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Biocompostera

¿Qué es compostar?

Compostar significa someter la materia orgánica a un proceso de transformación natural hasta obtener un producto: el compost, de gran calidad como abono orgánico, ya que además de su función como fertilizante, mejora la estructura del suelo aportando nutrientes para reparar suelo previamente dañado o trabajado.

El proceso es prácticamente el mismo que tiene lugar en los suelos naturales de los bosques, con una aportación importante de materia orgánica y, como en éstos, el resultado es la formación de “compost-humus”. Sin embargo, en nuestro caso, el del compostaje, la cantidad de organismos que participan en el proceso de transformación de los restos orgánicos es significativamente superior a la de los suelos naturales, razón por la cual podemos transformar en poco tiempo una gran cantidad de materia orgánica.

El rol del compostaje en la gestión de residuos.

Los procesos de revaloración y reciclaje que encontramos en la naturaleza nos sirven como modelo para el compostaje de los restos orgánicos, pero éste es también un elemento imprescindible en la planificación y gestión de residuos. Los principios de una política de gestión de residuos orientada con criterios ecológicos son:

  • Evitar o minimizar.
  • Reducir.
  • Reciclar.

Factores que influyen en la actividad microbiana del compost.

El compostaje es un proceso microbiológico, natural y controlado, donde se produce una degradación de la materia orgánica de los residuos a tratar por parte de los propios microorganismos nativos presentes en dichos residuos. Su actividad depende de numerosos parámetros como la temperatura, la oxigenación o la propia humedad de las pilas (unidad estructural de la compostera).

La humedad es un factor clave que modula la actividad de los microorganismos que intervienen ya que poca humedad ralentiza su metabolismo, y mucha la aumenta. La humedad también afecta a la oxigenación de la pilas. Un exceso de agua provoca anaerobiosis (sin oxígeno), no deseable para el compostaje al ser este un proceso aeróbico. Existen muchas formas de modular la humedad en un pila de compost como el volteo periódico o la adición de un estructurante que absorba el exceso de agua (por ejemplo, serrín de madera).

La temperatura es un claro indicador de que hay actividad microbiana, por lo que se suele usar como parámetro de control del proceso por ser sencillo, barato y fácil de medir “in situ”.

Investigadores de la Universidad de Georgia (EEUU) han estudiado el efecto de la temperatura y la humedad en la actividad microbiana de una pila de compost. Dicha actividad la han medido usando un detector que permite conocer el consumo de oxígeno de un compost durante una incubación en un recipiente cerrado a diferentes temperaturas.

Existe un incremento notable de la actividad microbiana (mayor consumo de oxígeno, mayor actividad) con el incremento de la humedad, siendo máximo entre el 60 y 70% de humedad. También han comprobado que un aumento de la humedad es más efectivo para incrementar la actividad biológica que la temperatura, por lo que estos autores proponen que se use como parámetro de control para conocer como funciona la biología del proceso al ser más sensible que la temperatura.

 

Controles de aireación

 

Parámetros de humedad óptimos

 

Parámetros de humedad óptimos

La temperatura tiene un amplio rango de variación en función de la fase del proceso. 

El compostaje inicia a temperatura ambiente y puede subir hasta los 65 °C sin necesidad de ninguna actividad antrópica (calentamiento externo), para llegar nuevamente durante la fase de maduración a una temperatura ambiente.

Es deseable que la temperatura no decaiga demasiado rápido, ya que a mayor temperatura y tiempo, mayor es la velocidad de descomposición y mayor la higienización que se requerirá.

 

Parámetros de pH óptimos

El pH del compostaje depende de los materiales de origen y varía en cada fase del proceso (desde 4.5 a 8.5). En las primeras fases del proceso, el pH se acidifica por la formación de ácidos orgánicos. En la fase termófila, debido a la conversión del amonio en amoníaco, el pH sube y se alcaliniza el medio, para finalmente estabilizarse en valores cercanos al neutro. 

El pH define la supervivencia de los microorganismos y cada grupo tiene pH óptimos de crecimiento y multiplicación. La mayor actividad bacteriana se produce a pH 6.0 - 7.5, mientras que la mayor actividad fúngica se produce a pH 5.5 - 8.0. El rango ideal es de 5.8 a 7.2.

