Sensor de Etanol de Precisión

Bueno, después de unas cuantas clases de electrónica para "dummies", he conseguido montar un sensor de etanol de precisión.

Este sensor mide la concentración de vapor de etanol en el aire, y con algunas modificaciones de diseño se puede adaptar a un fermentador o bioreactor para medir la concentración de etanol que se va formando.

Es un circuito muy fácil de montar. Cualquiera, incluso sin tener conocimientos de electrónica puede hacerlo.

El coste es muy asequible:

-Transformador: 13 euros

-Sensor de etanol: 19 euros
-Placa del circuito: 6 euros

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-Total: 38 euros

Si se quiere tener un mayor control de la medida, es recomendable incorporar un sensor de temperatura (3 euros) y otro de humedad relativa (34 euros). Esto se debe a que la señal del sensor de etanol depende de la temperatura y la humedad. Si no se añaden estos dos sensores, la medida de etanol hay que hacerla siempre a humedad y temperatura constantes.

MONTAJE

1-Primero nos hacemos con todos los componentes en una tienda de componentes electrónicos:

-Transformador de corriente alterna (para enchufar el aparato al enchufe de casa). Transforma de 230 V alterna a 5V continua. Yo he comprado un Ariston FE0305.

-Sensor de etanol. He usado un sensor de la casa japonesa Figaro, modelo 2620.

-Placa de circuito.

-Una resistencia de 1KΩ.

2-Montamos el transformador a la placa:

-Pelamos un enchufe corriente (nos puede servir el de una lámpara vieja por ejemplo) y lo conectamos a los puntos 1 y 2.

-Soldamos los cables 3 y 4 al conector verde.

-Sacamos dos cables que nos dan 5V de corriente continua (el cable 6 es el de 0 voltios o tierra, y el cable 5 nos da +5 voltios).

-Atornillamos el transformador a la placa y le ponemos unas patitas (sirven tornillos con tuerca gruesa) para trabajar mejor.

3-Montar el sensor de etanol:

-Soldar el sensor con el pivote P hacia abajo según muestra la figura. Así nos quedan las 4 patas del sensor orientadas.

-Por debajo de la placa, unir con cable fino de cobre y soldar con estaño los patas 3 y 4. Soldar pata 3 con el cable de +5V. Unir pata 2 a la resistencia por SR. Unir el cable de 0V a la pata 1 y a ER.

4- (Opcional). Montamos los sensores de temperatura (National Semiconductor LM35 CZ) y humedad (Honeywell HIH-4000-001) tal como muestra el circuito:

Hay que tener muy en cuenta la polaridad de los sensores para no dañar los componentes:





CALIBRACIÓN


Para medir concentración de etanol, temperatura o humedad, hay que hacer una curva de calibración. Los sensores nos dan valores en voltios, que hay que convertir a las unidades correspondientes. Los valores en voltios se obtienen con un voltímetro, situando el polo negativo en la salida de 0V del transformador y el positivo en la salida del sensor. En el caso del etanol la salida del sensor es el punto "SR". En el sensor de temperatura es "Vout" y en el sensor de humedad es el punto "out".


-Etanol: colocamos el sensor en un recipiente con mezclas de agua con un porcentaje de etanol. Medimos el voltaje. Repetimos esto para diferentes concentraciones: 1%, 2%, 3%... etc. Obtendremos una curva parecida a esta:





-Temperatura y la humedad: Realizamos la misma operación pero variando las condiciones de temperatura y humedad y controlando con un termómetro y un higrómetro. En este caso las gráficas de calibración no son de tipo logarítmico como la de etanol sino rectas.


COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO


En este vídeo se muestra cómo asegurarnos de que todo funciona correctamente:






Cualquier duda o aclaración, no dudéis en preguntarme:

blogbioetanol@gmail.com

Motores HCCI : combustión de Etanol Húmedo

Una de las claves en la obtención del Bioetanol es la destilación y la deshidratación del producto. En estas fases se pierde buena parte del rendimiento energético del etanol.

