que el ADN se destruya.Las arqueas halófilas toman del exterior sustancias como el cloruro de potasiopara equilibrar el interior de la célula y evitar que el agua salada penetre ydestruya la célula. Se pueden encontrar en algunos tipos de alimentos en los quese han utilizado altas concentraciones de sal (salmueras) para su preservacióncomo es el caso de pescados y carnes, en donde se reconoce su presenciaporque forman manchas rojas. 10
  18. 18. Las arqueas obtiene energía a partir de compuestos como hidrógeno, dióxido decarbono y azufre. Algunas lo hacen a partir de la energía solar a través de labacteriorodopsina, un pigmento que reacciona con la luz y permite que la arqueobacteria fabrique el ATP.”7 5.6.3. Producción De Gas Metano Por Medio De Arqueas:Artículo de prensa (introductorio):“En México; el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav),Unidad Irapuato, llevó a cabo la caracterización de bacterias generadoras demetano (hidrocarburo).Así, se pudo observar que el proceso de degradación de los desechos lo inicia ungrupo de bacilos, que consumen los desechos de la industria alimentaria, lastenerías (donde se trabajan las pieles) y los estiércoles. Posteriormente, se sumanal proceso los microorganismos de la clase Arquea, que son los responsables dela producción del gas metano.Con esta propuesta se van a obtener diferentes consorcios microbianos eficientesen la generación de metano, a partir de distintos tipos de desechos orgánicos,pues se han estudiado varios microorganismos capaces de generar mayorcantidad del gas.Por el momento, se trabaja con una colección de microorganismos que aceleran elproceso y producen más metano a partir de estiércoles de vaca, residuos detenerías y de la industria de lácteos.”87 PIÑA LOPEZ. Eugenia. Diversidad Microbiana- Tipos de Microorganismos.8 Artículo: “bacterias producen gas metano” (anónimo) 11
  19. 19. 6. EFECTOS MEDIOAMBIENTALESLos combustibles fósiles producen efectos medioambientales negativosrelacionados con la emisión de gases y la emisión de partículas no quemadas almedio ambiente. A continuación se pretende hacer una breve reseña de estosefectos, para con ello respaldar la opción que tienen los Biocombustibles dedisminuir esta clase de daños al medio ambiente. 6.1. CENIZASLa quema de combustibles fósiles produce unas partículas llamadas cenizas, lascuales no son quemadas durante el proceso de combustión. Las plantas quequeman carbón emiten grandes cantidades de cenizas a la atmósfera. En laactualidad existen restricciones para que las cenizas sean limpiadas y no salgan ala atmósfera o que este tipo de partículas sean controladas de alguna forma yaque son un peligro para la creciente contaminación atmosférica. El carbón es elmayor productor de cenizas para la atmósfera, pero el gas natural y el petróleo nose quedan atrás, debido a que se puede ver como el combustible y el diesel endiferentes automotores producen cenizas que son emitidas al medio ambiente, lascuales generan un efecto mayor en las ciudades donde se concentran mayornúmero de automóviles. 6.2. EFECTO INVERNADERODesafortunadamente los combustibles fósiles no sólo tienen aspectos positivoscomo la buena disponibilidad y los bajos costos, también tienen unos aspectosnegativos en cuanto a medio ambiente, ya que generan factores como el llamado“Efecto Invernadero”.El Efecto Invernadero es el paulatino calentamiento de la superficie de la tierradebido al aumento en la concentración de algunos gases en la atmósfera terrestre,causando dos efectos a los cuales puede retribuirse el calentamiento global; elprimero, la absorción de radiación infrarroja solar por parte del dióxido de carbono,el cual es conocido como gas invernadero, lo que genera que esta radiación,netamente térmica, se retenga en la superficie terrestre, produciendo elcalentamiento global; y el segundo, en el cual las emisiones de dióxido de carbononeto aumentan de manera exponencial y causan que los rayos infrarrojos, quevienen del sol a la tierra para ayudar con el proceso de fotosíntesis de las plantas,y que si no son usados por las plantas, deben rebotar en la tierra y salir de nuevoal espacio; rebotan de nuevo en la atmósfera y vuelven hacia la superficieterrestre, y así en infinitas ocasiones hasta que los rayos infrarrojos encuentren 12
