Resumen

Para poder explicar nuestra investigación [“La utilización del Bioduo en las viviendas de las zonas rurales”] es necesario tener claro que es la energía y los tipos de energía ya que a partir de ahí surge la biomasa, la cual es importante conocer su definición, historia, composición, utilización y ventajas, considerando que la biomasa es una forma de energía que se crea a base de desechos orgánicos y con ella se puede crear biogás y energía eléctrica, por eso lo denominamos “Bioduo” dentro de un biodigestor, por lo tanto consideramos que al ser una forma de energía ecológica, económica y sustentable, se puede implementar este mecanismo en las zonas rurales, para disminuir la contaminación, el efecto invernadero y los problemas de salud que genera utilizar leña y carbón en las zonas rurales.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En  la mayoría de las viviendas de las zonas rurales no tienen gas ni electricidad y por eso la mayoría de esas personas utilizan leña y carbón para cocinar y a lo largo  del tiempo, eso hace daño a la salud además de contaminar el medio ambiente, por eso nosotras queremos utilizar los desechos orgánicos y excremento de animales para crear energía y gas y así no contaminar.

Antecedentes

Para poder explicar nuestra investigación [“La utilización del Bioduo en las viviendas de las zonas rurales”] es necesario tener claro que es la energía y los tipos de energía y que a partir de ahí surge la biomasa, la cual es importante conocer su definición, historia, composición, utilización y ventajas ya que de ahí surge nuestro tema, así que hablaremos primero de:

La energía es la que puede generar luz, movimiento, calor, entre otros a través de la capacidad que tiene en si la materia.  Existen innumerables tipos de energía, las más comunes o conocidas son las siguientes:

• Energía solar: es aquella que proviene de la luz solar, la cual es absorbida en la atmosfera, a través de los océanos, lagos o ríos y continentes.
•  Energía Eléctrica: es aquella que proviene de un diferencial de potencial entre dos puntos.
• Energía Mecánica: es la generada por el movimiento y posición de un cuerpo, capaz de generar un trabajo.
• Energía Lumínica: es una de las formas de energía electromagnética.
• Energía eólica: es el tipo de energía que se obtiene a través de los vientos, con ella se puede producir electricidad.
• Energía térmica: es la energía que se libera en forma de calor.
• Energía nuclear: este tipo de energía se puede obtener por fusión nuclear (unión de núcleos de átomos) y por fisión nuclear (división de núcleos de átomos).
• Energía química: es la energía que se produce en las reacciones químicas.
• Energía sonora: se produce por la vibración de un sonido.
• Energía hidráulica: es la energía que se aprovecha de las aguas, a través de su energía cinética o potencial.
• Energía radiante: es la energía propia de las ondas electromagnéticas.
• Energía Electromagnética: es la energía almacenada debido a la presencia de un campo electromagnético.
• Energía geotérmica: es aquella que se obtiene del aprovechamiento del calor interno de la tierra.
• Biomasa: Se considera por biomasa a todo el conjunto de elementos vivos que componen un espacio geográfico y que actúan en combinación de muchas maneras diversas afectándolo tanto positiva como negativamente. La biomasa es la sección del planeta que está habitada por seres vivos de manera permanente, a diferencia de lo que sucede con la sección subterránea y con la sección atmosférica, ninguna de las cuales presenta condiciones aptas para la vida permanente y estable de los seres vivos.

3.1. Historia de la biomasa

La biomasa ha sido el primer combustible empleado por el hombre y el principal hasta la revolución industrial. Se utilizaba para cocinar, para calentar el hogar, para hacer cerámica y, posteriormente, para producir metales y para alimentar las máquinas de vapor. Fueron precisamente estos nuevos usos, que progresivamente requerían mayor cantidad de energía en un espacio cada vez más reducido, los que promocionaron el uso del carbón como combustible sustitutivo, a mediados del siglo XVIII. Desde ese momento se empezaron a utilizar otras fuentes energéticas más intensivas (con un mayor poder calorífico), y el uso de la biomasa fue bajando hasta mínimos históricos que coincidieron con el uso masivo de los derivados del petróleo y con unos precios bajos de estos productos.

A pesar de ello, la biomasa aún continúa jugando un papel destacado como fuente energética en diferentes aplicaciones industriales y domésticas. Por otro lado, el carácter renovable y no contaminante que tiene y el papel que puede jugar en el momento de generar empleo y activar la economía de algunas zonas rurales, hacen que la biomasa sea considerada una clara opción de futuro.