En un estudio hecho para el Bioetanol a partir de maíz, se ha comprobado que sólo el 6% del Bioetanol obtenido se puede aprovechar como energía directa para combustible, el resto se pierde en los diferentes pasos del proceso:

Una buena noticia es que como se puede ver en este estudio de la Universidad de California , es posible utilizar los motores HCCI para realizar la combustión del Bioetanol con hasta un 40% de agua. Esto reduce drásticamente la energía gastada en el proceso de destilación y deshidratación del Bioetanol. Por ejemplo, para destilar un litro de etanol al 88% se necesita el doble de energía que para destilar un litro de etanol al 60%. Además del ahorro en energía de destilación hay que sumar el de deshidratación.

El motor HCCI es un híbrido entre los motores Diesel y gasolina. La combustión se da por compresión como en los Diesel, pero la mezcla del combustible con el aire se da fuera de la cámara de combustión como los motores gasolina de inyección indirecta.

Bioreactor "Low Cost"

El Bioreactor es la herramienta fundamental para estudiar la fermentación en condiciones más o menos controladas y estables.

En tiempos de crisis, hay que mirar el dinero. Os dejo el link a un artículo que habla de cómo construir un bioreactor sin gastar más de lo necesario:

- Bioreactor "Low Cost"

Guía para la Fermentación

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Este artículo pretende ser una guía rápida para aquellos que quieran realizar por primera vez alguna prueba en el tema de la fermentación.

Entre los miembros del grupo de trabajo tenemos una bióloga y un enólogo que seguramente pueden corregirme en algún punto y completar la información.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

Es el proceso por el cual la levadura convierte azúcar en etanol más CO2. Lo llevan a cabo levaduras, de las cuales la más importante es Saccharomyces Cerevisiae (levadura del panadero y del cervecero), aunque hay otras especies que también fermentan.

PASOS DE LA FERMENTACIÓN

1-Lo más sencillo para realizar una fermentación es realizar un cultivo STARTER: añadir más o menos 1 gramo de levadura de panadero (se compra en panaderías tradicionales) o levadura de vino (bodegas) a un vaso de agua sin cloro a 30-35ºC a la que hemos añadido una cucharadita de azúcar. Agitar bien. Poner una tapa al vaso. A los 20-30 minutos observaremos que empieza a "hervir", eso es la fermentación (se produce CO2 gas que es el que burbujea). La función del cultivo starter es tener levadura en fuerte crecimiento antes de añadirlo a la materia prima que es "extraña" para nuestra levadura.

2-Añadir el cultivo starter a la materia prima que está en el fermentador, y agitar un poco. El fermentador puede ser cualquier recipiente, botella, etc. Es recomendable vidrio o acero inoxidable ya que son más resistentes, pero para nuestro caso un plástico de cierta calidad también sirve. Tapar el recipiente dejando una pequeña abertura para que salga el CO2. Esto es importante ya que si no se crearía una presión en el fermentador. En unas horas observaremos como también salen burbujas. La fermentación puede tardar días o semanas, depende del contenido de azúcares de la materia prima.

PARADA DE LA FERMENTACIÓN

La producción de etanol se produce hasta que hay una parada de fermentación por cualquiera de estas causas:

• Se acaban los azúcares
• Se acaba algún nutriente esencial (vitaminas, etc)
• La concentración de etanol es tan alta que es tóxica para la propia levadura (>12-15%)
• Se contamina el fermentador con hongos o bacterias (la principal causa son las bacterias acéticas que se reconocen fácilmente por el olor a vinagre)
• Temperatura demasiado alta (aprox. >35ºC) o demasiado baja (aprox. <10ºc).

