Diseño de un prototipo de sensor para la detección de pentóxido de fósforo en el efluente de biodigestores de bajo costo

Abstract

El uso de efluentes provenientes de biodigestores de bajo costo como fertilizante agrícola constituye una alternativa sostenible para la gestión de residuos orgánicos y la reducción del uso de fertilizantes convencionales. Su eficacia agronómica depende de la disponibilidad de nutrientes esenciales, especialmente del pentóxido de fósforo (P₂O₅), componente clave para la fertilidad del suelo. En este contexto, y en el marco del proyecto desarrollado con el Ejército Nacional de Colombia, orientado a la valorización energética del estiércol equino mediante biodigestores, este estudio presenta el diseño de un prototipo de sensor para la detección de P₂O₅ en efluentes. El desarrollo del sensor comprendió la fase conceptual donde se aplicaron las matrices QFD y de Pugh identificándose al sensor en papel basado en el método del azul de molibdeno como la opción más adecuada. En la fase preliminar se definieron los módulos funcionales y materiales, destacando la sustitución del ácido sulfúrico por ácido sulfámico como una modificación del método tradicional que minimiza la toxicidad del método y mantiene la formación del complejo fosfomolibdénico. En la fase detallada se evaluaron variables experimentales como la concentración de reactivos, la geometría del canal fluídico y el tiempo de reacción para determinar las condiciones de respuesta colorimétrica en el espacio CIELAB. Durante la construcción del canal fluídico se descartó la impresión por inyección de tinta debido a la incompatibilidad con la tinta hidrofóbica, adoptándose el corte láser sobre papel filtro Whatman grado 4 e integrándolo en una carcasa impresa en 3D con lámina acrílica protectora. El sensor mostró un límite de detección de 3 mg/L (L*), alta sensibilidad en la coordenada b* y fiabilidad hasta 100 NTU de turbidez, con alta especificidad frente al NaNO₃. Los resultados evidencian el desarrollo de un sensor portátil y confiable para el monitoreo in situ de fósforo en efluentes demostrando su capacidad de detección en fluentes equinos y porcinos.