Al conocer los antecedentes de la biomasa, nosotras pensamos que antes cuando se usaba la biomasa era más eficiente y si se hubiera seguido usando en vez del carbón o el petróleo en este momento no habría tanta contaminación y tal vez habría menos enfermedades

En nuestra opinión es más saludable usar la biomasa y más por su composición se puede notar que es más sano para el ambiente y para nosotros.

3.2. Composición

La biomasa puede estar, entonces, compuesta por un sinfín de elementos tales como plantas, animales, microorganismos y demás, todos ellos habitantes de un espacio definido al cual modifican de manera espontánea y continua. Las modificaciones son las que le da las características al lugar y lo hace diferente a otros espacios debido a la acción combinada de los elementos vivos o bióticos. El conjunto de transformaciones que se generan a causa de la acción de la biomasa se conoce como ecosistema, el espacio en el cual se combinan tanto los elementos vivos como los no vivos y se relacionan entre sí de muy diversas maneras (por ejemplo, un ecosistema acuático en el cual los animales y las plantas dejan su huella en el agua). De más está decir que, dependiendo del espacio, la cantidad de elementos vivos presentes podrá variar y conformar así diferentes tipos de ecosistemas, algunos más naturales y otros más artificiales.

La biomasa también puede ser entendida en términos ecológicos y sustentables ya que se define al mismo tiempo como una materia viva que se puede transformar en un importante recurso energético no contaminante y mucho menos nocivo para el planeta que otras energías tales como el petróleo. En este sentido, los defensores de la biomasa como recurso energético plantean que todos los elementos vivos pueden ser utilizados como energía y que, entonces, una importantísima variedad de elementos podría contribuir a la eliminación de otras energías mucho más contaminantes y nocivas.

En relación con este último párrafo, es que nosotras basamos nuestro proyecto, porque al crear energía renovable ayudamos al medio ambiente y a nuestra salud.

3.3. Usos y aplicaciones de la biomasa

Se  puede  utilizar  como  combustible tanto de pequeñas estufas, como de calderas centralizadas de calefacción y ACS para edificios. Incluso, se puede usar en las denominadas “calefacciones de distrito” una red de calefacción centralizada que suministre calor a los edificios ubicados en una determinada área.

• En la industria, se utilizan en calderas de vapor para cubrir necesidades térmicas, que en ocasiones, son acompañadas de sistemas de producción eléctrica.
• En centrales de generación eléctrica se puede usar como combustible único o combinado con otros convencionales.
• En vehículos como combustible sustitutivo del gasóleo (biodiesel) o la gasolina (bioetanol).

3.4. Ventajas de la biomasa 

• • Reduce las emisiones de azufre, partículas CO, HC y NOX y presenta un ciclo neutro de CO2, sin contribución al efecto invernadero.
  • Precio independiente de las fluctuaciones de los mercados de los combustibles fósiles.
  • El aprovechamiento de los residuos agrícolas y forestales evita incendios, plagas, plagas de insectos e incrementa los beneficios económicos de las actividades relacionadas, con una positiva influencia en el desarrollo socioeconómico de las áreas rurales.
  • En su distribución no hay riesgo de contaminación o vertidos.

• Por todos estos motivos es más saludable utilizar el bioduo en las viviendas de las zonas rurales.
• Por último, para puntualizar, la biomasa también produce biogás a base de residuos y desechos orgánicos, por lo cual, explicaremos brevemente lo que es el biogás.

3.4.1. Biogás

El biogás es una mezcla de gases producido por una fuente natural, se produce mediante un proceso metabólico de descomposición de la materia orgánica sin la presencia del oxígeno. La generación natural de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono, sin embargo, para obtener el biogás es necesario contar con la biomasa la cual es toda aquella materia orgánica acumulada como consecuencia de procesos biológicos, es decir son las plantas y todo producto vegetal, los animales que directa o indirectamente se alimentan de ellas, y todos los residuos generados por la actividad de los seres vivos. Para fines prácticos se suelen encontrar tres tipos de biomasa, vegetal, animal y residual; de cualquiera de estos tres tipos se puede llegar a obtener el biogás, el cual en esencia está constituido por:

• Metano (CH⁴)
• Dióxido de carbono (CO²)
• Nitrógeno (N²)
• Sulfuro de hidrógeno (H²S)
• Hidrógeno (H²)
• Vapor de agua (H²O)

Dentro de los componentes del biogás, el metano es el principal; el siguiente componente del biogás en abundancia es el dióxido de carbono los demás componentes son de poca abundancia en el biogás.