  20. 20. una ventana en la atmósfera por la cual puedan salir hacia el espacioextraterrestre nuevamente, pero en el periodo que duran estos rayos sobre lasuperficie, producen un calentamiento de la misma, y así el llamado efectoinvernadero. Estudios muestran que en los siglos XIX y XX el dióxido de carbonoen la atmósfera ha aumentado un 28%.Debido al daño que se está produciendo en la atmósfera gracias a la emisión degases que se genera en la combustión de los combustibles fósiles, algunos paísesen el mundo están trabajando para reducir las emisiones de gases. Recientementese creó el Protocolo de Kyoto, donde 36 países industrializados firmaron unacuerdo internacional para la protección del medio ambiente, donde los países secomprometieron a reducir más del 5% de la emisión de gases invernadero a laatmósfera en el periodo comprendido entre los años 2008 y 2012. Debido a lacantidad de implicaciones que tiene este acuerdo, los países que firmaron eltratado y se encuentran en transición hacia una economía de mercado, es decirestán en vías de desarrollo, tienen un compromiso más flexible a comparación conlos países industrializados como Estados Unidos y Reino Unido. Con esto se dioun gran paso para mejorar la emisión de gases y proteger el medio ambiente, yaque en los países industrializados están las mayores fábricas emisoras de gasesinvernaderos, que son el dióxido de carbono (CO2) y el óxido nitroso (N2O)principalmente. GRAFICA 1 13
  21. 21. GRAFICA 2. Efecto Invernadero 6.3. RECUPERACIÓN Y TRANSPORTE DE PETRÓLEOLos problemas medioambientales no solo se limitan a la emisión de gasesproducida en la combustión, sino que también hay efectos cuando se extraen loscombustibles, ya que para recuperar el petróleo es necesario perforar pozos en lasuperficie terrestre y extraer fluidos como el agua salada que esta en las rocasalmacén, de donde se saca el petróleo. Este fluido, el agua salada, debe serllevado de nuevo a las rocas o ser destruido en la superficie.El transporte del petróleo también causa, en algunas ocasiones, daños al medioambiente. El petróleo debe ser transportado a la refinería, la cual la mayoría deveces está lejos del pozo petrolífero, en camiones o en barcos petroleros, pero enocasiones se producen vertidos accidentales, y pueden resultar perjudicados lavida salvaje y el hábitat. 14
  22. 22. 6.4. EXTRACCIÓN DE CARBÓNEn la extracción de carbón de la superficie terrestre se utilizan palas macizas pararetirar la tierra y las rocas con el fin de recuperar el carbón, lo que causa que seperturbe el paisaje natural. Por esto existen medidas en algunos países para laprotección del suelo, donde se les exige a las compañías mineras devuelvan alpaisaje un aspecto similar al que se tenía en un principio. También la extracción de carbón produce otro problema al medio ambiente, elcual se genera cuando las vetas recientemente excavadas son sacadas de lasminas y llegan a tener contacto con aguas, como la subterránea, ríos o lagos. Loscompuestos de azufre contenidos en estas vetas, al contacto con el agua seoxidan y forman ácido sulfúrico, el cual al llegar y entrar en el agua, la contamina yafecta su vida vegetal y animal. En la actualidad se realizan experimentos con elfin de neutralizar este ácido pero hasta ahora no se ven grandes resultados. 15
  23. 23. 7. PRODUCCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) EN DIFERENTES COMBUSTIBLESPara empezar a analizar la producción de dióxido de carbono (CO 2) en diferentescombustibles (gasolina, propano y metano) se debe hacer un análisisestequiométrico para obtener resultado veraz y bastante diciente.GASOLINA (octano):PROPANO:METANO:La producción de dióxido de carbono a partir de estas sustancias se hace a travésde una reacción de oxidación, de la siguiente manera:GASOLINA (octano):PROPANO: 16
  24. 24. METANO:Partiendo de la misma masa de combustible (100 g) en los tres casos, se va acalcular que cantidad de oxigeno (O2) se gasta en la reacción y cuanto dióxido decarbono (CO2) se produce.Lo primero que se debe realizar es convertir esta masa a moles, ya que son lasunidades requeridas para hacer la operación (en este caso es más recomendableusar las formulas empíricas).GASOLINA (octano):PROPANO:METANO:A continuación se observara la cantidad de oxigeno (O 2) necesario para que lareacción se lleve a cabo la reacción:GASOLINA (octano):Se parte de 100 g de gasolina (0.88 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple: 17
