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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
OBTENCION DE BIOGAS A PARTIR DE ESTIERCOL DE GANADO PORCINO
Br. Milagros Piscoya Gonzales
Asesor:
LAMBAYEQUE, PERU2014
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
1.0 TITULO:
“OBTENCIÓN DE BIOGAS A PARTIR DE ESTIERCOL DE GANADO
PORCINO”
2.0 AUTOR:
PISCOYA GONZALES Milagros
3.0 TIPO DE INVESTIGACION:
3.1. DE ACUERDO AL FIN QUE SE PERSIGUE:
Aplicada
3.2. DE ACUERDO AL DISEÑO DE INVESTIGACION:
Descriptiva
4.0 AREA DE INVESTIGACION:
Medio Ambiente
5.0 LINEA DE INVESTIGACION:
Ingeniería y Tecnología
6.0 LOCALIDAD E INSTITUCION DE EJECUCION:
Localidad: Lambayeque
Institución: Laboratorio de Procesos Industriales Facultad de Ingeniería
Química e Industrias Alimentarias – Universidad Nacional
Pedro Ruiz Gallo
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
La presente tesina ha sido revisada y aprobada por el siguiente Jurado:
_______________________________
Ing. M. Sc. YSABEL NEVADO ROJAS
PRESIEDENTE
_______________________________________
Ing. M. Sc. JAMES GUERRERO BRACO
SECRETARIO
____________________________
Ing. M. Sc. IVAN CORONADO ZULOETA
VOCAL
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
DEDICATORIA
A Dios, quien me da la salud y las fuerzas para cumplir con todos mis objetivos.
A Joel por ser siempre la persona que me ayudo y estuvo siempre a mi lado celebrando mis logros.
A las personas importates de mi vida Hilda y Julio, a quienes a pesar de no estar presentes físicamente se que están presentes en cada logro
A mis padres Flor y Cesar, a quienes amo profundamente, ya que de manera incondicional me han apoyado y orientado a tomar las mejores decisiones.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
AGRADECIMIENTO
A mi asesor el Ing. Gerardo Santamaria Baldera, quien con su experiencia me oriento para poder desarrollar el presente trabajo de investigación.
A Christophe Bengoa, quien me apoyo y me dio la oportunidad de tener una mejor oportunidad de superación.
A mis hermanas Rosa e Hilda, por su gran amistad y sus ánimos para seguir esforzándome
Al Doctor Cesar Piscoya Vargas, que no solo es mi padre es la persona que me ayudo a realizar este proyecto con su experiencia en este rubro y sus conocimientos para logra realizarlo.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
RESUMEN
A menudo a nivel mundial se habla sobre grandes sistemas capaces de
convertir materia orgánica como excretas de animales en biogás, el cual es
usado comúnmente para cocinar o producir energía eléctrica. En Perú, en
algunas ciudades, existe este tipo de desarrollo, sistemas de producción de
biogás a mediana escala.
El objetivo del presente trabajo fue obtener biogás a partir de estiércol de
ganado porcino, por fermentación anaeróbica. Se desarrolló en la granja
CPVET, donde se encontró 200 cerdos entre ellos marranas, lechones,
madres, etc., dando una cantidad aproximada de 246 kg de estiércol por día
en donde se tomo una relación estiércol agua de 1:3, luego de ser diluido se
colocara en un biodigestor de capacidad 43 m3. Y se obtendrá 0.10m3 de
biogás/días.
Se desarrollara una fuente de energía alterna basada en la mejora de
recursos renovables, que aseguren el suministro de combustibles de manera
más económica y accesible, teniendo siempre presente minimizar la
contaminación ambiental.
El propósito de este trabajo es aprovechar los excrementos para la obtención
de energía limpia que en este caso será biogás.
Palabra clave : Estiércol, biogás.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
OVERVIEW
Often around the world talk about large systems capable of converting
organic matter as excreta of animals into biogas, which is commonly
used for cooking or produce electricity. In Peru, in some cities, there is
this type of development, production of medium-scale biogas systems. E
l objective of this study was to obtain biogas from manure from pigs, by
anaerobic fermentation. Developed on the farm CPVET, where we found
200 pigs including sows, piglets, mothers, etc, giving us an approximate
amount of 246 kg of manure in the ratio 1:3 of water where is placed in a
bio-digester capacity 43 m3. And you'll get 0.1 m3 of biogas/days of
fermentation. (Data of the author) So we will develop a source of AC
power based on the improvement of renewable resources, ensuring the
supply of fuels more economical and accessible, always keeping in mind
to minimize environmental pollution.The purpose of this work is to
leverage the droppings for clean energy, which in this case will be
biogas.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
INDICE GENERAL
I. INTRODUCCION……………………………………………………………………..13
Planteamiento del problema………………………………………………………14
Formulacion del problema…………………………………………………………14
Justificación………………………………………………………………………….14
Objetivos……………………………………………………………………………...15
Hipótesis………………………………………………………………………………15
Antecedentes del Problema……………………………………………………….16
II. MARCO TEORICO…………………………………………………………………...21
2.1Biomasas………...……………………………………………………………………21
2.1.1 Definición de biomasas………………………………………………………….21
2.1.2 Residuos ganaderos…………………………………………………………….25
2.2 Digestión anaeróbica………………………………………………………………..26
2.2.1 Definición…………………………………………………………………………26
2.2.2 Mecanismo de la digestión anaeróbica……………………………………….30
2.2.3 Bioquímica del proceso…………………………………………………………31
a) Producción de ácidos…………………………………………………………32
b) Producción de metano………………………………………………………..32
2.2.4 Factores para el proceso de la digestión anaeróbica………………………..33
a) Temperatura…………………………………………………………………...34
b) pH y Alcalinidad……………………………………………………………….35
c) Contenido de nutrientes………………………………………………………36
2.3 Biogás………………………………………………………………………………...40
2.3.1 Definición…………………………………………………………………………40
2.3.2 Características del biogás………………………………………………………42
a) Metano…………………………………………………………………………44
b) Dióxido de carbono…………………………………………………………...45
c) Ácido sulfúrico…………………………………………………………………45
2.3.3 Utilidades del biogás…………………………………………………………….48
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.3.4 Principio de combustión…………………………………………………………51
2.3.5 Ventajas del biogás……………………………………………………………...52
2.3.6 Parámetros de operación para la generación de biogás……………………53
a) Contenido de agua de la mezcla……………………………………………53
b) Temperatura y periodo de retención………………………………………..54
c) Acidez y alcalinidad de la mezcla…………………………………………...55
d) Nutrientes………………………………………………………………………56
e) Acondicionamiento del sustrato previo a la producción de biogás………59
2.4 Depuración…………………………………………………………………………...61
2.4.1 Absorción del CO2……………………………………………………………….61
2.4.2 Absorción solida………………………………………………………………….61
2.4.3 Absorción de agua……………………………………………………………….62
2.5 Biodigestores………………………………………………………………………...62
2.5.1 Parámetros para evaluar el funcionamiento de un biodigestor…………….65
a) Ph……………………………………………………………………………….65
b) DQO…………………………………………………………………………….66
DQO Soluble……………………………………………………………….66
DQO Total…………………………………………………………………..66
c) Ácidos grasos………………………………………………………………….68
d) Contenido de metano y dióxido de carbono en una nuestra de biogás...68
e) Temperatura…………………………………………………………………...69
f) Temperatura de llama…………………………………………………………70
2.6 Efluentes……………………………………………………………………………...73
2.6.1 Características…………………………………………………………………...73
2.6.2 Almacenamiento del efluente…………………………………………………..73
III. MATERIALES Y METODOS……………………………………………………….75
3.1 Metodologia……………………………………………………………………..76
a) Pre tratamiento de la materia prima………………………………………...76
b) Agregado del semicompost………………………………………………….77
c) Alimentación periódica al biodigestor……………………………………….78
d) Evaluación de la producción del biogás……………………………………81
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Produccion de biogás en el Digestor…………………………………….80
Medición del pH en el proceso de la biodigestion……………………...82
Medicion de la temperatura del material fermentativo en el proceso del
biodigestion…………………………………………………………………82
Determinacion de la calidad y el tiempo de consumo del biogás en
mechero tipo Bunsen……………………………………………………..84
Solido stotales……………………………………………………………..85
Solidos volátiles……………………………………………………………86
Tiempo de retención……………………………………………………....86
Volumen de digestión de la biomasa……………………………………87
Volumen de almacenamiento de gas……………………………………87
volumen total del biodigestor……………………………………………..87
Humedad……………………………………………………………………88
Análisis de biogás a escala laboratorio………………………………….88
IV. RESULTADOS............................................................................................90
V. DISCUSIONES.............................................................................................93
VI. CONSLUSIONES........................................................................................96
VII. RECOMENDACIONES...............................................................................97
VI. BIBLIOGRAFIA...........................................................................................98
VII. ANEXOS...................................................................................................100
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
INDICE DE TABLAS
TABLAN°1.Clasificación del estierco aplicado a los sistemas de
biogás…………………………………………..…….……………………24
TABLA N°2. Bacterias existentes en un proceso anaeróbico. Según su
temperatura de operación…………..
…………………………………………………..34
TABLA N°3. Concentración de inhibidores de sustancias en un proceso
anaeróbico…..…………………….....…………………………………...38
TABLA N°4. Características del biogás……….………………………………………43
TABLA N°5. Composición.………………...…………………………………………...43
TABLA N°6. Valores…………………………………………………………50
TABLA N°7. Energia equivlente (valor energetico) Biogas Vs
fuente…………………………………………………………………………50
TABLA N°8. Rangos óptimos de los parámetros de producción de
biogás…………………………………………………………………..58
TABLA N°9. Cantidad de estiércol producido en 200 cerdos
………………………..78
Tabla N°10 Relación excreta:
agua…………………………………………………….80
Tabla N°11 condiciones críticas del biogás……………………………………………
80
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Tabla N°12 Producción de biogás por
día……………………………………………..83
Tabla N°13 Muestra de pH tomada cada día de
fermentación……………………….84
Tabla N°14 Producción de
biogás……………………………………………………...91
Tabla N°15 Parámetro final de la producción de biogás…………………………..…
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INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. Derivados de las Biomasa……………………………………………….23
FIGURA 2. Fases de la fermentación anaerobia……………………………………..27
FIGURA 3. Esquema de los procesos de digestión anaeróbica……………………30
FIGURA 4.Rangos de operación estable para el pH y la alcalinidad durante el
proceso de digestión anaeróbica…………………………..…………..…
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FIGURA 5. Esquema del Funcionamiento de una Planta de Biogás………………41
FIGURA 6 Aplicaciones del
Biogas…………………………………………………….49
FIGURA 7. Biodigestor…………….……………………………………………………64
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
FIGURA 8.Temperatura teórica de la llama del biogás en función del porcentaje
de metano CH4 por volumen…………………………………………...72
FIGURA 9. Diagrama de flujo del proceso de obtención de biogás………………..93
I.- INTRODUCCIÓN
Debido a la gran demanda y crisis energética en el mundo actual, por una secular
explotación indiscriminada de combustibles fósiles no renovables como son:
petróleo, gas natural, hulla, que la naturaleza ha tardado milenios en formar, y que
en algún momento se agotara, por este motivo se tendrá que buscar otras
alternativas para reemplazar dicha energía. En el sector agropecuario de nuestro
país, existen una gran cantidad de unidades productivas, que generan diversos
desechos orgánicos, los cuales hasta hace relativamente poco tiempo, se habían
considerado como un problema de salud pública y contaminación ambiental.
Con el desarrollo de tecnologías de energía renovable, en particular el
aprovechamiento de biogás, se abre la oportunidad para que estos desechos sean
utilizados en la producción de energía eléctrica y calórica. Los desechos de
granjas porcinas, establos y rastros, presentan una gran potencialidad de
generación de biogás, con la cualidad de que la energía generada con este
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
compuesto, puede ser usada en diversos procesos productivos al interior de las
explotaciones, de forma amigable con el medio ambiente.