Una vez creado el biogás se quema el gas y pasa por una turbina de vapor la cual puede transformar dicho biogás en energía eléctrica.

Objetivo

Elaborar un mecanismo que haga que los desechos de comida y los desechos orgánicos y excremento de animales se vuelva gas y energía eléctrica para implementarlos en las viviendas de las zonas rurales.

Justificación

La mayoría de las casas en áreas rurales no tienen gas o electricidad y es por eso que la mayoría de estas personas usa leña y carbón para cocinar y con el tiempo, esto daña la salud y contamina el medio ambiente, por lo que queremos usar residuos orgánicos y excremento animal para crear energía y gas y así no contaminar.

Hipótesis

Si nosotras creamos un mecanismo que haga gas y electricidad a la vez lograremos que las personas ya no usen leña y de esa manera habrá menos enfermedades, podrán tener un mejor estilo de vida y de salud y además contribuiremos con disminuir el efecto invernadero y la contaminación ambiental en las zonas rurales.

Método (materiales y procedimiento)

Método Documental. Investigación en Biblioteca Central de Ciudad Universitaria.

En lo que respecta al Método Documental, acudimos a la Biblioteca Central de Ciudad Universitaria, con la finalidad de buscar la bibliografía respectiva de nuestro proyecto, es importante decir que fue una magnífica experiencia ya que es un edificio completo de información en donde fácilmente te puedes perder y también encontrar mucha información.

Método de Campo. Entrevista con el Maestro en Ingeniería Ambiental Jaime González Martínez.

Con relación al Método de Campo, entrevistamos al Ingeniero Ambiental Jaime González Martínez, ingeniero ambiental de profesión y maestro en Ingeniería ambiental por la Universidad Nacional Autónoma de México con la finalidad de que nos indique, si nuestro proyecto es viable o nos informe si actualmente es aplicable nuestro proyecto de investigación, en la entrevista le formulamos las siguientes preguntas:

1.-Si la utilización de biomasa como energía es funcional para la comunidad rural, a lo cual nos contestó, si es muy útil y muy práctico, porque son el aprovechamiento de los desechos de la propia comunidad para la generación de energía eléctrica, son desechos agrícolas o de animalitos, desperdicios de los productos de los alimentos, materia orgánica, todos estos los metemos a un biodigestor o un tanque cerrado y las bacterias empiezan a degradar toda la materia orgánica la degradan y empiezan a generar gas ese gas se llama biogás este biogás lo pueden utilizar ellos para generar energía eléctrica o para calentar en su estufa o en su boiler y generar agua caliente entonces si es factible utilizar estos desechos y esta tecnología en zonas rurales.

2.-También le preguntamos si en su experiencia laboral había utilizado este tipo de energía, a lo cual nos contestó esta tecnología la desarrollamos en proyectos a pequeña escala y gran escala, en pequeña escala son viviendas rurales y a gran escala son zonas con mucho ganado, ganado animal porcino o vacuno y todos sus desechos se van a un biodigestor, este biodigestor genera biogás y ese biogás se utiliza para generar energía eléctrica, energía eléctrica para la misma industria.

3.-Es mejor para la salud utilizar este tipo de energía, si porque  al dejar de utilizar el carbón no estamos generando el hollín el hollín es una partícula muy fina que se genera del carbón ese hollín si la persona los respiramos nos daña el pulmón, daña al medio ambiente porque estamos generando partículas las cuales aceleran el efecto calentamiento global, entonces si dejamos de utilizar el carbón y utilizamos el biogás y en su caso como ustedes lo están llamando Bioduo vamos a aprovechar nuestros desechos y vamos a estar contribuyendo a mejorar el medio ambiente no contaminando.

4.- Usted sabe si este tipo de energía es conocido?, si este tipo de generación de energía es conocido a través del mundo y actualmente es uno de los proyectos que se están desarrollando en varias comunidades rurales.

5.- Este tipo de energía es más económico? Si es económica porque estamos utilizando nuestros desperdicios, desperdicios de los animalitos, de los alimentos, todos esos desperdicios que ya no utilizamos y se van a un tiradero o relleno sanitario como basura en lugar de mandarlos para allá los utilizamos y generamos nuestra propia energía eléctrica o energía calorífica como lo es el biogás para generar energía calorífica.

