Ingeniería inversa e instrumentación del bioreactor existente en el laboratorio de energías renovables
Enviado por Juan David Carvajal
Ingeniería Inversa e Instrumentación del Bioreactor Existente en el Laboratorio de Energías Renovables con el Análisis Energético de Residuos Biomásicos de Café, Cacao y Eucalipto para Biogeneraciòn Eléctrica de 1kw Carrera De Ingeniería Mecánica – Departamento De Ciencias De La Energía Y Mecánica Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE Pablo Andrés Gaona Escobar Juan David Carvajal Polania ? Resumen—el presente proyecto se enfoca en realizar la correcta instrumentación del biorreactor, para la adquisición de datos confiables, y lograr la generación de 1 KW de energía con el consumo de biomasa, a través de un motor estacionario de combustión interna, con el cumplimiento de los distintos entandares de seguridad y confiabilidad que garanticen el correcto funcionamiento del equipo, cuyos resultados ayuden a Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los procesos de transformación a los que pueden ser sometidas para obtener energía pretendida [2]. TABLA I PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA SECA reforzar los conocimientos adquiridos en las aulas de la aplicación de la energía no convencional Combustión Calor, electricidad, Pirolisis Electricidad, Gasificación Combustibles I. INTRODUCCIÓN a bioenergía o energía de biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente es sacada de los residuos. El vapor de agua metanol diversos Rto: 65-95% Rto: 30-90% Rto: 65-95% TABLA II PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA HÚMEDA aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras substancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustible o alimentos [1]. Fermentación anaerobia Metano (biogás) Rto: 20-35% Fermentación alcohólica Etanol Rto: 20-25% A. Clasificación de Biomasa Según la proporción de agua en las substancias que forman biomasa, también se puede clasificar en: • Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de industria maderera y del mueble, etc. • Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de depuradora, purines, etc. Este proyecto fue apoyado por el Departamento De Ciencias De La Energía Y Mecánica de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE del Ecuador, con la colaboración de los ingenieros director y codirector respectivamente: E. R. Gutierrez trabaja Universidad de las Fuerzas Armadas, Departamento De Ciencias De La Energía Y Mecánica (e-mail: ergutierrez.espe.edu.ec). J. P. Ayala trabaja Universidad de las Fuerzas Armadas, Departamento De Eléctrica y Electrónica (e-mail: [email protected]). B. Procesos de Transformación de la Biomasa En la mayoría de ocasiones la biomasa recuperada en campo posee un índice de humedad alto lo cual resulta perjudicial para la transformación a energía en la mayoría de los casos resulta descartada como alternativa de remplazó para los combustibles fósiles sólidos como son el carbón, líquidos petróleo o gaseosos como el gas natural. Por esta razón es de mucha importancia realizar la transformación de la biomasa en un combustible de mayor densidad energética y física, para lo cual se cuenta con distinto procesos que proporcionan una gran variedad de productos [3]. Los combustibles originados de la biomasa se comportan con la mayoría de las condiciones favorables de los combustibles fósiles: 