 

Control del tamaño de partícula

La actividad microbiana está relacionada con el tamaño de la partícula, esto es, con la facilidad de acceso al sustrato. Si las partículas son pequeñas, hay una mayor superficie específica, lo cual facilita el acceso al sustrato. El tamaño ideal de los materiales para comenzar el compostaje es de 5 a 20 cm.

La densidad del material, y por lo tanto la aireación de la pila o la retención de la humedad, están estrechamente relacionados con el tamaño de la partícula, siendo la densidad aproximadamente 150 - 250 kg/m3, conforme avanza el proceso de compostaje, el tamaño disminuye y por tanto, la densidad aumenta, 600 - 700 kg/m3.

 

Parámetros de la relación carbono / nitrógeno

La relación C:N varía en función del material de partida y se obtiene la relación numérica al dividir el contenido de C (%C total) sobre el contenido de N total (%N total) de los materiales a compostar.

Esta relación también varía a lo largo del proceso, siendo una reducción continua, desde 35:1 a 15:1.

Biomateriales objetivo a compostar presentes en el FabLab de la Universidad de Chile.

Dentro de los Biomateriales que se fabrican en el Fab Lab de la Universidad de chile existe una buena cantidad que se pierde o queda inutilizada, ya sea prototipos fallidos o restos de experimentos hechos.

A pesar de la variedad de compuestos/elementos/objetos orgánicos con los que se ha trabajado y experimentado, se distinguen 3 tipos de biomateriales que hasta el momento, son los que se generan en mayor volumen como forma de desecho para compostar.

Estos tres tipos de Biomateriales poseen la misma base química, el primero está compuesto exclusivamente de esta base, los otros dos tipos están compuesto de la base más un sustrato para generar nuevas propiedades mecánicas o químicas, estos son la borra del café y cáscaras de choclo.

 

Muestra de tres tipos de desechos de biomateriales presentes en el FabLab

 

Composición

La composición de estos biomateriales es entonces la base solamente o la base + el sustrato (Borra del café o cáscaras de choclo). A continuación de describe la composición de la base con sus respectivos gramos y función:

  • Glicerina: Propiedades estructurales y mecánicas.

  • Agar: Propiedades estructurales.

  • Agua: Base para la mezcla.

  • Gelatina: Propiedades mecánicas, permite mayor flexibilidad.

  • Propinato: Evita la formación de hongos.

 

Como dato adicional se sabe preliminarmente que los bio materiales poseen pH ácido, lo cual descarta las lombrices como mecanismo a utilizar para el compostaje (debido a que la lombriz  acepta sustratos con ph de 5 a 8.4).

 

Biomaterial N°1: 

  • Tres formulaciones de la combinación base: Glicerina + Agar + Agua + Propinato.

  • Uno de ellos posee gelatina (el más claro).

  • En general poseen los mismos compuestos pero en distintas concentraciones.

Bioplástico simple con la formulación base.

 

Biomaterial N°2:

  • Posee la base (Glicerina + Agar + Agua + Propinato) más el sustrato de cáscaras de choclo, previamente trituradas se combinan todos los ingredientes en la cocción.

  • Otorga llamativamente la coloración propia del choclo (amarillo/ámbar)

Bioplástico en base a cáscaras de choclo.

 

Biomaterial N°3:

  • Hecho a partir de la base (Glicerina + Agar + Agua + Propinato) más el sustrato de Borra del café, el cual es un desecho proveniente del consumo de café en la facultad

  • Le entrega una consistencia estructural dura bajo la cual se estudian sus propiedades conductoras térmicas o eléctricas.

Biomaterial en base a borra del café.

 

Líquido enzimas+microorganismos que se utilizarán en el proceso

Las enzimas utilizadas para el proceso de compostaje son conocidas como catailizadores solubles, de naturaleza orgánica y estado coloidal, elaboradas por las células vivas, que actúan independientemente de éstas. Tienen poder catalítico específico y se destruyen por el calor húmedo a 100 °C (Alef y Nannipieri, 1995).

En condiciones químicas, todas las enzimas conocidas son proteínas. Constan de una fracción proteínica y un grupo “prostético” adicional. Algunas veces, se ha conseguido separar reversiblemente el grupo prostético; en estos casos, la proteína recibe el nombre de apoenzima y el grupo prostético se le denomina coenzima.

En el componente proteínico se localiza, en primer lugar, la especificidad de acción sobre un determinado sustrato, la cual determina qué sustancias serán transformadas y cuáles no.