TRUCOS

Hay cuatro trucos sencillos que se pueden aplicar a la obtención de etanol por fermentación:

• Si queremos evitar la formación de bacterias se puede utilizar "azufre". Los antiguos productores de vino quemaban un pedazo de azufre en la barrica, pero hoy en día venden en polvo metabisulfato de sodio que hace el mismo efecto (bodegas especializadas). Una concentración de partida sería 100 ppm (0.1 gramos en un litro). La adición de azufre tiene como contrapartida que relentiza el comienzo de la fermentación.
• Los nutrientes esenciales que suelen ser limitantes en la fermentación son el fosfato amónico y la vitamina tiamina (bodegas especializadas). Si se adiciona estos nutrientes (0.1 gramos/litro) cuando haya transcurrido la mitad del tiempo de la fermentación, se consigue que revitalice.
• En principio el oxígeno es un enemigo de la fermentación, pero las levaduras requieren una mínima cantidad. Airear o agitar incorporando aire a la mitad del proceso de fermentación también activa la fermentación.
• Cuanto más grande es el fermentador más temperatura produce la reacción de fermentación. Puede ser necesario incorporar una camisa refrigeradora (un tubo enrollado alrededor del fermentador por el que pasa agua fría).
  

MEDIDAS DE SEGURIDAD

El peligro más importante que tiene la fermentación es que se produce gran cantidad de CO2. Realizar una fermentación de un volumen considerable en un espacio cerrado y sin ventilación puede producir el desplazamiento del oxígeno por CO2 y provocar asfixia.

Trabajo en Equipo

¡Ya tenemos plataforma de trabajo!

El enlace es el siguiente: FORO PROYECTO BIOETANOL

He activado usuarios para todos aquellos que me habéis enviado un mail. Os paso por mail las contraseñas. Por favor si me he dejado a alguien escribidme a blogbioetanol@gmail.com

Espero que el foro de trabajo sea una herramienta fácil de usar y ágil.

Recordad que el grupo estará siempre abierto a nuevas incorporaciones.

Sensor de Etanol

Para poder seguir el buen funcionamiento del proceso, es necesario medir la concentración de etanol.

Siguiendo el consejo de Intense, me he agenciado un alcoholímetro que me ha costado 7 euros. Este alcoholímetro no mide concentración, simplemente se enciende luz roja si la concentración pasa de 0.5 mg/l y naranja si pasa de 0.2 mg/l. He realizado alguna prueba antes de desmontarlo, y parece que por lo menos detecta si hay o no alcohol en el aire.

El aparato en sí no creo que sea gran cosa, porque por 7 euros incorpora sensor de alcohol, linterna y reloj!!! Pero quizá se puede aprovechar lo que es el sensor propiamente dicho para incorporarlo en otro dispositivo. Perdonad mi ignorancia en electrónica, pero supongo que aunque este aparato no tenga pantalla con medidor de concentración, el sensor debe trabajar con voltaje, y ese voltaje quizá se puede transformar en concentración.

Fotos del aparato desmontado:

Experimentando...

Para ir evaluando las dificultades prácticas que nos vamos a ir encontrando, he realizado este sencillo experimento.

He mezclado 1 kg de residuos orgánicos vegetales con 3 ml de una preparación de Saccharomyces Cerevisiae (levadura del pan) al 0.1%. La mezcla de residuos orgánicos estaba formada por cáscaras de sandía, pieles de patata y otros vegetales (no carne). Todo esto introducido en un depósito de vidrio a una temperatura de 20ºC.

Al cabo de 12h la concentración de etanol era del 0.3 % y al cabo de 36 horas del 1% aproximadamente. Puede que la concentración aumente con el tiempo, ya que por ejemplo la fermentación del vino puede tardar varias semanas. Pero este no es el propósito del experimento, sino visualizar las complicaciones prácticas que surgen:

• Si el residuo orgánico no genera un porcentaje bastante alto de etanol, la destilación directa no sería rentable ya que se necesitaría mucha energía para destilar la mezcla. Una posible mejora sería separar el líquido fermentado y realizar destilación solar.
• ¿Qué hacer con la parte sólida no fermentada? ¿Serviría como compost?