Y no sólo eso, sino que actualmente, bajo los llamados Mecanismos de Desarrollo
Limpio, el biogás proveniente de los desechos animales, se ha convertido en una
fuente de ingresos al realizar su quema directa y contabilizarlos como “bonos de
carbono”
- Planteamiento Del Problema
A menudo a nivel mundial se habla sobre grandes sistemas capaces de
convertir materia organica como excretas de animales en biogás, el cual es
usado comúnmente para cocinar o producir energía eléctrica. En peru, en
algunas ciudades, existe este tipo de desarrollo, sistema de producción de
biogás a mediana escala no sofisticadas cuyos propietarios son personas
dedicadas al negocio agropecuario. Pretendo desarrollar una fuente de energía
alterna basada en la mejora de recursos renovables, que aseguren el suministro
de combustibles de manera mas económica y accesible, teniendo siempre
presente minimizar la contaminación ambiental. Por ello se ha generado una
creciente preocupación para el hombre el intentar disminuir la continua
degradación del medio ambiente.
En este momento, existen diferentes soluciones para la producción de
biocombustibles de contenido energético.
- Formulación Del Problema
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
¿Es posible obtener biogás a partir del estiércol de ganado porcino?
- Justificación
Se constituye en una alternativa sustentable que permita contribuir con el
bienestar ambiental y social de las comunidades, por cuanto la inversión en
energía renovable genere iniciativa de desarrollo económico y social, a través
de la implementación de mecanismos de producción eficiente lo que permite el
mejoramiento de las prácticas tradicionales que contribuirán al amejoramiento
de sus condiciones socioeconómicas.
El tratamiento de estos desechos semisólidos permite obtener biocombustibles,
que se puede aprovechar en la propia granja, en instalaciones de generación
eléctrica o incluso como combustible para vehículos. En ninguno de los casos
se utilizo energía fosil, por lo que se evita su impacto en el cambio climático.
- Objetivo
El objetivo general del presente trabajo es obtener biogás a partir del estiércol
de ganado porcino por fermentación para obtención de gas.
Para la consecuencia de estos objetivos generales se plantea los siguientes
pasos:
Seleccionar las excretas de ganado porcino.
Medir las temperaturas en cada fase del proceso.
Determinar las características físico-químicas del biogás obtenido.
- Para lo cual se planteó la hipótesis
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
“La materia orgánica al descomponerse (bajo determinadas condiciones) libera
energía en forma de biogás el cual posee mayor ventajas. Este biogás será
demostrado a partir de la combustibilidad del metano”
- Antecedentes Del Problema
Bragachini, M. y Otros (1987), en “BIOGÁS PROYECTO INTA PRECOP
– P.E. AGREGADO DE VALOR EN ORIGEN – ARGENTINA”, menciona
que la obtención de energía a partir de biomasa representa también una
oportunidad de desarrollo de zonas marginales y una oportunidad para la
rotación con cultivos que fijen carbono y aporten materia orgánica al suelo.
SteffenGruber, Jorge A Hilbert, SebastianSheimberg(2000): BIOGAS
EN BASE DE ESTIÉRCOL ANIMAL EN MEZCLA DE SILAJE
FORRAJERAS DE MAÍZ EN EL MARCO AGROPECUARIO ARGENTINO,
el biogás es un producto de la digestión anaeróbica, que se generan a
través de la actividad de bacterias metanogenas. Las condiciones
anaeróbicas ocurren solamente en ausencia de oxígeno. Para reproducir
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
estas condiciones se emplean plantas de biogás o biodigestores como
unidades bien cerradas, como una laguna cubierta o un silo de hormigón
con techo de lona o de membrana. Unidades más simples son baldes o
barriles cerrados. El biogás generado, es una mezcla de metano y dióxido
de carbono. EL metano es el vector energético y su composición oscila
entre el 50 hasta 75 %. El metano brinda el poder calorífico que oscila entre
los 5500 y 6000 Kcal y es posible utilizarlo en todas las aplicaciones de este
gas. La producción de biogás es un tema muy actual, en Argentina, como
en Latinoamérica y también en el resto del mundo. En gran parte de las
estratégicas energéticas el biogás está en la consideración de los decisores
políticos, dadas las implicancias energéticas y medioambientales de esta
tecnología. En comparación de otras fuentes de energías renovables, como
la de eólica o la de fotovoltaica, el biogás puede generar electricidad
durante las 24 horas del día. Los molinos eólicas tienen una ocupación de
15 hasta 25 % del tiempo, los equipos solares, como los de fotovoltaica
también trabajan con una ocupación limitante y solamente durante un parte
del día.
Ferrer, Ivet y otros, (1999) “PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE
RESIDUOS ORGANICOS EN BIODIGESTORES DE BAJO COSTE”; el
coste de construcción de los biodigestores (40 €/ m3) seria asumible, al
menos parcialmente, por familias campesinas. A nivel financiero, la
instalación es más viable cuando el biogás sustituye un combustible con
valor de mercado como el gas propano, resultando en un payback de 2
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
años y 8 meses; o bien cuando permite elaborar productos con valor
añadido (quesos, yogures, mermeladas, etc.).
Los proyectos piloto que se presentan pretenden difundir el uso de los
biodigestores familiares en Perú, como fuente de energía alternativa al uso
tradicional de la biomasa.
La idea inicial es sustituir la quema directa de estiércol seco y/o madera
para cocinar, por el biogás producido mediante la digestión del estiércol; así
como adaptar el uso del biol en cultivos andinos para incrementar el
rendimiento de las cosechas. Actualmente, la investigación llevada a cabo
se dirige principalmente a superar la barrera tecnológica que es el primer
paso hacia el impulso de la diseminación de los digestores en la población.
5 m3, la producción de gas es suficiente para cocinar durante 3-4 h al día,
siendo un buen substituto de la biomasa tradicional o de los combustibles
fósiles para cocinar.
Lui Salazar Cuaila, Jean y otros; (1989) “PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Y
BIOL A PARTIR DE EXCRETAS DE GANADO: EXPERIENCIAS EN LA
CIUDAD DE TACNA”; en la ciudad de Tacna se diseñó, construyó y evaluó
el funcionamiento de un biodigestor familiar de 2 m3 tipo manga de
polietileno, utilizando adobe en las paredes de la zanja, acolchonado por
una manta de sacos y revestido por un cobertor negro lo que ayuda a
mantener cálido el sistema; alimentado con estiércol fresco de ganado
ovino. Se evaluó el sistema en los meses de Marzo y Abril del 2011, donde
se controló el pH del lodo, producción de biogás diaria, temperatura de la
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
manga en tres regiones y la temperatura ambiental. El tiempo de retención
inicial fue de 30 días, produciendo posteriormente biogás en forma diaria
con un promedio de 400 litros/día con un rango de temperatura del
biodigestor entre 30 a 40ºC oscilando la temperatura ambiente entre 20 y
30ºC durante los meses de evaluación. Se cuantificó la producción diaria de
biol, resultando en 40 litros/día en promedio y se modificó una cocina de
kerosene para comprobar la utilidad del biogás como combustible. Además,
se realizó un estudio descriptivo sobre el desarrollo de biodigestores en
Tacna, en las zonas del Cercado, La Yarada e Ite. Haciendo una exhaustiva
investigación y aplicando el método de encuesta directa, se encontró que
en Tacna predominan los biodigestores caseros tipo chino de 5m3 de
capacidad en promedio, los cuales fueron construidos hace más de quince
años atrás y alimentados por excretas de ganado bovino. Aquellos
biodigestores estuvieron en operación alrededor de tres años en promedio y
actualmente se encuentran destruidos o abandonados por sus respectivos
usuarios por diferentes causas, siendo el más común la baja rentabilidad
del negocio pecuario el cual a sido reemplazado por la agricultura y
además, la falta de personal que se dedique al manejo y mantenimiento del
biodigestor. Finalmente se difunde el trabajo de investigación realizada
entre la población, demostrando las bondades del biogás y biol.
Se instaló y evaluó un biodigestor familiar de 2,24 m3 en la ciudad de
Tacna, aprovechando las buenas condiciones climáticas que presenta esta
ciudad en el verano.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Se cuantificó la producción de biogás diario del biodigestor, a través de un
método indirecto como el gasómetro de campana flotante, con un valor de
producción media de 437 litros de biogás al día en los meses de Marzo y
Abril del 2011.
Además de las condiciones climáticas, el diseño y los materiales usados en
la construcción del biodigestor fueron muy influyentes para mantener el
calor del sistema, lo que aumentó la eficiencia del biodigestor para producir
biogás.
El optar por el estiércol de oveja como materia prima permite no sólo
generar buena cantidad de biogás, sino también un fertilizante (biol) de
buena calidad; obteniendo 42 litros al día en promedio con nuestro
biodigestor.
De los accesorios instalados, el único que tuvo éxito fue la cocina de
kerosene modificada. Ni el filtro de biogás, ni los manómetros en U ni los
reservorios de plástico funcionaron como se esperaba.
Se encontraron otros biodigestores instalados en la ciudad de Tacna, todos
ellos del tipo chino, alimentados por excretas de vacas y abandonados
debido fundamentalmente al cambio de actividad de los criadores de
ganado bovino quienes ahora son agricultores.
En la zona urbana del Cercado de Tacna, la mayoría de la población
desconoce sobre los biodigestores, por lo que se necesita mayor difusión al
respecto.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
En la zona rural, la mayoría de personas se dedican a la agricultura y tienen
conocimientos sobre biodigestores, pero se encuentran decepcionados de
las experiencias vividas, sin embargo, apoyan el desarrollo de esta
tecnología siempre y cuando no les demande esfuerzo ni tiempo su
operación y además, que se adecue a su nueva actividad. Por lo tanto, se
sugiere la instalación de biodigestores de geomembrana a media o gran
escala que se alimente con desperdicios agrícolas, excretas de animales
y/o aguas negras de toda una comunidad agropecuaria.
MARCO TEÓRICO
2.1 BIOMASA
2.1.2 Definición de biomasa
La biomasa es la cantidad de materia viva producida en un área
determinada de la superficie terrestre. Puede ser de origen vegetal o
animal. El termino biomasa se refiere a aquel producto de residuos, todos
ellos de carácter renovable, que han tenido su origen como consecuencia
de un proceso biológico o de fotosíntesis y que son susceptibles de ser
transformados por medios biológicos o térmicos para generar energía.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Existe una forma de utilización de la biomasa como fuente de energía
limpia mucho más reciente y más eficiente. Los excrementos de los
animales y los restos orgánicos de origen vegetal pueden ser procesados
de forma tal que produzcan un gas combustible llamado BIOGAS y que
además dejan como subproducto un bioabono de mejor calidad. La
instalación para estos propósitos se denomina BIODIGESTOR.
Quizás el primer interrogante a resolver al proyectar una instalación de
generación de biogás es determinar si se cuenta con biomasa en la
cantidad y frecuencia suficiente que provea la carga orgánica necesaria
para mantener de manera continua la operación del biodigestor.
Una vez establecida la disponibilidad de biomasa esta debe ser colectada
en alguna parte del sistema de generación de biogás, con el propósito de
adecuarla (diluirla o concentrarla, adicionarle nutrientes) o simplemente
conducirla al biodigestor.
El sistema de colección esta predeterminado por un inventario de la
cantidad de desechos orgánicos a emplear, características de los
mismos(biodegradabilidad), estadofísico en que se manejan (líquido o
sólido), frecuencia de recolección de la biomasa,transporte al biodigestor,
de la calidad de esta información básica depende el éxito del sistema.
Al emplear como flujo principal de biomasa en el sistema de generación de
biogás el estiércol de animales debe tenerse en cuenta que el contenido
de sólidos limitan su uso y manejo. La tabla 2 sugiere una clasificación de
23
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
las diferentes formas en que se puede encontrar el estiércol a usar en un
sistema de generación de biogás.
Generalmente en las áreas rurales los materiales utilizados para
producción de biogás son: estiércol animal, heces humanas y desperdicios
vegetales, es decir cualquier material para abonos servirá. Lo que más
éxito ha tenido en las pruebas es el estiércol de gallina, a pesar de que se
usa con más frecuencia el estiércol de cerdos.
