UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

“ESTUDIO DEL CONTENIDO ENERGÉTICO RENOVABLE MEDIANTE

TRATAMIENTO ANAEROBIO MESOFÍLICO DE RESIDUALES DE

CAMAL Y AVÍCOLA DEL CANTÓN NARANJITO”

AUTORES:

SHIRLEY ELENA MENÉNDEZ PLÚA

YARITZA CORINA REASCO GARCÍA

TUTOR:

ING. MARIO AGUILERA SALAZAR MSc.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2016 – 2017

II

DEDICATORIA

Quiero expresar mis más sentidos

agradecimientos sin duda alguna a DIOS

por regalarme la dicha de poder alcanzar

un sueño tan evocado, además de

ofrecerme su más infinito amor.

A mi madre, mi hermana, mi compañera,

mi amiga por ser una mujer de carácter y

lucha, por su amor tan puro e

inconmensurable, tierno y duradero, por

brindarme siempre su apoyo y regalarme

sus ganas de no rendirme nunca.

A mi padre y hermanos por ser un pilar

importante en mi vida, por llenarme de

valentía, y por ser luminiscencia en mi

camino.

Autor. Yaritza Corina Reasco García

III

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de titulación a mi

familia, a mis padres, que son las

personas más importantes en mis vidas,

por brindarme la mejor herencia que es

la educación y por estar presentes en

cada paso y meta lograda en mi vida; y a

mis hermanos, que me han apoyado

incondicionalmente y que han aportado

con un granito de arena para que pueda

culminar mis estudios y ser una gran

profesional.

Autor: Menéndez Plúa Shirley Elena

IV

AGRADECIMIENTO

Como no empezar agradeciéndole a

Dios Todo poderoso, por bendecirme

siempre y permitirme llegar hasta aquí,

disfrutando este triunfo con las personas

más importantes, mi familia y los

ingenieros que me regalaron todos sus

conocimientos.

Debo de agradecer de manera muy

sincera, las ganas y compromiso del Ing.

Oscar Valmaña por ser un apoyo

incondicional en este proyecto de

titulación, por inculcar en mí su

orientación y rigurosidad.

Al Ing. Mario Aguilera por su apoyo,

confianza, aporte y participación en el

desarrollo de este trabajo arduo y por

ser siempre una persona dedicada y

responsable capaz de brindar su

esfuerzo y dedicación.

Al Ing. Ricardo Baquerizo por su guía,

apoyo y por todo el aporte de sus

conocimientos siendo capaz de aclarar y

organizar mis ideas en este camino.

A Shirley Menéndez por ser

compañera, amiga y hermana, que con

paciencia y gentileza pudimos aprender

y terminar juntas.

Sin más preámbulos gracias a todos por

permitir y ayudar que este proyecto

llegue a un feliz término.

Autor: Reasco García Yaritza Corina

V

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por darme la vida, por

brindarme regalos valiosos como la

inteligencia, la sabiduría, la

perseverancia de luchar cada día por las

metas propuestas en mi vida.

A mis padres, por el apoyo incondicional

que siempre me han brindado, por ser

ese pilar fundamental en mi vida y

formarme como una mujer de bien, una

mujer responsable y dedicada a mis

estudios; aprendiendo de ellos que

cualquier obstáculo se puede superar y

que puedo llegar a realizar todo lo q me

proponga en mi vida.

A mis hermanos, por ser mi ejemplo a

seguir y por apoyarme siempre a cumplir

mi meta de ser una gran profesional.

Al Ing. Mario Aguilera, por aceptar ser

nuestro director de tesis, por habernos

dedicado su tiempo y habernos

compartido sus conocimientos y

consejos; logrando así culminar con

éxito nuestro proyecto de titulación.

Al Ing. Ricardo Baquerizo por todo su

apoyo y conocimientos brindados.

A mi compañera de tesis, Corina

Reasco, por el apoyo en la realización

de este trabajo de titulación y por todos

los consejos y aportes brindados, que

más que una amiga es una hermana

para mí.

Autor: Menéndez Plúa Shirley Elena

VI

DERECHOS DE AUTORÍA

Shirley Elena Menéndez Plúa y Yaritza Corina Reasco García, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional, y que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad intelectual a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL - FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual y su reglamento.

________________________________ __________________________________

Shirley Elena Menéndez Plúa Yaritza Corina Reasco García

VII

CERTIFICACIÓN DE TUTOR

Ing. MSc. Mario Aguilera Salazar, certifica haber tutelado la tesis “Estudio del contenido energético renovable de residuos urbanos y rurales del cantón naranjito mediante tratamiento anaerobio termofílico.”, que ha sido desarrollada por, Shirley Elena Menéndez Plúa y Yaritza Corina Reasco García previa la obtención del título de Ingeniero en QUÍMICA, de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE TESIS DE GRADO DE TERCER NIVEL de la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA.

___________________________________

Ing. MSc. Mario Aguilera Salazar

VIII

RESUMEN

La digestión anaerobia de los desechos líquidos y sólidos producidos en

el camal municipal del cantón Naranjito es una opción viable para

solucionar problemas de contaminación que afectan la calidad de vida de

las personas que habitan en este cantón, además de contribuir con el

medio ambiente reduciendo el impacto ambiental de gases tóxicos que

generan estos desperdicios. En el presente trabajo se realizaron pruebas

de potencial de biometano (BMP) mediante tratamiento anaerobio

mesofílico en régimen discontinuo y a escala de laboratorio, de muestras

obtenidas del camal municipal de Naranjito y de la avícola “Freire”;

comparando los resultados de tres sustratos de acuerdo al

comportamiento de su composición química de carbohidratos, proteínas y

lípidos, determinando el rendimiento de biogás, su poder calórico y su

capacidad de biodegradarse reduciendo parámetros de medición de

Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Sólidos volátiles (SV), siendo el

residual de menor producción de biogás la muestra de AV con 4.80x10-6

m3 de biogás, la muestra de MC con 5.50x10-6 m3 de biogás y la muestra

de AC con 4.69x10-4 m3 de biogás; siendo ésta la de mayor producción.

Palabras claves: digestión anaerobia, potencial de biometano (BMP),

mesofílico, régimen discontinuo, biogás, poder, calórico, Demanda

Química de Oxígeno (DQO), Sólidos volátiles (SV).

IX

ABSTRACT

Anaerobic digestion of solid and liquid waste produced in the municipal slaughterhouse Canton Naranjito is a viable option to solve pollution problems that affect the quality of life of people living in this canton, option besides contributing to the environment by reducing the environmental impact of toxic gases that generate these wastes. In this paper tests biomethane potential (BMP) were performed using mesophilic anerobio batchwise treatment and laboratory scale samples obtained from the municipal slaughterhouse of Naranjito and poultry "Freire"; comparing the results of three substrates according to the behavior of the chemical composition of carbohydrates, proteins and lipids, determining the performance of biogas, its calorific power and its ability to biodegrade reducing measurement parameters Chemical Oxygen Demand (COD) and volatile solids, being the lower residual biogas production sample AV 4.80x10-6 m3 of biogas, MC sample with 5.50x10-6 m3 of biogas and AC sample with 4.69x10-4 m3 of biogas; this being the most productive.

Keywords: anaerobic digestion potential of bioethanol (BMP), mesophilic,

batchwise, biogas, power, heat, chemical oxygen demand (COD), volatile

solids (VS).

X

ÍNDICE

DEDICATORIA ..........................................................................................II

DEDICATORIA .........................................................................................III

AGRADECIMIENTO ................................................................................ IV

AGRADECIMIENTO ................................................................................. V

DERECHOS DE AUTORÍA ..................................................................... VI

CERTIFICACIÓN DE TUTOR................................................................. VII

RESUMEN............................................................................................. VIII

ABSTRACT ............................................................................................. IX

INTRODUCCIÓN .......................................................................................1

CAPITULO I. LA INVESTIGACIÓN ...........................................................1

1.1. Tema ............................................................................................1

1.2. Planteamiento del problema .........................................................1

1.3. Formulación del problema ............................................................2

1.4. Limitación del estudio ...................................................................2

1.5. Alcance del trabajo .......................................................................4

1.6. Objetivos.......................................................................................4

1.6.1. Objetivo General ....................................................................4

1.6.2. Objetivos Específicos .............................................................4

1.7. Idea a defender.............................................................................4

1.8. Preguntas a contestar ...................................................................5

1.9. Justificación del problema .............................................................5

1.10. Hipótesis ...................................................................................7

1.11. Variables ...................................................................................7

Variables Independientes ....................................................................7

XI

Variables Dependientes ......................................................................7

Variables Intervinientes .......................................................................7

CAPITULO II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .............................................9

2.1. Fundamento Teórico .....................................................................9

2.1.1. Digestión anaerobia como proceso natural ............................9

2.1.2. Microorganismos presentes en la digestión anaerobia .........10

2.1.3. Factores físicos y qcos. que afectan la digestión anaerobia .11

2.1.4. Digestión anaerobia como tecnología ..................................15

2.1.5. Sustratos y potencial para producir biogás y metano……….16

CAPITULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL ...................................21

3.1. Metodología de la investigación ..................................................21

3.2. Parámetros de acuerdo a las variables .......................................23

3.3. Experimentación .........................................................................24

3.4. Ingeniería de proceso .................................................................32

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS .........................................33

Análisis e Interpretación de los Resultados ..........................................40

Comparación de los Datos Obtenidos ..................................................54

CONCLUSIONES ....................................................................................55

RECOMENDACIONES............................................................................55

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................56

XII

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1.1. RESIDUALES OBJETO DE ESTUDIO DEL CANTÓN

NARANJITO. .............................................................................................3

TABLA 2.1. TIPO DE MICROORGANISMOS PRESENTE EN CADA

ETAPA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA. ..............................................11

TABLA 2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE DIVERSOS RESIDUOS DE

ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL................................................................13

TABLA 2.3. RENDIMIENTO DE GAS METANO PARA DIFERENTES

SUSTRATOS. ..........................................................................................13

TABLA 2.4. INTERVALO DE TEMPERATURAS EN EL QUE TRABAJAN

LAS BACTERIAS ANAEROBIAS. ............................................................14

TABLA 2.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS. ...........................16

TABLA 2.6. PRODUCCIÓN DE RESIDUOS EN MATADEROS

MUNICIPALES .......................................................................................19

TABLA 3.1. MEDICIÓN DE LAS VARIABLES EN LAS MUESTRAS

ORGÁNICAS. ..........................................................................................22

TABLA 3.2. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS DE LOS SUSTRATOS A

UTILIZAR.................................................................................................29

TABLA 3.3. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DEL AGUA DE

CAMAL (AC) DURANTE LOS 45 DÍAS. ...................................................33

TABLA 3.4. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE AGUA DE

CAMAL PARA SUS RESPECTIVOS CÁLCULOS ...................................36

TABLA 3.5. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS

SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DEL CAMAL (MC) DURANTE LOS 45 DÍAS. ....40

TABLA 3.6. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE MEZCLA DE

CAMAL PARA SUS RESPECTIVOS

CÁLCULOS……………………………………………………………………..48

TABLA 3.7. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS DE

AVÍCOLA (AV) DURANTE LOS 45 DÍAS…………………………………...47

TABLA 3.8. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE AVÍCOLA PARA

SUS RESPECTIVOS CÁLCULOS. ..........................................................50

XIII

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1. CANTÓN NARANJITO, PROVINCIA GUAYAS, ECUADOR.

..................................................................................................................3

FIGURA 2.1. ESQUEMA DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DEL

MATERIAL ORGÁNICO. .........................................................................10

FIGURA 2.2. ESQUEMAS DE REACTORES SIN RETENCIÓN INTERIOR

DE BIOMASA. .........................................................................................13

FIGURA 2.3. DIGESTOR MODELO TIPO CHINO. ..................................17

FIGURA 2.4. DIGESTOR MODELO TIPO HINDÚ. ..................................17

FIGURA 2.5. RANGOS DE PRODUCCIÓN POTENCIAL DE BIOGÁS EN

FUNCIÓN DEL RESIDUO. ......................................................................17

FIGURA 3.1. MATERIAS ORGÁNICAS A UTILIZAR. ..............................26

FIGURA 3.2. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE

SODIO. ....................................................................................................27

FIGURA 3.3. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE FENOLFTALEÍNA.