6.- ¿Cuántos países han implementado este tipo de energía? Varios países a través del mundo han implementado, pero principalmente la India y África son los países que encabezan esto, porque son muy activos en la utilización de la biomasa para generar energía eléctrica o energía térmica calorífica, México esta desarrollando y es uno de los principales proyectos a desarrollar.

7.- Algo más que nos pueda comentar, bueno básicamente vamos a centrarnos en México el primer estado en tener la primera planta con generación de biomasa fue Aguascalientes, con la utilización de la biomasa que es el gabazo del nopal, el gabazo del nopal es lo que queda después de extraer todo lo que nos sirve del nopal, todo ese gabazo se manda a una planta de biomasa se quema se genera gas con el cual se produce la energía eléctrica que equivale a setenta millones de toneladas de dióxido de carbono al año que se dejan de emitir, entonces esto es que no estamos contaminando y estamos aprovechando nuestros desperdicios.

Otro de los estados es Veracruz con el gabazo de caña, la caña se exprime y nos queda el gabazo este gabazo de igual forma se mete a un reactor de biomasa, se genera energía eléctrica a partir de ello, con esto estamos dejando de emitir dióxido de carbono a la atmosfera y no estamos contaminando aprovechamos nuestros desperdicios al máximo y dejamos de emitir partículas que contaminan el ambiente, en la ciudad de México hay dos proyectos uno que es biomasa toda la basura de toda la gente de la ciudad de México se va a ir a una planta en la cual la materia inorgánica se va a quemar para generar gas, gas que va a mover una turbina y esta turbina va a generar energía eléctrica, otro proyecto a lado de esta planta, estas plantas localizadas en el bordo poniente donde antiguamente se enterraba la basura como relleno sanitario pero actualmente ya no, las vamos aprovechar al máximo esta basura se va a generar, lo que va a generar esta basura quemada es energía eléctrica, energía eléctrica que va a ser aprovechada en las instalaciones del metro de la Ciudad de México allá van a generar energía eléctrica la van a inyectar a la red y en las estaciones del metro se van a utilizar para mover todos los trenes del metro, otro proyecto que esta en bordo poniente es la utilización de todos los desperdicios de materia orgánica, es decir todos los desperdicios de materia orgánica se van a meter a un biodigestor o un reactor se va a producir biogás este biogás se va a quemar en condiciones controladas en una microturbina o una turbina y va a generar energía eléctrica, energía eléctrica que va a ser aprovechada en la estación del metro para mover todos los trenes de la Ciudad, entonces el proyecto que ustedes están desarrollando es un proyecto muy interesante y si lo enfocamos a las industrias zonas rurales pues ahí se va a aprovechar al máximo, porque, porque ya no van a contaminar con sus desechos orgánicos, no van a contaminar con sus aguas residuales y no van a contaminar con los desechos de sus animalitos de traspatio todo eso se va a aprovechar para generar energía eléctrica o energía calorífica, energía para calentar su agua o para generar su propia luz y de esta forma se van ahorrar mucho dinero y van a dejar de estar contaminando el medio ambiente, entonces este proyecto que ustedes están desarrollando es muy interesante y sería de mucha ayuda para todas esas comunidades y todas esas zonas.

Método Experimental. Elaboración de un prototipo y una maqueta.

Por último, en relación al Método Experimental, realizamos dos proyectos:

El primero es un prototipo, para observar si se puede crear energía eléctrica y gas; en donde utilizamos:

• un contenedor
• válvula reguladora de gas
• turbina eléctrica
• desechos orgánicos y estiércol de animales de granja (zonas rurales)
• cinta de aislar
• tubo de cobre
• extensión eléctrica
• un foco de led de 8 wats
• una parrilla para gas
• lentes de laboratorio
• guantes de latex
• bata de laboratorio

Al tener el contenedor, lo llenamos de desechos orgánicos y excremento de vaca, lo dejamos quince días a efecto de que las bacterias degradaran la materia orgánica y se creará el biogás.

A dicho contenedor le instalamos una válvula y una manguera y de ahí conectamos a una parrilla, para que el biogás, se pueda utilizar.

Posteriormente se calienta la caldera en la parrilla y se crea vapor que mandaremos a la turbina para generar energía eléctrica.

En el segundo proyecto realizamos una maqueta para demostrar la aplicación del bio duo en las zonas rurales, en donde utilizaremos:

• palos de madera
• resistol y/o silicón
• focos led
• cables
• pila
• interruptor
• accesorios para implementar una vivienda rural

Galería Método

Resultados

Al realizar la investigación documental, entrevistar al Ingeniero Ambiental y la elaboración de los dos prototipos, llegamos a la conclusión de que nuestro proyecto es viable, porque se reutilizarían los desechos orgánicos, se reducirían las enfermedades respiratorias, sería más económico.

