Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En lo que va del siglo XXI se ha generado una conciencia importante sobre los efectos, a corto y largo plazo, de las acciones del ser humano y sus repercusiones en el planeta. Con esto como base, se ha inculcado de a poco una tendencia a incentivar iniciativas amigables con el medio ambiente. En particular, este trabajo se motiva a partir de la necesidad de buscar métodos que reduzcan el impacto ambiental de los residuos domiciliarios, procurando generar recursos aprovechables por los mismos usuarios. El objetivo del presente documento es diseñar un biodigestor para la producción de biogás a nivel conceptual, técnicamente viable y con aplicaciones a nivel residencial. Esto incluye realizar una revisión bibliográfica de las tecnologías utilizadas para la producción de biogás, identificar el contexto en el cual se implementaría el equipo y desarrollar la ingeniería conceptual del biodigestor. Para el desarrollo de este trabajo se realizó un estudio detallado de los parámetros más influyentes en el proceso de digestión anaeróbica y de las principales experiencias exitosas que se han desarrollado a nivel mundial. Luego, se recopilaron antecedentes sobre el estado de los residuos sólidos municipales en su fuente de origen y se realizó una caracterización de la población nacional con el objetivo de ajustar el diseño del equipo a ella. Como resultado se obtuvo una serie de planos a nivel de perfil, inspirado en tecnología industrial existente, con detalles en los sistemas más importantes para su funcionamiento. Se definieron los componentes que lo conforman y se hizo una aproximación de los requerimiento que deben cumplir los elementos. Además se realizó una estimación de biogás generado en función de la producción de basura orgánica y la distribución de habitantes por casa y se hizo un presupuesto tentativo del costo de producción. El equipo es operable por un usuario no especializado y consta de 2 reactores unidos por mangueras para el transporte de gas y líquido, con una trituradora de comida incorporada en la entrada. Se considera también 1 calefactor de inmersión por cada reactor, y 1 sistema de agitación impulsado por un motoreductor, todo controlado por un controlados PID. El costo de producción es de $2.050.000 y el proyecto tiene un VAN de $-2.820.550. Dado que los resultados aquí expuestos corresponden a cálculos teóricos, es necesario que éstos sean validados mediante un experiencias empíricas para poder comprobar tanto la generación de biogás como los costos de operación en condiciones reales.

Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2014 / La presente memoria tuvo como motivación la obtención de Energía Renovable No Convencional mediante la digestión anaeróbica de residuos papeleros, con producción de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) como componentes principales del biogás. El objetivo general fue la realización del estudio de factibilidad técnica, mediante la operación de un digestor en condiciones naturales, con nitrógeno y/o fosfato agregados para la obtención de parámetros cinéticos bacterianos. La cuantificación y caracterización del biogás producido fueron los parámetros clave del trabajo. En primer lugar se realizó un estudio experimental de la factibilidad, realizándose una digestión anaeróbica mesofílica, tipo Batch, con contenido de sólidos totales de 10% y tiempo de residencia de 25 días. Las experiencias consistieron en agregar nitrógeno para configurar distintas fracciones C:N dentro del rango recomendado teóricamente para digestiones anaeróbicas, utilizando como inóculo materia fecal vacuna y como control una muestra con lodo papelero estéril. A partir de los parámetros encontrados experimentalmente y en bibliografía, se desarrollaron los balances de masa y eficiencia de utilización de energía de una propuesta de planta para producción de biogás. Además, se realizó el dimensionamiento de equipos principales para una planta de nivel industrial y se calculó el costo total del proyecto (inversión). Los resultados experimentales demostraron la factibilidad técnica de la digestión, con una degradación del 30% de los sólidos volátiles disponibles y producción de biogás con relación al peso degradado de sólidos volátiles con un promedio de 0.053 [Nm3/kg]. Mediante cromatografía de gases se caracterizó el biogás obtenido, con valores superiores al 80% v/v de CH4, indicando que el gas producido tiene un alto potencial energético. Se desarrolló un diagrama de flujo para una planta de producción de biogás, incluyendo Reactor IC para la Fermentación metanogénica, deshidratadores del residuo tratado, filtro de H2S para biogás y circuito de aguas. El proceso es de tipo continuo, con un flujo de entrada de 3,000 [t/mes], considerándose un tratamiento anaerobio mesofílico de una etapa que se lleva a cabo en el digestor. El equipo primordial del proceso es el reactor IC con volumen de 1.9 x 103 [m3] y un costo unitario de 4.4 millones de [US$]. A través del método de Miller se calculó el costo total del proyecto siendo de 17.2 millones de [US$]. Dentro de las conclusiones respecto al trabajo experimental, se tiene que es factible la digestión anaerobia de residuos papeleros. Además, el filtro de H2S se consideró innecesario tanto por las características del lodo papelero, que no suele tener sulfato, como por no percibirse su presencia durante el experimento. La consideración de una planta piloto y una planta a nivel industrial de producción de biogás, se basa en la necesidad de corroborar los parámetros encontrados en laboratorio en una planta piloto, ajustándose para ser utilizados en una planta industrial. Se considera este trabajo como una aproximación al desarrollo industrial del tratamiento anaeróbico para este residuo papelero, comprobándose la factibilidad técnica.