El grupo prostético también determina el curso de la reacción -especificidad de acción-, es decir, polariza su actividad para realizar una sola reacción entre las varias posibilidades que puede experimentar la molécula en el sustrato (Alef y Nannipieri, 1995).

La Comisión Internacional de Enzimas acordó reglas específicas para clasificar y denominar las enzimas, proponiendo seis clases principales basadas en el tipo de reacción catalizada, con posterior subdivisión según la naturaleza de la reacción catalizada y el tipo de enlace que se transforma o se rompe. Las clases principales de enzimas son (Alef y Nannipieri, 1995):

1) oxidorreductasas
2) transferasas
3) hidrolasas
4) isomerasas
5) ligasas
6) liasas

La eficiencia con la cual una enzima actúa sobre su sustrato es afectada por factores, como: contacto entre la enzima y el sustrato, concentración de la enzima y el sustrato, temperatura, pH, presencia de coenzimas o de activadores e inhibidores.

Las enzimas de composteo pueden clasificarse en diferentes categorías según su localización en este microambiente. La medición de la actividad de una determinada enzima es, en general, una mezcla de actividades que pertenecen a dos o más categorías. Las enzimas pueden, por supuesto, pertenecer a más de una categoría y cambian de una clase a otra con el tiempo. Dentro de estas categorías se pueden distinguir:

1. Enzimas asociadas con células metabólicamente activadas, principalmente hidrolasas. Si el componente relevante de la población microbiana es identificado, debería haber buena correlación entre la actividad y el número de microorganismos.

2. Enzimas asociadas con células viables pero no proliferantes, como células vegetativas en reposo: endosporas bacterianas, esporas fúngicas, quistes de protozoarios e incluso semillas de plantas.

3. Enzimas asociadas, al menos brevemente, con sustratos en complejos enzima-sustrato.

4. Enzimas unidas a células muertas, a células en reposo o que se han difundido fuera de las células muertas o que se han lisado. Varias de estas enzimas pueden haber tenido una localización funcional original en la célula, sin embargo, pueden estar activas por un corto tiempo cuando son liberadas a la fase acuosa del suelo.

5. Enzimas están en forma temporal inmovilizadas o permanente sobre las superficies reactivas de los coloides húmicos de las compostas (Burns, 1986).

 

A utilizar:

BIO-COMPOST: producto en forma líquida a base de Enzimas y Bacterias que aceleran el proceso natural de descomposición o degradación de la materia orgánica, que favorece la elaboración de compostas, incrementando su valor nutricional.

BIO-COMPOST acelera o reduce el proceso de elaboración de compostas desde un 30% en adelante (según los procesos de elaboración), con lo que se ahorra espacio, tiempo y elimina bacterias perjudiciales en el proceso de composteo. A continuación, se presentan los elementos que componen el BIO-COMPOST, con sus respectivos % en peso:

Comercialmente, este líquido acelerador de composta se vende en envases de 1 Litro.

 

TÉCNICA DE APLICACIÓN: BIO-COMPOST se aplica diluyendo el producto en agua dependiendo de la cantidad de residuos de materia orgánica a compostar. A continuación, se presentan las dosis de aplicación de BIO-COMPOST dependientes de la cantidad de materia orgánica (biomateriales) a compostar:

Se coloca sobre el lugar donde se realizará el composteo una capa de materia orgánica previamente mezclada y de ser posible picada, posteriormente se debe verter BIO-COMPOST diluido en agua en la proporción recomendada en el cuadro anterior, luego se coloca otra capa de materia orgánica encima para nuevamente aplicar BIO-COMPOST y así sucesivamente hasta terminar. Se debe tratar que toda la materia orgánica entre en contacto con el producto por lo que si es posbile se debe mezclar toda la materia orgánica después de la aplicación de BIO-COMPOST.

Si el tamaño de la pila a compostar lo permite, es necesario revolver regularmente la composta. Se puede realizar una segunda aplicación de 6 a 8 semanas después de la primera aplicación.

Se obtienen mejores resultados si se agregan ácidos fúlvicos en la mezcla con BIO-COMPOST en la dilución; por lo que se recomienda DINACTIV (concentrado a base de ácido fúlvico) en las mismas dosis y diluciones del BIO-COMPOST ya que estimula la actividad microbiana con lo que se favorecen los procesos de composteo. Adicionalmente se recomienda agregar CAL dentro de las capas de materia orgánica en dosis de 50 gr de cal por cada 100 kg de materia orgánica a compostar; la cal regula el pH de la biomasa con lo que se evitan contaminaciones de microorganismos no deseados y se reducen o eliminan malos olores.