Figura 1. Derivados de las Biomasa
24
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Fuente: bioagro energía
Tabla Nª 1 clasificación del estierco aplicado a los sistemas de biogás
CLASIFICACION CANTIDAD DE SOLIDOS CARACTERISTICASEstiercol Crudo 8 – 2% Esto depende del tiempo de
25
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
animal; se diluye o espesa de acuerdo a la necesidades
Estiercol Liquido <3% Es lavado con agua de donde esta depositado; produccion
de biogas en clima calido; asociado a la produccion de
cerdos.Estiercol Slurry 3 – 10% Es bombead y se almacena en
tnques; se mezla con algo de agua
Estiercol semisolidos 10 – 20% Puede ser usado si tiene menos de una semana; no requiere adicion de agua
Estiercol solidos >a 20% No es deseable para la produccion de biogas
envejecer o secar
Fuente:consejería de ganadería y agricultura
2.1.2 RESIDUOS GANADEROS
En el sector ganadero la problemática asociada con el manejo efectivo de
los residuos generados implica el desarrollo de un tratamiento bioquímico
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
eficiente para permitir el aprovechamiento de los nutrientes que se
encuentran presentes en estos residuos
No obstante la dificultad de la gestión de los residuos ganaderos subyace
de la separación progresiva de la explotación ganadera y agrícola, de
forma tal que la mayoría de las instalaciones ganaderas no poseen una
infraestructura territorial suficiente para la reutilización de sus propios
residuos. El aumento de la ganadería estabilizada y la disminución de la
superficie agrícola útil, hace equiparable el sector ganadero con la
industria de transformación de materias primas agroindustriales en cuanto
a la intensa problemática de gestión delos residuos. El estiércol bovino es
un sustrato complejo, el cual presenta considerables contenidos de
materiales orgánicos disueltos y particulados, dentro de los que se
incluyen polisacáridos, lípidos, proteínas y ´ácidos grasos volátiles (AGV),
además de un conjunto de compuestos inorgánicos. Este sustrato es
reconocido como una excelente base para el desarrollo del proceso de
digestión anaeróbica debido que presenta una alta capacidad
tamponadora y un gran contenido de nutrientes necesarios para el
desarrollo de las poblaciones anaeróbicas para evitar la generación de
problemas ambientales que a la postre se reflejan en la salud pública y el
deterioro de los ecosistemas naturales. Los desechos generados por el
sector primario comprenden los residuos agrícolas, ganaderos y
forestales; los desechos generados por el sector secundario incluyen los
residuos industriales (agroalimentarios, textiles, curtiembres, residuos del
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
papel, etc.) y finalmente se encuentran los residuos producidos por el
sector terciario de servicios dentro de los que se tienen dos grandes
afluentes como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y las
aguas residuales domesticas
2.2 DIGESTION ANAEROBICA
2.2.1 DEFINICION
La digestión anaerobia es un proceso biológico en el que la materia
orgánica, en ausencia de oxígeno, y mediante la acción de un grupo de
bacterias específicas, se descompone en productos gaseosos o "biogás"
(CH4, CO2, H2, H2S, etc.), y en digestato, que es una mezcla de productos
minerales (N, P, K, Ca, etc.) y compuestos de difícil degradación.
El proceso controlado de digestión anaerobia es uno de los más idóneos
para la reducción de emisiones de efecto invernadero, el aprovechamiento
energético de los residuos orgánicos y el mantenimiento y mejora del valor
fertilizante de los productos tratados.
La digestión anaerobia puede aplicarse, entre otros, a residuos ganaderos,
agrícolas, así como a los residuos de las industrias de transformación de
dichos productos. Entre los residuos se pueden citar purines, estiércol,
residuos agrícolas o excedentes de cosechas, etc. Estos residuos se
pueden tratar de forma independiente o junta, mediante lo que se da en
llamar co-digestión.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Figura Nº 2. Etapas de la digestión anaerobica
Fuente: GIRO
a. BACTERIAS QUE PARTICIPAN DE LA HIDRÓLISIS
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Los microorganismos de muchos géneros son los responsables de la hidrólisis. Entre estos destacan:
Bacteroides, Lactobacillus, Propioni- bacterium, Sphingomonas, Sporobacterium,
Megasphaera, Bifidobacterium
b. BACTERIAS QUE PARTICIPAN DE LA ACIDOGÉNESIS
La mayoría de los microorganismos acidogénicos también participan de la hidrólisis.
El género Clostridium, Paenibacillus y Ruminococcus están presentes en todas las fases del proceso de fermentación, pero son dominantes en la fase acidogénica.
El grupo Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides representa el segundo grupo más grande de microorganismos durante las dos primeras fases de la descomposición. Sin embargo, en la fase metanogénica representan menos del 5% del total de microorganismos. Esto indica que estos grupos son los principales responsables de la degradación de compuestos monoméricos.
c. BACTERIAS QUE PARTICIPAN DE LA ACETOGÉNESIS
Estas bacterias sólo pueden sobrevivir en simbiosis con el género que consume hidrógeno. Todos los microorganismos acetogénicos tienen un período de regeneración de hasta 84 h.
Las bacterias acetogénicas reductoras de sulfato son capaces de degradar lactato y etanol, pero no son capaces de degradar ácidos grasos y compuestos aromáticos
d. BACTERIAS QUE PARTICIPAN DE LA METANOGÉNESIS
La última fase de la descomposición anaeróbica se encuentra dominada por un grupo especial de microorganismos, las Arqueas metanogénicas. Estas se caracterizan a través del co-factor F420, el cual actúa en presencia de hidrogenasas como transportador de H2 este puede detectarse por su autofluorescencia en un microscopio óptico.
Las metanogénicas activas aparecen en la segunda fase de la fermentación, la fase de acidogénica. Sin embargo, obviamente el número de Arqueas metanogénicas aumenta en la fase metanogénica. Las principales especies están
30
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
representadas por Methanobacterium, Methanospirillum hungatii , y Methanosarcina.
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino2.2.2 MECANISMO DE LA DIGESTION ANAEROBICO
FIGURA Nª 3 esquema de los procesos de digestión anaeróbica
Bacterias
Proteolíticas
Bacterias
Celulíticas
ACIDOS - BACTERIANOS METANO - BACTERIANOBacterias
Lipolíticas
I ETAPA II ETAPA III ETAPA
FUENTE:disenodeplantasquimicas.blogspot.
PROTEINAS
GRASAS
CARBOHIDRATOS
CH4 + CO2AC. ORGANICOS SIMPLES
COMPUESTOS SOLUBLES
32
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
En la primera etapa de solubilizacion, la materia orgánica cruda
formada por polímeros (proteínas complejas, grasas y carbohidratos,
principalmente), es hidrolizada por la acción de enzimas extracelulares
de bacterias anaeróbicas facultativas, compuestos simples y solubles.
En la segunda etapa de ácido génesis, los compuestos simples solubles
de la primera etapa, son sometidos a un proceso de fermentación que
los convierte por acción de enzimas intracelulares de bacterias
formadoras de ácidos que son anaeróbicos facultativas (viven tanto en
presencia como en ausencia de aire)
En la tercera etapa de metalogénesis, los ácidos orgánicos simples,
producidos en la segunda etapa, devienen en substratos para la
descomposición, estabilización y producción de metano, mediante la
acción de bacterias metanogenicas estrictamente anaeróbicas, las
cuales producen metano por dos vías: fermentación de ácidos acéticos
y reducción de dióxido de carbono. (ACUÑA MARTINEZ Y LEON
VILLALTA 1998)
CH3COOH CH4 + CO2
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
2.2.3 BIOQUIMICA DEL PROCESO
Los complejos orgánicos del material orgánico o desechos a digerir son
hidrolizados por un conjunto de enzimas celulosas, amilasas, proteasas
y lipasas, segregadas por el microorganismos anaeróbico facultativos,
33
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
los cuales transforman los polisacáridos a monosacáridos, las proteínas
a péptidos y aminoácidos y las grasas a ácidos grasos y glicerina.
Esta es la etapa más limitante de todo el proceso, sobre todo por la
hidrolisis lenta de celulosa.
a) Producción de ácidos.
Los productos solubilizados penetran al interior de la célula del
microorganismo y bajo la acción de endo enzimas se convierten en
ácidos grasos de cadenas cortas y alcoholes, desprendiendo H2 Y
CO2. El ácido volátil más importante de esta etapa es el acético, el
cual da origen al 70% de la producción del metano.
b) Producción del metano.
El mecanismo de formación de metano considera las siguientes
alternativas:
1. El metano se produce como resultado de la oxidación del alcohol
etílico y de la reducción del dióxido de carbono. Las reacciones
son las siguientes:
2C2H5OH + CO2 2CH3COOH + CH4
4H2 + CO2 CH4 + 2H2O
34
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2. El metano se produce como resultado de la reducción del dióxido
de carbono, producto de la oxidación de los ácidos acéticos y
propionico. Las ecuaciones son las siguientes:
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
4C2H5COOH + 8H2O 4CH3COOH + 4CO2 + 12H2
3CO2 + 12H2 3CH4 + 6H2O
4C2H5COOH + 2H2O 4CH3COOH + CO2 + 3CH4
CH3COOH CH4 + CO2
2.3.3 FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE DIGESTION ANAEROBICA
La degradación de la materia orgánica por la acción de
microorganismos implica aspectos de carácter energético que pueden
ser analizados desde los puntos de vista termodinámicos y cinéticos. El
análisis termodinámico de este proceso biológico permite conocer los
requerimientos energéticos de reacciones y la dirección de estas de
acuerdo al criterio de energía libre. Por su parte el análisis cinético de
las reacciones bioquímicas permiten establecer la influencia de los
parámetros fisicoquímicos sobre el desempeño global del proceso este
parámetro es afectado por algunos factores fisicoquímicos tales como
temperatura, pH, alcalinidad, tipo y calidad del sustrato, condiciones de
mezclado, entre otros.
35
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
a) TEMPERATURA
Es uno de los parámetros fisicoquímicos más importantes que afectan
directamente el desarrollo del proceso de digestión anaeróbica. Existen
tres rangos de temperatura establecidos para el desarrollo del proceso;
psicrofílico (<25°C), mesofíticos (entre 25°C y 45°C) y termofílicos
(>45°C). De acuerdo al rango en el cual se realiza el proceso, se
presenta la influencia directa de la temperatura sobre la razón máxima
de crecimiento de los microorganismos metanógenos.
Tabla Nº 2 Bacterias existentes en un proceso anaeróbico según su temperatura de operación.
Fuente: Valdivia, 2 000
TIPO DE BACTERIAS T °C
Psicrofilas 10 a 20 °C
Mesófilas 30 a 40 °C
Termófilas 50 a 60 °C
36
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
b) pH y ALCALINIDAD
El pH ejerce una gran influencia sobre la estabilidad del proceso,
puesto que es una de las variables que regulan la coexistencia de las
poblaciones microorganismos. A pesar que dentro del ecosistema
anaeróbico cada uno de los grupos microbianos representa un grado
distinto de sensibilidad. Las bacterias tendrán su máximo de
desarrollo a pH de 6 y 7,5 mientras que los hongos los tendrán a
valores entre 5 y 6 respecto a este parámetro, se ha establecido el
rango óptimo de pH para el desarrollo del proceso de digestión
anaeróbica.
Mesófila.- el pH disminuye por la formación de ácidos orgánicos
originados por la acción de microorganismos sobre lo carbohidratos,
lo que favorece el crecimiento de hongo y la descomposición de la
celulosa y la lignina.
Termófila.- el pH aumenta hasta valores entre 8 y 9, por la formación
de amoniaco por la desanimación de la proteínas, a parte aumentos
fueres de pH facilitan la perdida de nitrógeno en forma amoniacal.
Maduración.- el pH se sitúa en torno a 7 y 8, como consecuencia de
la capacidad tmponnte que confiere a la materia orgánica en humus
que se va formando.
Se ha señalado que el rango óptimo del pH para los
microorganismos formados de metano se encuentra entre (pH 6.7 a
7.4)
37
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
c) CONTENIDO DE NUTRIENTES
Al igual que en todas las operaciones bioquímicas, se requieren
macronutrientes (nitrógeno y fósforo) y micronutrientes (minerales traza)
en el proceso anaeróbico para la síntesis de nueva biomasa. Sin
embargo, una de las ventajas de los procesos de digestión anaeróbica,
frente a los procesos aeróbicos, es su baja necesidad de nutrientes
derivada de los bajos índices de producción de biomasa que presentan
los microorganismos anaeróbicos. La cantidad de nitrógeno y fósforo
requerido para la síntesis de biomasa puede calcularse asumiendo la
fórmula empírica de una célula bacteriana anaeróbica como C5H7O2N.
La masa celular consiste de aproximadamente 12% de nitrógeno, lo
cual significa que unos 12 g de nitrógeno se requieren por cada 100 g
de biomasa anaeróbica producida.
La demanda de fósforo corresponde a 1/7 – 1/5 de la demanda de
nitrógeno. Como regla general, se asume que un 10 % de la materia
orgánica removida (DQO) durante el proceso anaeróbico se utiliza para
la síntesis de biomasa. Esto puede utilizarse para calcular los
requerimientos de nitrógeno y fósforo.