• • • • • • • • • 2 Contenido energético alto por unidad de volumen. Es sencillo su transporte y almacenamiento. Genera una combustión adecuada. Por su condición orgánica la biomasa presenta las siguientes ventajas en comparación a los combustibles fósiles: • El contenido de Azufre en su composición es mínimo. • No presentar restos en su combustión. • La presencia de cenizas es escaso. • Resulta muy amigable con el medio ambiente • Reduce afecciones en el sistema respiratorio. La procedencia de la biomasa es indiferente para puesto que esta es transformada en vectores de anergia tal como; calor, combustibles y electricidad, que finalmente conducen a la forma energética útil para realizar un proceso determinado como es la energía mecánica y la electricidad especifica [3]. Proceso Termoquímicos 1) Fermentación Alcohólica Es un proceso biológico de fermentación en ausencia absoluta del aire y principalmente del oxigeno generado por al actividades de microrganismos que procesan hidratos de carbono, por lo general son azucares con sustancias como la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc. Para la obtención de productos finales un alcohol en constitución de C. Procesos de Transformación de la Biomasa La gasificación es un proceso termoquímico en que un sustrato carbonoso (carbón, biomasa, plástico) es transformado en un gas combustible mediante una serie de acciones que ocurren en presencia de un agente gasificante (aire, oxigeno, vapor de agua e hidrógeno) [4]. La gasificación es un proceso que se lo ha llevado a cabo con aire y esto produce un gas pobre con poder calórico muy bajo, tal es el caso de gasógeno, dispositivo instalado en los vehículos con la finalidad de producir gas a partir del carbón. LA energía de gas de gasificación aumenta al utilizar otros agentes gasificantes, oxigeno, vapor de agua e hidrógeno [5]. Con oxígeno (O2) Se forma CO Con aire: Se forma CO + N2 Con oxígeno (O2) y agua (H2O) Se forma CO + H2 Con aire y agua (H2O) Se forma CO + H2 + N2 (simultánea) Con aire y agua (H2O): Se forma CO + N2 y, separadamente CO + H2 (sucesiva) A presión y con catalizadores: Se forma CH4. TABLA III PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA HÚMEDA TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES OBTENIDOS DE LA BIOMASA metanol (CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2), en forma de gas. 2) Digestión Anaerobia Es el proceso en el que un microrganismo descomponen materia biodegradable en ausencia del oxigeno, en este proceso se generan diferentes gases entre los cuales destacan SOLIDOS PAJA LEÑA SIN PROCESAR BRIQUETAS Y PELLETS TRITURADORAS FINAS CARBON VEGETAL LIQUIDOS ALCOHOLES BIOHIDROCARBUROS ACEITES, VEGETALES ACEITE DE PIROLISIS GASEOSOS GAS DE GASOGENO BIOGÁS HIDRÓGENO el dióxido de carbono y el metano, además de ser los más abundantes dependiendo claro esta del material degradado. En los biodigestores se aprovecha esta liberación de gas para posteriormente ser utilizados como combustibles, la intensidad del proceso de digestión anaerobia puede variar dependiendo del de sus factores entre ellos la temperatura y el pH del material biodegradado. La digestión anaerobia es un proceso que se desarrolla en cuatro etapas por lo general. • Primera etapa se hidroliza los compuestos de mayor peso molecular, tanto los disueltos como los no disueltos, con enzimas como amilasas y proteasas. • Segunda etapa se ocupan bacterias acidógenas que modifican los oligómeros y monogómeros de ácidos grasos volátiles. • Tercera etapa se usan las bacterias acetogénicas que transforman los ácidos grasos volátiles en a acido acético. • Finalmente en la cuarta etapa se transforman a metano CH4 y dióxido de carbono CO2, en esta parte también participan bacterias hidrogenotróficas que mantienen el balance con el hidrogeno H2 que se usa para reducir la presencia de CO2 a CH4. II. INGENIERÍA INVERSA DEL EQUIPO El objetico principal de la ingeniería inversa es de obtener información a partir de un producto que se encuentre disponible al público en general, con la finalidad de identificar como está configurado el producto que lo hace funcionar y cómo fue fabricado [6]. A. Evaluación del Estado Actual En el momento de iniciar el proceso de ingeniería inversa el equipo se encontraba con un campo de colectores solares para calentamiento de agua, esta agua caliente se la inyecta a la camisa del bioreactor para mantener una temperatura apropiada dentro del mismo y así acelerar la producción de bacterias para la obtención en menor tiempo de biogás, este sistema se puede apreciar en la Fig. 1. 