COMPATIBILIDAD: BIO-COMPOST se complementa con productos a base de ácidos fúlvicos como DINACTIV.

INCOMPATIBILIDAD: Para la mezcla de BIO-COMPOST se debe utilizar agua libre de cloro. No es compatible con bactericidas, antibióticos y productos a base de cobre.

 

VENTAJAS COMPETITIVAS BIO-COMPOST:

- Reduce el tiempo de composteo desde un 30%.

- Ahorra espacio y tiempo.

- Elimina Bacterias perjudiciales en el proceso de composteo.

- Aumenta la solubilización de los nutrientes haciéndolos asimilables para la plantas.

 

NOTA IMPORTANTE: BIO-COMPOST es una marca registrada de El Vergel de Occidente S.A. de C.V.   

 

 

Parámetros de Compostaje

 

Componentes estructurales y mecanismos de la compostera

  • Estructura : 

La biocompostera estará hecha de 1 soporte pedestal de madera, 2 ejes metálicos que hacen rodar una tómbola compuesta  de plástico ABS y acrílico. 

El ABS o acrilonitrilo butadieno estireno es un termoplástico amorfo el cual es bastante utilizado en impresión 3D debido a sus propiedades mecánicas y físicas, en las cuales se destacan su punto de transición vítrea (118°C) y su resistencia máxima a la flexión, compresión y tracción. Debido a estas propiedades y la facilidad de trabajar con el material (debido a que se puede utilizar en impresión 3D) se realizaran algunas partes del equipo sometidas a esfuerzos utilizando ABS.           

  • Revolvedor:

Se elije un sistema de tómbola, el cual es accionado por una corona que obtiene velocidad a través de una correa. Esta última también está unida a un piñon que gira por un motor DC de 12V que se encuentra a nivel de piso.

 

IsométricaFrontalAéreaAbierta

  • Trituradoras diponibles:                                                                                                                                     El bioplástico será triturado antes de ingresar a la bio-compostera, para este propósito se utilizará una de las tres trituradoras de fablab. Que luego de ser usadas deben ser limpiadas debido a que el material puede quedar atrapado en la máquina, bloqueando su mecanismo.
Trituradora N°1
Trituradora N°2                                                          Trituradora N°3
  • Motor: El motor que se ocupará para la rotación del sistema de la biocompostera es el modelo PM-33123000-90K de 12V y radio de reducción de 90.

Sus carácterísticas son las siguientes:

  • Sensores:

         Humedad y Temperatura:

La humedad y temperatura se pueden medir con un sólo sensor. El módulo DHT22 utiliza un sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire circundante. Este provee la precisión necesaria para medir los datos requeridos por el proyecto.

  • Interfaz Digital:

Para la interfaz digital se utilizará un arduino conectado a una pantalla y a los sensores.

Lectura de datos

La lectura de los sensores DHT22 se hace a través de una placa NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module). El módulo se conecta a una base de datos de tiempo real alojada en Firebase. El código asociado a la lectura de datos se puede encontrar en el siguiente repositorio: https://github.com/VictorPato/biocompostera

 

Cálculo aproximado de parámetros a considerar:

  • Peso: Dado que la biocompostera posee un sistema rotatorio, es importante estimar el peso que tendrá el sistema para poder definir el torque adecuado que se implementará mediante el sistema de motor, polea y correas. Para este calculo estimativo se consideran las densidades y volúmenes que ocupan los materiales que componen las cámaras, así como el compost que estará dentro de ellas, este último ocupa el 60% de las capacidad de las cámaras y posee una densidad estándar máxima de 250 [kg/m^3]. En la siguiente tabla se presentan los valores calculados para los pesos:

Como se puede apreciar en la tabla se estima un peso total de 2,25 [kg] para el sistema que debe rotar (No se incluye la estructura que lo soporta), valor que coincide con las dimensiones de la Biocompostera dado que es pequeña, tamaño oficina. Como este es un valor estimativo, se deciden realizar los cálculos para un peso máximo de 3 [kg] con el fin de añadir un factor de seguridad a los resultados que se obtienen para evitar pandeo en la estructura, así como también generar la potencia suficiente desde el sistema de motores. Estos cálculos preliminares permiten la elección de los ejes que soportan el sistema, así como la elección de diseño de la base de soporte.


 

Carta Gantt