Además del nitrógeno y el fósforo, se han identificado otros diversos
nutrientes traza como esenciales para los microorganismos
anaeróbicos. Los metales traza tales como hierro, cobalto, molibdeno,
selenio, calcio, magnesio, zinc, cobre, manganeso, tungsteno y boro a
38
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
niveles de mg/L y la vitamina B12 en niveles de µg/L , se ha encontrado
que mejoran la producción de metano.
Algunos de los metales traza y sus roles en el proceso anaeróbico se
discuten a continuación:
Níquel: el Ni es particularmente importante para los metanogénicos
debido a que es un constituyente estructural del factor F430, el cual se
encuentra exclusivamente en las bacterias metanogénicas.
Cobalto: El Co es importante debido a que también es un constituyente
estructural de la vitamina B12, la cual cataliza la metanogénesis. El
níquel, cobalto y otros minerales traza son esenciales para la
degradación del metanol en un reactor bajo condiciones mesofílicas.
39
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Tabla N° 3 Concentracion inhibidores de sustancias en un proceso anaerobico
Fuente: Gene y Owen 1986
40
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Figura Nº 4. Rangos de operación estable para el pH y la alcalinidad durante el proceso de digestiónanaeróbica
Fuente: dourmand,1991
41
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.3BIOGAS
2.3.1 DEFINICION
Es una mezcla gaseosa producida por la descomposición de la materia
orgánica en condiciones anaeróbicas y cuyos principales componentes son
el metano y el dióxido de carbono (CO2) que se producen como resultado
de la fermentación de la materia orgánica en ausencia de aire por la acción
de un microorganismo.
El metano al no contar con una alternativa de uso es arrojado a la
atmósfera contribuyendo al incremento en la concentración de gases de
efecto de invernadero, no obstante si se cuenta con un sistema apropiado
de recolección y acondicionamiento puede ser usado como combustible,
convirtiéndose por combustión en CO2 y vapor de agua, el cual es asimilado
por los cultivos y retornado en su mayoría al suelo, disminuyendo así su
concentración en la atmósferas.
42
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Figura Nº 5. Esquema del Funcionamiento de una Planta de Biogás
Fuente: bioagro energía
43
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.3.2 CARACTERISTICAS DEL BIOGAS
El biogás es un poco más liviano que el aire y posee una temperatura de
inflamación de alrededor de los 700ºC (Diesel 350ºC, gasolina y propano
cerca de los 500ºC). La temperatura de la llama alcanza 870ºC. El biogás
está compuesto por alrededor de 60 % de metano (CH4) y 40% de dióxido
de carbono (CO2). El biogás contiene mínima cantidades de otros gases,
entre otros, 1% de ácido sulfhídrico (H2S). Entre más largo es el tiempo de
retención, más alto es el contenido de metano, y con esto el poder
calorífico.
Con tiempos de retención cortos el contenido de metano puede disminuir
hasta en un 50%. Con un contenido de metano mucho menor del 50%, el
biogás deja de ser inflamable. El primer gas de una planta recién cargada
contiene muy poco metano, por esa razón el gas producido en los primeros
3 a 5 días se debe dejar escapar sin utilizarlo. El contenido de metano
depende de la temperatura de fermentación. Con bajas temperaturas de
fermentación se obtiene un alto porcentaje de gas metano, pero las
cantidades de gas son menores.
44
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Tabla Nº 4. Características Bioquímicas del Biogas
Fuente: estudio de las emisiones atmosféricas por las fuentes fijas puntuales de la PTAR, 2006
Tabla Nº 5 Composicion del biogas derivado de diversas fuentes
Gases Desechos agrícolas
Lodos cloacales Desechos industriales
Relleno sanitario
Metano 50 – 80% 50 – 80% 50 – 70% 45 – 65%
Co2 30 - 50% 20 – 50% 30 – 50% 34 – 55%
Vapor agua Saturación Saturación Saturación Saturación
Hidrogeno 0 – 2% 0 – 5% 0 – 2% 0 – 1%
H2O 100 – 7000ppm 0 – 1% 0 – 8% 0,5 – 1000ppm
Amoniaco Trazas Trazas Trazas Trazas
CO 0 – 1% 0 – 1% 0 – 1% Trazas
%
Metano, CH4 40 – 70 volumen
Dióxido de Carbono, CO2 30 - 60
Sulfuro de Hidrogeno, H2S 0 - 3
Hidrogeno, H2 0 - 1
Nitrógeno N2 0.5
Monóxido de Carbono CO 0.1
Oxigeno O2 0.1
45
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Nitrogeno 0 – 1% 0 – 3% 0 – 1% 0 – 20%
Oxigeno 0 – 1% 0 – 1% 0 – 1% 0 – 5%
organicos trazas Trazas trazas 5ppm
Fuente: instituto superior tecnológica 19
a) METANO
El Metano es un gas, un hidrocarburo que está compuesto por un átomo
de carbono y cuatro de hidrógeno. Generalmente se produce cuando hay
descomposición anaeróbica de la materia orgánica, es decir, cuando es
consumida por bacterias en un ambiente sin oxígeno.
Sin embargo, ahora sí nos preocupa y nos referimos a él como un
contaminante. ¿Por qué? Con el metano ocurre lo mismo que con el
dióxido de carbono (CO2): no es un compuesto malo en sí mismo, pero el
hombre ha comenzado a producir más y más, a tal punto que la cantidad
de Metano (y de CO2) ha comenzado a ser un problema.
Hasta hace poco más de 100 años su presencia en la atmósfera era
menor y relativamente constante, pero hoy estamos consiguiendo que
sea cada vez más abundante. Y es que año a año, más y más vacas,
ovejas y otros rumiantes son criados para consumo humano de carnes y
lácteos, no sólo en los campos, sino también en las ciudades y en
lugares muy próximos a ellas; más materia orgánica es generada y
desechada por el hombre para luego ser depositada en basurales y
rellenos sanitarios, donde las bacterias la descomponen
anaeróbicamente; más terrenos son destinados al cultivo de arroz
generando ambientes abundantes en alimento y escasos en oxígeno;
46
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
además de que aumentamos nuestra utilización de gas natural, y por lo
tanto las posibilidades de emitirlo a la atmósfera durante su producción,
transporte y uso son mucho mayores.
CH4 + O2 → 2H2O + C0
b) DIÓXIDO DE CARBONO
El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero, que
contribuye a que la Tierra tenga una temperatura habitable, siempre y
cuando se mantenga dentro de un rango determinado. Sin dióxido de
carbono, la Tierra sería un bloque de hielo. Por otro lado, un exceso de
dióxido de carbono acentúa el fenómeno conocido como efecto
invernadero, reduciendo la emisión de calor al espacio y provocando un
mayor calentamiento del planeta.
En la producción animal, el CO2 se encuentra ya sea directamente a
través de la respiración, o de forma indirecta a través de la oxidación del
carbono, tanto en las excreciones y extracción de carbono en productos
de origen animal. Por lo tanto las emisiones de CO2 procedentes de las
fuentes de los excrementos de los animales son los responsables de
emisiones de dióxido de carbono, son los referentes a la utilización de
energía fósil (combustible) en la producción.
c) ACIDO SULFURICO
El sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico es un gas incoloro sumamente
tóxico. Es combustible y forma con el aire mezclas explosivas. Este gas
47
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
posee un olor característico a huevos podridos. Este olor se percibe a
baja concentración (0,05 hasta 500 ppm).
El acido sulfhídrico es soluble en agua, formando con ésta un ácido débil.
El producto de la combustión del H2S es el SO2, el cual actúa de manera
altamente corrosiva en los gases de escape (ácido sulfuroso) y
contamina el medio ambiente (lluvia ácida) (Contreras, 2 006)
Este ácido se forma en las plantas de biogas por formación de proteínas
sulfurosas. Estas pueden provenir de materiales vegetales o de restos de
forraje de animales, siendo el estiércol de gallinas, reses y de cerdos los
que generan en promedio hasta un 0,5 % de H2S.
Acción de H2S
El H2S gaseoso presente en el biogás tiene una acción corrosiva sobre
las partes metálicas. El H2S ataca superficialmente el fierro pero, sin
causar mayores destrucciones. Los materiales galvanizados son también
atacados en la superficie.
Más grave es la destrucción de metales no ferrosos o de aparatos con
componentes de metales no ferrosos, tales como reguladores de presión,
medidores de gas, válvulas y griferías. Estos componentes son
destruidos rápidamente. El efecto del SO2 en conjunto con el agua actúa
directamente sobre el motor causando corrosión en la cámara de
combustión, en el sistema de escape, etc.
Efectos de H2S en el ser humano
48
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
El H2S es un veneno muy potente (comparable al ácido cianhídrico o
ácido prúsico). El H2S modifica el pigmento rojo de la sangre la que
cambia de color café hasta verde oliva. El transporte del oxígeno se
dificulta, lo que lleva una “asfixia interna”. Como síntomas se presentan
la irritación de las mucosas (incluso de los ojos), nauseas, vómitos,
disnea, cianosis (cambio de color de la piel), delirios y espasmos, así
como parálisis respiratorias y paro cardiaco, a altas concentraciones de
H2S los síntomas únicos e inmediatos son la parálisis respiratoria y el
paro cardiaco. Si la persona afectada sobrevive a un envenenamiento
quedan secuelas en el sistema nervioso central y en el corazón.
Si la persona se ve sometida a la influencia de pequeñas cantidades de
H2S durante largo tiempo, se puede producir un envenenamiento crónico,
en el presentaría como síntomas la irritación de las mucosas, fotofobia,
bronquitis, dolor de cabeza, debilidad, trastornos circulatorios y pérdida
de peso; Las dosis letales son:
1,2 hasta 2,8 mg H2S / l, de aire (0,1 %) es inmediatamente mortal.
0,6 mg H2S mg /l, de aire es mortal en el espacio de media hora.
Efectos del H2S sobre el ambiente
El SO2 producido durante la combustión contamina el medio ambiente en
forma de “lluvia ácida”, un contenido relativo bajo de SO2 en el aire daña
las plantas. La acumulación de SO2 en los suelos pobres en cal trae
consigo una lenta acidificación de los suelos.
49
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Detección del H2S
Existen varios métodos cualitativos y cuantitativos para detectar la
presencia de H2S en el biogás, una forma práctica y economía de
detectarlo cualitativamente es mediante el empleo de una solución
alcohólica de yodo. Una pequeña cantidad de biogás es introducida con
sumo cuidado en la solución de yodo. En presencia de H2S se decolora
la solución color rojo-marrón. Debido a la formación de azufre elemental
se produce un enturbiamiento lechoso.
Procesos para eliminar H2S del biogás
Existen varios procesos de eliminación del H2S, pero los que más se
ajustan a una planta artesanal por sus costos, son pos procedimientos
“secos”. La desulfuración del biogás se basa en la reacción química de
H2S con una sustancia apropiada.
2.3.3 UTILIDADES DEL BIOGAS
En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier tipo de equipo
comercial para uso de gas natural.
50
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
FIGURA Nº 6 aplicaciones del biogas
Fuente: textocientifico.com
51
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
TABLA Nª 6 VALORES PROMEDIOS DEL PODER CALORIFICO DE DIFERENTES COMBUSTIBLES Y SU EQUIVALENTE REFERIDO AL BIOGAS
Combustible Kcal/m3 Kcal/Kg Cantidad equivalente a 1000m3 de biogas
Biogas 5335 - 1000m3
Gas natural 9185 - 851m3
Metano 8847 - 603m3
propano 22052 - 242m3
Butano 28588 - 187m3
Electricidad 860Kcal/Kwh - 6203Kw/h
Carbon 6870 776Kg
petroleo 11357 553L
Fuente: formulacion de un programa de normalizacion para aplicaciones de energia alternativas. UPME.Marzo 2003
Tabla N° 7 Energia equivalente (valor energetico) biogas Vs fuentes
52
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Fuente: formulacion de un programa de normalizacion para aplicaciones de energia alternativas. UPME.Marzo 2003
2.3.4 PRINCIPOS DE LA COMBUSTION
El biogás mezclado con aire puede ser quemado en un amplio espectro de
artefactos descomponiéndose principalmente en CO2 y H2O. La combustión
completa sin el exceso de aire y con oxígeno puro, puede ser representada
por las siguientes ecuaciones químicas.
CH4 + 202 CO2 + H2O
H2S + 202 SO2 + H2O
CO2 CO2
El requerimiento de aire mínimo sería del 21% pero esta cifra debe ser
aumentada para lograr una buena combustión.