  25. 25. 100 g de gasolina (C8H18) gastan 352 g de oxigeno (O2) para realizarcompletamente la reacción.PROPANO:Se parte de 100 g de propano (2.27 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple:100 g de propano (C3H8) gastan 363.2 g de oxigeno (O2) para realizarcompletamente la reacción.METANO:Se parte de 100 g de metano (6.25 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple:100 g de metano (CH4) gastan 400 g de oxigeno (O2) para realizarcompletamente la reacción. 18
  26. 26. Los siguientes cálculos mostraran la cantidad de dióxido de carbono (CO2)liberado a la atmosfera por las tres sustancias trabajadas.GASOLINA (octano):Se parte de 100 g de gasolina (0.88 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple:100 g de gasolina (C8H18) producen 309.76 g de dióxido de carbono (CO2) en lareacción.PROPANO:Se parte de 100 g de propano (2.27 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple:100 g de propano (C3H8) producen 299.64 g de dióxido de carbono (CO2) en lareacción.METANO:Se parte de 100 g de metano (6.25 mol) para realizar el cálculo. Para estaoperación es recomendable hacer una regla de tres simple: 19
  27. 27. 100 g de metano (CH4) producen 275 g de dióxido de carbono (CO2) para lareacción.Ahora es interesante ver los resultados cuando se tienen la misma cantidad demoles. Se comenzara con una (1) mol de cada sustancia. Se mostrara cuantamasa pesa un mol de cada sustancia:GASOLINA (octano):PROPANO:METANO:A continuación se observara la cantidad de oxigeno (O 2) necesario para que lareacción se lleve a cabo la reacción:GASOLINA (octano):Se parte de 1 mol de gasolina (144 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple: 20
  28. 28. 1 mol de gasolina (C8H18) gastan 400 g de oxigeno (O2) para realizarcompletamente la reacción.PROPANO:Se parte de 1 mol de propano (44 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple:1 mol de propano (C3H8) gastan 160 g de oxigeno (O2) para realizarcompletamente la reacción.METANO:Se parte de 1 mol de metano (16 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple:1mol de metano (CH4) gastan 64 g de oxigeno (O2) para realizar completamentela reacción. 21
  29. 29. Los siguientes cálculos mostraran la cantidad de dióxido de carbono (CO2)liberado a la atmosfera por las tres sustancias trabajadas.GASOLINA (octano):Se parte de 1 mol de gasolina (144 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple:1 mol de gasolina (C8H18) produce 352 g de dióxido de carbono (CO2) en lareacción.PROPANO:Se parte de 1 mol de propano (44 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple:1 mol de propano (C3H8) produce 132 g de dióxido de carbono (CO2) en lareacción.METANO:Se parte de 1 mol de metano (16 g) para realizar el cálculo. Para esta operaciónes recomendable hacer una regla de tres simple: 22
  30. 30. 1 mol de metano (CH4) produce 44 g de dióxido de carbono (CO2) para lareacción.Los resultados obtenidos son los siguientes:  Para 100 g de cada sustancia OXIGENO (O2) DIOXIDO DE CARBONO UTILIZADO (g) (CO2) PRODUCIDO (g) GASOLINA (C8H18) 352 309.76 PROPANO (C3H8) 363.2 299.64 METANO (CH4) 400 275TABLA 4. Resultados de cálculos estequiometricos para 100 g de cada sustancia.  Para 1 mol de cada sustancia OXIGENO (O2) DIOXIDO DE CARBONO UTILIZADO (g) (CO2) PRODUCIDO (g) GASOLINA (C8H18) 400 352 PROPANO (C3H8) 160 132 METANO (CH4) 64 44TABLA 5. Resultados de cálculos estequiometricos para 1 mol de cada sustancia. 23
  31. 31. 8. DISEÑO DEL BIODIGESTOREl objetivo de esta Síntesis Integrada de Grado al igual que todas las deldepartamento de Ciencias y Matemáticas, es usar las materias primas disponibles,que sean renovables, para la producción de energía, así no solo se beneficia almedio ambiente sino también se beneficiara el ser humano.Trayendo a discusión esto, el proyecto no solo permitirá producir biogás, sinoutilizara materias reciclables de fácil acceso a cualquier persona. Esta reutilizaciónde materiales hará que el biodigestor sea de fácil construcción y manejo, aunquees necesario tener ciertas precauciones a la hora de manejar los desechos (decerdo, en este caso).Para el diseño del biodigestor se usan los siguientes materiales:  Botellas plásticas de gaseosa (2L o más de capacidad).  Manguera de goma. La materia prima usada en este caso va a ser los desechos producidos por loscerdos. GRÁFICA 3. Fuente de desechosAntes de realizar cualquier procedimiento es necesario adaptar la manguera a lastapas de las botellas de tal forma que estén selladas herméticamente. 24
