Desarrollo de un prototipo portátil para la medición de concentraciones de metano, dióxido de carbono y ácido sulfhídrico en biodigestores instalados en escuelas de caballería del Ejército Nacional de Colombia
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Resumen
El tratamiento de estiércol vacuno y equino mediante digestión anaerobia se ha consolidado como una alternativa viable en instalaciones del Ejército Nacional de Colombia, donde la producción diaria puede llegar hasta 800 kg, por lo que este proceso promueve el aprovechamiento del recurso y su potencial energético. Sin embargo, en estos sistemas de biodigestión existe una falta de seguimiento a variables internas clave, como las concentraciones de los gases principales producidos: metano (CH4, principal producto energético), dióxido de carbono (CO2, bioindicador del proceso) y ácido sulfhídrico (H2S, subproducto corrosivo no deseado). Para abordar esta problemática, se desarrolló un prototipo portable para la medición de concentraciones de CH4, CO2 y H2S en biodigestores del Ejército. El prototipo fue diseñado mediante el modelo descriptivo lineal e integra cinco subsistemas: electrónico (sensores Gravity: PWM Infrared para CO2, TGS813 para CH4 , MQ-136 para H2S y SHT40 para temperatura), comunicación (pantalla LCD y sistema WiFi/ThingSpeak), potencia (alimentación inalámbrica con batería de 7.4V) y físico (carcasa impresa en PLA). Su implementación siguió la metodología de ingeniería concurrente, mientras que la evaluación incluyó un protocolo de pruebas, además de su uso en tres biodigestores en horarios específicos durante tres días. El prototipo permitió generar hallazgos en torno a la influencia de la zona horaria y los sistemas de agitación en la cantidad y frecuencia de los gases liberados por el tubo de efluente de los biodigestores, los cuales se mantuvieron en valores entre 350- 1800 ppm para dióxido de carbono, menores a 3500 ppm para metano e inferiores a 7 ppm para el ácido sulfhídrico.
Descripción
Abstract
The treatment of cattle and equine manure through anaerobic digestion has become a viable alternative in installations of the Colombian National Army, where daily production can reach up to 800 kg. This process promotes the utilization of the resource and its energy potential. However, in these biodigestion systems, there is a lack of monitoring of key internal variables, such as the concentrations of the main gases produced: methane (CH4, the main energy product), carbon dioxide (CO2, a bioindicator of the process), and hydrogen sulfide (H2S, an undesirable corrosive by-product). To address this issue, a portable prototype was developed to measure CH4, CO2 , and H2S concentrations in biodigesters used by the Army. The prototype was designed using a linear descriptive model and integrates five subsystems: electronic (sensors including Gravity PWM Infrared for CO2, TGS813 for CH4, MQ-136 for H2S, and SHT40 for temperature), communication (LCD screen and WiFi/ThingSpeak system), power (wireless supply with a 7.4V battery), and physical (a PLA 3D-printed housing). Its implementation followed the concurrent engineering methodology, and its evaluation included a testing protocol as well as deployment in three biodigesters at specific times over the course of three days. The prototype enabled the identification of findings regarding the influence of time of day and agitation systems on the quantity and frequency of gases released through the effluent pipe of the biodigesters, which remained within ranges of 350–1800 ppm for carbon dioxide, below 3500 ppm for methane, and under 7 ppm for hydrogen sulfide.
Palabras clave
Sensórica, Instrumentación, CH4, CO2, H2S, Biodigestión