La relación aire-gas puede ser ajustada aumentando la presión del aire,
incrementando la apertura de la válvula dosificadora de gas (el biogás
requiere de una apertura 2 a 3 veces mayor a la utilizada por el metano
puro y modificando la geometría del paso de aire desde el exterior).
53
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Debido al contenido de dióxido de carbono, el biogás tiene una velocidad de
propagación de la llama lenta, 43 cm/seg y por lo tanto la llama tiende a
escaparse de los quemadores.
La presión para un correcto uso del gas oscila entre los 7 y los 20 mbar. Se
debe tener especial cuidado en este aspecto debido a que se deberán
calcular las pérdidas de presión de salida del gasómetro (adicionándole
contrapesos en el caso de gasómetros flotantes). Para dicho cálculo se
adjunta.
2.3.5 VENTAJAS DEL BIOGÁS
Las principales razones que pueden llevar a la implementación de la
tecnología del biogás son:
Obtener una fuente de energía económica que permita disminuir costos
asociados al consumo de la energía eléctrica o sistemas de gas
convencionales.
Reducción de olores: los sistemas de biogás reducen los olores ofensivos
especialmente en aquellas zonas donde se producen y manejan grande
cantidades de estiércol debido a la explotación de ganado. Los sistemas de
biogás reducen estos olores debido a que los ácidos orgánicos volátiles que
causan los compuestos generadores de olor son consumidos por las
bacterias productoras de ganado.
54
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Fertilizante de alta calidad. En el proceso de digestión anaerobia, el
nitrógeno orgánico en el estiércol se convierte en gran proporción a
amoniaco, el constituyente básico de fertilizante comercial, que es
fácilmente disponible y utilizado por las plantas.
Reducción de la contaminación de aguas superficiales y subterráneas. El
efluente del digestor es un producto más uniforme y manejable que el
estiércol no tratado. La alta cantidad de amoniaco permite una mejor
utilización de los cultivos y permite mejorar las propiedades físicas de los
suelos. Una aplicación apropiada del efluente del digestor reduce la
contaminación de aguas superficiales o subterráneas.
Reducción de patógenos El calentamiento que ocurre en los digestores
reduce las poblaciones de patógenos rápidamente en pocos días. La
recuperación de biogás mejora los rendimientos económicos mientras
mejora la calidad del medio ambiente. Maximizando los recursos de la
granja de tal manera que puede probarse que es competitiva y considerarse
como una alternativa sostenible para la industria ganadera.
2.3.6 PARAMETROS DE OPERACIÓN PARA LA GENERACION DE BIOGAS
a) Contenido de agua de la mezcla
Un contenido insuficiente de agua en la mezcla alimentada al biodigestor
ocasiona que las bacterias y otros microorganismos no obtengan el
entorno apropiado para que puedan funcionar efectivamente y la
cantidad de biogás producido será pequeña. Si la mezcla es demasiado
diluida, se puede digerir relativamente poca materia orgánica y la
producción de biogás es limitada.
55
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Si se usa primordialmente excreta humana y orines, estiércol y desechos
de agricultura como alimento para el digestor, entonces la razón de
biomasa a agua debe estar entre 1:1 y 1:2. Por consiguiente por cada
100 Kg. de heces y orina se requieren entre 100 y 200 litros de agua. Si
el material de alimento consta principalmente de residuos vegetales, se
requiere de más agua, en una razón de 1:3 o 1:4.
Es esencial proporcionar una buena mezcla en el digestor para promover
una biodegradación efectiva, especialmente si se utiliza biomasa cruda
con alto contenido leñoso.
b) Temperatura y período de retención
Los niveles de reacción química y biológica normalmente aumentan con
el incremento de la temperatura. Para los biodigestores de biogás esto
es cierto dentro de un rango de temperatura tolerable para diferentes
microorganismos. Las altas temperaturas causan una declinación del
metabolismo, debido a la degradación de las enzimas; y esto es crítico
para la vida de las células. Los microorganismos tienen un nivel óptimo
de crecimiento y metabolismo dentro de un rango de temperatura bien
definido, particularmente en los niveles superiores, los cuales dependen
de la termoestabilidad de la síntesis de proteínas para cada tipo
particular de microorganismo. Las bacterias metanogénicas son más
sensibles a los cambios de temperatura que otros organismos en el
biodigestor. Esto se debe a que los demás grupos crecen más rápido,
56
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
como las acetogénicas, las cuales pueden alcanzar un catabolismo
sustancial, incluso a bajas temperaturas (Sandoval, 2 006)
Existen tres rangos de temperatura para la digestión de residuales, el
primero es el mesófílo (de 20 a 45 0C), el segundo es el termófilo (por
encima de 45 0C). El óptimo puede ser de 35 0C a 55 0C. La ventaja de
la digestión termófílo es que la producción de biogás es
aproximadamente el doble que la mesófílo, así que los biodigestores
termofílicos pueden ser la mitad en volumen que los mesofílicos,
manteniendo su eficiencia general.
Se han realizado numerosos trabajos sobre la digestión termofílica en
países templados. Sin embargo, se requieren considerables cantidades
de energía para calentar los residuales hasta 55 0C. El tercer rango
(psicrofílico) ocurre entre los 10 y 25 0C. Existen algunas restricciones
para el uso de esta temperatura en la digestión anaerobia, como son la
necesidad de utilización de: reactores anaerobios de cama fija, inóculos
mesofílicos, un tiempo de retención alto y mantener una acidificación
baja (Dobelmann J.K. and D.H. Müller, 2 000)
d) Acidez/Alcalinidad de la mezcla
El rango de pH óptimo es de 6,6 a 7,6. Los ácidos grasos volátiles y el
acetato tienden a disminuir el pH del sustrato. Si las bacterias
metanogénicas no alcanzan a convertir rápidamente los ácidos grasos
volátiles a medida que lo producen las bacterias acetogénicas, estos se
57
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
acumulan y disminuyen el pH en el biodigestor. Sin embargo, el equilibrio
CO2 bicarbonato opone resistencia al cambio de pH.
Existen dos métodos prácticos para corregir los bajos niveles de pH en el
biodigestor. El primero es parar la alimentación del biodigestor y dejar
que las bacterias metanogénicas asimilen los ácidos grasos volátiles; de
esta forma aumentará el pH hasta un nivel aceptable. Deteniendo la
alimentación disminuye la actividad de las bacterias fermentativas y se
reduce la producción de los ácidos grasos volátiles. Una vez que se haya
restablecido el pH se puede continuar la alimentación del biodigestor
pero en pocas cantidades, después se puede ir aumentando
gradualmente para evitar nuevos descensos.
Es de vital importancia para el sistema, ya que una disminución del pH
puede traer como resultado la inhibición del crecimiento de las bacterias
metanogénicas, ello hace que disminuya la producción de metano y
aumente el contenido de dióxido de carbono y se produzcan olores
desagradables por el aumento del contenido de sulfuro de hidrógeno
(Lay et al., 1 998)
e) Nutrientes
Además de una fuente de carbono orgánico, los microorganismos
requieren de nitrógeno, fósforo y otros factores de crecimiento que tienen
efectos complejos. Los niveles de nutrientes deben de estar por encima
de la concentración óptima para las metano bacterias, ya que ellas se
inhiben severamente por falta de nutrientes.
58
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Sin embargo, la deficiencia de nutrientes no debe ser un problema con
los alimentos concentrados, pues estos aseguran en más que suficientes
las cantidades de nutrientes. (Contreras, 2 006)
Por otra parte, la descomposición de materiales con alto contenido de
carbono ocurre más lentamente, pero el período de producción de biogás
es más prolongado.
La relación óptima se considera en un rango de 30:1 hasta 10:1, una
relación menor de 8:1 inhibe la actividad bacteriana debido a la
formaciónde un excesivo contenido de amonio. (Dobelmann J.K and D.H.
Müller, 2 000)
El alto contenido de celulosa de los pastos y residuos agrícolas hace que
sean difíciles de digerir. Las heces humanas y orines, y también los
desechos de animales son ricos en nitrógeno y nutrientes necesarios
para el crecimiento y multiplicación de las bacterias anaeróbicas. Para
una producción óptima de biogás, se deben alimentar los diversos tipos
de biomasa en proporciones cuidadosamente balanceadas y mezcladas.
Se recomienda que la razón carbono/nitrógeno de los materiales
combinados de alimentación sea mantenida menor de 30:1. Un resumen
de los rangos óptimos de los parámetros para la producción de biogás
está dado en la tabla 8.
59
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Tabla 8. Rangos óptimos de los parámetros de producción de biogás
PARAMETRO RANGO OPTIMO
TEMPERATURA (°C) 30 - 35
pH 6.8 – 7.5
RELACION C/N 20 - 30
TIEMPO DE RETENCION (días)
10 - 25
RELACION AGUA/SOLIDOS
6 - 10
60
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Fuente: formulacion de un programa de normalizacion para aplicaciones de energia alternativas.
UPME.Marzo 2003
2.3.6 ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PREVIO A LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS
Antes de introducir los residuos orgánicos dentro del reactor hay que
realizar una serie de operaciones de acondicionamientos. Dependiendo
del tipo del reactor, el grado de pre tratamiento será diferente. La
finalidad de estas operaciones es introducir el residuo lo más homogéneo
posible, con las condiciones físico – químicas adecuadas al proceso al
que va a ser sometidos, y sin elementos que puedan dañar el digestor.
La forma de acondicionar los residuos de entrada puede ser por pre
tratamientos, reducción del tamaño de partículas, espesamiento,
calentamiento, control de pH, eliminación de metales y eliminación de
gérmenes patógenos. Cuando se maneja ciertos sustratos, como los
61
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
purines, es muy importante no almacenar demasiado tiempo, ya que
decae muy deprisa la productividad de biogás, al producirse
fermentaciones espontaneas.
Relación carbono/nitrógeno de las materias primas.
Prácticamente toda la materia orgánica es capaz de producir biogás al
ser sometida a fermentación anaeróbica. La calidad y la cantidad del
biogás naturaleza del residuo utilizado. Los niveles de nutrientes deben
de estar por encima de la concentración óptima para las
metanobacterias, ya que ellas se inhiben severamente por falta de
nutrientes
El carbono y el nitrógeno son las principales fuentes de alimentación de
las bacterias metanogénicas. El carbono constituye la fuente de energía
y el nitrógeno es utilizado para la formación de nuevas células. Estas
bacterias consumen 30 veces más carbono que nitrógeno, por lo que la
relación óptima de estos dos elementos en la materia prima se considera
en un rango de 30:1 hasta 20:1
La descomposición de materiales con alto contenido de carbono,
superior a 35:1, ocurre más lentamente, porque la multiplicación y
desarrollo de bacterias es bajo, por la falta de nitrógeno, pero el período
de producción de biogás es más prolongado. En cambio, con una
relación C/N menor de 8:1 se inhibe la actividad bacteriana debido a la
formación de un excesivo contenido de amonio, el cual en grandes
cantidades es tóxico e inhibe el proceso.
62
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
En términos generales, se considera que una relación C/N óptima que
debe tener el material “fresco o crudo” que se utilice para iniciar la
digestión anaeróbica, es de 30 unidades de carbono por una unidad de
nitrógeno, es decir, C/N = 30/1. Por lo tanto, cuando no se tiene un
residuo con una relación C/N inicial apropiada, es necesario realizar
mezclas de materias en las proporciones adecuadas para obtener la
relación C/N óptimas.
Sobre la base del contenido de carbono y de nitrógeno de cada una de
las materias primas.
2.4 DEPURACIÓN.
Las principales impurezas del biogás producidas en el proceso de
fermentación anaeróbica, son el bióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno,
y como el gas se genera en un medio acuoso se produce también agua de
arrastre. Si se eliminan el CO2, H2S y agua de arrastre se tendría
prácticamente al gas natural sintético, pero el hacerlo significaría aumentar el
costo de gas y sofisticar el sistema. Tratándose de instalaciones destinadas al
medio rural deberá optarse por alternativas sencillas o baratas de depuración,
siempre y cuando se justifique ésta, ya que depende el uso a darse el biogás.
63
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.4.1 ABSORCIÓN DEL CO2.
El gas que sale del colector, tiene CO2 en un porcentaje de 40 a 45, el
mismo que debe ser eliminado para darle mayor valor calorífico, esto se hace
haciéndolo pasar a través de agua calcinosa.