Galería Resultados

Discusión

El proyecto es viable, es económico y es sustentable, sin embargo, el gobierno deja en ultimo lugar a las zonas rurales y por eso vemos complicado el poner en marcha este proyecto, pero no es imposible.

Conclusiones

Primera. –De nuestra investigación concluimos que, si se puede crear un mecanismo que haga que los desechos de comida y los desechos orgánicos y excremento de animales se vuelva gas y energía eléctrica, este se llama biodigestor.

Segunda. – También concluimos que esa forma de energía se llama biomasa.

Tercera. – Al utilizar esta forma de energía podemos lograr que haya menos enfermedades respiratorias, de esa manera menos personas morirían de cáncer pulmonar en las zonas rurales.

Cuarta. – Contribuiremos a disminuir el efecto invernadero y la contaminación ambiental en las zonas rurales.

Quinta. – Es un proyecto económico por que se utilizarían los desechos orgánicos.   

Bibliografía

Díaz, Escárcega Desarrollo sustentable. Una oportunidad para la vida. Ed. Mc Graw Hill, México, 2015.

Gardner, Prugh-Renner, Ciudades sostenibles del sueño a la acción. Ed. Icaria, Barcelona, España, 2016.

Mamani Vilcapaza, Edwin, Saneamiento y energía en las zonas rurales, Perú, 2014, edwinmamanivilcapaza.blogspot.mx

Summary

In order to explain our research [“The use of the Bioduo in the houses of rural areas”] it is necessary to be clear what it is the energy and the types of energy since biomass arises from there, hence, it is important to know its definition, history, composition, utilization and advantages, considering that biomass is a form of energy that is created from organic waste and so biogas and electrical energy can be created. That is the reason we call it “Bioduo” inside a biodigester, therefore, we consider that being a form of ecological, economic and sustainable energy, this mechanism can be implemented in rural areas, to reduce pollution, the greenhouse effect and the health problems generated by using firewood and charcoal in rural areas

Research Question

Problem approach

Most homes in rural areas do not have gas or electricity and that is why most of these people use firewood and charcoal for cooking and over time, this harms the health as well as polluting the environment, which is why we want to use organic waste and animal excrement to create energy and gas and thus not contaminate.

Background

Objective

To develop a mechanism that transform waste from food, organic waste and animal waste into gas and hence in electric power to be implemented in rural houses.

Justification

We were interested in this issue because in some houses at rural areas there is used too much firewood and charcoal, which is harmful to health and for that reason we want to make this mechanism so that there are fewer respiratory diseases as well as less pollution and curb the greenhouse effect.

Hypothesis

If we develop a mechanism that produces gas and electricity at the same time, we will achieve that people no longer use firewood and charcoal, in this way there will be fewer diseases, they will have a better lifestyle and health and we will also contribute to reduce the greenhouse effect and the environmental pollution in rural áreas.

Method (materials and procedure)

Experimental Method Development of a prototype and a model. The first is a prototype, to observe if electric power and gas can be created; where we use:

one container

gas regulating valve

electric turbine

organic waste and manure from farm animals (rural areas)

isolate tape

copper tube

electric extension

an 8 watt led bulb

a gas grill

Laboratory lenses

latex gloves

lab coat

In the second project we made a model to demonstrate the application of bio duo in rural areas, where we will use:

wood sticks

resistol and / or silicone

LED lights

cables

battery

switch

accessories to implement a rural housing

Method Gallery

Results

When carrying out the documentary research, interviewing the Environmental Engineer and preparing the two prototypes, we conclude that our project is viable, because organic waste would be reused, respiratory diseases would be reduced, it would be more economical

Results Gallery

Discussion

Conclusions

First. -From our investigation we conclude that it is possible to develop a mechanism that transforms waste of food and organic waste and excrement of animals into gas and electric energy, this is called biodigester.

Second. – We also conclude that this form of energy is called biomass.

Third. – By using this form of energy, we can achieve that there are fewer respiratory diseases, so that way fewer people would die of lung cancer in rural areas.

Quarter. – We will contribute to reduce the greenhouse effect and environmental pollution in rural areas.

Fifth – It is an economic project because organic waste would be used.

Bibliography