  32. 32. GRAFICA 4. Montaje Biodigestor GRAFICA 5. Biodigestor. 25
  33. 33. GRAFICA 6. Embotellamiento de desechos de cerdo GRÁFICA 7. Preparación para prueba. 26
  34. 34. GRÁFICA 8. Comparación entre llama de encendedor y llama producida por el biodigestor 1.GRÁFICA 9. Comparación entre llama de encendedor y llama producida por el biodigestor 2. 27
  35. 35. 8.1. CONDICIONES NECESARIAS PARA LLEVAR A CABO EL PROCESOPara el proceso de fermentación del excremento (de cerdo en este caso), esimportante mantener los recipientes donde está contenido en un lugar oscuro ycon poca humedad, y en lo posible aislado ya que los olores expulsados por estetipo de residuos podrían llegar a afectar la salud humana.La fermentación de estos residuos se realiza en un medio anaeróbico, es por estoque el sellado de los recipientes contenedores debe ser hermético, ademásporque se perdería presión y el producto final (biogás).La comparación de los siguientes datos hará saber que es muy importante el buenmanejo del biodigestor ya que un escape podría ser peligroso debido a lacombustión que es capaz de generar el biogás y otros combustibles. TABLA 6. Energía equivalente (valor energético) Biogás Vs otras fuentes 28
  36. 36. 9. CONCLUSIONES9.1. Se concluye con este trabajo que el metano (CH4) es en su oxidación, la sustancia combustible que menos CO2 genera, esto es muy útil, ya que el CO2 es el gas responsable del calentamiento global, por lo tanto el metano (CH4) gas que se produjo en este trabajo es una excelente alternativa en la lucha contra este problema ambiental.9.2. También se concluye de este trabajo que los combustibles no fósiles (BIOCOMBUSTIBLES) no son tan contaminantes como los fósiles, por esta razón hoy día muchos países los están implementando en todos los procesos industriales, de transporte y domésticos.9.3. Es por esta razón que el metano es considerado un biogás, porque reduce la cantidad de CO2 expulsado a la atmosfera, que es el gas de efecto invernadero más abundante en la atmosfera y que ayuda a que se generen los cambios que están padeciendo todos los ecosistemas.9.4. Este trabajo me permite recomendar la implementación de biodigestores en las fincas, pero especialmente en donde se crían animales domésticos a nivel industrial. 29
  37. 37. BIBLIOGRAFIA Deublein D., Steinhauser A. 2008. Biogas from waste and renewable resources: An Introduction. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim. 443 p. VARNERO MORENO. María. Manual de Biogás. Santiago de Chile. FAO. 2011. 120p. PIÑA LOPEZ. Eugenia. Diversidad Microbiana- Tipos de Microorganismos. Internet (http://www.unad.edu.co/fac_ingenieria/pages/Microbiologia_mutimedia/2_2 _1arqueas.htm) Artículo: “bacterias producen gas metano” (anónimo) (en línea). (citado el 28 de agosto de 2012). http://www.dicyt.com/noticias/bacterias-producen- gas-metano DE BETANCOURT. Alejandro. Combustible (En línea). (citado el 2 de Octubre de 2012). Disponible en internet: http://es.scribd.com/doc/56003908/Combustible-es-cualquier-material- capaz-de-liberar-energia-cuando-se-oxida-de-forma-violenta-con- desprendimiento-de-calor Colaboradores de Slideshare. Combustibles (anónimo)(En Linea)(citado el 3 de Octubre de 2012). Disponible en internet: http://www.slideshare.net/khaileh/tema-1-combustibles-fosiles Colaboradores de NEWTON. Fuentes de energía (En Línea). (Citado el 9 de Octubre de 2012). Disponible en internet: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/fuentes.htm?4&0 Revista Consumer. Más limpios pero el doble de caros que la gasolina. [En línea] Disponible desde Internet en: http://revista.consumer.es/web/es/20000101/medioambiente/ Trainer, Ted. La biomasa no nos puede salvar. Disponible en http://www.crisisenergetica.org/staticpages/index.php?page=200411271347 47915 30
  38. 38.  Zamora Gonzáles, Luis; Consideraciones sobre la utilización del Biogás. [En línea] Disponible en internet: http://www.monografias.com/trabajos15/utilizacion-biogas/utilizacion- biogas.shtml 31

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