2.4.2 ABSORCIÓN SÓLIDOS.
Este método se emplea para reducir la contaminación de H2S al biogás y
consiste en hacer pasar el biogás a través de un separador que contenga
oxido férrico, en su forma más sencilla puede utilizarse limaduras de hierro
oxidada al aire empacada en aserrín para que haya el mayor contacto
posible con el gas.
La reacción que se lleva a cabo es:
Fe2O3 + 3 H2O 2 Fe (OH)3
2 Fe (OH)3+ 3H2S 2 FeS + S + 6 H2O
La regeneración del Fe2O3 se lleva a cabo con un simple lavado y
exposiciónal aire.
4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3 + 4 S
Este método es el más conveniente para reducir el contenido de H2S en el
biogás, eliminando así el riesgo de contaminación en: compresores,
tanques de alimentación o almacenamiento y en general en equipos
donde vaya hacer utilizado.
El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo para la salud, bastan 20-50
ppm en el aire para causar un malestar agudo que lleva a la sofocación y
la muerte por sobrexposición.
64
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
El sistema más utilizado para su eliminación es hacer pasar el gas por un
filtro que contiene hidróxido de hierro. El H2S del gas se combina con el
hierro formando sulfuro de hierro.
2.4.3 ABSORCIÓN DE AGUA.
El agua de arrastre del biogás puede ser reducida haciendo pasar el gas a
través de trampas ligeramente enfriadas para condensar el vapor de agua
y eliminar.
2.5 BIODIGESTOR
Un biodigestor es un sistema natural que toma ventaja de la digestión
anaeróbica y que transforma biomasa o materia orgánica degradable, en
biogás y/o fertilizantes. En principio, todos los materiales orgánicos pueden ser
fermentados o digeridos, sin embargo, solo sustratos líquidos u homogéneos
pueden ser considerados para plantas de biogás simples. Entre estos se
encuentran heces y orina de ganado, cerdos, aves, aguas negras, desechos
vegetales, residuos de cosechas, entre otros. Aguas servidas de industrias de
procesamiento de alimentos pueden ser utilizados también si este sustrato es
homogéneo en su forma líquida. La producción máxima de biogás dada una
cantidad de materia cruda, depende directamente del tipo de sustrato
envuelto.
Normalmente, el biogás producido por un digestor puede ser usado tal como
está, de la misma forma que cualquier otro gas combustible. Sin embargo, es
posible y deseable que un tratamiento posterior sea realizado para remover
gases no deseables o impurezas.
65
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
FIGURA Nº 7 biodigestor tipo chino modificado conectado al manómetro de presión de columna de agua
66
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.5.1Parámetros para evaluar el funcionamiento de un biodigestor
67
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Para el buen funcionamiento de un digestor en general es muy
importante el monitoreo en forma periódica de ciertos parámetros
que están estrechamente vinculados con la generación del biogás,
dichos parámetros son: temperatura, pH, DQO y ácidos grasos, los
cuales son indicadores y nos dan una idea de que tan bien o mal se
puede estar desarrollando el proceso de generación de biogás dentro
de un reactor, para lo cual cada propiedad tiene un rango de valores
establecidos y los cuales se deben mantener en el reactor en cierto
rango para garantizar la buena y constante producción de biogás.
También es importante la determinación de parámetros como la
cantidad de metano CH4 y dióxido de carbono CO2 contenido en el
biogás así como la temperatura de la llama generada por el mismo.
a) pH (Potencial Hidrógeno)
El pH es un parámetro de operación obligatorio, el cual nos dice si el
reactor está operando en un medio ácido o básico. En general, un
reactor debe estar operando en un medio neutro para asegurar que
las condiciones sean las adecuadas para mantener las bacterias
metanogénicas en un ambiente idóneo para su supervivencia y
reproducción.
Para asegurar un exitoso proceso de fermentación anaeróbico dentro
del biodigestor, el valor de pH debe oscilar entre 6.5 y 7.5, o sea,
cerca del valor neutro de la escala la cual varía de 0 a 14.
68
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Para realizar la medición de pH se utiliza un instrumento de campo
denominado pH-metro, el cual está conformado por un electrodo que
mide la diferencia de potencial dentro de la muestra, y en base a esa
diferencia se mide la concentración de iones hidrógeno en el agua.
b) DQO
La demanda química de oxígeno, DQO, expresada en unidades de
oxígeno, mide la porción de materia orgánica que es biodegradable o
no, en una muestra que es susceptible a oxidación por un fuerte
oxidante químico. Esta prueba se realiza para establecer una
comparación entre el influente y el efluente y así determinar la carga
orgánica que queda dentro del biodigestor y la cual posiblemente se
este convirtiendo en biogás, por lo tanto, se realizan dos pruebas de
DQO, una en el efluente y otra en el influente para establecer dicho
patrón de comparación.
Hay que diferenciar dos tipos de análisis de DQO que se realizan,
según su propósito:
DQO Soluble: Es una medición del material orgánico que logra
solubilizarse en el agua y que generalmente se encuentra en la
descarga de un reactor.
DQO Total: Es una medición que comprende los sólidos
insolubles y solubles además de las grasas, que tienden a
consumir oxígeno durante su descomposición.
69
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
La DQO es toda la cantidad de oxígeno que requiere la materia o
toda la especie química que está presente en el agua residual para
lograr oxidarse. Es un balance estequiométrico exacto de la cantidad
de oxígeno requerido para descomponerse.
Existen dos maneras para realizar la prueba de DQO. Uno es
mediante un proceso meramente químico, donde usualmente se
utiliza como oxidante el Dicromato Potásico, aunque pueden ser
otros componentes.
El otro método más exacto y más moderno, utiliza un fotómetro tipo
MERCK SQ-118, (Fig. 1.2), y el cual da mediciones con un rango de
incerteza de 2 mg/L. Este equipo utiliza unas celdas, donde dentro de
las celdas viene la solución de reactivos ya preparada, y donde solo
se debe esperar la reacción química, la cual se da a 148ºC dentro de
un termorreactor (Fig. 1.3) en el cual se mantiene 2 horas a esa
temperatura para que se consuma la materia orgánica presente en la
muestra. Luego, en base a un blanco de referencia, el cual es un
patrón que brinda la compañía que vende el equipo, se calibra el
aparato con dicho patrón y por último se mide la muestra, obteniendo
los resultados. Si es necesario, hay un proceso de dilución que
precede a la introducción de la muestra a la celda. Si por experiencia
se sabe que la DQO que esperamos está arriba del rango que tiene
la muestra para medir, se diluye la muestra.
Los valores de DQO dependen enormemente del tipo de reactor que
se analice así como la materia orgánica que lo alimenta.
70
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
c) Ácidos grasos
El análisis de ácidos grasos volátiles es una medida de la
concentración de la generación de ácidos grasos, específicamente el
ácido propiónico entre otros. Dependiendo de la naturaleza de las
aguas residuales, éste se genera a partir de la descomposición
anaerobia de la materia orgánica. La descomposición de la materia
orgánica está formada por tres etapas: Hidrólisis, acidificación y
metano génesis. Es en la Hidrólisis donde se generan los ácidos
grasos. La acido génesis es el paso de la hidrólisis a la metano
génesis y es donde los ácidos son utilizados por las bacterias para
generar biogás. Los ácidos grasos es una medida de esa
concentración. Si nuestro reactor se queda estancado en un pH
ácido, lo que significa es que la concentración de ácidos generados
es demasiado alta y debe regularse. Dicha regulación se logra
mediante la reducción de materia prima que entra al reactor. Los
valores de ácidos grasos dependen enormemente del tipo de reactor
que se analice así como la materia orgánica que lo alimenta.
d) Contenido de metano y dióxido de carbono en una muestra de
biogás
El contenido de metano (CH4) del biogás producido en un biodigestor
dado, se determina mediante la extracción del volumen contenido
dentro del recipiente que contiene la muestra del biogás. Teniendo
este volumen conocido de biogás (V1), este se inyecta en un
71
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
recipiente sellado el cual posee una solución de 20 mL, conteniendo
20g/L de KOH o Na OH. . Este bote hermético debe ser agitado
durante 3 ó 4 minutos de tal forma que todo el dióxido de carbono
sea absorbido por la solución presente en el recipiente. El volumen
de gas que queda en el recipiente (V2) puede ser determinado
utilizando la jeringa y midiéndola directamente.
De aquí que la concentración porcentual de metano venga dada por
la siguiente ecuación:
De ahí el porcentaje de CO2 y otros contenidos en la muestra se
determina por medio de la siguiente ecuación:
Los rangos normales de gas metano dentro de una muestra de
biogás deben rondar entre el 30% al 60% de dióxido de carbono,
50% y el 70% de CH4 y el 3% de otros gases.
2.5.6 TEMPERATURA
La temperatura dentro de un biodigestor es un parámetro de los más
importantes para la óptima producción de biogás en cualquier
digestor. Existen diferentes rangos de temperatura de
funcionamiento, entre los que tenemos mesofílico y termofílico que
son los más comunes utilizados en digestores en El Salvador. Se ha
establecido por lo general que a mayor temperatura, se logra mayor
productividad, aunque se necesita que se reúnan otras condiciones o
parámetros especiales de funcionamiento.
72
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
La temperatura ya sea alta o baja se deberá mantener lo más
constante posible, ya que las fluctuaciones perjudica en gran medida
la acción bacteriana que se desarrolla dentro del tanque y que es
responsable de la fermentación.
La forma más sencilla para lograr que la temperatura dentro de un
biodigestor se mantenga constante día y noche, es construirlo
enterrado, aprovechando así la propiedad natural aislante de la tierra.
Es necesario hacer mediciones periódicas de la temperatura dentro
de un reactor, lo cual se puede realizar mediante la instalación de
una termocupla, llevando así, una bitácora de las temperaturas
registradas verificando que no existan cambios bruscos que afecten
la productividad de la bacterias y que lleguen incluso a morirse.
2.5.7 TEMPERATURA DE LLAMA
La temperatura de llama creada por una mezcla de combustibles es
importante para diagnosticar el desempeño de todo tipo de sistemas
de combustión. En la operación de calderas, la temperatura de llama
es por lo general un buen indicador de su eficiencia térmica.
La temperatura teórica de la llama del biogás es una mezcla
estequiometrica con aire, incluyendo disociación la cual se da a 3849
°F (2120.56°C). Sin embargo la temperatura teórica de la llama
disminuye por las siguientes razones:
- Presión atmosférica
- Perdida de calor hacia la atmosfera (Flama adiabática)
73
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
- Porcentaje de oxigeno contenido en la atmósfera.
- El combustible que está siendo quemado.
- Cualquier tipo de oxidación en el combustible
- Temperatura de la atmósfera.
- Humedad relativa
Como el proceso de combustión se está dando desde el punto de
vista estequiométrico, asumiendo que no existe disociación, se
obtendrá la más alta temperatura de llama. Cualquier exceso de
aire/oxígeno bajará dicho valor, así como la insuficiencia de
aire/oxígeno.
El proceso de medición de la temperatura de llama, se da mediante
la utilización de termómetros especializados. A continuación se
muestra (Fig.8) la temperatura teórica de la llama del biogás en
función del porcentaje de metano CH4 por volumen y de la
concentración de vapor de agua contenido en el biogás, y en donde
teóricamente se puede determinar la temperatura de la llama
generada si se conoce el porcentaje de metano CH4 contenido en el
biogás.
74
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Figura Nª 8 Temperatura teórica de la llama del biogás en función del porcentaje de metano CH4 por volumen
Fuente: U.S. Department of Energy, BiogasUtilizationHandbook, 1988
75
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
2.5EFLUENTE
2.5.1 CARACTERISTICAS
Hidrógeno y algo de nitrógeno por reducción de NH3. Para una
alimentación media de 50 kg/día y una producción diaria de 1 m3 de
gas la masa se reducirá solamente en un 2%.
La viscosidad del efluente se ve reducida drásticamente debido a la
transformación de los sólidos volátiles (un 50% de los mismos son
reducidos en un digestor en régimen). Esto hace al efluente 41
2.5.2 ALMACENAMIENTO DEL EFLUENTE
Los productos de la digestión anaerobia son el biogás y el efluente
líquido. El efluentees una solución orgánica estabilizada que tiene valor
como fertilizante y por ello puede ser utilizado en irrigación de pastos y
cultivos. Una evaluación de la presencia de organismos patógenos es
recomendable para disminuir los riesgos a la salud pública en el
momento de la aplicación.