3 Fig. 1 Campo de colectores Solares para calentamiento del compost. En el bioreactor se tenía un problema muy complicado al momento del calentamiento de la mezcla por médio del sistema de colectores de agua, ya que en el punto de descarga de la bomba que aciona a los mismos, la temperatura de la mezcla era muy baja con relación a la parte superior, es decir el calentamiento de la mezcla no era uniforme ni tendía a ser un proceso isotérmico, como debería para obtener una buena Fig. 3 Pared exterior del cuerpo del bioreactor. Esto indica que la camisa externa dejo de hacer sello y permitió la corrosión del tanque, se pudo evidenciar por medio de una prueba hidráulica empírica que no existía fugas entre las camisas interna y externa y también la corrosión no causó daños en el material del recipiente. eficiencia. Fue importante también la verificación del estado mecánico El bioractor en si se encontraba en muy mal estado, sobre todo en la parte posterior y aislamiento como se puede observar en la Fig. 2. Fig. 2 Estado del bioreactor. En la fotografía se puede observar que existe en ese instante falta de mantenimiento y hay puntos de corrosión en la camisa protectora, humedad excesiva y mobiliaria que no debe estar en el sitio. Además la ubicación de la bomba que conecta al bioreactor con los colectores no es apropiada ya que la descarga se encuentra en la parte inferior del mismo. Fue muy importante quitar la camisa protectora y aislamiento del bioreactor para verificar como se encuentra la pared externa del cilindro como se puede observar en la Fig. 3. y físico en el interior del bioreactor, ya que este es muy importante porque es aquí donde se desarrolla el proceso físico-químico y reacciones anaerobias parea la producción del gas. Para el efecto se llevó una limpieza del compost existente, como se puede verificar en la Fig. 4. Fig. 4 Limpieza interior para verificación del estado interno del reactor. Una vez realizada esta limpieza se pudo observar que la pared interna esta en óptimas condiciones y con efectos de corrosión muy leves, por lo que el trabajo se lo puede realizar con mucha normalidad. B. Rediseño del Sistema Como se puede observar en el sistema se modificó la entrada y salida de agua al biorreactor proveniente de los colectores solares planos para obtener una eficiencia máxima en el proceso de generación de energía, dado que en el anterior sistema el ingreso de agua caliente se realizaba por la parte superior del biorreactor donde solo una parte del lecho bacteriano tenia las condiciones necesarias para proliferar 
a. b. c. 4 subutilizando la capacidad máxima del biorreactor haciéndolo menos eficiente, y respectivamente la evacuación del agua se realizaba por la parte inferior del biorreactor retornando a los colectores solares planos. Adicionalmente se incorporaron los sensores de temperatura PT100 que es un tipo particular de dispositivo termo resistivo, para monitorear constantemente la temperatura del lecho bacteriano durante la etapa de proliferación con el objetivo de minimizar el tiempo que toma el proceso de generación de gas residual, maximizando así el proceso, como se puede verificar en la Fig. 5. Fig. 5 Esquema interno del nuevo sistema del biorreactor. Ingreso del agua proveniente de los colectores solares planos. PT 100 instaladas en el interior del biorreactor. Salida del agua hacia el sistema de colectores solares planos. C. Mejoramiento del Sistema Se adiciono una línea de purga con una válvula de alivio de presión en la parte superior del biorreactor, con el fin de eliminar la cantidad de aire que pudiera existir en el la tubería para evitar así el fenómeno físico conocido como golpe de ariete y aliviar la presión interna del biorreactor que pudiera causar un esfuerzo mayor al permitido en el material de construcción, como se puede verificar en la Fig. 6. Fig. 6 Línea de purga con válvula de alivio de presión. Adicionalmente se acondiciono un visualizador para realizar las lecturas de los valores de temperaturas registrados por los diferentes sensores PT100 instalados en el biorreactor. III. IMPLEMENTACIÓN MONTAJE Y PRUEBAS A. Implementación Las variables esenciales que se requiere para cuantificar la calidad de la producción de biogas, por lo que podemos aplicar en motores de combustión interna. El gas contenido por fermentación tiene un octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual resulta muy adecuado para el uso en motores de alta relación volumétrica de compresión, por otro lado una de las desventajas es su baja velocidad de encendido. Los motores a biogas tienen un amplio espectro de aplicaciones, siendo los más usuales el bombeo de agua, el picado de raciones y el funcionamiento de ordeñadoras