Bloques de Biogás, Ingeniería e IoT

Flashcards educativas basadas en el Bloque 1 (Química y Biología), Bloque 2 (Ingeniería Física) y Bloque 3 (Hardware y Software) para el proyecto de biodigestión y gestión de residuos.

¿Qué es el biogás y cuál es su composición química exacta en el biodigestor?

Es una mezcla gaseosa de la descomposición anaeróbica compuesta por Metano ($CH_4$): $50\% - 75\%$, Dióxido de Carbono ($CO_2$): $25\% - 50\%$ y trazas ($<5\%\text{}$) de sulfuro de hidrógeno ($H_2S$), vapor de agua ($H_2O$), nitrógeno ($N_2$), hidrógeno ($H_2$) y amoníaco ($NH_3$).

¿Cuáles son las 4 fases metabólicas de la digestión anaeróbica?

1. Hidrólisis: descomposición de polímeros en moléculas simples. 2. Acidogénesis: creación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcoholes. 3. Acetogénesis: conversión de AGV en acetato, $H_2$ y $CO_2$. 4. Metanogénesis: transformación del acetato e hidrógeno en metano ($CH_4$) por arqueas.

¿Qué es el sulfuro de hidrógeno ($H_2S$) y cómo se soluciona técnicamente en las Ideas 1 y 2?

Es un gas secundario altamente corrosivo con olor a huevo podrido. Se soluciona instalando un filtro de limadura de hierro (óxido de hierro) antes de la salida, donde el $H_2S$ reacciona con el hierro formando sulfuro de hierro.

¿Cuáles son los parámetros críticos de control químico (pH y relación C/N) para residuos de cafetería?

El pH óptimo debe estar entre $6.5$ y $7.5$. La relación $C/N$ ideal es de $25:1$ a $30:1$. Como la comida es rica en nitrógeno ($15:1$), se debe balancear con material rico en carbono como poda, hojas secas o servilletas.

¿Cuáles son las entradas y salidas (balances de materia) de la Idea 2?

Entrada (Afluente): Residuos orgánicos + Agua en relación $1:1$ ($8\% - 12\%$ de Sólidos Totales). Salidas (Efluentes): Fase gaseosa (Biogás) y fase líquida/sólida (Biol y Biosol), un biofertilizante rico en $N, P, K$.

¿Qué es el Tiempo de Retención Hidráulica (TRH) y qué rango aplica para el Gimnasio Kaipore?

Es el promedio de días que la materia permanece en el reactor para ser degradada. Para el clima de la sabana de Bogotá, el TRH recomendado es de $30$ a $40$ días en rango mesofílico.

¿Cómo se calcula el volumen físico del biodigestor para $10\,kg/día$ de comida?

Se usa $V_t = Caudal Diario (Q) \times TRH$. Con mezcla $1:1$, el caudal es $20\,L/día$ ($0.02\,m^3/día$). $0.02 \times 30 = 600\,L$ de lodo, más $25\%$ para cámara de gas, resultando en $750\,Litros$ totales.

¿Qué sensores específicos de hardware requiere el ecosistema según las Ideas 1 y 2?

Contenedor (Idea 1): Celda de carga (HX711) y sensor ultrasónico (HC-SR04). Biodigestor (Idea 2): Sensor de temperatura (DS18B20), sensor de pH industrial, flujómetro de masa térmica y sensor de gas metano (MQ-4).

¿Qué protocolo de comunicación e infraestructura de software conectan las Ideas 1, 2 y 3?

Un microcontrolador (ESP32 o Arduino Wi-Fi) envía datos en formato JSON mediante el protocolo MQTT a un servidor en la nube (Firebase/AWS), alimentando el Frontend de la plataforma web interactiva.

¿Cómo calcula el software el impacto ambiental y la gamificación (Idea 4)?

El metano tiene un potencial de calentamiento $28$ veces mayor que el $CO_2$. Por cada $1\,kg$ de comida desviada del relleno sanitario, el algoritmo estima que se evitan aprox. $0.5\,kg\,CO_2eq$, mostrándolo lúdicamente como árboles salvados.