El efluente del biodigestor también puede ser aprovechado en la
generación de biomasa que puede servir de alimento potencial de
ganado. Esto se logra combinando el sistema de tratamiento del
biodigestor con lagunas ducweed(lenteja de agua).
76
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
La lenteja de agua es una macrofita con un alto contenido de proteína,
una tasa elevada de crecimiento y con capacidad de remover nutrientes
de las aguas residuales(N y P).
Estas características la potencializan para la recuperación de biomasa.
Dependiendo del tamaño de la instalación y de la cantidad de efluente
obtenido se requiere proveer en el sistema un sitio para su
almacenamiento esto con el propósito de usarlo o comercializarlo
posteriormente
77
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
MATERIAL Y METODOS
La materia prima empleada en la investigación fue excreta de ganado porcino.
Durante el desarrollo de la investigación se utilizaron los siguientes materiales
y equipos del laboratorio:
Materiales:
Estiércol de cerdos
Agua
Termómetros
Varilla de agitación
Tuberías de vidrio
Tubos de vidrio
Frasco
Deposito (globo 17 L)
Baño maría (0,075m3)
Equipos:
Termostato
Fermentador
Mechero bunsen
Peachimetro o potenciometroPh
78
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Estufa
Reactivos
Virutas de hierro.
Agua destilad
3.1 METODOLOGIA
Se toma 246Kg de estiércol por dia de la granja CPVET a las 10 am
durante 7 dias, estuvo en una tempertura ambiente de 45°C, donde
aumentaría la acidez para luego sean pesadas para hacer la dilución
con agua en relación 1:3 esta dilución se toma debido a que las excretas
de cerdo empleados son muy densas y luego se agrega al fermentador
no sin antes sacar las muestras para medir el pH, temperatura, solidos
totales.(datos obtenidos por el autor)
La biomasa se agita y se cierra herméticamente, luego se ajusta la
temperatura al rango deseado en el baño María y se ajustan las llaves de
las tuberías dejándose reposar, para luego comience la fermentación o
degradación de biomasa y por ende la producción de biogás. ACUÑA,
LEON (1998)
Esta producción transcurrió en un rango variable de T° interna en el
biodigestor desde el inicio hasta término de la fermentación con un
promedio de 28,9 °C así mismo en un rango variable de presión
manométrica dentro del biodigestor desde los 20 días de inicio hasta el
79
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
término de la fermentación del biodigestor con un promedio de 13,87 cm
H2O
1. PRETRAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA:
Se considera el pre – tratamiento de la carga inicial mediante una
fermentación aeróbica parcial. Así mismo, se considera el mezclado de
desechos según la formulación seleccionada y la dilución de esta mezcla en
agua, para ajustarse a la concentración de solidos seleccionados.
Se roció con lechada de cal al 2% total en la superficie de la capa de
estiércol.
Cumplido el periodo de tiempo de fermentación, se consideró el
semicompost (Sustrato fermentativo para cargar al digestor)
2. AGREGADO DEL SEMICOMPOST AL BIODIGESTOR(Itintec, 1 985)
Estando el semicompost a “punto”, se inició el cargado inicial teniendo en
cuenta que del 10 al 15 % del volumen total del digestor serviría como
cámara de almacenamiento de gas y el resto (90 al 85 %) para ser llenado
o cargado con el semicompost.
3. ALIMENTACIÓN PERIÓDICA AL BIODIGESTOR (ITINTEC,1 983)
Se inició a los 24 días de iniciado la incubación del biodigestor y se
continuó hasta que se dio por terminadola fermentcion a un atemperatura
de 75°C donde se produjo biogás.
80
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Tabla N° 9 cantidad de estiércol producido en 200 cerdos
Cerdos Peso vivo Kg Peso Vivo Kg
total
40 Madres 150 6000
5 Machos 180 900
105 Gorrinos 80 8400
40 Lechones 20 800
10 Gorrinos 30 300
200 16400 Kg
Fuente: propia
81
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
a) PRODUCCION DE ESTIERCOL
Los cerdos tienen un tiempo de estación de 24 horas por día, mientras que
los caballos y los bueyes tienen una estación de 12 horas como promedio
en el establo, por lo que la cantidad de estiércol que se podrá recoger
estará afectada por este tipo de estación.
1600 Kg peso vivo x 0.03 (factor de producción de estiércol) = 492 Kg
de estiércol/200 cerdos
492 Kg x 1224
(factor de estación) = 246 Kg de estiércol/día
b) Agua Necesaria
Para formar las biomasas que se pretenden digerir es necesario añadir 3L
de agua por cada kg de estiércol. Algunos estudios recomiendan la relación
82
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
agua :estiércol en dependencia del animal del cual provenga la excreta,
para garantizar un desarrollo adecuado de la anaerobiosis metanogenicas
igual a lo mostrado en la tabla ….
Especie
cerdos
tamaño Cantidad
de excrtas
por
dia(Kg)
Rendimiento
de biogás
(m3/Kgexcreta)
Producción
de biogás
(m3/animal
dia)
Relación
excreta :
agua
Grande 2.0 0.07 0.14
1:1 a1:3Mediano 1.5 0.07 0.10
pequeño 1.0 0.07 0.07
Tabla N°10 Relacion excreta: agua
Fuente: propia
Para esta muestra se tomara la relación 1:3 para poder garantizar la
condiciones críticas de operación.
Tabla N°11 condiciones críticas del biogas
Condiciones criticas Rangos
83
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Ph 6.6 a 7.6
T° 35 0C a 55 0C
NUTRIENTES 30:1 (C:N)
Solidos totales % 9.6
Solidos volátiles % 69.5
Fuente: propia
c) PRODUCCION DE BIOMASA
Con esta cantidad de agua se forma la totalidad de la biomasa que se debe
degradar.
Se forma una relación 1:3 es decir 1 de masa de estiércol diluido en
proporción 3 de agua.
246 Kg de estiércol x 3 = 738 litros de agua.
La biomasa total será de:
246 Kg de estiércol + 738 L H2O = 984 Kg de Biomasa/ día
Se preparó el volumen de carga de la siguiente manera, a un recipiente
conteniendo 738 litros de H2O de caño se le agregó y mezcló 246 Kg de
estiércol porcino fresco.
84
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
d) VOLUMEN DIARIO DE BIOMASA EN LA PRODUCCION DE BIOGA.
Para el tratamiento se recomienda emplear un metro cubico de capacidad
del biodigestor por cada 1000Kg de biomasa, pues se considera que la
biomasa, formada en sus tres cuartas partes por agua, posee una densidad
equivalente a la de está.
VBM = 984Kgdebiomasa
1000 = 0.984 m3 / kg día
4. EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS (ITINTEC, 1 983)
Producción de biogas en el digestor
La primera cosecha de producción de biogas se hizo a los 18 días de
iniciado la fermentación cuando en el manómetro de columna de H2O la
presión era elevada. Luego se continuó cosechando y evaluando la
producción de biogas diariamente, cada 24 horas en término promedio
durante 24días.
La cosecha de biogas se hizo trasvasando el biogas desde el biodigestor
hacia el gasómetro abriendo la llave del biodigestor hasta que en el
gasómetro no se registraba incremento de volumen. La llave del
biodigestor luego se cerró para continuar la producción de biogas.
La medición de biogas se hizo registrando la diferencia de nivel de agua
producida dentro del depósito invertido graduado del gasómetro a causa
del desplazamiento del volumen de agua dentro del gasómetro al
ingresar el biogas proveniente del biodigestor.
85
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
La diferencia de nivel de agua dentro del gasómetro medida en
centímetros fue reemplazado en la fórmula siguiente para la
determinación del volumen de biogas producido.
Tabla N°12 Producción de biogás por día
Cerdos Excretas/ día Rendimiento de
biogas m3/Kg de
excreta
Producción de
biogás
40 2 0.07 5.6
5 2 0.07 0.7
105 1.5 0.07 11.03
40 1 0.07 2.8
10 1 0.07 0.7
200 20.83 m3/200
cerdos día
Fuente: propia
Forma de volumen de un cilindro:
V = π r2 H
86
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
V = Volumen (cm3)
π = 3,1416
r = radio de la base del recipiente interior graduado o gasómetro = 10 cm
H = Diferencia de nivel desplazamiento de agua registrado en recipiente
interior graduado de gasómetro.
Medición del pH en el proceso de la biodigestion
Se midió el pH diariamente empleando el método de la cinta y del
potenciómetro.
La frecuencia con que tomamos la muestra para saber el pH es cada dia
hasta que cumpla los 18 dias de fermentación.
Tabla N°13 Muestra de pH tomada cada dia de fermentaion
DIAS pH
1 7.45
2 7.2
3 7.3
4 7.3
5 7.4
6 7.3
7 7.2
8 7.1
9 7.5
10 7.4
11 7.2
12 7.2
87
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
13 7.3
14 7.2
15 7.2
16 7.2
17 7.1
18 7.1
Fuente: propia
Medición de la T° del material fermentativo en el proceso de
biodigestion
La evaluación de la temperatura se realizó todos los días entre las 7:00
am a 12:30 pm, para lo cual el émbolo del termómetro utilizado estuvo
dentro del biodigestor y la parte graduada o escala fuera del
biodigestorque sirvió para ver el valor de la temperatura registrada y
hacer la lectura diaria correspondiente.
Medición de la presión manométrica originada por el biogas
acumulado diariamente en el biodigestor
La presión manométrica se midió con el manómetro manual de columna
de agua que estuvo acoplado al biodigestor de tal modo que cuando se
abría la llave del biodigestor, el biogas fluía hacia el manómetro
desplazando una altura de columna de H2O del manómetro, que medido
en centímetros constituyó el valor de la presión de biogas. Esta medición
se hizo diariamente paralelo a la cosecha de biogas.
88
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Determinación de la calidad y el tiempo de consumo del biogas en
un mechero tipo Bunsen
Se conectó la manguera de la cámara de llanta llena de biogas a la
entrada de un mechero tipo bunsen. Luego se abrió la llave del mechero
y de la cámara para permitir la salida del gas hacia el mechero,
inmediatamente con ayuda de un encendedor se prendió fuego al biogas
que salía por la boca del mechero. Si el color de la llama era rojo se
consideró de mala calidad; naranja a naranja azul de regular calidad;
azul transparente de buena calidad.
El tiempo de duración de consumo de biogás se midió en función del
tiempo que duró encendida la llama, hasta que se agotó el biogás
almacenado en la cámara de llanta. En los primeros minutos el fuego en
el mechero se mantenía constante, la presión del biogás que salía de la
cámara era suficiente para que se mantuviera el fuego, después de esos
primeros minutos se tuvo que hacer presión manual sobre la cámara en
forma progresiva hasta que no hubo nada de gas en la cámara para que
se mantuviera el fuego en el mechero.
SOLIDOS TOTALES
Usando método gravimétrico consiste en:
Pesar una muestra de sustrato.
Colocar la muestra en un crisol y llevan a la esstufa a una temperatura
de 105ºC por 24 horas.
Sacar la muestra de la estufaa y llevarla a un desecador por 15
minutos, luego pesar la muestra seca.(ACUMA Y LEON 1998)
89
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
S.T. (%) =P . S .P .T
X 100
S.T: Solidos totales.
P.S: peso de la muestra seca
P.T: peso total de la muestra
SOLIDOS VOLATILES
Empleando metodogavimetrico:
Se calcula el peso de solidos totales, de acuerdo al metodo anterior.
La muestra se lleva a un horno de incineración o mufla a una
temperatura de 550ºC por 3 horas.
Sacar la muestra del horno de incineración y se lleva a un desacador por
15 minutos.(ACUMA Y LEON 1998)
Pasar la muestra y calcular el porcentaje de solidos volátiles de acuerdo
a:
S.V (%) = P . S .T−PCP .S .T
X 100
S.V: Solidos volatile.
P.S.T: Peso de solidos totales.
P.C: Peso de las cenizas.
TIEMPO DE RETENCION
90
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Dado que el material biodegradable requiere de un tiempo para su
descomposición, para en la ultima intancia clacular el volumen de trabajo
del biodigestor.
Bajo la acción de bacterias mesofilicas se estma que un reactor normal a
30°C el tiempo requerido para biodegradar la materia prima alimentada es
de 20 dias, tiempo que se puede afectar por las variaciones de la
temperatura ambiente.
TR = 20 días x 1,3 = 26 días
El factor 1,3 es un coeficiente que depende de la temperatura, y para
garantizar un funcionamiento optimo del biodigestor en cualquier época de
año se ha asumido el valor de 25°C.