en el área rural. Otros usos muy generalizados en su empleo son para accionar generadores de electricidad. El biogas como combustible alternativo en motores de combustión interna encendidos por chispa, únicamente puede ser aprovechado para el funcionamiento de los motores de cuatro tiempos, ya que los motores de dos tiempos no se pueden adaptar a biogas., en estos, el combustible debe ir mezclado con el aceite que lubrica las partes móviles de un motor. El uso vehicular del biogas es posible y en la realidad se ha empleado desde hace ya varios años, sin embargo su difusión está limitada por una serie de circunstancias. A fin de permitir una autonomía razonable, el gas, por su volumen, debe ser almacenado en contenedores cilíndricos de alta presión (200 a 300 bares); este tipo de almacenamiento implica que el gas deba ser purificado antes de su compresión. El adecuar los motores resulta costoso (instalación similar al Gas Natural Comprimido) y el peso de los cilindros disminuye la capacidad de carga de los vehículos. La falta de una adecuada red de abastecimiento y la energía involucra en la compresión a gran escala de este tipo de uso. Estos problemas están tomando relativa importancia debido a lo avanzado en la difusión de la tecnología GNC. B. Montaje Se procedió al armado de la camisa externa del biorreactor previo a esto se restructuró la ubicación de la bomba de agua con la finalidad de optimizar la transferencia de calor en el serpentín y así se mantienen uniformes los 32 °C necesarios para la proliferación bacteriana, se remplazó el aislante térmico para evitar pérdidas ocasionadas por la convicción natural, recordemos que el generador se encuentra en la intemperie. Se realizaron las conexiones de los sensores de temperatura, los instrumentos que cuantifican la presión de trabajo del sistema de intercambiador de calor, una vez desarmado se realizó una limpieza total del tanque del reactor 
(5) 5 generando un mantenimiento integral del sistema se localizó además tubería de conexión que por falta de uso se encontraba sedimentada por lo tanto el fluido difícilmente podía transitar. 1) Procedimiento Mecánico Ciclo Otto: El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1872. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante [7]. Fig. 7 Presión Vs Volumen Otto [8]. Ciclo Diesel: El ciclo del motor diesel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos diesel [7]. trabajo, usualmente un gas o el vapor de un líquido [9]. Eficiencia: la eficiencia o rendimiento térmico de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 hasta 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octanos para evitar la detonación. Una relación de compresión baja no requiere combustible con alto número de octanos para evitar este fenómeno; de la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de alto número de octanos, para evitar los efectos de la detonación, es decir, que se produzca una auto ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía. El rendimiento medio de un buen motor Otto de 4 tiempos es de un 25 a un 30%, inferior al rendimiento alcanzado con motores diesel, que llegan a rendimientos del 30 al 45%, debido precisamente a su mayor relación de compresión. Casi todos los motores de este tipo se fabrican para el transporte y deben trabajar variando la entrega de potencia constantemente. Debido a esto el rendimiento de los mismos cae bruscamente al trabajar con carga parcial (cuanto menos carga porcentualmente, peor rendimiento), ya que, cuando esto sucede la cámara de compresión mantiene su volumen dando una compresión real baja y transformando gran parte de la energía en calor. Algunos fabricantes han fabricado motores con sistemas de compresión variable, pero siempre dedicado a variar de aproximadamente 7:1 a 14:1 y en relación a las RPM. Para conseguir buenas eficiencias sería necesario variar la compresión desde 1:7 hasta 1:140 en casos de carga del 10% y hacerlo en relación a la cantidad de aire introducida para evitar detonaciones anticipadas [9]. Motor: ( )( ) ( ) (1) (2) (3) Fig. 8 Presión Vs Volumen Diesel [8]. (4) Ciclo de vapor: Un motor térmico es una máquina térmica que transforma calor en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de Caldera: (6) 