................................................................................................................27

FIGURA 3.4. BOTELLAS DE 1250 ML Y 500 ML. ...................................28

FIGURA 3.5. LLENADO DE LAS BOTELLAS CON MATERIA

ORGÁNICA, INÓCULO Y CAL. ...............................................................28

FIGURA 3.6. INSTALACIÓN DE LOS REACTORES. .............................30

FIGURA 3.7. LECTURA DIARIA DEL BIOGÁS PRODUCIDO. ................31

FIGURA 3.8. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN

LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA AGUA DE CAMAL. ..35

FIGURA 3.9. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE LA DQO DEL AGUA

DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. .....................................................37

FIGURA 3.10. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS

VOLÁTILES (SV) DEL AGUA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......38

FIGURA 3.11. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN

LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA MEZCLA DEL CAMAL.

................................................................................................................42

FIGURA 3.12. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE LA DQO DE LA

MEZCLA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......................................44

XIV

FIGURA 3.13. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS

VOLÁTILES DE LA MEZCLA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......45

FIGURA 3.14. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN

LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA DE DESECHOS DE

AVÍCOLA. ................................................................................................49

FIGURA 3.15. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS

VOLÁTILES (SV) DE LOS DESECHOS DE AVÍCOLA DURANTE LOS 45

DÍAS. .......................................................................................................51

FIGURA 3.16. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS

VOLÁTILES (SV) DE LOS DESECHOS DE AVÍCOLA DURANTE LOS 45

DÍAS. .......................................................................................................52

XV

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO I. RECEPCIÓN DE LOS TRES TIPOS DE RESIDUALES

DEL CANTÓN NARANJITO. ............................................................. …..61

ANEXO II. LLENADO DEL INÓCULO EN LOS DIFERENTES

REACTORES…………………………………………………………………..61

ANEXO III. MEDICIÓN DE LOS DIFERENTES RESIDUALES. ...61

ANEXO IV. LLENADO DE LA MATERIA ORGÁNICA EN EL

REACTOR……………………………………………………………………...62

ANEXO V. CONSTRUCCIÓN DE LOS REACTORES. ............... ………..62

ANEXO VI. SELLADO DE LOS REACTORES DE FORMA HERMÉTICA.

................................................................................................................62

ANEXO VII. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE AGUA DE CAMAL SIN EL INÓCULO. ................................... ……….61

ANEXO VIII. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE AGUA DE CAMAL CON EL INÓCULO. .............................................64

ANEXO IX. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE RESIDUOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DE CAMAL SIN EL INÓCULO. .65

ANEXO X. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE RESIDUOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DE CAMAL SIN EL INÓCULO. .66

ANEXO XI. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE RESIDUOS DE AVÍCOLA SIN EL INÓCULO. ...................................66

ANEXO XII. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA

DE RESIDUOS DE AVÍCOLA SIN EL INÓCULO. ...................................68

1

INTRODUCCIÓN

El desarrollo tecnológico e industrial trajo consigo una acelerada

explotación de los combustibles fósiles, sin embargo, su limitada

disponibilidad y el creciente aumento de sus costos han volcado la

investigación hacia fuentes de energías renovables. Dentro de ellas, se

encuentra la biomasa, cuya utilización presenta características singulares

y beneficios notables que ayudan a un mejor empleo de los residuos

orgánicos, la cual constituye una fuente renovable de energía con un alto

potencial de aprovechamiento. Se trata de una fuente prácticamente

inagotable, producida por sistemas urbanos y agroindustriales.

Además de las implicaciones energéticas, la transformación de

biomasa en energía es beneficiosa para el entorno, siendo un sistema

idóneo para equilibrar excedentes agrícolas así como para eliminar

residuos rurales, urbanos e incluso industriales.

En los países en vías de desarrollo, como el Ecuador, las descargas

orgánicas provenientes de la actividad de los mataderos municipales

generan efluentes, emisión de olores y residuos sólidos y líquidos; los

cuales influyen negativamente en el ambiente y en la salud de la

población aledaña. En el camal municipal del cantón Naranjito los

desechos orgánicos que no son comercializados como vísceras y su

contenido ruminal son expulsados en botaderos de basura, mientras que

las aguas residuales provenientes del lavado y faenamiento del animal;

son descargadas a canales abiertos sin recibir ningún tratamiento que

reduzca la contaminación generada por este tipo de residuos orgánicos.

Una forma de aprovechar este tipo de desechos es aplicando la digestión

anaerobia, la cual se presenta como una solución viable para el

manejo de residuos sólidos y líquidos urbanos, reduciendo en un gran

porcentaje este tipo de contaminantes, incluyendo la posibilidad de

obtener una energía limpia y amigable con el medio ambiente como es el

biogás. Otra de las ventajas de este sistema es que provee de una

producción controlada de metano, lo que abre la posibilidad de

aprovechar de una manera más eficiente dicho gas para generación

eléctrica.

1

CAPÍTULO I. LA INVESTIGACIÓN

1.1. Tema

“Estudio del contenido energético renovable mediante tratamiento

anaerobio mesofílico de residuales de camal y avícola del Cantón

Naranjito”

1.2. Planteamiento del problema

El interés por reducir la dependencia del petróleo por parte de los

países importadores y la necesidad de disminuir los problemas

ambientales asociados con el uso de los combustibles fósiles, han

generado la necesidad de buscar alternativas con el fin de

disminuir los efectos de los gases invernaderos; por medio del

aprovechamiento de los desechos orgánicos producidos en el

cantón Naranjito, los mismos que al biodegradarse por la acción

de microorganismos y otros factores generan biogás.

Actualmente, se conoce al biogás como una fuente renovable de

energía capaz de producir electricidad.

Para aplicar esta tecnología como solución a la problemática

ambiental que producen los residuales que se generan en el

Cantón Naranjito, es necesario determinar la producción de

biogás de dichos residuales como sustratos independientes;

logrando aprovechar su potencial energético.

El presente proyecto se ha propuesto determinar la

biodegradabilidad que podrá obtenerse de cada residual

disponible en el cantón, mediante digestión anaerobia mesofílica.

El trabajo a realizar constituirá la base para los estudios

posteriores similares a éste, pero con mezclas de los residuales.

Por lo tanto, el planteamiento del problema de investigación es el

siguiente:

2

¿Se podrá obtener energía renovable de distintos residuales

urbanos identificados en el Cantón Naranjito, mediante digestión

anaerobia mesofílica (30°C), a régimen estático y discontinuo, y a

escala de laboratorio?

1.3. Formulación del problema

El cantón Naranjito es una zona agrícola, ganadera y comercial

que genera una gran cantidad de desechos que son vertidos a los

canales de agua pertenecientes a la PTAR. En ciudadelas y

recintos parte de la población descargan las aguas servidas

generadas en sus viviendas y las aguas residuales de los

criaderos y mataderos de ganado porcino y vacuno. Dichos

recintos o ciudadelas no tienen infraestructura sanitaria ni pluvial,

por lo que aún utilizan fosas sépticas o canales abiertos que

desembocan a esteros o ríos adyacentes sin ningún tratamiento

previo.

Estas aguas residuales formadas por desechos sólidos y líquidos,

siendo de mayor proporción los residuos originados en camales y

avícolas son los principales causantes de la contaminación de este

cantón. Es por esto, que nuestro proyecto está enfocado en la

utilización de estos desechos orgánicos con la finalidad de poder

aportar una alternativa de carácter ecológico y renovable como es

la obtención del biogás, beneficiando de esta manera a la

población y al medio ambiente.

1.4. Limitación del estudio

El presente proyecto tendrá como población de estudio las

fuentes de residuales como los desechos sólidos y líquidos

provenientes del camal municipal y los desechos de la avícola

“Freire”. Estos residuales constituyen una de las problemáticas

ambientales más importante del Cantón Naranjito en la actualidad.

Dicho cantón está ubicado a 60 km al este de Guayaquil,

provincia del Guayas (ver figura 1).

3

FIGURA 1.1. CANTÓN NARANJITO, PROVINCIA GUAYAS, ECUADOR.

Los residuales que se emplearán en el estudio son de naturaleza

urbana. En la tabla 1 se indican los tipos de residuales y su

procedencia.

TABLA 1.1. RESIDUALES OBJETO DE ESTUDIO DEL CANTÓN NARANJITO.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Residuales Tipo Fuente Ubicación

Residuos sólidos de avícolas

(vísceras del sacrificio de

aves)

Urbano Avicola Freire Naranjito

(2°10'17.6"S 79°28'03.4"W)

Residuos sólidos del

camal (vísceras de cerdo y vaca)

Urbano

Camal municipal del

Cantón Naranjito

Naranjito (2°09'53.0"S

79°28'30.5"W)

4

1.5. Alcance del trabajo

El propósito de nuestro proyecto es evaluar el potencial energético

de forma individual de los desechos provenientes del camal y la

avícola, empleando un mejor aprovechamiento de estos recursos

a través de un ensayo de biodegradabilidad en ausencia de

oxigeno; obteniendo un producto final llamado biogás usado como

fuente de energía renovable. La utilización de este tipo de residuos

urbanos contribuye a la disminución de la contaminación ambiental

en el cantón Naranjito.

1.6. Objetivos

1.6.1. Objetivo General

Evaluar el contenido energético que puede obtenerse de los

residuales del camal y avícola identificados en el Cantón Naranjito,

mediante tratamiento biológico anaerobio mesofílico, en

condiciones estáticas y en discontinuo, a escala de laboratorio.

1.6.2. Objetivos Específicos

Caracterizar los residuales del camal, avícola y los efluentes de

la digestión anaerobia desde el punto de vista físico-químico.

Determinar la producción de biogás de los residuales

identificados en el Cantón Naranjito mediante ensayo de

biodegradabilidad en condiciones mesofílicas y a escala de

laboratorio (en estático y en discontinuo).

Evaluar el contenido energético del biogás obtenido mediante

digestión anaerobia mesofílica, de los residuales del camal y

avícola.

1.7. Idea a defender

Esta es una investigación que constituye la base para estudios

más complejos y completos que se requerirán realizar a los

residuales que se generan en el cantón Naranjito, con el objetivo

de encontrar la mezcla de los mismos con mayor capacidad de

producir energía.

Esta investigación aportará al diseño de una planta de biogás

localizada en el Cantón Naranjito, la cual contribuirá a solucionar

5

el problema de la eliminación de los residuales sólidos y líquidos

del cantón, y producirá una fuente de energía renovable y de

biofertilizantes a partir de estos.

1.8. Preguntas a contestar

¿Qué parámetros influyen en la caracterización físico – química

de los sustratos al inicio y final del proceso de fermentación

anaerobia y su variación durante el mismo?

Mediante el ensayo de biodegradabilidad utilizado, ¿qué

cantidad de biogás se obtuvo por cada tipo de residual urbano

(camal y avícola) emplead?

Utilizando el poder calorífico inferior (PCI), ¿será posible

calcular el contenido energético del ensayo de

biodegradabilidad mediante la digestión anaerobia de cada uno

de los sustratos?

¿Es factible la medición de los sustratos estudiados de forma

individual para luego proporcionar un mayor contenido de

biogás en forma de mezclas?

1.9. Justificación del problema

Actualmente en Ecuador existen y se producen enormes

cantidades de residuos agropecuarios, agroindustriales y de origen

urbano que contribuyen seriamente a la contaminación ambiental,

principalmente de las aguas superficiales y subterráneas. Para

preservar la salud del hombre y la calidad ambiental, se hace

imprescindible el tratamiento de estos residuos antes de su

vertimiento al medio ambiente.

Naranjito es un cantón de la provincia del Guayas y las actividades

socioeconómicas principales son la agricultura y la ganadería. En

este cantón la gestión, tratamiento y eliminación de los residuos

sólidos y de las aguas residuales, es insuficiente y no cumple con

todas las normas técnicas y ambientales (GAD - Cantón Naranjito,

2014). Ello denota una serie problemática con la gestión y manejo

de los residuales en el cantón.

En Naranjito se generan alrededor de 4000 t/año de residuos

sólidos urbanos (RSU), donde el 69% es materia orgánica

6

(Solano, 2013). Según el Plan de Desarrollo y Manejo Territorial

2014-2020, además de la fracción orgánica de los residuos sólidos

urbanos (FORSU), en el cantón se genera biomasa residual

húmeda (BRH) que proviene principalmente de mercados,

criaderos - mataderos de animales, de instituciones públicas, así

como de haciendas ganaderas del sector privado. Actualmente la

eliminación de los residuos sólidos de la urbe se realiza en un

vertedero a cielo abierto que no cumple con las normas técnicas y

ambientales, entre otras dificultades (GAD - Cantón Naranjito,

2014). Estas prácticas no son técnicamente controladas lo cual

estaría generando procesos de contaminación del suelo, la

atmósfera local y de las aguas superficiales y subterráneas.

El cantón cuenta con una red de alcantarillado que cubre solo el

70% del área urbana. Estas aguas son tratadas en una planta de

tratamiento de aguas residuales (PTAR). La presencia de un

camal que vierte sus aguas residuales directamente a la PTAR,

genera una dificultad añadida a la planta ya que esta no fue

diseñada para semejante carga. El resto de la población emplea

canales abiertos y fosas sépticas que vierten a esteros y ríos

adyacentes (GAD - Cantón Naranjito, 2014).

El Cantón Naranjito requiere de una tecnología que dé solución a

la problemática ambiental existente, y que pueda aprovechar el

potencial energético renovable y biofertilizante de los residuales.

La tecnología de co-digestión o planta de biogás centralizada, se

presenta como una alternativa prometedora y factible por su

versatilidad y éxito a nivel mundial para el tratamiento de

residuales urbanos, agropecuarios e industriales. Sin embargo,

para aplicar o transferir cualquier tecnología es imprescindible

realizar estudios previos a escala de laboratorio, sobre la

biodegradabilidad anaerobia y el potencial de producción de

biogás en condiciones mesofílicas de los residuales urbanos

disponibles en el cantón.

En Ecuador no existen antecedentes sobre el uso de la tecnología

de co-digestión, y la investigación en este campo, así como sobre

digestión anaerobia de manera general, es escasa. Por lo cual el

presente proyecto y sus resultados serán la base para el

desarrollo de alternativas tecnológicas, novedosas y

ambientalmente factibles, para la gestión y manejo de los residuos

del cantón.

7

1.10. Hipótesis

¿Mediante un proceso de digestión anaerobia mesofílica, a

régimen estático y discontinuo, y a escala de laboratorio, es

posible obtener energía renovable de diferentes residuales

urbanos del Cantón Naranjito?

1.11. Variables

Variables Independientes

Materia orgánica biodegradable contenida en cada sustrato

introducido al proceso.

Variables Dependientes

Producción energética específica de cada sustrato.

Variables Intervinientes

Rendimiento de biogás por cada sustrato en condiciones

mesofílicas.

Contenido de metano en el biogás obtenido por cada sustrato.

Rendimiento de metano por cada sustrato en condiciones

mesofílicas.

8

1.12. Operacionalización de las variables

VARIABLES CLASIFICACIÓN CONCEPTUALIZACIÓN FORMA DE MEDIDA

UNIDAD

Producción energética específica de cada sustrato

Dependiente

Cantidad de energía que puede producir una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso, mediante digestión anaerobia

Matemáticamente multiplicando el poder calórico inferior del metano (PCI) por el rendimiento de metano obtenido por cada sustrato

(KWh/kg SVo)

Materia orgánica biodegradable contenida en cada sustrato introducida al proceso

Independiente

Contenido de materia orgánica biodegradable presente en cada sustrato empleado en el proceso de digestión anaerobia (SVo)

Procedimiento para determinar sólidos volátiles (SV)

g SV o % en base seca o base húmeda

Rendimiento de biogás por cada sustrato en condiciones termofílicas

(55°C)

Interviniente

Cantidad de biogás producido por una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso (Ybiogás) en condiciones

termofílicas (55°C)

Ensayo de biodegradabilidad anaerobia de materia orgánica de lodos – Método de medición de producción de biogás (Norma ISO 11734 o su equivalente)

LN

biogás/kg SVo

Contenido de metano en el biogás obtenido por cada sustrato

Interviniente

Cantidad metano contenida en el biogás producido por el proceso

Metano determinado por lavado alcalino de dióxido de carbono

LN CH4 o

%v/v

Rendimiento de metano por cada sustrato en condiciones termofílicas

(55°C)

Interviniente

Cantidad de metano producido por una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso (YCH4) en condiciones

termofílicas (55°C)

Matemáticamente dividiendo la cantidad de metano obtenida entre la cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso

LN

CH4/kg SVo

9

2. CAPÍTULO II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1. Fundamento Teórico

La digestión anaerobia es una fermentación microbiana donde

interviene un grupo de bacterias específicas que en ausencia de

oxigeno descomponen la materia orgánica en productos gaseosos

o biogás, con un potencial enérgico considerable y un efluente

caracterizado por la mezcla de productos minerales con alto valor

fertilizante. La materia prima utilizada para ser sometida a este

tratamiento es cualquier biomasa proveniente de residuos de alto

contenido en materia orgánica de origen vegetal o animal.

2.1.1. Digestión anaerobia como proceso natural

La fermentación anaerobia es un proceso muy complejo tanto por

el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar, como por la

cantidad de microorganismos involucrados en ellas. Este proceso

es idóneo para el tratamiento de residuos y se fundamenta en la

degradación biológica de la materia orgánica.

2.1.1.1. Etapas

El proceso de descomposición anaerobia de la materia orgánica

se divide en cuatro fases:

Hidrólisis: Se considera la primera etapa de la digestión

anaerobia que mediante las reacciones bioquímicas da lugar

a la transformación de los carbohidratos, lípidos y proteínas

en azúcares, ácidos grasos y aminoácidos.

Acidogénesis: Corresponde a la segunda etapa donde los

azucares, ácidos grasos y aminoácidos son convertidos a

ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, valérico,

láctico), H2, CO2, etanol, metanol, amoníaco y agua, siendo

el de mayor proporción el ácido acético.

Acetogénesis: A esta etapa se la conoce también como

Acidogénesis intermediaria, en la cual los ácidos grasos

producidos en la fase anterior son convertidos en ácido

acético. En esta etapa también de produce hidrógeno y

10

dióxido de carbono, sirviendo como sustrato para algunas

bacterias metanogénicas. El principal compuesto de la

formación de metano es el ácido acético con un 72 %.

Metanogénesis: En esta última etapa, los ácidos volátiles

(acético y propiónico), la mezcla de H2-CO2, metanol y otros,

son convertidos en dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4)

principalmente.

En la Figura 2 se esquematiza el proceso llevado a cabo en

cada una de las etapas de la digestión anaerobia:

FIGURA 2.1. ESQUEMA DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DEL MATERIAL ORGÁNICO.

Fuente: (Moreno M. T., 2011)

2.1.2. Microorganismos presentes en la digestión anaerobia

La digestión anaerobia o biometanización es un proceso biológico

que se da en ausencia de oxígeno y a través de diferentes etapas

en las que van interviniendo un grupo de microorganismos, que van

a transformar la fracción más degradable de la materia orgánica en

biogás. Los microorganismos presentes en cada etapa de la

digestión anaerobia se detallan a continuación:

11

TABLA 2.1. TIPO DE MICROORGANISMOS PRESENTE EN CADA ETAPA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA.

Fuente: Corina Reasco y Shirley Menéndez

2.1.3. Factores físicos y químicos que afectan la digestión

anaerobia

Como todo proceso biológico la digestión anaerobia se llevara a

cabo satisfactoriamente o no dependiendo de las condiciones que

estén presentes en el medio. Para que puedan desarrollarse los

microorganismos que actúan sobre la materia orgánica presente en

los residuales sometidos a esta biodegradación, es necesario que

se cumplan con ciertos parámetros físicos y químicos entre los

cuales tenemos (Lorenzo Acosta & Obaya Abreu, 2005):

Sustrato y su composición: El termino sustrato o biomasa

residual se refiere a toda la materia orgánica que proviene de

ETAPA DESCRIPCIÓN MICROORGANISMO QUE INTERVIENE

GENERO

Hidrólisis

Transformación de los carbohidratos,

lípidos y proteínas en azucares ácidos

grasos y aminoácidos.

Bacterias hidrolíticas

Bacteroides, Lactobacillus,

Propioni- bacterium,

Sphingomonas, Sporobacterium, Megasphaera, Bifidobacterium

Acidogénesis

Formación de ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, valérico y láctico).

Bacterias

acidogénicas

Clostridium, Paenibacillus, Ruminococcus

Acetogénesis (acidogénesis intermediaria)

Conversión de ácidos grasos en

ácido acético. Producción de

hidrogeno y dióxido de carbono

Bacterias

acetogénicas

Acetobacterium, Acetoanaerobium,

Acetogenium, Clostridium aceticum

Metanogénesis

Transformación de ácido acético,

propionico, metanol y otros en metano y

dióxido de carbono.

Bacterias

metanogénicas

Arqueas metanogénicas:

Methanobacterium, Methanospirillum

hungatii, y Methanosarcina.

12

desechos de animales (estiércol, residuos de mataderos

bovinos y porcinos, avícolas), desechos provenientes de la

agricultura (residuos de maíz, café, arroz, etc.) y de los residuos

urbanos (aguas residuales domésticas, basura orgánica y otros)

que pueden ser convertidos y aprovechados en forma de biogás

y energía. Se refiere por tanto a cualquier tipo de materia

orgánica de origen animal y vegetal que ha tenido como

consecuencia un proceso biológico natural.

Composición del residual: Dependiendo de las sustancias que

conformen el residual (orgánicas e inorgánicas) así será su

biodegradación anaerobia. Por ejemplo se ha demostrado que

en general, mientras más complejo es el residual, más ácidos

grasos volátiles (AGV) se producen y al final, el rendimiento de

CH4 es mayor. Las sustancias con alto contenido de lignina no

son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse

a tratamientos previos (cortado, macerado, fermentado) a fin de

liberar las sustancias factibles de ser transformadas de las

incrustaciones de lignina. Con lo referente a estiércoles

animales, la degradación de cada uno de ellos dependerá

fundamentalmente del tipo de animal y de la alimentación que

hayan recibido los mismos. La cantidad de metano que se puede

obtener finalmente dependerá de las proporciones de proteínas,

grasas y carbohidratos que contengan los sustratos, los

residuales con alto contenido de lípidos son ideales para la

producción de metano.

En la tabla 2.2 se muestra la composición química de acuerdo a

cada tipo de materia prima empleada y en la tabla 2.3 se

observa el rendimiento de metano según el residual:

13

TABLA 2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE DIVERSOS RESIDUOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL.

T

A

B

Fuente: (Moreno M. T., 2011)

TABLA 2.3. RENDIMIENTO DE GAS METANO PARA DIFERENTES SUSTRATOS.

Fuente: (Lorenzo Acosta & Obaya Abreu, 2005)

pH: Cada grupo de microorganismo involucrado en la

degradación anaerobia tiene un valor óptimo para su

crecimiento. Para los microorganismos acidogénicos el pH

óptimo es alrededor de 6, en los microorganismos acetogénicos

y metanogénicos el pH óptimo es alrededor de 7. Para que el

proceso se desarrolle satisfactoriamente, el pH no debe bajar de

6 ni subir de 8. El valor del pH en el digestor no solo determina la

producción del biogás sino también su composición. Una de las

14

consecuencias de que se produzca el descenso del pH a valores

inferiores a 6 es que el biogás generado es muy pobre en

metano y, por tanto, tiene menores cualidades energéticas.

El pH es una de las variables utilizadas en el diagnóstico de los

sistemas anaerobios (aunque no se considera una buena

variable de control por ser demasiada lenta) ya que muchos

fenómenos tienen influencia sobre el mismo. Un ejemplo de ello,

son las situaciones de acidificación de un reactor anaerobio

provocadas por los desequilibrios en la producción y consumo

de ácidos grasos volátiles. La acumulación de estos provoca un

descenso en el pH que será más o menos causada en función

de la alcalinidad del medio (Ortega, 2006).