VOLUMEN DE DIGESTION DE LA BIOMASA
VD = 0,540 m3/ dia x 26 dias = 14.04m3
VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DE GAS
La capacidad requerida en el biodigestor para la acumulación de la
biomasa es de 14.04 m3, de modo que será necesario determinar cuál es
el volumen requerido para acumular el gas producido diariamente.
91
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
VG = 270 Kg/cerdos x 0,07 m3/Kg x 12h/24h = 9.45m3
VOLUMEN TOTAL DEL BIODIGESTOR
Con estos dos volúmenes se puede determinar el volumen total del
biodigestor.
VBD = VD + VG = 14.04m3 + 9.45 m3 = 23.49 m3
Con la cantidad de animales disponibles, se requiere de un biodigestor
con una capacidad de 23.49 m3. Esta metodología puede seguirse para
diseñar biodigestores familiares, con una cría de siete a diez cerdos u
otras combinaciones de animales.
HUMEDAD
Es una pesa sustancias, se pesa una muestra con exactitud y se secan,
durante 5 horas en una estufa 99ºC – 100ºC.
Se saca de la estufa el pesa sustancias con la muestra, se deja enfriar
durante media hora en un desecador y se seca.
La pérdida de peso en la desecación se da como porcentaje de humedad.
(ACUMA Y LEON 1998)
ANALISIS DE BIOGAS A ESCALA LABORATORIO
La cantidad del biopgas producido, debe controlarse con análisis
constante de su composición, este control de calidad es trabajo de
laboratorio y puede realizarse con bastante exactitud con un cromatografo
92
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
de gases. Sin embargo, resultados aproximados, puede determinarse con
un metodo sencillo que sugiere KEN SMITH y es el siguiente:
Se toma una muestra de un determinado volumen en un
frasco( matraz) desalojando un volumen igual de agua.
Este volumen de gas se disuelve en volumen igual de NaOH
(hidróxido de sodio) (0.05M), el CO2 contenido en el biogás reacciona
con el NaOH formando bicarbonato de sodio.(ACUMA Y LEON 1998)
NaOH +CO2 NaHCO3
La solución anterior se mide para determinar la cantidad de CO2 se
supone que todo el gas que queda es metano.
Este método puede dar un error hasta de 10%, pero es un método
práctico que puede realizarse en cualquier lugar.(ACUMA Y LEON
1998)
93
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
IV. RESULTADOS:
“Al finalizar el proceso de investigación para la obtención de biogás a partir de
excretas de ganado porcino se obtuvieron datos tabulados en la siguiente tabla”
TABLA N° 14 PRODUCCION DE BIOGAS
DIAS DE
FERMENTACION
TºC presión pH
N° 1 33 6.6 7.45
N° 10 42 6.7 7.4
N° 18 43 6.55 7.1
FUENTE:(Itintec, 1 983)
PRODUCCIÓN DIARIA DE BIOGAS
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Se obtuvo producción de biogás de estiercol porcino desde los 18 días de
iniciado la fermentación que fue corroborado cuando se prendió fuego al
biogás que se hizo salir a través de un mechero bunsen.
Esta producción transcurrió en un rango variable de T° interna en el
biodigestor desde el inicio hasta término de la fermentación con un promedio
de 28,9 °C y una desviación estándar de 6 237cm3 un máximo 35 240 cm3y un
mínimo de 4 948 cm3; así mismo en un rango variable de presión manométrica
dentro del biodigestor desde los 18 días de inicio hasta el término de la
fermentación del biodigestor con un promedio de 13,87 cmH2O.
La primera evaluación de producción, fue a los 18 días de iniciado la
fermentación y la última a los 24 días del inicio de la fermentación; siendo el
total de producciones 0.1m3
TABLA N° 15 Parámetro final de la producción de biogás
PARAMETROS
T°C 43°C
Presion 6.55
pH 7.1
CO2 30 – 60 % volumen
CH4 40 – 70 % volumen
H2 0 – 1 % volumen
H2S 0 – 3 % volumen
O2 0,1 % volumen
Fuente: propia
95
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
PRODUCCIÓN ACUMULADA DE BIOGAS:
La producción acumulada de biogas es de 0.1m3 /días de la fermentación.
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
H2 = 0 – 1%
CO 2 = 30 – 60%
CH4 = 40 – 70%
O 2 = 0 – 1%
H2S = 0 – 3%
T = 24°C T = 33°C T = 43°C
pH = P = 6.6 pH = 7.1
Excretas pH = 7.45 P = 6.55
Biogás
Agua
Destilada
Residuos
TKACONDICIONAMIENTO BIODIGESTOR
97
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
V. DISCUSIÓN
La característica de ser combustible sobre todo cuando se encuentra en un
70 % a más dentro de la mezcla de gases que compone el biogas permite
identificar al biogas como de buena calidad al ser encendido y originar una
llama de color azul transparente y sin olor (Omer y Fadalla, 2 003)
La producción de biogas está influenciada por varios factores como son el
tipo de substrato fermentativo, la temperatura, el tipo de fermentación, la
relación carbono nitrógeno en el substrato entre otros.
Existen diversos procesos para convertir la biomasa en energía, estos
procesos utilizan las características bioquímicas de la biomasa y la acción
metabólica de los microorganismos para producir combustibles, siendo el
más importante la digestión anaerobia, proceso en que la biomasa a través
de las bacterias generan un gas combustibles llamado biogas, que es una
mezcla de metano y dióxido de carbono, además de la materia sólida
remanente del proceso que es un buen fertilizante orgánico (Jeason, 2 000)
El volumen promedio diario y acumulado de biogas obtenido son valores
significativos. Comparado a otras investigaciones. Para Tacna se tiene el
reporte de una poquísima producción de biogas por fermentación
discontinua de excremento de cuy (Delgado, 2 006); así de mismo de una
producción acumulada de 452 litros de biogas en 7 meses y 19 dias de
fermentación discontinua de excremento de cuy con rastrojo vegetal
(Castillo y Tito, 2 010)
98
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
El biodigestor tipo chino modificado diseñado y construido en este trabajo
ha sido eficiente para los objetivos planteados, ha permitido que haya
facilidad para la realización de la fermentación semicontinua de producción
de biogas sin que origine en ella problemas, rajaduras o deterioro
(Contreras, 2 006)
La planta de Grinda cerca de Oslo (noruega procesa 50,000 toneladas de
desecho domésticos por año, y utiliza un nuevo proceso para convertir
alrededor del 55% de estos desechos en briqueta de combustible, las
cuales utilizan una planta papelera local como una fuente alternativa de
energía para sus procesos de producción. Del resto de los desechos, el
35% se procesa para abono orgánico, y el 10 % restante por lo general
metales, piedra y vidrio se elimina en vertederos
(TheRegencyCorporationLimited, 1 998)
Un proyecto de implementación de biodigestores en Bolivia se desarrolló en
comunidades campesinas de Mizque 2,200 metros de altura, Cochabamba-
Bolivia, el año 2001. Lo cual sirvió de experiencia piloto para que se aplique
los digestores de polietileno tubular de bajo costo fuera de ecorregiones
tropicales a nivel internacional, y ha significado el principió de difusión de
esta tecnología apropiada en Bolivia.Tanto la aceptación y participación de
los campesinos como la viabilidad de estos temas fuera del trópico ha sido
un éxito (Campero, 2 007)
Como todo proceso biológico, la digestión anaerobia debe ser controlada,
pues existen diversos factores que influyen considerablemente el éxito o no
de la misma. Un desbalance en alguno de estos factores puede provocar la
99
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
ruptura del equilibrio entre las comunidades microbianas y por consiguiente
el no funcionamiento del sistema, la no producción de biogas (Flotats, 1
997)
La investigación realizada sobre producción de biogas promueve la
importancia y atención que se le debe dar para contribuir con el desarrollo
del país, en otros países los estudios y aplicaciones sobre las
biotransformaciones de material orgánico para obtener biogas están
bastantes desarrolladas.
100
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
VI. CONCLUSIONES
Luego de finalizar la presente investigación se concluye:
Se recogieron 243Kg de estiércol para este proceso.
Se obtuvo 0.1m3 de biogás a partir del estiércol que produjeron 200 cerdos
a los 24 días de iniciada la fermentación.
La temperatura es un factor muy importante en la producción de gas, siendo la
más óptima en un rango mesofílico de 30ºC a 37ºC, como también es
importante evitar cambios bruscos de temperatura lo que afectaría
directamente en la producción de gas. Donde su temperatura óptima para
producir biogás es de 43°C.
La disminución del pH del sustrato trae como consecuencias el aumento en el
% de metano. La producción de biogas es buena, a Ph mayor a 7 y su rango
operacional optimo esta entre 7.5 – 7.6.
Los beneficios económicos de la fermentación anaeróbica resultan evidentes
al poder utilizar la energía del biogás, evitando comprar gas comercial, que en
las zonas rurales es muy escaso y muy proclive a la especulación, pues los
mecanismos de distribución y comercialización son inadecuados.
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
VII. RECOMENDACIONES
Investigar sobre métodos para mejorar el rendimiento de los
microorganismos en los biodigestores.
Realizar una investigación sobre la eliminación de microorganismos
patógenos mediante digestión anaeróbica.
Es importante ubicar el biodigestor cerca al área en el cual va a ser utilizado
el biogás, esto es debido a que la baja presión del mismo no permite que
recorra grandes distancias.
Para mejorar el control del biodigestor se recomienda utilizar instrumentos
de medición más adecuados y precisos.
Se debe estudiar el empleo de purificadores para mejorar la calidad del
biogás separando en especial al CO2 y H2S.
Determinar la incidencia en el suelo a largo plazo tanto de los
micronutrientes como los macronutrientes del abono orgánico.
Se recomienda realizar un estudio sobre la incidencia de la alimentación de
los animales en la producción de biogás.
El material de carga y alimentación debe ser apropiada tanto en su cantidad
como calidad.
Es necesario realizar investigación básica y aplicada de la bioquímica,
microbiológica y cinética de este proceso, eficiencia de los digestores de
biogás.
102
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
7.1 Bibliografía
ACUÑA, LEON “Evaluación de parámetros en la obtención de biogás en
una planta piloto” Lambayeque Perú. 1998
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autosostenible en la granja agropecuaria del municipio de cogua para el
tratamiento de los vertimientos liquidosprocicolas”. Universidad de la
Salle. Bogotá. 2007
CARDACI, LLERAS, PEPA “incorporación de planta de biogás en un
establecimiento porcino para autoabastecimineto de energía y bio
fertilizantes” Universidad Nacional de la Pampa - La Pampa 2009
CASTILLO, ASCUE, MERINO “Evolución del biogás a nivel de
laboratorio” INTINTEC – Lima Perú 1980.
CENDALES L. EDWIN. “Produccion de biogás mediante la codigestion
anaeróbica de la mezcla de residuos cítricos y estiércol bovino para su
utilización como fuente de energía renovable. Universidad Nacional de
Colombia. Bogotá – Colombia. 2011
CUEVA ANCALLA. “Otencion de biogás de estiércol porcino y restos
vegetales, por fermentación semicontinua”. Universidad Nacional Jorge
Basadre. Tacna – Perú. 2012
103
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Delgado T. Victorino.“Production de biogas de estiercol de cuy “(cavia
porcelus). ESBI.FACI.COIN.UNJBG.TACNA-PERU. 2007
Flotats, X.,Bonmati, A., Campos, E., Teira, R.” El proceso de secado
de purines en el marco de Gestión Integral de Residuos Ganadero,
Tratamiento de residuos ganaderos”. Enero, Madrid (España) -2000
Itintec.“Evacuación de Biogas a nivel de laboratorio”. ITINTEC. Perú
1980
NARVAEZ, SALTOS “Diseño, construcción y puesta en marcha de un
biodigestor tipo piloto para la obtención de biogás y bioabono a partir de
la mezcla de estiércol vacuno y suero de queso”. Guayaquil – Ecuador.
2007
REYES, ROVERA, REYNAGA. “Producción de biogás en el Perú”.
Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima 1985.
Sandoval Alvarado, Leandro. “Manual de Tecnologías Limpias en
PYMES del Sector Residuos Sólidos. Concytec – Perú. 2006
WILLIAM W. CHRISTIE, “Gas Chromatography and Lipids” 2007
104
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
ANEXOS
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
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Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
Obtención de biogás a partir de estiércol de ganado porcino
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