(7) (9) (10) (11) (12) (13) 6 descompone gradualmente entregando lecturas erróneas, si no que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor ( ) (8) detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso. Este comportamiento es una gran ventaja en usos como cámaras frigoríficas donde una desviación no detectada de la temperatura podría producir algún daño grave. Además la Pt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor problema (hasta unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer la extensión [10]. Los termómetros digitales son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un 2) Procedimiento Electrónico El levantamiento de datos resulta de mucha importancia en el presente proyecto puesto que se requiere que las variables del proceso se encuentren controladas para poder garantizar que la calidad del biogás sea adecuada tomando en consideración que la temperatura de trabajo como una de las variables importantes en el proceso de generación de biogás. Para cuantificar esta variable se hizo uso de los sensores PT100. Consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 ohm y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. El incremento de la temperatura no es lineal pero si creciente una característica del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde. visualizador [10]. 3) Procedimiento Hidráulico La hidráulica es aquella ciencia parte la física, que comprende la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos. Cuando escuchamos la palabra “hidráulica” se debe remarcar el concepto de que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica o eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso. Etimológicamente la palabra hidráulica se refiere al agua: Hidros – agua. Aulos – flauta. Pero existen varios especialistas que no emplean solo el agua como medio transmisor de energía, sino que también el aceite, por esto han establecido los siguientes términos para marcar una diferencia: Oleodinámica, Oleohidráulica u Oleólica [11]. En definitiva, la hidráulica sirve para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. Y participa ampliamente en la resolución de problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bomba y turbinas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo [11]. Fig. 9 Resistencia Vs Temperatura [10]. La ventaja que implica la utilización de la energía Normalmente las Pt100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo está el elemento sensible (alambre de platino) y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). Por otra parte los Pt100 siendo levemente más costosos y mecánicamente no tan rígidos como las termocuplas, las superan especialmente en aplicaciones de bajas temperaturas. (-100 a 200 °). Los Pt100 pueden fácilmente entregar precisiones de una décima de grado con la ventaja que la Pt100 no se hidráulica es la posibilidad de transmitir grandes fuerzas, empleando para ello pequeños elementos y la facilidad de poder realizar maniobras de mandos y reglaje. A pesar de estas ventajas hay también ciertos inconvenientes debido al fluido empleado como medio para la transmisión. Esto debido a las grandes presiones que se manejan en el sistema las cuales posibilitan el peligro de accidentes, por esto es preciso cuidar que los empalmes se encuentren perfectamente apretados y estancos [11]. Componentes de un sistema hidráulico • Bomba • Actuadores • Válvula de seguridad 
• • • 7 Filtros Motor Depósito antibióticos, detergentes, ácidos o bases, substancias con elementos halógenos, etc. Pueden ser nocivos para la acción de las bacterias anaerobias. IV. PRUEBA DEL BIORREACTOR Equipo utilizado: Un reactor con capacidad de 0.5 m³, campo de colectores de 3000 W térmicos, termómetro -20 a 1000 ºC, indicadores de presión de 0 a 120 PSI. En la Fig. 10 se puede observar el sistema de conversión compuesto por reactor con calefacción externa, y el campo de colectores. Fig. 10 Bioreactor [12]. Ubicación del equipo: En Santa Clara – Sangolquí, Cantón Rumiñahui, Provincia de Pichincha Universidad de las Fuerzas Armadas – Departamento De Ciencias De La Energía Y Mecánica Almacenamiento de residuos: • Recolectar los elementos de la mezcla en un solo punto hace más fácil y eficiente la carga en el biorreactor. • Mezclar los residuos de tipo animal y vegetal de manera uniforme y homogénea de acuerdo a las proporciones indicadas. Calidad de Residuos: • La calidad e la materia prima en términos de rendimiento del gas dependerá en parte de su frescura, entre mayor sea esta el gas tiene un rendimiento eficiente y tendrá menor peligro de acidificarse [1]. • Si bien es cierto la digestión anaerobia es un proceso complejo y largo, el cual puede ajustarse a pequeños cambios, pero demos evitar que estos sean drásticos con la materia prima principalmente y siempre respetando la composición de la mezcla [1]. Pre tratamiento de los residuos • Separación de sólidos inertes y materiales extraños como arena, gravas, troncos, etc. • Acondicionar los residuos vegetales en este caso el cacao mediante un proceso de corte, picado y Formato de registro: procedimiento extracción de gas de elaboración y molienda [1]. • Mezcla