Temperatura: Según Comando (Comando, 2006), plantea que

la temperatura afecta directamente la velocidad de producción

de ácidos en el interior del digestor e incluso al rendimiento del

proceso. A medida que aumenta la temperatura, también

aumenta la actividad metabólica de las bacterias, requiriéndose

menor tiempo de retención para que se complete el proceso de

fermentación (Pages, 2010).

En la tabla 4 siguiente se pueden apreciar los diferentes rangos

de temperatura para la digestión anaerobia.

TABLA 2.4. INTERVALO DE TEMPERATURAS EN EL QUE TRABAJAN LAS BACTERIAS ANAEROBIAS.

Fuente: (Pages, 2010).

Nutrientes: Para el crecimiento y la actividad de las bacterias,

éstas tienen que disponer de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre

y algunas sales minerales. La relación C/N es una de las más

controladas y debe estar comprendida entre 15/1 y 45/1, ya que

valores inferiores o superiores disminuyen la velocidad de

reacción, llegándose a inhibir el proceso (Lorenzo Acosta &

Obaya Abreu, 2005).

15

Tóxicos e inhibidores: Las sustancias inhibidoras son

compuestos que bien están presentes en el residuo antes de su

digestión o bien se forman durante el proceso fermentativo

anaerobio. Estas sustancias reducen el rendimiento de la

digestión e incluso pueden llegar a causar la desestabilización

completa del proceso. A determinados niveles los ácidos grasos

volátiles (AGV) generan serios problemas de inhibición sobre

todo en combinación con niveles bajos de pH. Otros problemas

de inhibición son los causados por el amonio, el ácido

sulfhídrico, o los ácidos grasos de cadena larga.

2.1.4. Digestión anaerobia como tecnología

La obtención de biogás por medio de la digestión anaerobia

representa un tratamiento alternativo a aquellos más

convencionales. Este proceso posee un enorme potencial no solo

para evitar daños ecológicos, sino para además obtener energía de

forma eficiente y generar gas. La tecnología que se requiere para

poder producir biogás se llama biodigestor y es bastante simple ya

que consta de una cámara donde se incorporan los residuos

orgánicos como restos de comida, cosechas, estiércol, etc. y se

agregan bacterias anaerobias que son las encargadas de degradar

la materia que luego de un tiempo se transforma en metano.

2.1.4.1. Productos finales de la digestión anaerobia

Los productos principales de la digestión anaerobia son el

biogás y el bioabono:

Biogás

Como el nombre lo indica, el biogás se produce en un proceso

biológico, formado por una mezcla gaseosa constituida

principalmente de metano y dióxido de carbono, el cual se

produce como resultado de la fermentación de la materia

orgánica en ausencia del aire, por la acción de un grupo de

microorganismos.

El biogás contiene aproximadamente un 60% de metano y 40%

de dióxido de carbono; la pequeña cantidad de ácido sulfhídrico

da al gas un olor de huevos podridos. El valor calorífico del

biogás es 20 – 30 MJ de energía calórica por m³ de gas. La

tabla 5 resume la composición química del biogás (Silva, 2000).

16

TABLA 2.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS.

Fuente: (Silva, 2000).

Bioabono

El Bioabono es la parte sólida no digerida presente en el

efluente de un biodigestor. Se caracteriza por ser rico en

materia orgánica y nutrientes, usualmente contiene un 2 % de

nitrógeno, 1.5% de fósforo, 1.8% de potasio y otros elementos.

Dichas características lo convierten en un material orgánico

ideal para aplicarse en los suelos agrícolas, especialmente en

aquellos donde la materia orgánica es escasa.

2.1.4.2. Tecnologías

Reactores

Los diseños utilizados para digestión anaerobia pueden

clasificarse en régimen de operación para mantener altas

concentraciones de microorganismos en el reactor, siguiendo

diferentes métodos. Entre este tipo de reactores tenemos: el

reactor de mezcla completa y el reactor de flujo pistón.

Digestores anaerobios

El digestor es un depósito completamente cerrado donde los

residuos orgánicos, o el estiércol de los animales se fermentan

sin aire para producir gas metano y un sobrante o líquido

espeso que sirve como abono. El mecanismo básicamente

consiste en alimentar el biodigestor con materiales orgánicos

(estiércol) y agua cruda por período de 35 a 45 días

aproximadamente a una temperatura mesofílica durante los

cuales se produce el proceso bioquímico y la acción

bacteriana, todo esto en condiciones ambientales y

químicas favorables. A este sistema también se lo conoce

17

como: biodigestor, reactor anaeróbico, reactor biológico o

simplemente digestor. Entre los digestores más comunes se

encuentran los de tipo chino e hindú:

FIGURA 2.3. DIGESTOR MODELO TIPO CHINO.

Fuente: (Guevara, 1996)

FIGURA 1FIGURA 2.4. DIGESTOR MODELO TIPO HINDÚ.

Fuente: (Guevara, 1996)

Fuente: (Guevara, 1996)

18

2.1.4.3. Beneficios de la tecnología del biogás

Las principales razones que pueden llevar a la implementación

de la tecnología del biogás son:

Obtener una fuente de energía económica que permita

disminuir costos asociados al consumo de la energía

eléctrica o sistemas de gas convencionales.

Fertilizante de alta calidad: En el proceso de digestión

anaerobia, el nitrógeno orgánico en el estiércol se convierte

en gran proporción a amoniaco, el constituyente básico de

fertilizante comercial, que es fácilmente disponible y utilizado

por las plantas.

Reducción de la contaminación de aguas superficiales y

subterráneas. El efluente del digestor es un producto más

uniforme y manejable que el estiércol no tratado. La alta

cantidad de amoniaco permite una mejor utilización de los

cultivos y permite mejorar las propiedades físicas de los

suelos. Una aplicación apropiada del efluente del digestor

reduce la contaminación de aguas superficiales o

subterráneas.

Reducción de patógenos: El calentamiento que ocurre en los

digestores reduce las poblaciones de patógenos

rápidamente en pocos días.

Dilución del potencial toxico de algunos compuestos.

Mejora del balance de nutrientes.

Efectos sinérgicos entre los microorganismos.

Posibilidad de modulación de la carga orgánica

biodegradable.

Mejora del rendimiento de producción del biogás (Lobato,

2012).

2.1.4.4. Sustratos de origen animal

Sólidos y líquidos de camal (bovino y porcino)

Los mataderos son establecimientos en los que se sacrifican

los animales. Constituyen la primera etapa en el proceso de

industrialización de la carne. El producto final del proceso es “la

canal”, denominada así a la pieza limpia sin viseras.

Durante el proceso de faenado en un matadero se obtienen la

carne y subproductos que son adecuados para el consumo

19

humano y pueden ser comercializados libremente. Los

residuos, no adecuados para consumo humano son divididos

en dos categorías (Alvarez, 2004):

1) Residuos que tienen valor comercial y que son

comercializados; tales como las grasas y huesos los que

encuentran usos como materia prima en plantas de alimento

para animales o en la industria farmacéutica;

2) Residuos no comercializables, tales como rumen, residuos

de panza e intestinos, estiércol, etc. Estos residuos pueden

ser tratados mediante digestión anaeróbica.

En los mataderos, casi el 25% del peso total de los animales

vivos pueden considerarse como residuos (estiércol,

contenidos estomacales, sangre, huesos, pelo, pezuñas, etc.).

En la tabla 2.6. que se muestran a continuación se indican los

valores estimados de residuos que se generan en el camal:

TABLA 2.6. PRODUCCIÓN DE RESIDUOS EN MATADEROS MUNICIPALES

Fuente: (Ruiz, 2011)

Los residuos ganaderos y de matadero traen consigo

materiales fibrosos compuestos en su mayoría por celulosa

y lignina. Es ampliamente aceptado que este tipo de

materiales no pueden ser digeridos durante la digestión

anaerobia, por lo que estarán presentes en el digestato.

El estiércol bovino es uno de los sustratos más adecuados

para las plantas de biogás porque las bacterias

metanogénicas están contenidas en sus estómagos. Es por

ello que se emplea en muchas ocasiones como el sustrato

RESIDUOS UNIDAD BOVINO PORCINO

Estiércol Kg 7.5 - 30 2 - 3.5

Sangre Lt 20 - 35 4 – 6

Huesos Kg 9 - 66 9 – 66

Contenidos estomacales

Kg 40 – 80 0.4 – 1.6

20

básico para la co-digestión. Sin embargo la producción

específica de biogás de dichas excretas es baja y la

proporción de metano en el biogás es alrededor del 65%

debido a la pre-fermentación que ocurre en el estómago del

animal. La producción de metano a partir de estiércol

bovino es inferior que para los de cerdo; esto puede

deberse sobre todo a una mayor presencia de materiales

lignocelulósicos (que son difíciles de degradar) y menor

concentración de lípidos y proteínas (Olivera, 2011).

Los residuos ganaderos tienen una reducida concentración de

materia orgánica y una baja relación C/N, pero cuentan con

una concentración elevada de micro y macronutrientes (básicos

para el crecimiento de microorganismos anaerobios) así como

capacidad tampón (alcalinidad) fundamental para evitar

procesos de acidificación. Los residuos alimentarios ricos en

carbohidratos, proteínas y grasas suelen tener una alta

proporción de materia orgánica biodegradable y una alta

relación C/N, pero su digestión anaerobia se ve afectada

negativamente por la ausencia de micronutrientes y también

por problemas de acidificación. Así pues, la mezcla de ambos

tipos de residuos da lugar a procesos más estables y con un

incremento considerable de la producción de biogás (ainia,

1998).

Sólidos de avícolas

El procesado de las aves de corral genera materiales de

desecho adicionales como el despojo (plumas, vísceras y

órganos de animales sacrificados), las aguas residuales del

procesado y los biosólidos. Los desechos de los mataderos de

aves de corral comprenden la sangre que constituye alrededor

del 2% del peso vivo de las aves. Las plumas constituyen entre

el 7 y el 10 por ciento aproximadamente del peso vivo de las

aves y son también una fuente de proteínas, La cabeza, y las

vísceras no comestibles constituyen el resto de los sólidos de

mataderos (Williams, Gestión de residuos de aves de corral en

los países en desarrollo, 1999).

21

3. CAPITULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL

3.1. Metodología de la investigación

3.1.1. Tipos de enfoques metodológicos

El enfoque metodológico de esta tesis es de carácter

cuantitativo, encaminada a diversos tipos de investigación

como descriptivo y exploratorio, ya que a través de mediciones

numéricas se pretende conocer el comportamiento de las

variables en el ensayo de biodegradabilidad de la materia

orgánica; con el propósito de comprobar la hipótesis planteada

mediante la obtención de energía renovable de diferentes

residuales urbanos mediante la digestión anaerobia mesofílica

en régimen estático y discontinuo a escala de laboratorio.

3.1.2. Métodos y técnicas

Las técnicas empleadas en nuestra investigación para la

recolección de datos consistieron en:

Medición de parámetros: Mediante los análisis realizados

que se llevaron a cabo en los laboratorios acreditados, se

procedió al estudio de cada una de las muestras orgánicas

empleando métodos analíticos.

En la tabla 3.1. se especifican los métodos destinados para

la medición de los parámetros de cada una de las

muestras:

TABLA 3.1. MEDICIÓN DE LAS VARIABLES EN LAS MUESTRAS ORGÁNICAS.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

SUSTRATO

TIPO

PARÁMETRO

UNIDAD

MÉTODO

Agua Residual

de Camal

Urbano

Carbono Orgánico Total mg/l HACH 10129

Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

mg/l 5220D

PEE/UCC/LA/03

Sólidos Totales mg/l 2540 B

PEE/UCC/LA/07

Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E

Nitrógeno mg/l HACH 10071

Ph -

Mezcla de

desechos

sólidos y

líquidos de

Camal

Urbano

Carbono Orgánico Total mg/l HACH 10129

Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

mg/l 5220D

PEE/UCC/LA/03

Sólidos Totales mg/l 2540 B

PEE/UCC/LA/07

Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E

Nitrógeno mg/l HACH 10071

Ph -

Residuos

sólidos de

avícola

Urbano

Carbono Orgánico Total mg/kg Método de Walkey

y Black

Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

mg/kg 5220D

PEE/UCC/LA/03

Sólidos Totales mg/l 2540 B

PEE/UCC/LA/07

Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E

Nitrógeno total mg/kg Método Kjeldahl

Ph -

Humedad % Gravimétrico

Volátiles % Gravimétrico

Experimentación: El ensayo de biodegradabilidad se

puede utilizar como un índice del potencial de

biodegradación anaerobia, ya que es el valor experimental

de la cantidad máxima de metano producido por gramo de

sólidos volátiles (VS), este ensayo se comprueba con la

prueba de potencial de bio-metano (BMP), que consiste en

la medición de biogás producido por una cantidad conocida

de residuos orgánicos en condiciones discontinuas y

anaerobias, a escala de laboratorio.

El enfoque de la prueba BMP consiste en la mezcla de un

sustrato orgánico con un inóculo en condiciones

anaerobias, donde el gas desprendido se cuantifica

mediante un método de medición volumétrico.

Comprobación del biogás: la obtención de biogás

mediante la prueba de potencial de bio-metano se puede

determinar mediante una prueba de combustión con ayuda

de una fuente de ignición, misma que dará lugar a la

presencia de una llama de color azul que dependerá de la

cantidad de biogás presente en el reactor.

3.1.3. Normas

NTE INEN ISO/IEC 17025:2006 “Requisitos generales para

la competencia de los laboratorios de ensayo y de

calibración”.

Criterios Generales de Acreditación para laboratorios de

ensayo y calibración (CR GA01).

3.2. Parámetros de acuerdo a las variables

Los parámetros de las pruebas de potencial de bio-metano

(BMP) pueden afectar significativamente a los resultados del

proceso de biodegradación de la materia orgánica, tales como: la

temperatura, pH, intensidad de agitación, características físico-

químicas de los residuales y relación sustrato/inóculo.

La temperatura afecta la tasa de bio-metanización y por lo general

temperaturas más altas implica mayores rendimientos de metano

en un tiempo de digestión más corto. Sin embargo un gran

aumento de temperatura puede causar un despliegue en la

producción de biogás debido a la muerte de cepas de bacterias

específicas, sensibles a los cambios de temperatura.

Las pruebas de BMP deben ser llevadas a cabo manteniendo el

pH alrededor de la neutralidad (valores que oscilan entre 7,0 a

7,8). Los valores de pH inferiores a 6,0-6,5 inhiben la actividad de

las bacterias que intervienen en el proceso de biodegradación.

Para evitar caídas de pH se añade al sustrato orgánico, sustancias

con capacidad de amortiguación. El bicarbonato de sodio,

hidróxido de sodio, carbonato de sodio y sulfuro de sodio son los

productos químicos más utilizados (Esposito, Frunzo, Liotta,

Panico, & Pirozzi, 2012)

La agitación intensa garantiza un contenido de humedad uniforme

y maximiza el contacto entre los sustratos y microorganismos. La

agitación se puede efectuar de varias maneras: manualmente

agitando los reactores una vez al día, realizando la agitación con

ayuda de una barra magnética o utilizando sistemas externos.

3.3. Experimentación

3.3.1. Equipos y materiales

Para el desarrollo de la parte experimental de nuestra

investigación se utilizaron los siguientes materiales y equipos:

Materiales:

Sustratos:

SUSTRATO

EXPRESADO

COMO

COMPOSICIÓN

Agua de Camal

AC

Sangre + Agua de

lavado del animal

Mezcla de Camal

MC

Vísceras del cerdo y

la vaca (Intestino

grueso y delgado,

contenidos

estomacales) +

Agua residual de

camal

Residuos de

Avícola

AV

Vísceras de la

gallina + Sangre

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Inóculo: estiércol de vaca

Botella de vidrio de 1250 ml

Botella de vidrio de 500 ml

Probeta

Equipo de venoclisis

Tapones de caucho

Agujas

Goma “Pegatanque”

Tijeras

Alambre

Soporte universal

Pinzas de soporte

Guantes esterilizados

Mascarillas

Tiras medidoras de pH

Termómetro

Reactivos:

Solución de Hidróxido de Sodio

Fenolftaleína

Carbonato de sodio

Equipos:

Balanza analítica

Agitador magnético

3.3.2. Técnica de la experimentación

Las pruebas de potencial de bio-metano (BMP) se llevaron a

cabo con sustratos individuales, tales como agua de camal

(AC), mezcla de camal con desechos sólidos y líquidos (MC) y

residuos de avícola (AV) provenientes tanto del camal

municipal como de la avícola “Freire” del cantón Naranjito. Las

proporciones de cada sustrato y de inóculo se indican en la

tabla 3.2. Una prueba más de BMP se realizó en el inóculo,

para estimar el volumen de biogás resultante de la

fermentación del estiércol de vaca. En total, se llevaron a cabo

4 pruebas de potencial de bio-metano (BMP), cada uno de

ellas por triplicado con excepción de la muestra en blanco.

Recogida y preparación de los sustratos:

La muestra AC (agua de camal) se obtuvo del canal de agua

residual que tiene el camal municipal del cantón Naranjito, del

cual se recolectó 500 ml de la muestra. La muestra MC

(mezcla de camal) compuesta de vísceras y contenidos

estomacales de origen vacuno y porcino, pasaron por un

proceso de trituración y molienda logrando una reducción del

tamaño; estos residuos se mezclaron con el agua de camal

consiguiendo una muestra heterogénea. Finalmente la

muestra AV (residuos de avícola) procedente de vísceras de

gallina y sangre pasando por un proceso de molienda que dio

lugar a una mezcla homogénea de consistencia pastosa.

Estas muestras se almacenaron en un refrigerador a una

temperatura de 4 oC, lo que permitió la conservación de las

muestras mientras se construían los equipos.

FIGURA 3.1. Materias orgánicas a utilizar.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Con respecto a la muestra en blanco, que consta solamente

del inóculo, la parte representativa recolectada de la hacienda

“La Danesa” fue el estiércol vacuno; el cual llegó preparado

para su posterior uso.

Preparación de los reactivos:

Se procedió con la preparación de la solución de Hidróxido

de sodio, pesando 20 gr y disolviéndolos en 990 ml de

agua destilada.

FIGURA 3.2. Preparación de la solución de Hidróxido de Sodio.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Para la preparación del indicador fenolftaleína 1,25 M, se

necesitaron 39,79 gr en 100 ml de etanol.

FIGURA 3.3. Preparación de la solución de Fenolftaleína.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.

Instalación del reactor:

Cada prueba de potencial de bio-metano (BMP) se llevó a

cabo bajo condiciones controladas en botellas de vidrio de

1250 ml y de 500 ml.

FIGURA 3.4. Botellas de 1250 ml y 500 ml.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.

Cada botella de 1250 ml se llenó con inóculo, sustrato y

carbonato de sodio de acuerdo a los valores indicados en

la tabla 3.2. que se muestra a continuación. Cada muestra

tuvo un triplicado con la finalidad de comprobar un

funcionamiento correcto con respecto a la degradación de

la materia orgánica.

FIGURA 3.5. Llenado de las botellas con materia orgánica, inóculo y cal.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.

3.2. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS DE LOS SUSTRATOS A UTILIZAR.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Estas botellas fueron selladas herméticamente utilizando

un tapón de caucho perforado en el centro y una goma

especial que permitió que el proceso llegue a condiciones

anaerobias.

En botellas de 500 ml se envasó 495 ml de solución de

hidróxido de sodio y 5 ml de fenolftaleína, con el propósito

de impedir los cambios de pH y a su vez evitar el contacto

de esta solución con el sustrato contenido en el reactor.

Las botellas de menor volumen fueron selladas con un

tapón de caucho perforado con dos agujeros, el primer

agujero sirvió de conexión con el reactor a través de un

tubo capilar y así mismo para medir el desplazamiento del

gas se realizó la misma conexión con la probeta en el

segundo agujero. Estas conexiones fueron reguladas por

medio de una gradilla de control de goteo.

Para permitir la transferencia de gas a través de las dos

botellas conectadas, el tubo capilar estuvo equipado en

ambos extremos con una aguja, lo bastante aguda para

perforar el tapón de caucho.

Para terminar con la instalación del equipo, se procedió a

invertir la botella de 500 ml sujetada con una pinza al

soporte universal, de esta manera se concluyó con la

AGUA DE

CAMAL

(AC)

MEZCLA DE

CAMAL

(MC)

RESIDUOS

DE AVÍCOLA

(AV)

UNIDAD

PESO DEL

SUSTRATO

225

20

40

ml

PESO DEL

INÓCULO

275

480

460

ml

PESO DEL

CARBONATO

DE SODIO

0,114

0,091

0,182

gr

construcción del equipo en el laboratorio de Operaciones

Unitarias de la Facultad de Ingeniería Química.

FIGURA 3.6. Instalación de los reactores.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Operación del reactor y mediciones analíticas:

Para garantizar un mejor contacto entre el sustrato y los

microorganismos que actúan en la degradación, se

procedió a agitar cada reactor antes de la toma de datos de

la producción del biogás.

La producción diaria de metano se monitorizó midiendo el

volumen de solución alcalina desplazado de la botella de

500 ml y se recogió en una probeta de 250 ml tantas veces

fuera necesario de acuerdo a la cantidad de líquido

desplazado por el gas.

La temperatura y el pH de la solución alcalina fueron

controladas diariamente por un termómetro en oC y tiras

medidoras de pH respectivamente.

De acuerdo al comportamiento de la degradabilidad de la

materia orgánica en el reactor, se llevó un registro de

mediciones reportando dos lecturas al día.

La prueba de potencial de bio-metano (BMP) se suspendió

en un lapso de 45 días debido a la disminución de la

producción de biogás.

El pH de cada sustrato fue medido al inicio y al final del

proceso, ya que fue realizado en condiciones anaerobias.

FIGURA 3.7. Lectura diaria del biogás producido.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

3.4. Ingeniería de proceso

3.4.1. Diagrama de flujo de procesos

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

RECOLECCIÓN DE MUESTRAS

ALMACENAMIENTO 4oC

ACOPLAMIENTO

PUESTA EN MARCHA DE LOS

REACTORES

EMBOTELLADO DE LA

SOLUCIÓN

SELLADO

EMBOTELLADO

PESADO

PREPARACIÓN DE LAS

SOLUCIONES

NaOH

FENOLFTALEÍNA

SUSTRATOS

INÓCULO

Na2CO3

NaOH +

FENOLFTALEÍNA

SUSTRATOS +

INÓCULO +

Na2CO3

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Resultados Experimentales

TABLA 3.3. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DEL AGUA DE CAMAL (AC) DURANTE LOS 45 DÍAS.

No. DIAS

DIA (d) HORA (h) T

(°C) PH2O

MUESTRA AGUA DE CAMAL (AC)

Vol. AC1 (ml)

pH AC1

Vol. AC2 (ml)

pH AC2

Vol. AC3 (ml)

pH AC3

VOL. ACUM.

VOL. ACUM.

NORMAL.

VOL. NORMAL. CORREG.

1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00

13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00

2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00

14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00

3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 46 14 54 14 50 14 50 43,41 2,17

15/2/2016 17:00:00 30 42,38 38 14 48 14 47 14 94,333 81,44 4,07

4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 58 14 69 14 56 14 155,33 134,10 6,70

16/2/2016 17:00:00 30 42,38 56 14 53 14 43 14 206 177,84 8,89

5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 62 14 72 14 60 14 270,67 235,01 11,75

17/2/2016 17:00:00 29 40,00 53 14 70 14 58 14 331 287,40 14,37

6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 65 14 87 14 68 14 404,33 351,07 17,55

18/2/2016 17:00:00 30 42,38 60 14 84 14 57 14 471,33 406,90 20,35

7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 78 14 95 14 80 14 555,67 476,90 23,85

19/2/2016 17:00:00 32 47,49 74 14 89 14 75 14 635 541,73 27,09

8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 82 14 110 14 88 14 728,33 625,09 31,25

20/2/2016 17:00:00 32 47,49 80 14 98 14 80 14 814,33 694,72 34,74

9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 88 14 123 14 99 14 917,67 787,59 39,38

21/2/2016 17:00:00 32 47,49 79 14 112 14 93 14 1012,3 863,64 43,18

10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 90 14 142 14 110 14 1126,3 966,67 48,33

22/2/2016 17:00:00 32 47,49 82 14 138 14 105 14 1234,7 1053,32 52,67

11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 120 14 159 14 128 14 1370,3 1176,09 58,80

23/2/2016 17:00:00 32 47,49 98 14 142 14 110 14 1487 1268,59 63,43

12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 136 14 165 14 135 14 1632,3 1409,19 70,46

24/2/2016 17:00:00 30 42,38 100 14 154 14 129 14 1760 1519,41 75,97

13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 138 14 170 14 148 14 1912 1640,97 82,05

25/2/2016 17:00:00 32 47,49 120 14 160 14 130 14 2048,7 1747,76 87,39

14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 142 14 178 14 165 14 2210,3 1897,01 94,85

26/2/2016 17:00:00 32 47,49 136 14 164 14 160 14 2363,7 2016,49 100,82

15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 156 14 190 14 178 14 2538,3 2191,34 109,57

27/2/2016 17:00:00 30 42,38 130 14 162 14 169 14 2692 2324,00 116,20

16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 168 14 204 14 188 14 2878,7 2499,47 124,97

28/2/2016 17:00:00 30 42,38 149 14 189 14 172 14 3048,7 2631,91 131,60

17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 175 14 224 14 196 14 3247 2786,73 139,34

29/2/2016 17:00:00 32 47,49 164 14 215 14 170 14 3430 2926,20 146,31

18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 190 14 243 14 212 14 3645 3146,73 157,34

1/3/2016 17:00:00 30 42,38 188 14 220 14 198 14 3847 3321,11 166,06

19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 222 14 268 14 230 14 4087 3548,64 177,43

2/3/2016 17:00:00 30 42,38 205 14 243 14 225 14 4311,3 3721,97 186,10

20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 230 14 280 14 242 14 4562 3961,07 198,05

3/3/2016 17:00:00 30 42,38 228 14 269 14 230 14 4804,3 4147,58 207,38

21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 246 14 292 14 262 14 5071 4377,79 218,89

4/3/2016 17:00:00 30 42,38 238 14 284 14 258 14 5331 4602,25 230,11

22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 260 14 310 14 270 14 5611 4871,89 243,59

5/3/2016 17:00:00 30 42,38 251 14 300 14 262 14 5882 5077,93 253,90

23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 274 14 324 14 291 14 6178,3 5333,75 266,69

6/3/2016 17:00:00 31 44,87 260 14 312 14 284 14 6463,7 5547,43 277,37

24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 290 14 338 14 304 14 6774,3 5848,28 292,41

7/3/2016 17:00:00 31 44,87 275 14 314 14 294 14 7068,7 6066,67 303,33

25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 315 14 344 14 330 14 7398,3 6349,61 317,48

8/3/2016 17:00:00 32 47,49 300 14 320 14 326 14 7713,7 6580,67 329,03

26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 352 14 352 14 345 14 8063,3 6961,07 348,05

9/3/2016 17:00:00 31 44,87 342 14 328 14 338 14 8399,3 7208,71 360,44

27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 380 14 365 14 362 14 8768,3 7525,41 376,27

10/3/2016 17:00:00 31 44,87 377 14 344 14 354 14 9126,7 7832,95 391,65

28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 392 14 370 14 368 14 9503,3 8156,22 407,81

11/3/2016 17:00:00 32 47,49 388 14 364 14 359 14 9873,7 8423,41 421,17

29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 394 14 396 14 372 14 10261 8858,31 442,92

12/3/2016 17:00:00 30 42,38 390 14 380 14 362 14 10638 9184,07 459,20

30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 400 14 423 14 380 14 11039 9530,25 476,51

13/3/2016 17:00:00 30 42,38 390 14 406 14 374 14 11429 9866,94 493,35

31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 405 14 427 14 398 14 11839 10220,89 511,04

14/3/2016 17:00:00 31 44,87 393 14 425 14 390 14 12242 10506,68 525,33

32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 412 14 426 14 416 14 12660 10929,37 546,47

15/3/2016 17:00:00 30 42,38 400 14 425 14 400 14 13068 11281,88 564,09

33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 410 14 428 14 426 14 13490 11712,74 585,64

16/3/2016 17:00:00 30 42,38 400 14 425 14 405 14 13900 11999,57 599,98

34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 394 14 428 14 442 14 14321 12434,57 621,73

17/3/2016 17:00:00 30 42,38 385 14 426 14 439 14 14738 12723,02 636,15

35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 388 14 428 14 442 14 15157 13085,03 654,25

18/3/2016 17:00:00 31 44,87 372 14 425 14 441 14 15570 13362,64 668,13

36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 362 14 427 14 442 14 15980 13714,81 685,74

19/3/2016 17:00:00 31 44,87 354 14 423 14 438 14 16385 14062,40 703,12

37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 418 14 440 14 16814 14430,59 721,53

20/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 410 14 434 14 17236 14704,35 735,22

38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 403 14 440 14 17658 15154,52 757,73

21/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 396 14 435 14 18073 15418,41 770,92

39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 388 14 438 14 18486 15958,95 797,95

22/3/2016 17:00:00 31 44,87 - - 372 14 426 14 18885 16208,02 810,40

40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 364 14 418 14 19276 16543,60 827,18

23/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 351 14 408 14 19656 16768,47 838,42

41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 350 14 384 14 20023 17184,28 859,21

24/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 344 14 372 14 20381 17386,98 869,35

42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 346 14 379 14 20743 17907,42 895,37

25/3/2016 17:00:00 30 42,38 - - 330 14 365 14 21091 18207,42 910,37

43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 322 14 360 14 21432 18393,55 919,68

26/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 310 14 349 14 21761 18564,71 928,24

44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 300 14 360 14 22091 19071,15 953,56

27/3/2016 17:00:00 30 42,38 - - 296 14 344 14 22411 19347,40 967,37

45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 300 14 360 14 22741 19632,29 981,61

28/3/2016 17:00:00 31 44,87 - - 294 14 340 14 23058 19789,49 989,47

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

FIGURA 3.8. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días por el tiempo en la muestra agua de camal.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

y = 23,812x - 165,32 R² = 0,9479

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50

VO

LUM

EN P

RO

MED

IO D

EL B

IOG

ÁS

(ML)

TIEMPO (DÍAS)

Volumen normalizado corregido del Biogás VS Tiempo

Agua de Camal (AC)

TABLA 3.4. Valores iniciales de la muestra de agua de camal para sus respectivos cálculos.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química

de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la

muestra de agua de camal (AC):

Promedio del inóculo

Inóculo de Agua de camal =

Inóculo de Agua de camal =

Masa del DQO = ( )

Masa del DQO = ( )

Concentración DQO inicial = ( )

AGUA DE CAMAL

INICIO

Volumen de muestra

225 mL

Volumen Total (Inóculo + Sustrato) 500 mL

DQO muestra 14461,66667 mg/L

Masa de DQO 3253,875 mg

Concentración DQO inicial

10675,83333

mg/L

SV inicial 7090 mg/L

Masa de SV 1595,25 mg

Concentración SV inicial

5924

mg/L

Concentración DQO inicial = ( )

DQO final = 2 321.33

% Remoción DQO = |

|

% DQO (AC) = |

| × 100 = 78.25 %

FIGURA 3.9. Gráfica de la disminución de la DQO del agua de camal durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Promedio del sólido volátil

Sólido volátil Agua de camal =

Sólido volátil de Agua de camal=

2300

3300

4300

5300

6300

7300

8300

9300

10300

11300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DQ

O

TIEMPO

DQO (AC)

DQO (AC)

Masa del sólido volátil=

Concentración Sv inicial =

Concentración Sv inicial =

Sv final =

% Remoción Sv =

% Sv = -

FIGURA 3.10. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) del agua de camal durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

0 10 20 30 40 50

SÓLI

DO

S V

OLÁ

TILE

S

TIEMPO

Sv Desechos de agua de camal (AC)

Sv (AC)

Cálculo del biogás y del búnker:

Para el cálculo de rendimiento del biogás se procedió a utilizar la

siguiente fórmula proporcionada por la empresa CODANA S.A.

(Betancourt & Becerra, 2012):

BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOo ×

× Remoción × Rendimiento

(

)

Valor calórico del biogás:

Cálculo de los galones de Búnker:

BIOGÁS

CH4 60%

SH2 2%

CO2 38%

TABLA 3.5. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DEL CAMAL (MC) DURANTE LOS 45 DÍAS.

o. DIAS

DIA (d) HORA (h) T

(°C) PH2O

MUESTRA DE MEZCLA DE CAMAL (MC)

Vol. MC1 (ml)

pH MC1

Vol. MC2 (ml)

pH MC2

Vol. MC3 (ml)

pH MC3

VOL. ACUM.

VOL. ACUM.

NORMAL.

VOL. NORMAL. CORREG.

1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 14 0 0 0

13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 14 0 0 0

2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 14 0 0 0

14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 14 0 0 0

3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 102 14 114 14 0 14 72 62,52 2,08

15/2/2016 17:00:00 30 42,38 88 14 102 14 0 14 135,33 116,83 3,89

4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 132 14 126 14 96 14 253,33 218,70 7,29

16/2/2016 17:00:00 30 42,38 112 14 112 14 74 14 352,67 304,46 10,15

5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 154 14 132 14 125 14 489,67 425,17 14,17

17/2/2016 17:00:00 29 40,00 140 14 130 14 98 14 612,33 531,67 17,72

6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 182 14 144 14 138 14 767 665,97 22,20

18/2/2016 17:00:00 30 42,38 154 14 138 14 124 14 905,67 781,86 26,06

7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 190 14 156 14 146 14 1069,7 918,04 30,60

19/2/2016 17:00:00 32 47,49 172 14 141 14 120 14 1214 1035,69 34,52

8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 194 14 162 14 158 14 1385,3 1188,96 39,63

20/2/2016 17:00:00 32 47,49 173 14 158 14 132 14 1539,7 1313,52 43,78

9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 204 14 174 14 166 14 1721 1477,05 49,23

21/2/2016 17:00:00 32 47,49 192 14 160 14 141 14 1885,3 1608,41 53,61

10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 214 14 184 14 184 14 2079,3 1784,58 59,49

22/2/2016 17:00:00 32 47,49 200 14 162 14 172 14 2257,3 1925,77 64,19

11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 218 14 198 14 198 14 2462 2113,01 70,43

23/2/2016 17:00:00 32 47,49 198 14 190 14 184 14 2652,7 2263,04 75,43

12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 226 14 212 14 220 14 2872 2479,40 82,65

24/2/2016 17:00:00 30 42,38 204 14 192 14 190 14 3067,3 2648,03 88,27

13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 232 14 232 14 234 14 3300 2832,22 94,41

25/2/2016 17:00:00 32 47,49 224 14 216 14 216 14 3518,7 3001,84 100,06

14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 244 14 248 14 240 14 3762,7 3229,30 107,64

26/2/2016 17:00:00 32 47,49 240 14 230 14 226 14 3994,7 3407,92 113,60

15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 260 14 254 14 274 14 4257,3 3675,35 122,51

27/2/2016 17:00:00 30 42,38 254 14 227 14 250 14 4501 3885,71 129,52

16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 278 14 272 14 296 14 4783 4152,96 138,43

28/2/2016 17:00:00 30 42,38 264 14 244 14 254 14 5037 4348,44 144,95

17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 290 14 284 14 318 14 5334,3 4578,18 152,61

29/2/2016 17:00:00 32 47,49 284 14 280 14 288 14 5618,3 4793,10 159,77

18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 298 14 296 14 342 14 5930,3 5119,65 170,66

1/3/2016 17:00:00 30 42,38 290 14 282 14 315 14 6226 5374,90 179,16

19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 323 14 308 14 364 14 6557,7 5693,86 189,80

2/3/2016 17:00:00 30 42,38 318 14 294 14 322 14 6869 5930,00 197,67

20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 342 14 318 14 382 14 7216,3 6265,76 208,86

3/3/2016 17:00:00 30 42,38 312 14 300 14 328 14 7529,7 6500,36 216,68

21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 364 14 332 14 400 14 7895 6815,75 227,19

4/3/2016 17:00:00 30 42,38 326 14 308 14 396 14 8238,3 7112,15 237,07

22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 378 14 348 14 422 14 8621 7485,40 249,51

5/3/2016 17:00:00 30 42,38 370 14 312 14 398 14 8981 7753,29 258,44

23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 386 14 364 14 445 14 9379,3 8097,17 269,91

6/3/2016 17:00:00 31 44,87 372 14 350 14 412 14 9757,3 8374,22 279,14

24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 394 14 388 14 480 14 10178 8786,66 292,89

7/3/2016 17:00:00 31 44,87 380 14 378 14 464 14 10585 9084,85 302,83

25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 412 14 410 14 492 14 11023 9460,76 315,36

8/3/2016 17:00:00 32 47,49 398 14 400 14 460 14 11443 9761,95 325,40

26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 430 14 442 14 526 14 11909 10280,74 342,69

9/3/2016 17:00:00 31 44,87 416 14 418 14 500 14 12353 10602,23 353,41

27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 446 14 472 14 554 14 12844 11023,34 367,44

10/3/2016 17:00:00 31 44,87 418 14 432 14 522 14 13301 11415,85 380,53

28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 462 14 490 14 568 14 13808 11850,69 395,02

11/3/2016 17:00:00 32 47,49 428 14 470 14 560 14 14294 12194,47 406,48

29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 476 14 525 14 582 14 14822 12795,54 426,52

12/3/2016 17:00:00 30 42,38 454 14 498 14 576 14 15331 13235,24 441,17

30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 484 14 552 14 600 14 15876 13706,03 456,87

13/3/2016 17:00:00 30 42,38 472 14 518 14 584 14 16401 14158,97 471,97

31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 496 14 574 14 612 14 16962 14643,00 488,10

14/3/2016 17:00:00 31 44,87 484 14 527 14 600 14 17499 15018,20 500,61

32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 500 14 598 14 632 14 18075 15604,42 520,15

15/3/2016 17:00:00 30 42,38 496 14 564 14 618 14 18635 16087,30 536,24

33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 532 14 624 14 664 14 19241 16706,77 556,89

16/3/2016 17:00:00 30 42,38 500 14 602 14 642 14 19823 17112,90 570,43

34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 548 14 644 14 680 14 20447 17753,33 591,78

17/3/2016 17:00:00 30 42,38 536 14 616 14 652 14 21048 18170,72 605,69

35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 572 14 680 14 698 14 21698 18731,87 624,40

18/3/2016 17:00:00 31 44,87 564 14 642 14 684 14 22328 19162,97 638,77

36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 572 14 682 14 704 14 22981 19723,12 657,44

19/3/2016 17:00:00 31 44,87 563 14 654 14 698 14 23619 20270,97 675,70

37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 572 14 682 14 706 14 24272 20831,69 694,39

20/3/2016 17:00:00 32 47,49 564 14 656 14 698 14 24912 21252,60 708,42

38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 575 14 682 14 706 14 25566 21941,98 731,40

21/3/2016 17:00:00 32 47,49 562 14 656 14 700 14 26205 22356,25 745,21

39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 554 14 680 14 704 14 26851 23180,74 772,69

22/3/2016 17:00:00 31 44,87 544 14 652 14 698 14 27483 23586,95 786,23

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

FIGURA 3.11. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días por el tiempo en la muestra mezcla del camal.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 550 14 664 14 684 14 28115 24129,94 804,33

23/3/2016 17:00:00 32 47,49 548 14 632 14 644 14 28723 24504,40 816,81

41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 542 14 638 14 662 14 29337 25178,72 839,29

24/3/2016 17:00:00 32 47,49 536 14 626 14 632 14 29935 25538,38 851,28

42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 516 14 618 14 638 14 30526 26353,08 878,44

25/3/2016 17:00:00 30 42,38 492 14 600 14 620 14 31097 26845,73 894,86

43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 489 14 584 14 639 14 31667 27178,44 905,95

26/3/2016 17:00:00 32 47,49 472 14 558 14 616 14 32216 27484,06 916,14

44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 490 14 585 14 638 14 32787 28305,00 943,50

27/3/2016 17:00:00 30 42,38 472 14 558 14 606 14 33332 28775,78 959,19

45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 488 14 584 14 638 14 33902 29267,86 975,60

28/3/2016 17:00:00 31 44,87 473 14 552 14 600 14 34444 29561,51 985,38

y = 22,96x - 149,36 R² = 0,9493

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50

VO

LUM

EN P

RO

MED

IO D

E B

IOG

ÁS

(ML)

TIEMPO (DÍAS)

Volumen normalizado corregido de Biogás VS Tiempo

Mezcla de Camal (MC)

TABLA 3.6. Valores iniciales de la muestra de mezcla de camal para sus respectivos cálculos.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química

de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la

muestra de mezcla de camal (MC):

Promedio del inóculo

Inóculo de Mezcla de camal =

Inóculo de Mezcla de camal =

Masa del DQO = ( )

Masa del DQO = ( )

Concentración DQO inicial = ( )

MEZCLA DE CAMAL

INICIO

Masa de muestra

20 g

Volumen 500 mL

DQO Muestra 41225 mg/L

Masa de DQO 824.5 mg

Concentración DQO inicial

8924.2 mg/L

SV inicial 36420 mg/L

Masa de SV 728.4 Mg

Concentración SV inicial

6228 mg/L

Concentración DQO inicial = ( )

DQO promedio final =

% Remoción DQO = |

|

% DQO (MC) = |

| = 19.59 %

FIGURA 3.12. Gráfica de la disminución de la DQO de la mezcla de camal

durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Promedio del sólido volátil

Sólido volátil Mz. de camal =

6500

6900

7300

7700

8100

8500

8900

9300

9700

10100

10500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DQ

O

TIEMPO

DQO (MC)

DQO (MC)

Sólido volátil de Mezcla de camal=

Masa del sólido volátil=

Concentración Sv inicial =

Concentración Sv inicial =

Sv final =

% Remoción Sv =

% Sv = -

FIGURA 3.13. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de la mezcla de camal durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30 40 50

Sólid

os

Vo

láti

les

Tiempo

Sv Desechos de mezcla de camal (MC)

Sv (MC)

Cálculo del biogás y del búnker:

Para el cálculo de rendimiento del biogás se procedió a utilizar la

siguiente fórmula proporcionada por la empresa CODANA S.A.

(Betancourt & Becerra, 2012) :

BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOT ×

× Remoción × Rendimiento

(

)

Valor calórico del biogás:

Cálculo de los galones de Búnker:

BIOGÁS

CH4 60%

SH2 2%

CO2 38%

TABLA 3.7. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS DE

AVÍCOLA (AV) DURANTE LOS 45 DÍAS.

No. DIAS

DIA (d) HORA (h) T

(°C) PH2O

MUESTRA DE AVICOLA (AV)

Vol. AV1 (ml)

pH AV1

Vol. AV2 (ml)

pH AV2

Vol. AV3 (ml)

pH AV3

VOL. ACUM.

VOL. ACUM.

NORMAL.

VOL. NORMAL. CORREG.

1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 - 0 0 0

13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 - 0 0 0

2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0

14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0

3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 0 14 0 - 0 0 0

15/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0

4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0

16/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 26 14 0 - 8,6667 7,48 0,37

5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 37 14 30 14 31 26,92 1,35

17/2/2016 17:00:00 29 40,00 0 - 29 14 21 14 47,667 41,39 2,07

6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 48 14 34 14 75 65,12 3,26

18/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 35 14 20 14 93,333 80,57 4,03

7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 54 14 35 14 123 105,56 5,28

19/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 44 14 22 14 145 123,70 6,19

8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 60 14 38 14 177,67 152,48 7,62

20/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 52 14 24 14 203 173,18 8,66

9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 69 14 42 14 240 205,98 10,30

21/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 58 14 26 14 268 228,64 11,43

10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 20 14 72 14 44 14 313,33 268,92 13,45

22/2/2016 17:00:00 32 47,49 18 14 69 14 26 14 351 299,44 14,97

11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 22 14 78 14 52 14 401,67 344,73 17,24

23/2/2016 17:00:00 32 47,49 16 14 70 14 38 14 443 377,93 18,90

12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 29 14 84 14 54 14 498,67 430,50 21,52

24/2/2016 17:00:00 30 42,38 18 14 76 14 36 14 542 467,91 23,40

13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 32 14 94 14 62 14 604,67 518,95 25,95

25/2/2016 17:00:00 32 47,49 18 14 82 14 40 14 651,33 555,66 27,78

14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 30 14 104 14 74 14 720,67 618,51 30,93

26/2/2016 17:00:00 32 47,49 24 14 97 14 52 14 778,33 664,01 33,20

15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 31 14 122 14 82 14 856,67 739,56 36,98

27/2/2016 17:00:00 30 42,38 24 14 119 14 56 14 923 796,83 39,84

16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 33 14 134 14 90 14 1008,7 875,80 43,79

28/2/2016 17:00:00 30 42,38 24 14 120 14 58 14 1076 928,91 46,45

17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 38 14 138 14 108 14 1170,7 1004,72 50,24

29/2/2016 17:00:00 32 47,49 26 14 136 14 78 14 1250,7 1066,97 53,35

18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 41 14 150 14 110 14 1351 1166,32 58,32

1/3/2016 17:00:00 30 42,38 27 14 144 14 84 14 1436 1239,70 61,98

19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 50 14 159 14 116 14 1544,3 1340,91 67,05

2/3/2016 17:00:00 30 42,38 30 14 146 14 92 14 1633,7 1410,34 70,52

20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 51 14 168 14 128 14 1749,3 1518,90 75,95

3/3/2016 17:00:00 30 42,38 44 14 153 14 118 14 1854,3 1600,84 80,04

21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 56 14 184 14 146 14 1983 1711,92 85,60

4/3/2016 17:00:00 30 42,38 48 14 162 14 132 14 2097 1810,34 90,52

22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 57 14 194 14 168 14 2236,7 1942,04 97,10

5/3/2016 17:00:00 30 42,38 50 14 178 14 154 14 2364 2040,84 102,04

23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 57 14 225 14 178 14 2517,3 2173,21 108,66

6/3/2016 17:00:00 31 44,87 52 14 190 14 162 14 2652 2276,07 113,80

24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 58 14 233 14 186 14 2811 2426,73 121,34

7/3/2016 17:00:00 31 44,87 55 14 215 14 180 14 2961 2541,27 127,06

25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 63 14 250 14 198 14 3131,3 2687,46 134,37

8/3/2016 17:00:00 32 47,49 60 14 232 14 190 14 3292 2808,47 140,42

26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 65 14 274 14 220 14 3478,3 3002,84 150,14

9/3/2016 17:00:00 31 44,87 62 14 268 14 216 14 3660,3 3141,48 157,07

27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 63 14 278 14 246 14 3856 3309,41 165,47

10/3/2016 17:00:00 31 44,87 61 14 262 14 238 14 4043 3469,90 173,49

28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 68 14 278 14 248 14 4241 3639,83 181,99

11/3/2016 17:00:00 32 47,49 61 14 270 14 244 14 4432,7 3781,59 189,08

29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 70 14 278 14 248 14 4631,3 3998,23 199,91

12/3/2016 17:00:00 30 42,38 62 14 274 14 245 14 4825 4165,42 208,27

30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 72 14 276 14 248 14 5023,7 4336,93 216,85

13/3/2016 17:00:00 30 42,38 60 14 270 14 246 14 5215,7 4502,68 225,13

31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 75 14 278 14 250 14 5416,7 4676,20 233,81

14/3/2016 17:00:00 31 44,87 64 14 272 14 246 14 5610,7 4815,35 240,77

32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 78 14 276 14 248 14 5811,3 5016,92 250,85

15/3/2016 17:00:00 30 42,38 62 14 270 14 245 14 6003,7 5182,96 259,15

33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 82 14 278 14 239 14 6203,3 5386,20 269,31

16/3/2016 17:00:00 30 42,38 78 14 276 14 238 14 6400,7 5525,69 276,28

34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 90 14 277 14 222 14 6597 5728,01 286,40

17/3/2016 17:00:00 30 42,38 88 14 275 14 218 14 6790,7 5862,38 293,12

35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 92 14 278 14 216 14 6986 6031,01 301,55

18/3/2016 17:00:00 31 44,87 88 14 274 14 208 14 7176 6158,79 307,94

36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 96 14 269 14 200 14 7364,3 6320,43 316,02

19/3/2016 17:00:00 31 44,87 92 14 254 14 184 14 7541 6472,05 323,60

37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 98 14 244 14 196 14 7720,3 6625,96 331,30

20/3/2016 17:00:00 32 47,49 97 14 233 14 190 14 7893,7 6734,23 336,71

38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 104 14 219 14 172 14 8058,7 6916,34 345,82

21/3/2016 17:00:00 32 47,49 96 14 200 14 170 14 8214 7007,51 350,38

39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 110 14 184 14 154 14 8363,3 7220,06 361,00

22/3/2016 17:00:00 31 44,87 96 14 176 14 146 14 8502,7 7297,40 364,87

40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 179 14 122 14 8653,2 7426,57 371,33

23/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 175 14 116 14 8798,7 7506,30 375,32

41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 174 14 112 14 8941,7 7674,17 383,71

24/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 168 14 98 14 9074,7 7741,76 387,09

42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 170 14 100 14 9209,7 7950,70 397,53

25/3/2016 17:00:00 30 42,38 - 14 168 14 84 14 9335,7 8059,48 402,97

43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 150 14 86 14 9453,7 8113,59 405,68

26/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 144 14 70 14 9560,7 8156,38 407,82

44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 134 14 86 14 9670,7 8348,68 417,43

27/3/2016 17:00:00 30 42,38 - 14 128 14 72 14 9770,7 8435,01 421,75

45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 134 14 85 14 9880,2 8529,54 426,48

28/3/2016 17:00:00 31 44,87 - 14 128 14 70 14 9979,2 8564,60 428,23

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

FIGURA 3.14. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días

por el tiempo en la muestra de desechos de avícola.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

y = 10,97x - 78,008 R² = 0,9465

-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50VO

LUM

EN P

RO

MED

IO D

E B

IOG

ÁS

(ML)

TIEMPO (DÍAS)

Volumen normalizado corregido de Biogás VS Tiempo

Desechos de Avícola (AV)

TABLA 3.8. Valores iniciales de la muestra de avícola para sus respectivos cálculos.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química

de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la

muestra de residuos de avícola (AV):

Promedio de inóculo

Inóculo de avícola =

Inóculo de avícola =

= 3 486.03 mg

Masa del DQO = ( )

Masa del DQO = ( )

AVÍCOLA

INICIO

Masa de muestra 40 g

Volumen 500 mL

DQO Muestra 168600 mg/kg

Masa de DQO 6744 mg

Concentración DQO inicial

20460,0667 mg/L

SV inicial 28980 mg/L

Masa de SV 1159,2 mg

Concentración SV inicial

6890,8 mg/L

Concentración DQO inicial = ( )

Concentración DQO inicial = ( )

DQO promedio final =

% Remoción DQO = |

|

% DQO (AV) = |

| = 23.079 %

FIGURA 3.15. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de los desechos de avícola durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

Promedio del sólido volátil

Sólido volátil de avícola =

15000

15800

16600

17400

18200

19000

19800

20600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DQ

O

TIEMPO

DQO (AV)

DQO (AV)

Sólido volátil de avícola =

Masa del sólido volátil=

Concentración Sv inicial =

Concentración Sv inicial =

Sv final =

% Remoción Sv =

% Sv =

-

FIGURA 3.16. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de los desechos de avícola durante los 45 días.

Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez

6550

6600

6650

6700

6750

6800

6850

6900

6950

0 10 20 30 40 50

SÓLI

DO

S V

OLÁ

TILE

S

TIEMPO

Sv Desechos de la avícola (AV)

Series1

Cálculo del biogás y del búnker:

Para el cálculo de biogás se procedió a utilizar la siguiente fórmula

proporcionada por la empresa CODANA S.A. (Betancourt & Becerra,

2012):

BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOT ×

× Remoción × Rendimiento

(

)

Valor calórico del biogás:

Cálculo de los galones de Búnker:

BIOGÁS

CH4 60%

SH2 2%

CO2 38%

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

De acuerdo a los datos obtenidos en el proceso de

biodegradabilidad durante los 45 días, a los tres tipos de residuales

en condiciones anaerobias se le realizaron análisis de DQO,

Sólidos volátiles y Sólidos totales que ayudaron a calcular los

rendimientos experimentales de biogás para cada sustrato. Según

(Baquerizo, 2016), plantea que los rendimientos teóricos varían de

acuerdo a las proporciones de proteínas, lípidos y carbohidratos

que contengan los residuales. Los residuales con altos contenidos

de lípidos son sustratos ideales para la producción de biogás,

como es en el caso de los residuos de mataderos que contienen

alrededor de un 50% de lípidos.

Los valores de rendimiento de biogás que se obtuvo en cada uno

de los sustratos fueron los siguientes: agua de camal (AC)

0.000469 m3 de biogás/0.225 kg de muestra orgánica, mezcla de

desechos sólidos y líquidos de camal (MC) 5.50x10-6 m3 de

biogás/0.020 kg de muestra orgánica se debe tomar como

referencia que según (Chacón, 2007), el residual de matadero

genera por cada 25 kg de residuos 1 m3 de biogás; para nuestros

dos residuales provenientes del camal. En el residual proveniente

de los desechos de avícola (AV) se obtuvo 4.80 x10-6 m3 de biogás

/0.040 kg de materia orgánica se puede comprobar el rendimiento

de biogás según (García, 2010), caracterizado entre los rangos de

0.035 – 0.060 m3 de biogás por cada 25 kg de residuos.

La presencia de biogás se evidencia en la disminución del

porcentaje de remoción de DQO para las muestras de: agua de

camal (AC), mezcla de desechos sólidos y líquidos (MC) y

desechos de avícola (AV), donde se obtuvieron valores de 78.25%,

19.59% y 23.07% respectivamente, esto se debe a la acción de un

grupo de microorganismos que en ausencia de oxígeno

descomponen la materia orgánica reduciendo los niveles de DQO y

a su vez, de sólidos volátiles (SV) que corresponden a 43.45%

para el agua de camal, 27.74% para la mezcla de desechos sólidos

y líquidos del camal y 4.36% en los desechos de avícolas.

Las diferencias entre los rendimientos teóricos y experimentales

proviene de emplear composiciones teóricas no reales, lo que se

determina experimentalmente y conlleva a errores en el cálculo del

rendimiento teórico (Baquerizo, 2016).

CONCLUSIONES

Los sustratos fueron caracterizados por distintos parámetros

tomados al inicio y final del proceso donde la muestra AC tuvo un

DQO de 10675.83 mg/lt y 2321.33 mg/lt y SV de 5924 mg/lt y 3350

mg/lt, para la muestra MC se tuvo un DQO de 8924.2 mg/lt y

7175.33 mg/lt y SV de 6228 mg/lt y 4500 mg/lt, por último para la

muestra AV se obtuvo un DQO de 20460.06 mg/lt y 15738 mg/lt y

SV 6890.8 mg/lt y 6590 mg/lt; lo que proporcionó comprobar que se

degrado la materia orgánica en condiciones anaerobias y

mesofílicas.

Se determinó la producción de biogás mediante un proceso de

biodegradabilidad en condiciones anaerobias en régimen

discontinuo y a escala de laboratorio durante un tiempo de 45 días,

donde se obtuvieron volúmenes de biogás (989.47 ml de agua de

camal, 985.38 ml en la mezcla de camal y 428.23 ml en el residual

de avícola) de acuerdo al proceso de degradación de cada tipo de

sustrato.

Los residuales que se generan en el camal municipal del cantón

Naranjito y de la avícola “Freire” dan lugar a un rendimiento de

biogás de manera experimental de aproximadamente 4.69x10-4 m3

de agua de camal (AC), 5.50x10-6 m3 en la muestra de desechos

sólidos y líquidos de camal (MC) y 4.80x10-6 m3 en el residual de

avícola (AV), siendo una producción considerable de acuerdo a las

cantidad de materia orgánica utilizada, además de los posibles

factores que intervienen en la toma de muestra.

Se evaluó el contenido energético del biogás, obteniendo un poder

calórico para cada tipo de residual, siendo 4.07x10-5 gal. de Búnker

para el agua de camal, 4.77x10-7 gal. de Búnker para la mezcla del

camal y 4.16x10-7 gal. de Búnker para los desechos de la avícola,

tomando como referencia que un galón de Búnker equivale a

140000 BTU.

RECOMENDACIONES

Efectuar diferentes tipos de mezclas de residuales ya sean

binarias, terciarias o cuaternarias, con el fin de obtener un mejor

rendimiento de producción de biogás.

Considerar que los diferentes tipos de residuales tengan en su

mayor proporción lípidos lo que facilita el proceso de

biodegradación de la muestra orgánica.

Realizar investigaciones sobre la sinergia y el antagonismo de los

residuales que se van a utilizar antes de llevar acabo las pruebas

de potencial de biometano (BMP).

Experimentar con diferentes temperaturas en reactores

discontinuos de agitación manual o utilizando un sistema externo

para agitación con recirculación.

Diseñar reactores de acuerdo a la altura y el diámetro, a nivel de

planta piloto para luego proceder con el montaje a nivel industrial.

Se recomienda sellar perfectamente los reactores para lograr las

condiciones anaerobias y evitar el contacto con la solución de

hidróxido de sodio, de esta manera se impide que el contenido de

materia orgánica se alcalinice.

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ANEXOS

ANEXO I. Recepción de los tres tipos de residuales del Cantón Naranjito.

ANEXO II. Llenado del inóculo en los diferentes reactores.

ANEXO III. Medición de los diferentes residuales.

MUESTRA ORGÁNICA DE

AGUA DE CAMAL (AC)

MUESTRA ORGÁNICA DE

MEZCLA DE CAMAL (MC)

MUESTRA ORGÁNICA DE

RESIDUOS DE AVÍCOLA (AV)

LLENADO DEL INÓCULO

PARA LA MUESTRA (AC)

LLENADO DEL INÓCULO

PARA LA MUESTRA (AV)

LLENADO DEL INÓCULO

PARA LA MUESTRA (MC)

MEDICIÓN DEL AGUA DE

CAMAL (AC)

PESADO DE LOS RESIDUOS

DE AVÍCOLA (AV) MEDICIÓN DE LA MEZCLA

DE CAMAL (MC)

ANEXO IV. Llenado de la materia orgánica en el reactor.

IANEXO V. Montaje de los reactores.

ANEXO Vl. Sellado de los reactores de forma hermética.

MONTAJE DE LOS REACTORES

LLENADO CON LA

MATERIA ORGÁNICA (AC)

LLENADO CON LA

MATERIA ORGÁNICA (MC)

LLENADO CON LA

MATERIA ORGÁNICA (AV)

SELLO HERMÉTICO DE LOS REACTORES

ANEXO II. Resultado inicial de los análisis de la muestra de agua de

camal sin el inóculo.

ANEXO III. Resultado final de los análisis de la muestra de agua de camal con el inóculo.

ANEXO IV. Resultado inicial de los análisis de la muestra de residuos sólidos y líquidos de camal sin el inóculo.

ANEXO V. Resultado final de los análisis de la muestra de residuos

sólidos y líquidos de camal sin el inóculo.

ANEXO VI. Resultado inicial de los análisis de la muestra de residuos de

avícola sin el inóculo.

ANEXO VII. Resultado final de los análisis de la muestra de residuos de avícola sin el inóculo.