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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Cient ficas y Tecnol gicas 2003 Resumen: T-027 C lculo de la producci n de metano generado por distintos restos org nicos. Sogari, Noem Facultad de Cs. Exactas y Naturales y Agrimensura - UNNE. Av. Libertad 5450 - (3400) Corrientes - Argentina. E-mail: RESUMEN La importancia de la producci n de biogas en Alemania se ha incrementado en los ltimos a os. Tal producci n es uno de los caminos estrat gicos, elegido por el gobierno germano tendiente a reducir la emisi n de gases t xicos emitidos por los combustibles, para proteger el medio ambiente. El objeto de este trabajo es proponer una expresi n matem tica que describa el proceso de generaci n de metano en una planta piloto. En la experiencia se trabajo con excremento de vaca, excremento de cerdo y una mezcla de resto de silo y ma z.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2003 Resumen: T -027 C á lculo de la producción de metano generado por distintos restos orgánicos.

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Cient ficas y Tecnol gicas 2003 Resumen: T-027 C lculo de la producci n de metano generado por distintos restos org nicos. Sogari, Noem Facultad de Cs. Exactas y Naturales y Agrimensura - UNNE. Av. Libertad 5450 - (3400) Corrientes - Argentina. E-mail: RESUMEN La importancia de la producci n de biogas en Alemania se ha incrementado en los ltimos a os. Tal producci n es uno de los caminos estrat gicos, elegido por el gobierno germano tendiente a reducir la emisi n de gases t xicos emitidos por los combustibles, para proteger el medio ambiente. El objeto de este trabajo es proponer una expresi n matem tica que describa el proceso de generaci n de metano en una planta piloto. En la experiencia se trabajo con excremento de vaca, excremento de cerdo y una mezcla de resto de silo y ma z.

2 La experiencia se realiz en el the Institute of Technology and Biosystems Engineering Branschweig Germany. La aplicaci n de la f rmula propuesta es una alternativa para conocer la evoluci n del proceso productivo de metano en un digestor. INTRODUCCION La aplicaci n del proceso de digesti n anaer bica para el tratamiento de restos org nicos s lidos y semi-s lidos se ha incrementado en los ltimos a os en Alemania (Weiland, P. 2000). El aumento de la aplicaci n de la t cnica de degradaci n de la materia, es un gran logro del gobierno germano, quien financia parte de la construcci n de biodigestores en reas rurales para que sus habitantes posean plantas generadoras de electricidad. A fines del a o 2001, se han instalado en el rea rural alrededor de 1650 biodigestores generadores de electricidad.

3 Los reactores de las plantas instaladas poseen capacidades que oscilan entre 200 y 7000 m3. Los granjeros, propietarios de los biodigestores, utilizan como materia prima excremento de animales fundamentalmente de vacas y cerdos, y en algunos casos usan como co-fermentadores resto de granos, silo, papa, etc. Distintos autores han presentado expresiones matem ticas mediante las cuales, se trata de estimar la cantidad total de metano generado por diferentes restos org nicos usados como materia prima. Pero resulta necesario contar con informaci n mas espec fica respecto del proceso de generaci n de biogas. Productividad de metano . Uno de los par metros que permite evaluar la generaci n de metano a partir del proceso de fermentaci n de la materia org nica es la productividad de metano o productividad metanoica (Weiland P.)

4 1995). Este par metro se define como la cantidad de metano generado en la unidad de tiempo respecto de la materia dispuesta en el reactor. La expresi n matem tica que permite calcular la productividad de metano de un determinado resto org nico en un tiempo determinado, es la siguiente: tVVPreactorCHCH*44= (1) Donde: V CH4 es el volumen de metano generado Vreactor es el volumen de materia dispuesta en el recinto fermentador t es el tiempo considerado La producci n de metano , tiene un l mite y este depende fundamentalmente de la naturaleza de la materia dispuesta en el sistema digestor. La f rmula que permite estimar la m xima generaci n de metano para un producto determinado, es la siguiente: (2) V CH4 es el volumen de metano generado S org total es la cantidad de materia org nica total utilizado en todo el proceso UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Cient ficas y Tecnol gicas 2003 Resumen: T-027 El Dr Schulz H.

5 (1996) llev a cabo un gran n mero de experiencias, para con el fin de contar con mayor informaci n sobre la duraci n de la digesti n, que permite el agotamiento de los s lidos vol tiles, trabajando a diferentes temperaturas, seg n se presenta en la Figura 1. Figura 1. Producci n de gas a partir de la degradaci n de materia org nica sometida a diferentes temperaturas. La figura 1, muestra la cantidad total de gas producido por kilogramo de materia, para diferentes temperaturas. Respecto a esta serie de curvas, se observa que, conforme se incremente la temperatura, la conversi n de materia org nica en biogas aumenta. En todos los casos, la forma de las curvas se asemejan a la de una funci n exponencial, a medida que aumenta el valor del tiempo, la curva crece hasta un t determinado para el cual la generaci n de gas permanece constante.

6 La f rmula matem tica propuesta que permita reconstruir la curva que describe la producci n de metano en funci n del tiempo, debe cumplir las siguientes condiciones: La forma de la curva corresponde a una funci n exponencial. La degradaci n de la materia responde a una funci n exponencial. La expresi n propuesta cumple con las siguientes condiciones iniciales: Cuando t = 0 la producci n de metano es nula Cuando t = infinito la producci n de metano toma el m ximo valor posible, es decir la m xima cantidad de metano que puede generar el resto org nico que se encuentra dentro del fermentador. En el caso en cuesti n puede expresarse de la siguiente manera: = AtgeneMM1*max (3) Donde: M gen es la cantidad de metano generado durante el proceso de fermentaci n.

7 M max es la m xima cantidad de metano que puede producir un determinado elemento. t es el tiempo considerado. A es una constante que depende de la temperatura de trabajo, el contenido de materia org nica existente en el producto que se degrada, etc. MATERIALES Y METODOS La experiencia se llev a cabo en el laboratorio del Institute of Technology and Biosystems Engineering Germany. Se eligieron tres reactores cil ndricos de plexiglass, cada uno de 20 litros de capacidad. Los reactores fueron cargados con 15 litros de restos org nicos provenientes de los biodigestores, que se hallan en funcionamiento y est n instalados en distintos lugares de Branschweig. Cada fermentador se encontraba unido a una bolsa especial de la firma Tesseraux, de 10 litros de capacidad, cuya finalidad era almacenar el gas generado en el recinto.

8 Las mediciones realizadas fueron, entre otras: la temperatura de cada recinto, el pH de las muestras, la cantidad de metano almacenado en cada bolsa, los s lidos suspendidos totales y vol tiles. Se fij la temperatura de trabajo de los fermentadores en 35 C. Las muestras depositadas en los diferentes fermentadores fueron las siguientes: excremento de vaca excremento de cerdo mezcla de silo y ma z UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Cient ficas y Tecnol gicas 2003 Resumen: T-027 Figura 2. Digestores utilizados en la experiencia. RESULTADOS Y DISCUSION Figura 3. Producci n de metano generado por la fermentaci n de esti rcol de vaca. Figura 4. Producci n de metano generado por la fermentaci n de esti rcol de cerdo.

9 Figura 5. Producci n de metano generado por la fermentaci n de una mezcla de silo y ma z. Las figuras 3, 4 y 5 muestran que los datos experimentales, permitieron obtener una curva de caracter sticas similares a las presentadas por el Dr Schulz (1996) En las mismas figuras, se pueden observar los valores obtenidos utilizando la f rmula propuesta. Las figuras 3 y 4 muestran una lenta producci n de metano durante los primeros cinco d as. La actividad de las bacterias mesof licas, aumenta progresivamente despu s del quinto d a, en ambos casos. La velocidad de producci n de metano , de acuerdo con la figura 3 fue menor en relaci n a la obtenida en la figura 4. La m xima cantidad de metano obtenido experimentalmente fue 85 litros por kilogramo de s lido vol til. De acuerdo con la la f rmula propuesta en este trabajo, el m ximo valor de producci n de metano fue 90 l/kg, coincidente con el 1015202530354045020406080100120140 Mmax=125A= Datos Exp Datos SimProducci n de metano (l)Tiempo (d a)01020304050020406080100120 Mmax = 111A = Datos Exp.

10 Datos n de metano (litro)Tiempo (d a)010203040020406080100 Mmax = 95A = Datos Exp. Datos n de metano (litro)Tiempo (d a)UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Cient ficas y Tecnol gicas 2003 Resumen: T-027 obtenido aplicando la f rmula (2) de m xima producci n de metano . El c lculo te rico se aleja en un 5% del valor experimental. La velocidad de generaci n de gas es mayor al usar esti rcol de cerdo. En este caso, el agotamiento de los s lidos vol tiles ocurre entre los 30 y 35 d as de haberse iniciado el proceso de digesti n. La producci n m xima de metano por kilogramo de s lidos vol tiles degradados registrada en la experiencia fue de 110 litros. El m ximo valor de producci n de metano calculado mediante la f rmula propuesta fue 111 l/kg , mientras que el valor calculado aplicando la definici n fue 110 l/kg.