y homogenización de residuos Materia prima para Biodigestor: • Tipo Animal: Estiércol de Ganado Vacuno. • Tipo Vegetal: Cascara de Cacao. Cantidad de materia prima colocada en el Biodigestor: • 70% Estiércol de Ganado Vacuno. • 29% Cascara de Cacao molido • 1% Urea. Esta composición se la realizó en 10 Kg de biomasa que fueron colocados en el biorreactor. Es importante resaltar que las substancias toxicas presentes en los elementos que se utiliza para realizar la biomasa son mínimas y además que ciertos materiales no deben ser cargados al biodigestor ya que mal logran los procesos entre estos tenemos: • Sólidos y otros materiales como arena, rocas, piedras, aserrín o paja que en muchas ocasiones se pueden introducir a la mezcla. • Materiales tóxicos que inhiben la digestión como amoniaco, residuos de pesticidas, metales pesados, aceites y grasas. • Otros materiales como residuos medicinales como Fig. 11 Relación C/N en biomasa común [5]. A. Características del Biodigestor El biodigestor es un sistema que provee de las condiciones necesarias para que exista una proliferación bacteriana optima, 
[1]. 8 las bacterias anaerobias descomponen y tratan los residuos dejando como subproducto gas combustible y un efluente líquido rico en nutrientes y materia orgánica estabilizada. Temperatura La temperatura e uno de los principales factores que afectan el crecimiento de las bacterias responsables de la producción de biogas. La producción de biogas se puede producir en cualquier sitio que se encuentre en el rango de temperatura de 4°C a 68°C (Guasumba J, 2006). El rendimiento en la producción de biogás se optimiza con la preparación de la materia prima además la biomasa debe tener una partícula de biomasa menor a 1 mm, en el procedimiento de generación se cuantifica por cargas y estas se agregan con partes menores de estiércol y urea con el propósito de generar un relación Carbono/Nitrógeno igual a 25/1, que resulta ser una condición interesante para la biorreacción. El contenido de humedad en el sustrato es del 85%, con las variables expuestas anteriormente se logra reducir el tiempo de descomposición anaerobia a 12 días que como resultado tenemos un mayor volumen por kg de carga A medida que la temperatura aumenta, la tasa de producción de gas también se incrementa y por ende disminuye el tiempo de retención de la materia orgánica dentro del digestor. En algunos casos se hace necesario implementar un sistema de calor suplementario para mejorar el rendimiento del proceso. Método de Carga Para que el rendimiento del gas sea mayor, se debe cargar la mezcla lo más fresca posible, y así mezclar de acuerdo a la composición indicada de manera homogénea y uniforme. Ya que al no hacerlo de esta manera la producción de biogas se verá reducida en función de la cantidad de biomasa inmersa en el digestor. Fig. 13 Diámetro de partícula o gota, d50, que se separa en función del Tiempo de Retención Esta variable de pende de la temperatura ambiente y junto con la carga del digestor determinan las dimensiones del sistema. En la Fig. 12 se representa los días de retención en función de la temperatura a la cual estuvo sometido el biodigestor. tiempo de residencia, tr, para distintas temperaturas. [5]. Extracción de Gas La recolección de la muestra resulta un proceso critico puesto que si el gas generado llegase a contaminarse con el aire circundante sus propiedades se verán afectadas y entregaría valores erróneos al análisis. Para sustentar este problema se utilizo un sistema aislado de jeringuillas y tubos de suero, asegurando que la muestra obtenida no interactúe con el aire de la atmosfera, por otro lado la escala presente en estos elementos son de gran ayuda para cuantificar de manera exacta la cantidad de gas requerido para el estudio ponderal, el volumen solicitado no debe ser mayor a 60 ml. Fig. 12 Temperatura vs Tiempo de Retención [5]. Tiempo de Espera Una variable fundamental para la obtención de biogás de calidad es el tiempo en espera de descomposición en los métodos tradicionales de obtención de CH4 este tiempo puede llegar hasta 70 días para la fermentación de determinadas substancias orgánicas, embargo hay que considerar que el biodigestor cuenta con un sistema de optimización de la temperatura donde haciendo uso de le energía solar para que esta sea captada en paneles planos de 500 W y así por medio de su intercambiador se puede realizar un incremento de temperatura en la pared externa de biodigestor llegando a los 32 °C [1]. Fig. 13 Jeringa para Extracción de Muestra [12]. Análisis de la Muestra Una vez levantado el espécimen de evaluación este fue enviado al laboratorio para obtener sus componentes y principalmente conocer su poder calórico entre otros. 
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 9 Valor de Ph El valor óptimo para la degradación metan orgánica es de 6.5 a 7.5 cuando esta baja de 5 o a su vez sube de 8 se puede inhibir el proceso de fermentación o incluso detenerlo. Normalmente cuando se trabaja con residuos del agro o domésticos, la dinámica del proceso por si sólo ajusta los valores de Ph requeridos. El Ph se puede corregir de manera práctica, Extrayendo frecuentemente el efluente y agregando materia prima fresca en la misma cantidad y de forma simultánea [13]. Cuando el Ph es bajo se puede agregar fertilizante, cenizas, agua amoniacal diluida, o una mezcla de ambos y licor fermentado [13]. Selección del Ciclo Térmico Con los valores obtenidos en el laboratorio es necesario realizar un análisis para realizar una selección del ciclo térmico, el resultado del poder calórico del gas resulto de 213.05 BTU/pie3 y por lo expuesto respecto a la eficiencia del ciclo térmico se considera un ciclo Otto porque tenemos un rendimiento del 25-30 %. Flujo másico = 0.5 Kg/s V. RECOMENDACIONES Para el buen desarrollo de la investigación se recomienda diseñar y construir una máquina para analizar las características del compost a fin de mejorar la eficiencia en el proceso de generación de biogás a partir de biomasa. Estudiar el análisis morfológico del compost (propiedades y características físico-químicas) y adicionalmente la composición microbiológica de la materia fecal (predominio de especies), a fin de asociar los elementos bióticos del sistema con los abióticos y ganar en conocimiento del comportamiento del compost en los biorreactores. VI. REFERENCIAS Guasumba. (2007). GENERACION RAPIDA DE BIOGAS COMO ALTERNATIVA ENERGETICA PROMISORIA. Sangolquí. Margalef, R. (1980). La biosfera, entre la termodinámica y el juego. Barcelona: Omegas. Carpintero, O. (2006). Biocombustibles y uso energético de la biomasa: un análisis crítico. El ecologista. Primo Yúfera, E. (1996). Química Básica y Aplicada: de la molécula a la industria (Vol. I). Reverté. Elias, X., & Velo, E. (2005). Tratamiento y valorización energética de residuos. Ediciones Díaz de Santos. NAVAS LOPEZ, J. E., & GUERRAS MARTIN, L. A. (2007). DIRECCION ESTRATEGICA DE LA EMPRESA: TEORIA Y APLICACIONES. CIVITAS. Guevara Vera, A. (1996). Fundamentos Básicos para el Diseño de Biodigestores Anaeróbicos Rurales. Lima-Perú. Kerkn, D. .. (1998). Procesos de Transferencia de Calor. México: Continental S.A. Incropera, F. (1999). Fundamentos de Transferencia de Calor (cuarta edición ed.). España. [10] CORRAL, J. M. (1994). INSTRUMENTACION ELECTRONICA SENSORES I. VALENCIA, ESPAÑA: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA. [11] Gutierrez, Q. D. (2012). Sistemas Hidráulicos. Cuzco. [12] GAONA, P. (2015). FUENTE PROPIA. QUITO. [13] DLópez Pérez, A. C. (2010). VALORIZACIÓN DEL ESTIÉRCOL DE CERDO A TRAVÉS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS.