Universidad Nacional Experimental de Guayana Vice-rectorado ...
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Universidad Nacional Experimental de Guayana Vice-rectorado Académico Coordinación de Pasantía Proyecto de Carrera: Ingeniería en Industrias Forestales PROPUESTA TECNICA DE UN BIODIGESTOR ANAEROBIO DE USO EN EL MEDIO RURAL, MUNICIPIO PIAR. Tutor Académico: Ing. Velasquez, Jesús Tecnólogo: Alfonzo, Ernesto C.I. 17.632.602 Tutor Industrial: Ing. Guzmán, Julián Requisito para optar al Titulo de Ingeniero en Industrias Forestales Upata, Mayo 2010
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Universidad Nacional Experimental de Guayana
Vice-rectorado Académico
Coordinación de Pasantía
Proyecto de Carrera: Ingeniería en Industrias Forestales
PROPUESTA TECNICA DE UN BIODIGESTOR ANAEROBIO DE USO EN EL
MEDIO RURAL, MUNICIPIO PIAR.
Tutor Académico:
Ing. Velasquez, Jesús Tecnólogo:
Alfonzo, Ernesto
C.I. 17.632.602
Tutor Industrial:
Ing. Guzmán, Julián
Requisito para optar al Titulo de Ingeniero en Industrias Forestales
Upata, Mayo 2010
DEDICATORIA
DIOS Por construir mi fortaleza espiritual en todo momento, y por
permitirme alcanzar una de las muchas metas trazadas en mi vida.
MIS PADRES Porque me dieron el ser e invirtieron toda sus vidas para
darme lo mejor en toda la trayectoria de mi vida y mi carrera.
MI HERMANO Porque fue y será un ejemplo a seguir como hermano, padre,
amigo e hijo, nos dejó una huella muy grande en nuestras
vidas la cual extrañare toda mi vida, esta y muchas metas son
dedicadas para ti hermano, siempre estarás a mi lado y en mi
corazón, estaremos juntos siempre, te quiero y te extraño
mucho.
MIS HERMANAS Por su apoyo incondicional y consejos de las cuales me han
guiado en cada momento de mi vida, las quiero mucho.
MIS AMIGOS Pablo Alejandro, Pablo Gonzales, Manuel, Félix, Gabriela,
Crisbit, Balmore, Alberto, Lourdes, Kelvis, Judith, Daniel, Juan,
Karla y otros muchos conocidos que nos apoyamos unos a los
otros.
MI PAREJA Por estar al día a día conmigo, aconsejándonos, sobre todo
mucho apoyo incondicional y disfrutar cada momento de
nuestras vidas, y a un ser especial que viene en camino del
cual le daremos todo el amor que un padre puede darle a sus
hijos, te amo beykelin chacare.
AGRADECIMIENTOS
Al Ing., Julián Guzmán por bridarme la oportunidad de realizar mi pasantía a nivel
profesional en el Instituto, ofrecerme y transmitir sus conocimientos para aprender
un poco más, y poder elaborar el informe de pasantía.
Al Arq. Juan Ramírez, por ayudarme y guiarme al desarrollo del informe de
pasantía.
A los funcionarios, Pedro Martínez y Juan Carlos Chacare, por haber compartido
todos sus conocimientos.
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENENZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA
COORDINACIÓN DE PREGRADO
INGENIERÍA EN INDUSTRIAS FORESTALES
PROPUESTA TECNICA DE UN BIODIGESTOR ANAEROBIO DE USO EN EL
MEDIO RURAL, MUNICIPIO PIAR
Realizado por:
Ernesto José Alfonzo Herrera
Informe de pasantía presentado como requisito parcial para optar el titulo de
Ingeniero en Industrias Forestal, en la ciudad de ________________, a los
_______ días del mes de_________________ de 2010, aprobado en nombre de
la Universidad Nacional Experimental de Guayana, por el siguiente jurado:
________________________
Ing. Velasquez, Jesús - C.I. V- 9.204.747
Tutor Académico
_________________________
Ing. Guzmán, Julián - C.I. V- 12.893.658
Tutor Industrial
_________________________
Arq. Juan Ramírez -C.I. V- 14.225.747
Jurado
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCION .................................................................................................. 1
CAPITULO I
ANTECEDENTES .................................................................................................. 3
JUSTIFICACION.................................................................................................... 4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................... 7
CAPITULO II
II.1 ASPECTOS GENERALES DEL IRTAB ......................................................... 8
II.1.1 UBICACIÓN GENERAL ................................................................ 8
II.1.2 ACTIVIDAD QUE DESEMPEÑA .................................................... 9
II.1.3 INSTALACIONES…. ...................................................................... 11
II.1.4 PROPOSITO DEL IRTAB .............................................................. 11
II.2 BIODIGESTORES ANAEROBICOS ............................................................... 12
II.2.1 FUNCIONAMIENTO DEL BIODIGESTOR .................................... 12
II.2.1 TIPOS DE BIODIGESTORES ........................................................ 13
II.2.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BIODIGESTOR .................... 19
II.2.3 RIESGOS DE LOS BIODIGESTORES ........................................... 20
II.2.3 TIPO DE MATERIA PRIMA ........................................................... 21
II.2.4 PRINCIPIOS DE LA DIGESTION ANAEROBICA .......................... 22
II.2.5 CONDICIONES OPTIMAS PARA EL PROCESO DE LA
DIGESTION ANAEROBICA ..................................................................... 26
II.2.6 PRODUCCION DEL BIOGAS ...................................................... 28
II.2.7 COMPOSICION QUIMICA DEL BIOGAS ..................................... 30
II.2.8 UTILIZACION DEL BIOGAS ........................................................ 30
II.2.9 PROPIEDADES DEL BIOGAS ...................................................... 32
II.2.10 EL USO DEL BIOGAS TIENE BENEFICIOS VARIADOS DESDE EL
PUNTO DE VISTA SOCIAL Y AMBIENTAL ............................................... 32
CAPITULO III
III.1 PLAN DE TRABAJO ...................................................................................... 34
III.2 DISEÑO DEL BIODIGESTOR ....................................................................... 36
III.2.1 PRESUPUESTO Y COSTO DE MATERIALES ................................ 36
III.2.2 MEMORIA DESCRIPTIVA ............................................................. 38
III.2.3 PARÁMETROS DE DISEÑO ......................................................... 38
III2.4 MATERIALES Y PROCESO DE ELABORACION DEL
BIODIGESTOR ........................................................................................ 40
III.2.5 MEMORIA DE CÁLCULO .............................................................. 45
III.2.6 PLANOS DEL BIODIGESTOR ...................................................... 48
III.2.7 ANALISIS COMPARATIVO CON RESPECTO A OTRAS
TECNOLOGIAS ...................................................................................... 51
III.2.6 NORMAS DE SEGURIDAD Y PREVENCION EN LA
CONSTRUCCION DE LOS BIODIGESTORES .......................................... 52
CAPITULO IV
CONCLUSIONES ................................................................................................. 54
RECOMENDACIONES ......................................................................................... 56
BIBLIOGRAFÍAS ................................................................................................... 57
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1: Tipos de matéria prima ......................................................................... 22
Cuadro 2: Tiempo de retención según la temperatura .......................................... 27
Cuadro 3: Razón de C/N para diversas matérias orgânicas .................................. 28
Cuadro 4: Producción estimada de biogás por tipo de resíduo animal ................. 29
Cuadro 5: Composición química del biogás .......................................................... 30
Cuadro 6: Equivalencias energéticas del biogás ................................................... 33
Cuadro 7: Presupuesto y costo para la construcción del biodigestor anaeróbico ......... 36
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Estructura organizativa del IRTAB .......................................................... 10
Figura 2: Biodigestor Hindú .................................................................................. 14
Figura 3: Biodigestor Chino ................................................................................... 16
Figura 4: Biodigestor de Polietileno ....................................................................... 17
Figura 5: Biodigestores Industriales ....................................................................... 19
Figura 6: Principios de la digestión anaeróbica ...................................................... 25
Figura 7: Cámara de carga .................................................................................... 41
Figura 8: Cámara de digestión .............................................................................. 43
Figura 9: Gasómetro .............................................................................................. 41
Figura 10: Cámara de descarga ............................................................................ 42
Figura 11: Salida del biogás .................................................................................. 43
Figura 12: Conducción del biogás y manómetro .................................................... 44
Figura 13: Válvula de seguridad ............................................................................ 45
1
INTRODUCCIÓN
El Instituto Regional de Tecnología Agropecuaria Bolívar (IRTAB) adscrito a
la Gobernación del Estado Bolívar, desempeña actividades de investigación,
extensión y servicios agrícolas, con el propósito de brindar una atención integral al
productor, promoviendo así el desarrollo armónico y sustentable del sector, lo que
contribuye con la seguridad alimentaría y la soberanía productiva del estado
(IRTAB, 2009).
Con el transcurso del tiempo se ha vuelto necesaria la aplicación de tecnologías de
bajo costo y fácil aplicación, para la generación de energías alternativas que
contribuyan al mejoramiento y conservación ambiental, es así como mediante el
estiércol animal, y demás desechos orgánicos se ha venido produciendo biogás
(Córdova, 2009).
El termino biogás se designa a la mezcla de gases resultantes de la descomposición
de la materia orgánica realizada por la acción bacteriana en condiciones
anaeróbicas (sin presencia de oxigeno). El biogás se produce en un recipiente
cerrado o tanque denominado biodigestor (Gil, 2002).
Existe gran cantidad de pequeños productores que no dan tratamiento alguno a las
excretas de sus animales y la arrojan a pequeñas fosas o incluso directamente a
pozos o partes bajas del predio propiciando serios problemas de contaminación por
coliformes y nitratos en suelos y acuíferos (Soria, 2002).
El objetivo de un biodigestor es darle utilidad a las excretas liquidas y trasformar las
aguas contaminantes en biogás y biofertilizantes. Pues las excreta contienen
nutrientes que los cultivos pueden utilizar, pero también poseen altas
concentraciones de coliformes fecales que producen enfermedades infecciosas,
capaces de causar hasta la muerte en los humanos. Por ello, para utilizarlas como
fertilizantes, es necesario darle un tratamiento que elimine los agentes infecciosos.
2
Una forma de hacerlos es mediante la biodigestion. Al usar un biodigestor se utilizan
nutrientes contenidos en las excretas, reduciendo la contaminación ambiental,
convirtiendo las excretas con contenido de microorganismos patógenos en residuos
útiles y sin riesgo de transmisión de enfermedades (Soria, 2002).
El método básico de operación consiste en alimentar el biodigestor con materiales
orgánicos y agua, dejándolos un periodo de semanas o meses, a lo largo de los
cuales, en condiciones ambientales y químicas favorables, el proceso bioquímico y
acción bacteriana se desarrollan simultanea y gradualmente, descomponiendo la
materia orgánica hasta producir grandes burbujas que obligan su salida a la
superficie donde se acumula el gas (Soria, 2002).
El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía
química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en biogás. Los
principales componentes del biogás son el metano (CH4) y el dióxido de carbono
(CO2) (CEDECAP, 2007).
El presente trabajo muestra la propuesta del diseño de un biodigestor anaeróbico,
para el tratamiento de desechos orgánicos de origen animal, para la producción,
aprovechamiento del biogás y biofertilizante.
3
CAPITULO I
ANTECEDENTES
Según Taylhardat (1986), el proceso de la biodigestión anaeróbica ha sido
conocido y aplicado desde la antigüedad, así por ejemplo, se utilizaba para el
curtido de cuero, para la obtención de etanol, ácidos orgánicos como el láctico, entro
otros.
Medina (1984), ya para 1884 Louis Pasteur al presentar los trabajos de su discípulo
Gayon concluyo que la fermentación de estiércoles podría ser una fuente de energía
para la calefacción e iluminación. En Inglaterra en el año 1986, Donald Cameron
perfecciono el tanque séptico y utilizo el gas que se origina en el proceso como
fuente de energía.
Dice Herrera (1977), en Alemania a partir de 1923 se empieza a utilizar el biogás,
mediante una red pública para satisfacer las demandas de energía, En Inglaterra
es sin embargo a partir de 1927 cuando se impulsa el uso del biogás, para suplir las
necesidades de las comunidades que pasaban de 7000 habitantes, es aquí también,
donde se introduce el sistema para recolectar gas por medio de estructuras flotantes
de concreto armado (Guevara, 1996).
Según Taylhardat (1986), para el año 1939 la India inaugura una unidad
experimental para el estudio y diseño de sistemas de equipos que requieren la
utilización del biogás, en este país y en especial en la república popular de China,
donde esta tecnología se ha difundido en forma masiva en el sector campesino,
existiendo actualmente de 7.5 millones de biodigestores construidos y operando
(Guevara, 1996).
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JUSTIFICACIÓN
Debido a la sobreexplotación y el agotamiento de los combustibles
fósiles, y el alto nivel de contaminación e impacto ambiental que estos producen,
el hombre se ha visto en la necesidad de buscar fuentes energéticas
inagotables que permitan mantener el equilibrio de los ecosistemas.
Un claro ejemplo de éstas, es la Bioenergía. La base de este tipo de
energía es la llamada Biomasa, término que se refiere a toda la materia
orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales.
Esta es la fuente de energía renovable más antigua conocida por el
ser humano, desde la Prehistoria, la forma más común de utilizar la energía de la
biomasa era por combustión directa para generar calor. En la
actualidad, los avances tecnológicos y los estudios en la materia, han
permitido el desarrollo de procesos más eficientes y limpios para la
conversión de la biomasa en energía (Rojas, 2009).
Las familias dedicadas a la agricultura, suelen ser propietarias de pequeñas
cantidades de ganado (dos o tres vacas por ejemplo) y pueden, por tanto,
aprovechar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural
mejorado. Se debe considerar que el estiércol acumulado cerca de las viviendas
supone un foco de infección, olores y moscas que desaparecerán al ser introducido
el estiércol diariamente en el biodigestor familiar. También es importante recordar la
cantidad de enfermedades respiratorias que sufren, principalmente las mujeres, por
la inhalación de humo al cocinar en espacios cerrados con leña o bosta seca. La
combustión del biogás no produce humos visibles y su carga en ceniza es
infinitamente menor que el humo proveniente de la quema de madera (Marti, 2007).
Existen serios problemas ambientales asociados con la producción porcina en
condiciones de explotación intensiva, debido al problema de disposición de los
residuales o excretas, entendiendo por las mismas, las heces fecales y la orina, que
generalmente se mezcla también con el agua de limpieza y con residuos de comida.
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El principal procedimiento que se ha utilizado corrientemente para la eliminación de
las excretas en este tipo de instalaciones, ha sido el de diseminar estos materiales
sobre la tierra. Sin embargo, esta costumbre ha determinado la contaminación
directa o indirecta de los cursos de agua adyacentes. Las excretas porcinas tienen
una gran cantidad de materia orgánica, nitrógeno amoniacal, compuestos
malolientes y elementos potencialmente patógenos para los animales y para el
hombre, de naturaleza viral, bacteriana o parisataria. Existen en los tiempos
actuales dos tendencias para el tratamiento de estas excretas, el tratamiento
aeróbico y el anaeróbico, con procedimientos más o menos complicados, de
naturaleza biológica (Domínguez y Ly, 2005).
Aunque la descomposición puede realizarse a través de tanques de
almacenamiento, llamados biodigestores, la energía también se podría obtener de
rellenos sanitarios. "Pero en Venezuela no hay ninguno que se haya construido para
recolectar los biogases", asegura Roberto Chacín, director de la División de Energía
de General Electric Venezuela (Carrillo, 2009).
En el país, aunque alrededor de 70% de la energía proviene de procesos
hidroeléctricos que también se considera un mecanismo limpio, los expertos
advierten que es necesario poner el interés en otros recursos que permitan generar
energías aún más puras y renovables con el mayor cuidado a la atmósfera (Carrillo,
2009).
De acuerdo con la agencia de la Organización de las Naciones Unidas para la
Agricultura y la Alimentación, estos se convertirán en una de las principales fuentes
de energía en el futuro: los malos olores se reducirán, habrá menos contaminación,
menor incidencia de enfermedades y además, las plantas transformadoras
generarán empleo (Carrillo, 2009).
Con la realización del presente trabajo se pretende diseminar la información
necesaria para incentivar a los pequeños y medianos productores en poner en
practica esta biotecnología la cual por medio de esta podemos obtener: producción
de abonos orgánicos con altos contenidos de minerales,
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reducción de riesgos de contaminación por enfermedades de transmisión
gastrointestinal, satisfacción de las necesidades en el medio rural, a través de la
generación de biogás para la cocción de alimentos,
menor demanda de materiales fósiles y presión sobre los bosques, y
reducción de riesgos de contaminación de los cuerpos de agua por conversión de
materiales fecales en abonos orgánicos.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL.
Proponer técnicamente el diseño de un biodigestor anaeróbico para su
construcción en el medio rural del Municipio Piar Edo. Bolívar.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Analizar los diferentes tipos de biodigestores anaeróbicos y seleccionar el
más factible a ser usado en la zona.
Presentar el diseño de un biodigestor anaerobio de uso en el medio rural.
Calcular el presupuesto de los materiales a utilizar para la construcción del
biodigestor.
Desarrollar un análisis comparativo del biodigestor con respecto a otras
alternativas tecnológicas existentes en el mercado.
8
CAPITULO II
II.1 ASPECTOS GENRALES DEL IRTAB.
EL Instituto Regional de Tecnología Agropecuario Bolívar (IRTAB) es un
organismo que conjuga actividades de investigación, extensión y servicios agrícolas,
con el propósito de brindar una atención integral al productor e impulsar el
conocimiento de los sistemas agroproductivos locales, promoviendo así el desarrollo
armónico y sustentable del sector, lo que contribuye con la seguridad alimentaría y
la soberanía productiva del estado (IRTAB, 2009).
El IRTAB ofrece asesoría y capacitación a 14.560 productores, microempresarios y
cooperativas, en aspectos tecnológicos relacionados con la producción y el manejo
de diferentes rubros y eslabones de cadena productiva, con lo que favorecerá la
generación de 109 empleos directos y, aproximadamente, 327 empleos indirectos
(IRTAB, 2009).
Con el establecimiento de tres estaciones experimentales agropecuarias y once
núcleos de Extensión y Desarrollo, el IRTAB considera al hombre y la mujer
productores como una parte importante e insustituible del sistema, brindándole la
atención necesaria para garantizar el desarrollo robusto y sólido del sector agrícola
(IRTAB, 2009).
La Figura 1 muestra como está organizada y estructurada los diferentes
departamentos dentro de la institución y la fuerza total laboral de empleados.
II.1.1 UBICACIÓN GEOGRAFICA:
La sede principal del Irtab, esta ubicada en el complejo agroindustrial “La
Carioca”, al final del paseo Orinoco, vía La Octava Estrella, entre el complejo
9
cultural “La Carioca” y el Club Náutico Orinoco, Ciudad Bolívar, Estado Bolívar
(IRTAB, 2009).
El Núcleo de Extensión y Desarrollo (NED) Upata, está ubicado en el sector
“El Mercado”, calle Miranda, casa Nº150, Upata, parroquia Piar, municipio Piar.
II.1.2 ACTIVIDAD QUE DESEMPEÑA.
Diagnostico rural participativo en comunidades con tradición, potenciales y
debilidades en las diferentes áreas agrícolas y sociales (IRTAB, 2009).
Selección de productores agrícolas para la ejecución de las diferentes
actividades de extensión rural como: jornadas de capacitación técnica
(charlas, talleres y días de campo), establecimientos de unidades
demostrativas de métodos para adaptación y transferencia tecnológica entre
otras actividades grupales.
Articulación con las diferentes instituciones publicas que actúan en el
municipio, relacionadas con el sector agrícola para lograr una atención
integral a las comunidades productivas.
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Figura 1 Estructura organizativa del IRTAB (IRTAB 2008)
DIRECCIÓN GENERAL
AUDITORIA
INTERNA
CONSULTORÍA
JURÍDICA
GERENCIA DE
INVESTIGACIÓN Y
EXTENSIÓN
GERENCIA DE
PROYECTOS Y
GESTIÓN DE
RECURSOS
GERENCIA DE
PLANIFICACIÓN
GERENCIA DE
ADMINISTRACIÓN
GERENCIA DE
PERSONAL
CONSEJO DIRECTIVO
UNIDAD DE
INFORMACIÓN
GEOGRÁFICO
AMBIENTAL
OFICINA DE
COMUNICACIÓN
Total Fuerza Laboral: 133 Empleados
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II.1.3 INSTALACIONES.
El IRTAB está conformado por:
La Sede principal, está ubicada en Ciudad Bolívar, y 4 Núcleos de Extensión y
Desarrollo (NED) (IRTAB, 2009).
El Núcleo de Extensión y Desarrollo (NED) Upata, está ubicado en el sector
“El Mercado”, calle Miranda, casa Nº150, Upata, parroquia Piar, municipio
Piar.
NED del Municipio Raúl Leoni, ubicado en la Paragua.
NED del Municipio Cedeño, ubicado en Caicara del Orinoco.
NED del Municipio Sucre, ubicado en Guarataro.
II.1.4 PROPOSITO DEL IRTAB.
Materializar las políticas estadales para la producción agropecuaria y agroindustrial
que permita el desarrollo endógeno del sector agroalimentario del estado, actuando
en concordancia con las políticas Nacionales (IRTAB, 2009).
MISION.
Motivar, fomentar y desarrollar labores de investigación, extensión y
servicios agrícolas brindando apoyo técnico y social al productor con el fin de
optimizar el sector agropecuario de la región con miras a alcanzar la soberanía
productiva del Estado Bolívar (IRTAB, 2009).
VISION.
Ser una institución de referencia nacional e internacional en compromiso con el
sector agropecuario y el logro de la soberanía productiva regional (IRTAB, 2009).
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Es Política de Calidad la investigación, extensión, servicios agrícolas y pecuarios,
con el propósito de brindar una atención integral al productor que satisfaga sus
expectativas, promoviendo así el desarrollo armónico y sustentable del sector, lo
que contribuye con la seguridad alimentaría y la soberanía productiva del estado,
todo ello con la innovación y mejora continua de la eficacia de nuestro Sistema de
Gestión de Calidad (IRTAB, 2009).
II.2 BIODIGESTORES ANAEROBICOS
El biodigestor es una forma barata y fácil de obtención de energía que tiene
gran potencial para ser desarrollada y utilizada ampliamente (Quimbaya 2005). El
Biodigestor se compone de dos palabras: Bio que significa vida y Digestar que
significa vasija herméticamente cerrada (Williams, 2009).
Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaerobia (en
ausencia de oxígeno) de las bacterias que ya habitan en el estiércol, para
transformar éste en biogás y fertilizante. El biogás puede ser empleado como
combustible en las cocinas, calefacción o iluminación, y en grandes instalaciones se
puede utilizar para alimentar un motor que genere electricidad. El fertilizante,
llamado Biol., inicialmente se ha considerado un producto secundario, pero
actualmente se está tratando con la misma importancia, o mayor, que el biogás, ya
que provee a las familias de un fertilizante natural que mejora fuertemente el
rendimiento de las cosechas (Marti, 2007).
II.2.1 FUNCIONAMIENTO DEL BIODIGESTOR.
Es posible usar cualquier tipo de excreta, pero la producción de gas es más
alta con estiércol de cerdo y mezclas de excrementos de pollos, ganado y aserrín.
La cantidad requerida depende de la longitud del digestor, pero generalmente es
mezclado según la relación 1:4 de agua y materia prima respectivamente. No es
aconsejable usar menos agua, esto puede llevar a la formación de escoria sólida en
la superficie del material. (Quimbaya, 2005).
13
II.2.2 TIPOS DE BIODIGESTORES
En general en un biodigestor se introduce una mezcla (sustrato + agua) cuyo
ingrediente principal es el residuo orgánico, este material permanece en el interior
del biodigestor durante un lapso de tiempo dado (tiempo de retención), transcurrido
el cual es liberado el biogás, cuando ya ha ocurrido esto, se retira el efluente
(bioabono), mediante una operación de descarga (Huamán, 2001).
Básicamente existen varios diseños de biodigestores, el diseño Hindú denominado
domo flotante, el diseño Chino denominado domo fijo pudiendo ser ambos de carga
continua y discontinua (Huamán, 2001).
El de carga discontinua trata de que una vez cargado se cierra hasta que termine el
ciclo de producción de biogás, momento el cual es destapado y limpiado para ser
vuelto a cargar nuevamente e iniciar el proceso descrito anteriormente
El de carga continua es aquel que posee dispositivos de alimentación y dispositivos
de retirada. Por medio del dispositivo de alimentación se carga el biodigestor
continuamente todos los días durante el tiempo de retención y se retira el material
ya digerido por el dispositivo de descarga (Huamán, 2001).
BIODIGESTOR TIPO HINDU
Es originario de la India y se ha difundido mucho porque mantiene una presión
de trabajo constante, generalmente son verticales con el gasómetro incorporado
por lo que se llama digestor de Cúpula Móvil), la estructura se construye de bloque y
concreto, y el gasómetro es de acero, lo que lo hace costoso (Guevara, 1996).
El gasómetro posee una camisa que se desliza en un eje y lo mantiene centrado
para que no rose con las paredes, este eje descansa en una viga transversal de
concreto armado enjaulado (Guevara, 1996).
14
Estos biodigestores son de alimentación continua, se construyen generalmente
enterrados quedando la cúpula sin gas en un nivel cercano a la superficie del
terreno (Guevara, 1996).
Para permitir la entrada de la materia orgánica y la salida del biofertilizante se
emplean dos tubos (de plástico, fibrocemento, cerámica u otros) que conectan el
tanque de almacenamiento con el de carga y descarga; también cuenta con
tuberías, válvulas de corte y seguridad que garantizan el buen funcionamiento del
biodigestor (Lilia, 2004). En las siguiente figura 2 muestra claramente el biodigestor
y sus partes:
Ventajas.
Fácil de entender operatividad por la cúpula flotante; volumen de gas
almacenado muy visible, equivalente al desplazamiento del cúpula; presión de gas
constante, determinada por el peso de la cúpula; construcción relativamente
sencilla, siendo los defectos que se producen en esta fase poco consecuentes con
la operatividad de la planta; no se precisa de estanqueidad del reactor al gas, si el
mantenimiento de la cúpula es regular (Jarauta, 2005).
Figura 2. Biodigestor Hindú (Biogás, (s/f))
A B
15
Desventajas.
Tenemos el elevado coste de la cúpula de acero, y la susceptibilidad a la
corrosión, que conlleva un mantenimiento intensivo; mantenimiento de las partes
móviles, con una regularidad mínima anual; la cúpula debe protegerse regularmente
con pintura y aún así, su vida útil es sensiblemente más corta, unos 15 años como
máximo y sólo unos 5 años en zonas tropicales costeras con condiciones muy
agresivas; si se tratan elementos orgánicos fibrosos y la cúpula se desplaza sobre el
propio lodo del reactor, esta presenta una gran tendencia a encallarse (Jarauta,
2005).
BIODIGESTOR TIPO CHINO
Son aquellos armados en una sola estructura que por regla general es hecha en
materiales rígidos (concreto, bloques o ladrillos). Debido a la alta presión que
pueden alcanzar en su interior y a la constante variación de la misma, se
recomienda su construcción en forma de domo, bajo tierra en suelos estables y
firmes, y la impermeabilización de la parte interna de la estructura a fin de evitar el
escape de líquido y gases. Estos factores hacen obligatorio el uso de mano de obra
altamente calificada para su diseño y construcción (López, (s/f)).
El modelo de cúpula fija (Figura 3) tiene como principal característica que trabaja
con presión variable; sus principales desventajas, son que la presión de gas no es
constante y que la cúpula debe ser completamente hermética, ello implica cierta
complejidad en la construcción y costos adicionales en impermeabilizantes. Sin
embargo, este modelo presenta la ventaja de que los materiales de construcción
son fáciles de adquirir a nivel local, así como la inexistencia de partes metálicas que
pueden oxidarse y una larga vida útil si se le da mantenimiento, además de ser una
construcción subterránea (López, (s/f)).
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Ventajas.
Coste de construcción relativamente bajo por su larga vida útil; ausencia de
partes móviles o de acero; si está bien construido es la gran durabilidad de la obra,
por lo que su coste se amortiza en un largo período de tiempo; la construcción
subterránea ahorra espacio, es compacta y aislada de agresiones externas o
cambios de temperatura; la construcción crea empleo local en la zona (Jarauta,
2005).
Desventajas.
Los principales problemas suceden por la perdida de estanqueidad de la cúpula
(una pequeña rotura puede provocar importantes perdidas); se recomienda la
construcción de estas plantas sólo en zonas donde la obra pueda ser supervisada
por personal capacitado; el uso obligado de productos estancos al gas conllevará la
necesidad de personal capacitado para la aplicación de pinturas estancas al gas; la
presión del gas fluctúa ampliamente en función de la cantidad de gas almacenado,
complicando su aprovechamiento; no se conocen la producción o la cantidad de gas
almacenado de forma visible; no es fácil de entender la operatividad de la planta; la
construcción en suelos rocosos conllevará un aumento del coste económico; aún
estando construido bajo suelo, la temperatura del reactor es baja (Jarauta, 2005).
Figura 3. Biodigestor Chino (Biogás (s/f))
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BIODIGESTOR DE POLIETILENO
Los altos costos de inversión requeridos para la construcción de biodigestores
de estructuras sólidas, impiden que las personas con pocos recursos económicos
tengan oportunidad de instalar uno de estos diseños, razón que motivó en Taiwán,
en los años 60 la idea de hacer las cámaras de digestión en materiales flexibles
(membranas de nylon y neopreno) que aún eran costosas. En los 70 fue usado un
material de menor costo, subproducto de las refinerías de aluminio, y veinte años
después se recurrió al PVC y al polietileno, material vigente hoy principalmente en
América Latina y Vietnam. Generalmente, estos materiales tienen forma tubular o
cilíndrica con la entrada y la salida del material situados en los extremos opuestos y
la salida de gas en el centro (López, (s/f)).
El modelo tipo balón, como se muestra (figura 4) consiste en una bolsa o balón
plástico completamente sellado, donde el gas se almacena en la parte superior,
aproximadamente un 25% – 30 % del volumen total. Tiene como desventajas que
debido a su baja presión es necesario colocarle sobrepesos al balón para
aumentarla. Su vida útil es corta, de aproximadamente 5 años y el material plástico
debe ser resistente a la intemperie, así como a los rayos ultravioleta. La planta balón
está compuesta de una bolsa de plástico o de caucho completamente sellada. La
parte inferior de la bolsa (75% de volumen) se rellena de la masa de fermentación,
mientras en la parte superior de la bolsa (25%) se almacena el gas (López, (s/f)).
Figura 4. Biodigestor de polietileno (Marti, 2008)
18
Ventajas.
Fabricación en serie a bajo coste; fácil transporte; bajo nivel de sofisticación para
la construcción; fácilmente instalables en zonas donde el nivel freático esté muy
próximo a la superficie; provee elevadas temperaturas de digestión en climas
soleados y cálidos; es fácil de lavar, vaciar y mantener; pueden usarse sustratos
peligrosos como jacintos de agua (Jarauta, 2005).
Desventajas.
Las bajas presiones de gas pueden obligar al uso de bombas; no se puede
retirar la espuma durante la operación; la bolsa de plástico tiene una vida útil muy
corta y está muy expuesta a roturas sin posibilidad de reparación local; no crea
empleo local, puesto que los técnicos locales no están normalmente capacitados
para reparaciones del caucho; constituye un residuo difícil de tratar al final de su
vida útil (Jarauta, 2005).
BIODIGESTORES INDUSTRIALES
Las instalaciones industriales de biogás emplean tanques de hormigón armado o
acero inoxidable (figura 5). Algunas almacenan el gas en el mismo tanque de
fermentación y otras en tanques adicionales. Generalmente hacen uso de tres
tanques, uno que sirve de acopio, uno para el proceso de la digestión, y otro para el
almacenamiento del material digerido, del cual también se capta el biogás que se
sigue generando en menor cantidad (López, (s/f)).
Estas plantas suelen ser automatizadas, de modo que utilizan sistemas de bombeo
para el desplazamiento del sustrato a digerir a cada tanque, sistemas de agitación y
calefacción, y sistemas de instrumentación y control para los diversos parámetros
de proceso (López, (s/f)).
19
Estas plantas requieren de grandes inversiones y presentan mantenciones
intensivas, por lo que son económicamente factibles a gran escala. La factibilidad
económica esta dada principalmente por el ingreso que constituye la venta o el
aprovechamiento de la energía térmica y eléctrica, y en menor grado, del mejorador
de suelo que constituye al sustrato digerido ((López, (s/f)).
II.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIODIGESTORES
VENTAJAS
La utilización de los biodigestores además de permitir la producción de biogás
ofrece enormes ventajas para la transformación de los desechos:
Mejora la capacidad fertilizante del estiércol. Todos los nutrientes tales
como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio así como los elementos
menores son conservados en el efluente. En el caso del nitrógeno, buena
parte del mismo, presente en el estiércol en forma de macromoléculas es
convertido a formas más simples como amonio (NH4+), las cuales pueden
ser aprovechadas directamente por la planta. Debe notarse que en los
casos en que el estiércol es secado al medio ambiente, se pierde alrededor
de un 50% del nitrógeno (Marti, 2007).
Figura 5. Biodigestores Industriales (López, (s/f))
20
El efluente es mucho menos oloroso que el afluente.
Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la leña
para cocinar (López, 2003).
Elimina los desechos orgánicos, por ejemplo, la excreta animal,
contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre
y los animales (López, 2003).
Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción d energía
eléctrica, transporte automotor y otros) (López, 2003).
DESVENTAJAS.
• El material orgánico obtenido de este tipo de biodegradación es líquido
(Soria, 2002).
• Al aplicarse en forma líquida en suelos permeables existe mucha pérdida
por lixiviación de algunos de sus componentes.
• Es necesario tener el suelo húmedo para hacer la aplicación del efluente
porque si el suelo está seco existe gran pérdida de nitrógeno del
efluente por volatilización.
II.2.4 RIESGOS DE LOS BIODIGESTORES.
Cuidar que no se produzcan mezclas de gas con el aire. Si se producen en
la proporciones de 1:5 a 1:15, la combustión puede comenzar por una chispa
producida por un interruptor de luz, una herradura, cigarrillo encendido,
destellado fotográfico, entre otros (s/n, 2004).
21
Cuando se pone en marcha, la red de distribución está llena de aire, que hay
que eliminar. Después de haber purgado el gasómetro o el digestor, de los
primeros gases generados, cuando ya se tiene la producción normal, hay
que dejar correr el gas por todas las cañerías y dejarlo escapar a la
atmósfera, antes de intentar encenderlo. Para esto sugerimos que se
ventilen los ambientes dado que la toxicidad del biogás es muy parecida a la
del gas natural (s/n, 2004).
Mantener siempre presión positiva en le digestor, gasómetro y línea de
distribución. Este es para evitar la entrada de aire o un posible retroceso de
llama.
Frente a cualquier duda que pueda indicar la posibilidad de un retroceso de
llama, hay que colocar trampas de llama, o matafuegos, en líneas próximas a
los lugares de combustión.
Periódicamente constatar la inexistencia de pérdidas en la línea de gas, en
todas las uniones, acoplamientos, válvulas, de la instalación.
Asegurar la eliminación de SH2 (sulfuro de hidrógeno), sea para evitar su
acción tóxica, como corrosiva, ya que esto último a la larga origina pérdida y
lo primero mata (s/n, 2004).
II.2.4 TIPO DE MATERIA PRIMA
Según Atehourta (2008) informa que las principales materia prima para la
realización de un proyecto de biodigestor se obtiene de los cultivos y residuos.
22
Cuadro 1. Tipos de materia prima (Atehourta, 2008)
CULTIVOS RESIDUOS
Residuos forestales Residuos ganaderos
Residuos agrícolas leñosos
Residuos biodegradables de
instalaciones industriales
Residuos agrícolas herbáceos
lodos de depuradora
Residuos de industrias forestales
cultivos de cereal, maíz y remolacha
Residuos de industrias agrícolas
Productos lignocelulosicos
Cultivos energéticos Girasol, colza
Aceites usados
II.2.5 PRINCIPIOS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBICA
El estiércol fresco contiene bacterias que continúan digiriéndolo y producen
metano, dióxido de carbono y otros gases. Si esta digestión se hace en ausencia de
aire (digestión anaerobia) se produce biogás, que es uno de los intereses de un
biodigestor. Realmente hay una producción en cadena de diferentes tipos de
bacterias. Unas inicialmente producen una hidrólisis del estiércol generando ácidos
orgánicos. Otro tipo de bacterias digieren estos ácidos orgánicos a través de una
deshidrogenación y cetogenésis dando como resultado ácido acético e hidrógeno. Y
finalmente otras bacterias, llamadas metanogénicas, digieren el hidrógeno y el ácido
acético para transformarlo en metano, que es el gas más importante del biogás y el
que permite la combustión (Marti, 2008).
La digestión anaeróbica es un proceso muy complejo tanto por el número de
reacciones bioquímicas que tienen lugar como por la cantidad de microorganismos
23
involucrados en ellas. De hecho, muchas de estas reacciones ocurren de forma
simultánea (Marti, 2006).
Etapa de hidrolisis.
Es el paso inicial para la degradación anaeróbica de sustratos orgánicos
complejos, ya que los microorganismos únicamente pueden utilizar materia orgánica
soluble que pueda atravesar su pared celular. Por tanto, es el proceso de hidrólisis
el que proporciona sustratos orgánicos para la digestión anaeróbica. Como ya se ha
comentado, la hidrólisis de estas moléculas complejas es llevada a cabo por la
acción de enzimas extracelulares producidas por los microorganismos hidrolíticos
(Marti, 2006).
La hidrólisis depende de la temperatura del proceso, del tiempo de retención
hidráulico, de la composición del sustrato (porcentaje de lignina, carbohidratos,
proteínas y grasas), del tamaño de partículas, del pH, de la concentración de NH4+
y de la concentración de los productos de la hidrólisis (Marti, 2006).
Etapa fermentativa o ácidogénica:
Durante esta etapa tiene lugar la fermentación de las moléculas orgánicas
solubles en compuestos que puedan ser utilizados directamente por las bacterias
metanogénicas (acético, fórmico, H2), y compuestos orgánicos más reducidos
(propiónico, butírico, valérico, láctico y etanol principalmente)
que tienen que ser oxidados por bacterias acetogénicas en la siguiente etapa del
proceso (Marti, 2006).
• Fermentación de carbohidratos solubles
La fermentación de azúcares se realiza por diversos tipos de microorganismos.
En función de cada organismo, la ruta metabólica y los productos finales son
diferentes. Los principales microorganismos asociados a la degradación de la
glucosa son del género Clostridium y convierten la glucosa en butírico, acético, CO2
24
y H2. La glucosa se convierte en piruvato mediante la ruta Embden-Meyerhof, y el
piruvato se desdobla a Acetil-CoA y CO2. El Acetil-CoA se reduce en los productos
de fermentación empleando como transportador de electrones el NADH derivado de
las reacciones glucolíticas de la ruta Embden-Meyerhof (Marti, 2006).
• Fermentación de aminoácidos.
Los principales productos de la fermentación de aminoácidos y de otras
moléculas hidrogenadas son ácidos grasos de cadena corta, succínicos,
aminovalérico y H2. La fermentación de aminoácidos se considera un proceso rápido
y que, en general, no limita la velocidad de degradación de compuestos proteicos
(Marti, 2006).
• Oxidación anaerobia de ácidos grasos de cadena larga
Los ácidos grasos de cadena larga son oxidados a ácidos grasos de cadena
corta por el mecanismo de β-oxidación. Los ácidos grasos libres son introducidos en
la célula a través de la pared celular y una vez en su interior, son transformados en
el correspondiente tio-ester-CoA. La β-oxidación es un ciclo en espiral que va
liberando un acetil –CoA en cada bucle, produciendo, principalmente ácido acético
(Marti, 2006).
En condiciones anaerobias, este mecanismo es termodinámicamente desfavorable y
muy dependiente de la presión parcial del hidrógeno, por lo que es de gran
importancia la acción simbiótica de los microorganismos consumidores de hidrógeno
para que se pueda producir (Marti, 2006).
Etapa acetogénica.
Mientras que algunos productos de la fermentación pueden ser metabolizados
directamente por los organismos metanogénicos (H2 y acético), otros (etanol, ácidos
grasos volátiles como valeriato, butirato, propionato, etc. y algunos compuestos
25
aromáticos) deben ser transformados en productos más sencillos, acetato y H2, a
través de las bacterias acetogénicas (Marti, 2006).
Etapa metanogénica.
Los microorganismos metanogénicos completan el proceso de digestión
anaerobia mediante la formación de metano a partir de sustratos monocarbonados o
con dos átomos de carbono unidos por un enlace covalente: acetato, H2/CO2,
formato, metanol y algunas metilaminas. Los organismos metanogénicos se
clasifican dentro del dominio Archaea y tienen características comunes que los
diferencian del resto de procariotas (Marti, 2006).
En la siguiente figura 6 observaremos el principio de la digestión anaeróbica:
Figura 6 Principios de la digestión anaeróbica (Castillo, 2008)
26
II.2.6 CONDICIONES ÓPTIMAS PARA EL PROCESO DE LA DIGESTION
ANAEROBICA
Temperatura.
La velocidad de reacción de los procesos depende de la velocidad de
crecimiento de los microorganismos involucrados, que a su vez, dependen de la
temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de
crecimiento de los microorganismos y se acelera el proceso de la digestión dando
lugar a mayores producciones de biogás (Marti, 2006).
La temperatura de operación del digestor, esta considerada uno de los principales
parámetros de diseño, debido a la gran influencia de este factor en la velocidad de
digestión anaeróbica. Variaciones bruscas de temperatura en el digestor puede
provocar la desestabilización del proceso (Marti, 2006).
Existen tres rangos de temperatura en los que pueden trabajar los microorganismos
anaeróbicos: psicrofilico (por debajo de 25 °C), mesofilico (entre 25 °C y 45 °C) y
termofilico (entre 45 °C y 65 °C). Dentro de cada rango de temperatura, existe un
intervalo para el cual dicho parámetro se hace máximo, determinando asi la
temperatura de trabajo óptima en cada uno de los rangos posibles de operación
(Marti, 2006).
Hasta el momento, el rango psicrofilico ha sido poco estudiado y, en general, se
plantea como poco viable debido al gran tamaño del reactor necesario. Sin
embargo, presenta menores problemas de estabilidad que en los otros rangos de
operación (Marti, 2006).
Tiempo de retención.
El tiempo de residencia necesario para la digestión de la materia prima
alimentada depende de la temperatura a la que trabaje el digestor y del tipo de éste;
a mayores temperaturas corresponden menores tiempos de residencia. Para una
27
temperatura de operación de 25 °C, el tiempo de residencia es de 30 a 35 días; en
este caso, se deberá alimentar al digestor con alrededor de 1/30 de su volumen total
cada día. El siguiente Cuadro 2 muestra la relación entre el tiempo de retención en
días y la temperatura.
Cuadro 2. Tiempo de retención según la temperatura
REGION CARACTERISTICA
TEMPERATURA °C
TIEMPO DE RETENCION (DIAS)
TROPICO 30 15
VALLE 20 25
ALTIPLANO 10 60
(Marti, 2008)
pH.
Los diferentes grupos bacterianos presentes en el proceso de digestión
anaeróbica presentan unos niveles de actividad óptimo entorno a la neutralidad
entre los siguientes valores:
- Fermentativos: entre 7.2 y 7.4
- Acetogenicos: entre 7.0 y 7.2
- Metanogénicos: entre 6.5 y 7.5 (Marti 2006).
Deberá tener un valor entre 6.5 y 8.5 (7 indica un pH neutro; valores menores de 7,
un pH ácido; valores mayores de 7, un pH básico o alcalino). Si el pH es menor de
6.0, la excesiva acidez inhibe la reproducción de bacterias metanogénicas (incluso
puede matarlas); si el pH es muy elevado, conviene esperar a que la producción de
ácido lo disminuya y empiecen a trabajar las bacterias metanogénicas (Lilia, 2004).
Relación C/N.
Las bacterias que intervienen en el proceso de descomposición consumen
aproximadamente 30 veces más carbono que nitrógeno; por ello, se debe tratar de
tener una relación carbono/nitrógeno (C/N) de 30:1 en la materia orgánica que
28
alimenta al digestor. Si la relación C/N es mayor de 30, habrá un exceso de carbono
que se oxidará a CO2 y se obtendrá menos metano en el gas producido; en este
caso, el proceso será muy lento debido a la deficiencia de nitrógeno. Si se tiene
nitrógeno en exceso (C/N menor de 30), el carbono existente se acabará antes que
el nitrógeno, y el proceso se detendrá mientras el nitrógeno remanente se pierde en
forma gaseosa (Lilia, 2004).
Cuadro 3. Razón de C/N para diversas materias orgánicas(Lilia, 2004)
Materia orgánica Razón de C/N
Estiércol de vaca 18:1 a 25:1
Estiércol de caballo 25:1
Estiércol de oveja 20:1
Estiércol de cerdo 18.6:1
Estiércol de gallina 5:1 a 15:1
Hojas y tallo de maíz 52:1
Hojas de planta 203:1
Paja de trigo 128:1 a 150:1
Aserrín Podrido 200:1 a 208:1
Aserrín crudo 500:1 a 511:1
II.2.7 PRODUCCION DEL BIOGAS
El biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos
específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante
la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.), y otros factores, en
ausencia de aire (esto es, en un ambiente anaeróbico). El producto resultante está
formado por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y
otros gases en mucha menos medida que los anteriores ( Castro, 2008).
La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado
útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de valor
además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo
o abono genérico. El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 4.500 a
29
5.600 kilocalorías por m³. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica
mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores,
calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal
efecto. Se llama biogás a la mezcla constituida por metano (CH4) en una proporción
que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono (CO2), conteniendo
pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2),
oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno ( H2S) ( Escapa & Blanco, 2008).
Según el (Manual de reciclaje orgánico y biogás, 1992. Citado por INAP&
Universidad de Chile, 2008) muestra en el siguiente Cuadro 4. La producción
estimada de biogás por tipo de residuo animal.
Cuadro 4. Producción estimada de biogás por tipo de residuo animal (MROB, 1992)
ESTIERCOL DISPONIBILIDAD KG/DIA
RELACION C/N
VOLUMEN DE BIOGAS
M3/KG HUMEDO
M3/DIA/AÑO
BOVINO (500 KG)
10 25:1 0,04 0,4
PORCINO (50 KG)
3 13:1 0,06 0,135
AVES (2 KG) 0,18 19:1 0,08 0,014
OVINO (32 KG) 1,5 35:1 0,05 0,075
CAPRINO (50 KG)
2 40:1 0,05 0,1
EQUINO (450 KG)
10 50:1 0,04 0,4
CONEJO (3 KG)
0,35 13:1 0,06 0,021
EXCRETAS HUMANAS
0,4 3:1 0,06 0,025
30
II.2.8 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS
El biogás es un producto de la fermentación anaeróbica, está compuesto por una
mezcla de gases principalmente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Se
estima que la producción de biogás a partir del estiércol de un (1) cerdo adulto es de
0,28 a 0,34 m3 de biogás (López, s/f). Cuando la digestión anaeróbica ocurre en
condiciones óptimas la composición química del biogás es:
Cuadro 5.Composición química del biogás (López, s/f)
Componentes Formula química
Porcentaje
Metano CH4 54- 70
Dióxido de Carbono
CO2 27- 45
Hidrogeno H2 0- 1.0
Nitrógeno N2 0.3- 3
Monóxido de Carbono
CO 0.1
Oxigeno O2 0.1
Ácido Sulfhídrico
H2 S 0.1
II.2.9 UTILIZACION DEL BIOGAS
El biogás puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a
gasolina, a partir de los cuales se puede producir energía eléctrica por medio de un
generador. En el caso de los motores diesel, el biogás puede reemplazar hasta el
80% del acpm (Aceite Combustible para Motores) o diesel (la baja capacidad de
ignición del biogás no permite reemplazar la totalidad del acpm en este tipo de
motores que carecen de bujía para la combustión). Aunque en los motores a
gasolina el biogás puede reemplazar la totalidad de la misma, en general en los
31
proyectos a nivel agropecuario se le ha dado preferencia a los motores diesel
considerando que se trata de un motor más resistente y que se encuentra con
mayor frecuencia en el medio rural (Zapata, 1997).
Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para:
Generar 2.2 kw/h de electricidad.
Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt.
Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora.
Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos.
Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas
Otras ventajas son que un 1 m3 de biogás utilizado para cocinar evita la
deforestación de 0,335 ha de bosques con un promedio de 10 años de vida de los
árboles (IICA, 2008)
En principio, todos los motores pueden ser adaptados a biogás, pero los más
comúnmente usados son los motores de gas-Otto y los de gas-Diesel. Esto quiere
decir que un metro cúbico de biogás puede compararse con 0,4 kg de aceite diesel,
0,6 de petróleo o 0,8 kg de carbón (Mancayo, 2003).
El biogás producido se emplea normalmente como sustito de la leña, bosta seca, o
gas de garrafa, para cocinar. El poder calorífico del biogás es menor al del butano o
propano, e implica que se tarda en cocer más tiempo los alimentos que cuando se
hace con gas natural o de garrafa. El consumo de una cocina domestica normal se
puede estimar en 130-170 litros por hora (Marti, 2008).
32
Cuadro 6. Equivalencias energéticas del biogás (Marti,
2008)
1000 LITROS (1 M3) DE BIOGAS EQUIVALE A:
MADERA 1.3 KG
BOSTA SECA 1.2 KG
ALCOHOL 1.1 LITROS
GASOLINA 0.8 LITROS
GAS-OIL 0.65 LITROS
GAS NATURAL 0.76 M3
CARBON 1.5 KG
ELECTRICIDAD 2.2 KW/H
II.2.10 PROPIEDADES DEL BIOGAS.
• Grado de inflamación: 6 – 12% de volumen en aire.
• Temperatura de inflamación: 600 °C.
• Presión crítica: 82 bar
• Temperatura crítica: - 82,5 °C
• Densidad: 1,2 kg / m3.
• Poder calorífico (90% CH4): 7.600 kcal / m3 (López, (s/f)).
El metano es la base energética del biogás. Es aproximadamente 20% más ligero
que el aire (densidad en condiciones normales de 0,7 kg / m3), por lo que al
contrario que el propano y butano, no se acumula a ras del suelo, disminuyendo los
peligros de explosión. Es un gas inoloro e incoloro (López, (s/f)).
II.2.11 EL USO DEL BIOGAS TIENE BENEFICIOS VARIADOS DESDE EL PUNTO
DE VISTA SOCIAL Y AMBIENTAL.
Los sistemas de biogás pueden proveer beneficios a sus usuarios, a la
sociedad y al medio ambiente en general:
33
Por lo tanto, la tecnología del biogás puede contribuir sustancialmente a la
conservación y el desarrollo. Sin embargo, el monto de dinero requerido para la
instalación de las plantas puede ser en muchos casos prohibitivo para la población
rural. Por ello, se deben concentrar los esfuerzos en desarrollar sistemas más
baratos y en proveer a los interesados de créditos u otras formas de financiación. El
financiamiento del gobierno podría verse como una inversión para reducir gastos
futuros relacionados con la importación de derivados del petróleo y fertilizantes
inorgánicos, con la degradación del medio ambiente, y con la salud y la higiene
(German Appropriate Technology Exchange 2008).
34
CAPITULO III
III.1 PLAN DE TRABAJO.
Son todas las actividades realizadas por semanas en función al tiempo de
pasantía dentro de la Institución (Cuadro 7).
A medida que se iba realizando cada una de las actividades, se estaba difundiendo
de forma general sobre los biodigestores a los productores que tenían posesión de
animales ya sea en grandes o pequeñas producciones, el cual se le explicaba cómo
podían darle uso útil al estiércol producido por sus animales diariamente, también
explicarle de qué manera pueden disminuir la contaminación de los cuerpos de agua
adyacentes a los predios, transmisión de enfermedades e infecciones tanto a las
personas que viven en su recinto como a los propios animales.
También decirles que pueden obtener como producto final el cual es el biogás que
pueden utilizarlos tanto para la cocción de sus alimentos, así evitando el uso de la
leña, contribuyendo a disminuir la deforestación, también pudiendo utilizar el biogás
para iluminación por medio de lámparas a gas, al igual adaptando la conducción del
gas para alimentar un motor para la generación de electricidad.
Transmitiendo también los posibles usos del biofertilizante, utilizándolo para riego
foliar a sus cultivos ya que le da un alto rendimiento a estos, como abono para darle
mayor fertilidad al suelo, difundiendo que este biofertilizante puede utilizarle para
alimentar sus animales, dándole a este otros tratamientos.
35
Cuadro 7 Plan de trabajo
Actividades Semanas
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Búsqueda de referencias bibliografiítas
Inspecciones técnicas a unidades de producción agrícola en le sector Guacamayo.
Participación en Jornada de Agricultura Familiar en el sector Guacamayo.
Visita a la finca del Señor Moisés Rivas para recolección de Información sobre el biodigestor establecido en la misma.
Inspecciones y actividades técnicas a los predios de los productores situados en el sector el Pao.
Inspecciones y actividades técnicas a los predios de los productores situados en el sector Mina Abajo.
Inspecciones y actividades técnicas a los predios de los productores situados en el sector el Palmar.
Apoyo e inauguración de Centro Piscícola del IRTAB ubicado en el jardín botánico Cd. Bolívar
Asistencia como miembro informativo a la Feria Agropecuaria del palmar. Asistencia como miembro informativo a la Feria Agropecuaria de Upata.
Propuesta de diseño del biodigestor anaeróbico.
Calculo del presupuesto de los materiales para la construcción de biodigestor.
36
II.2 DISEÑO DEL BIODIGESTOR
En el presente capitulo se desarrolla el diseño del biodigestor con capacidad total
estimada de 1.5 m3. En específico se entrega lo siguiente:
PRESUPUESTO Y COSTO DE MATERIALES
MEMORIA DESCRIPTIVA
PARAMETROS DE DISEÑO
PROCESO DE ELABORACION DEL BIODIGESTOR
MEMORIA DE CALCULO
PLANOS DEL DISEÑO
ANALISIS COMPARATIVO CON RESPECTO A OTRAS TECNOLOGIAS
III.2.1 PRESUPUESTO Y COSTO DE MATERIALES
PRESUPUESTO Y COSTO PARA LA CONSTRUCCION DEL BIODIGESTOR ANAEROBICO
MATERIALES UNIDAD CANTIDAD PRECIO BsF. TOTAL
TANQUE DE POLIETILENO DECO GLASS DE 600 LTS.
PIEZA 1 300 300
TANQUE DE POLIETILENO DECO GLASS DE 900 LTS.
PIEZA 1 400 400
BLOQUES DE CEMENTO DE 10
PIEZA 90 1,2 91,2
CEMENTO SACO 5 36 180
ASFALTO LIQUIDO 1/4 GALON 1
TUBO PVC DE 6" DE 2M C/U
PIEZA 2 15 30
ACOPLE MACHO ROSCADO DE PVC 1/2"
PIEZA 1 3 3
ACOPLE HEMBRA ROSCADO DE PVC 1/2"
PIEZA 1 3 3
ARANDELAS DE ALUMINIO DE 10 CM Y AGUJERO DE 1/2"
PIEZA 2 5 10
37
ARANDELAS DE GOMA DE 10 CM CON AGUJERO DE 1/2"
PIEZA 2 5 10
TEFLON ROLLO 2 3 6
PEGA PARA PVC 1/4 GALON 1 7,71 7,71
CODOS PVC 45° DE 1/2" PIEZA 1 1,5 1,5
CODOS PVC 90° DE 1/2" PIEZA 2 1,5 3
TUBO PVC DE 1/2" 6m PIEZA 1 23,5 23,5
TEE DE PVC DE 1/2" PIEZA 1 1,7 1,7
TEE DE PVC DE 1/2" GALVANIZADA PIEZA 1 2 2
LLAVE DE PASO 1/2" DE BOLA
PIEZA 1 23,8 23,8
NIPLES DE PVC DE 1/2" DE 10 CM C/U PIEZA 5 2,5 12,5
MANOMETRO DE BAJA PRESION DE 1/2" PIEZA 1 90 90
ESPONJA METALICA PIEZA 1 2 2
ENVASE PLASTICO TRANSPARENTE
PIEZA 1
TOTAL 1200,91
MANO DE OBRA PERSONA 2 1000
PORCENTAJE DE IVA AL 12%
144
COSTO TOTAL 2344.91
Es importante señalar que los precios asignados a cada material corresponden a
precios referenciales a la fecha actual, y no deben ser considerados posteriormente
como definitivos debido a la variación del mercado con respecto al tiempo.
III.2.2 MEMORIA DESCRIPTIVA
La presente investigación es del tipo deductivo ya que tomaremos como referencia
el sin numero de teorías que existen sobre los biodigestores. El diseño a utilizar en
este proyecto es del tipo hindú el cual consiste en un digestor subterráneo y una
parte móvil superior que sirve de almacén de gas. La cúpula de gas flota
directamente sobre el sustrato en digestión o en una película acuosa. El gas se
38
almacena en la cúpula, desplazándose esta hacia arriba cuando se acumula y hacia
abajo cuando el biogás se consume, así que el nivel de la cúpula dependerá del gas
almacenado.
El sustrato a digerir se mezcla con agua en la cámara de carga del cual fluye la
mezcla directamente al digestor, en el cual se genera biogás a través de la
fermentación causada por las bacterias presentes en el sustrato. El biogás es
colectado y almacenado hasta ser utilizado en la cúpula del digestor, siendo
transportado a su lugar de consumo mediante cañerías. El efluente va directo a la
cámara de descarga la cual su puede usar en líquido para el riego de la cosecha o
dejarlo secar para utilizarlo como abono para la tierra.
Es recomendable que la construcción del biodigestor tenga una distancia de 5m á 6
m de la casa ya que favorece una mejor conducción del gas y mantiene una presión
constante para que el gas llegue sin dificultad.
III.2.3 PARAMETROS DE DISEÑO.
El tipo de biodigestor que conviene elegir depende básicamente de los parámetros
siguientes según Huaman, (2001):
MATERIAL ORGANICO DISPONIBLE.
Potencialmente se pueden incluir excretas animales, desperdicios agrícolas, la
fracción orgánica de los residuos sólidos, o cualquier material que pueda ser
digerido para la producción de biogás, el cual se utilizara en especial el estiércol de
cerdo, ya que este residuo por su alto contenido de nutrientes tiene una mayor
velocidad de producción de biogás. El Municipio Piar cuenta con productores que
tienen cría de cerdos, el cual cumplen los requisitos para hacer uso de esta
biotecnología.
DEMANDA DE BIOGAS.
39
La medida de la unidad generadora de biogás depende de la necesidad de
combustible que se necesite. El requerimiento de producción total puede ser
determinado especificando las aplicaciones para la cual el biogás será utilizado y
sumando las cantidades de biogás para cada caso.
TIEMPO NECESARIO.
Para realizar la digestión anaeróbica, el tiempo de retención será más corto si el
biodigestor es calentado, en el caso de biodigestores pequeños no será prudente
incorporar calentamiento debido al mantenimiento requerido, podría sin embargo ser
considerado la calefacción solar.
VOLUMEN DEL BIODIGESTOR.
El volumen mínimo del biodigestor puede ser determinado multiplicando el tiempo
de retención por el volumen de la mezcla a ser añadida cada día para producir
diariamente el volumen de gas deseado, el cual el volumen del biodigestor
propuesto es de 1,5 m3 ya que en el presente proyecto se requiere un biodigestor
que cumpla las necesidades de los productores y tenga un nivel económico
accesible para poder hacer la construcción del biodigestor, mientras mayores son
las dimensiones del biodigestor, más costoso son los materiales para la
construcción.
DIMENSIONES DEL GASOMETRO.
El volumen del gasómetro depende de la producción diaria y uso que se dará al
biogás, y aprovechando la comprensibilidad de los gases, este puede ser tan bajo
alrededor del 5% del volumen del gas producido diariamente.
III.2.4 MATERIALES Y PROCESO DE ELABORACION DEL BIODIGESTOR.
• MATERIALES NECESARIOS PARA LA CONSTRUCCION:
40
1 Tanque de polietileno deco glass de 900 lts con unas dimensiones en
metros de 1,25 m de diámetro superior, 0,95m de diámetro inferior y 1,20 de
altura.
1 Tanque de polietileno deco glass de 600 lts con unas dimensiones en
metros de 1,20m de diámetro superior, 1,15m de diámetro inferior y 0,85m
de altura.
90 Bloques de cemento de 10 de ancho x 40 largo x 20 altura
5 saco Cemento portland
¼ galón Asfalto liquido
2 tubo PVC de 6” de 2m c/u
1 Acople macho PVC ½”
1 Acople hembra PVC ½”
2 Arandelas de metal de 10 cm y agujero de ½”
2 Arandelas de goma de 10 cm y agujero de ½”
1 rollo de Teflón
1 ¼ de galón de Pega para PVC
1 Codo PVC de 45° de ½”
2 Codos de PVC de 90° ½”
1 Tubo PVC de ½” 6m
1 Tee de PVC ½”
1 Tee de galvanizada de ½”
1 Llave de paso de ½” de bola
5 Niples de PVC ½” de 10 cm de largo
1 Manómetro de presión baja de ½”
1 Esponja metálica
1 Envase plástico transparente con dimensiones de 30 cm de alto y 10 cm de
diámetro
• PROCESO DE ELABORACIÓN PARA LA CONSTRUCCION:
Cámara de carga.
41
Es por donde se introduce la mezcla del estiércol y agua. Al momento de la
construcción (figura 7). Primero se hacen las mediciones para las dimensiones de
la cámara de los cuales son 0,8 m de largo, 0,8 m de ancho y 0,50 m de alto, para el
cerramiento se utilizaran bloques de cemento de 10, por su fácil manejo y
economía, como adhesivo al momento de pegar los bloques se utilizara cemento
portland el cual se estima la cantidad de 1 saco, luego para hacer el piso
implementamos un trozo malla trucson el cual es de soporte luego se vacía la
mezcla de cemento quedando la base a una altura de 2 cm. Con la misma mezcla
de cemento se procede a flizar la parte de adentro de la cámara y la parte de afuera
para tener una mejor estética, quedando a una distancia de 0,53 m de la cámara de
digestión, luego se cava una fosa el cual tiene una profundidad de 0,8 m, va inserto
el tubo de PVC de 6” que tiene de largo 2 m, se recomienda que este quede en una
ángulo de 45° ya que es más efectivo el desplazamiento del material a la cámara de
digestión, este actúa con acción de la gravedad.
Figura 7 Cámara de carga
Cámara de digestión.
Se cava una fosa de 1,40m circular, luego se pica la malla en forma circular que
tenga un diámetro de 0,95m, el cual se le se aplicara el cemento para hacer el piso
a una altura de 5 cm para tener mayor resistencia en el momento que empiece a
hacer más peso por parte del material orgánico que será desplazado a la cámara y
así evitar el desnivel y posibles rajaduras al tanque, el cual utilizaremos un tanque
de polietileno marca Deco Glass de 900 litros con unas dimensiones de 1,25 m de
diámetro superior, 0,95 m de diámetro inferior y de altura 1,30 m, el acopla el tubo
de entrada que viene de la cámara de carga utilizando como unión pintura asfáltica
y una adaptación adicional para evitar filtraciones como se muestra en la figura 8.
42
Figura 8. Cámara de digestión
Gasómetro.
Se utilizara un tanque de polietileno de 600 lts de 1,20 m de diámetro superior, 1,15
m de diámetro inferior, 0,85 m de altura (figura 9), que hará la función de cúpula y
almacenamiento del biogás (gasómetro). El cual tiene una capacidad de
almacenamiento de 0,50 m3 de biogás.
Figura 9. Gasómetro
Cámara de descarga
Para la cámara de descarga (figura10), se utilizaran los mismos materiales que se
utilizaron para la cámara de carga, el único cambio es la altura que en este caso
será de 0,8 m, al igual va acoplado un tubo de 6” de 2 m de largo el cual por medio
de este saldrá el material ya procesado.
Figura 10 Cámara de descarga
43
Salida del biogás.
Se hace un agujero aproximadamente de 1,9 cm, por la ranura se introduce el
extremo roscado del conector macho de PVC de ½” en el que previamente se
coloca la arandela de aluminio de agujero ½” encima de esta se coloca la arandela
de goma. Una vez salido la rosca macho al exterior, se le inserta la otra arandela de
goma, luego se le coloca la arandela de aluminio, luego se procede a enroscar el
conector hembra sobre la rosca del macho de PVC de ½”, dándole el mayor ajuste
manual posible. Con más detalle se puede observar en la siguiente figura:
Figura 11 Salida de biogás
Conducción del biogás.
Como podemos ver el en la figura 12, para la salida del biogás se utilizara tubería
PVC de ½”, se utilizara alrededor de 5 m, el cual se hace un acople que viene de la
adaptación de un niple de ½” de 10 cm el cual se le adapta una llave de paso tipo
bola, seguido por una adaptación otro niple ½” de 10 cm, adaptado a un codo de
90° ½”, siguiendo por la adaptación a una tubería de 10 cm PVC, el cual está
adaptado una tee ½” lo cual va un manómetro de presión baja para medir la
cantidad de gas producido diariamente.
44
Figura 12 Conducción del biogás y manómetro
Válvula de seguridad.
Esta válvula debe ir cerca del biodigestor en la conducción de gas que sale de este,
su función es formar un sello de agua que permita la salida del biogás en
condiciones normales, pero que a su vez deje escapar el exceso de presión. Está
constituida por un envase de plástico transparente (figura 13). Luego de conectado
el manómetro de presión se adapta otros tubo PVC de 10 cm de largo, el cual se
enrosca una Tee adaptando, en la rosca central de la Tee, se adapta un tubo de 30
cm de PVC, este se introduce por la entrada del envase, el nivel de agua se debe
mantener por la mitad del frasco mediante una abertura alineada en redondo y a la
mitad de la altura de las paredes del envase.
Ante un llenado excesivo en el tanque con biogás, este sale a través de la T, vence
la tensión de la lámina de agua y se expulsa en forma de burbujas, que
posteriormente salen como gas mediante la abertura formada en el envase, esta
abertura es utilizada para llenado de la válvula con agua cuando baja su nivel. Se
impide así por un bajo consumo ocasional y se permite el almacenamiento
permanente de todo el biogás producido, hasta alcanzar la capacidad del depósito.
Los dos extremos superiores de la T son los de entrada y salida respectivamente del
biogás proveniente del biodigestor hacia la válvula de seguridad y de esta hacia el
quemador. Hay que tratar de que le frasco y la T se mantengan inmóviles para evitar
que el biogás pueda escaparse si la tubería queda por fuera de la lámina de agua, o
por el contrario ante una introducción excesiva de la tubería dentro del envase.
45
Figura 13 Válvula de seguridad
III.2.5 MEMORIA DE CÁLCULO.
A continuación se realizaran los cálculos estimados utilizando el tamaño del
biodigestor prototipo. Se utilizara como materia orgánica estiércol de cerdo, los
valores que se tomaran para los otros cálculos son valores estándares tomados por
otros autores, por ejemplo, el % de solidos volátiles, solidos totales, producción de
excretas diarias, la densidad del estiércol, la producción diaria de biogás por animal,
entre otros.
Para el dimensionamiento de la instalación de los productores pequeños se
considera un tamaño medio de la explotación: 10 cerdos.
Número de cabezas de porcinos: N= 10 unidades
De acuerdo al cuadro 4, el cerdo por cada 50 kg produce diariamente residuos de
estiércol de 3 kg/animal. Consideremos que cada cerdo pesa alrededor de 100 kg
lo que resulta una producción media: 6 kg/día/animal, lo que alcanzaría para poder
hacer la mezcla con las proporciones normales de carga.
Producción estiércol: E= 6 kg/animal/día
46
El tiempo de retención según Marti, (2008) para la región tropical está en 15 días a
una temperatura de 30°. Cuanto mayor es la temperatura de operación menor es el
tiempo de retención. Teniendo en cuenta las condiciones de temperatura ambiente
en la zona, se toma 15 días.
Tiempo de retención: t= 15 días
Producción diaria de estiércol:
M1= 6 kg exc./animal/día x 10 animales= 60 kg exc. /día.
El cual se utilizará una cantidad de 20 kg/exc/día. Esta cantidad se estima por la
relación de cantidad de estiércol-agua con respecto a el tamaño del biodigestor, a
mayor tamaño, mayor será la cantidad de materia orgánica-agua que será
introducida en el biodigestor.
Producción diaria utilizable de estiércol: M2= 20 kg exc/día
La carga del biodigestor debe contener entre un 2 y un 6 % de sólidos volátiles
(Kiely, 1999); como el estiércol tiene un promedio de 15 a 20 % de materia seca
(Botero y Preston, 1987) citado por (Prado, (s/f)), en la práctica hay que diluir los
excrementos en una proporción de 1:4, ya que si tiene menor cantidad de agua
puede formarse escorias en la superficie de la materia, dificultando la salida de las
burbujas de biogás, si tiene mayor cantidad de agua el proceso de fermentación es
más lento y la producción de biogás se alarga, esto quiere decir que las bacterias
bajan su nivel de actividad fermentativa.
Agua para la dilución: Ma= 20 kg/día x 4 agua= 80 kg agua/día
Carga entrada biodigestor (agua + estiércol):
Mi= M2 + Ma= 20 kg/día + 80 kg/día = 100 kg/día
Materia seca en el excremento: Ms= 20 kg/día x 0,20 % solidos= 4 kg
sólidos/día
Por referencias bibliográficas consideramos 75 % de sólidos volátiles.
Carga de sólidos volátiles diarios: Msv= 4 kg sólidos/día x 0,75% sv= 3 kg
sólidos volátiles/día
47
Porcentaje de sólidos volátiles en la entrada:
4 kg sólidos/día / 100 kg entrada/día= 0,04= 4 %
Según (Romero, (s/f)). La densidad del estiércol húmedo es de 940 kg/m3, entonces
el volumen diario del afluente será:
Vi= (80 kg/día / 1000 kg/m3) + (20 kg/día / 940 kg/m3)= 0,1012 m3
Por lo tanto el volumen que necesitará el biodigestor es:
Vs= 0,1012 m3/d x 15 d = 1,5 m3
Las referencias bibliográficas indican que los valores típicos de la carga de sólidos
volátiles por día y m3 son 2 – 3 Kg SV/d/m3 (Kiely, 1999) citado por (Prado, (s/f)).
Msvd= 4 kg SV/d / 1,5 m3= 2,6 Kg SV/d/m3, que se corresponde con los valores
típicos.
La producción de biogás está entre 0,5 y 1,5 m3 gas por Kg de sólido volátil
eliminado (Kiely, 1999) citado por (Prado, (s/f)), siendo mayor cuanto más alta es la
temperatura de digestión, teniendo en cuenta ese dato, estimamos una producción
de 1,2 m3 biogás/ kg SV eliminado.
Producción de biogás del biodigestor:
S= (4 kg SV elim. / 15 días) x 1,2 m3 biogás/kg SV elim= 0,32 m3 biogás/d
Producción de biogás anual:
B= 0,32 m³ biogás/d x d/anual= 0,32 m³ biogás/d x 365 d/anual= 116.8 m³/anual
III.2.6 PLANOS DEL BIODIGESTOR.
VISTA EN PLANTA.
48
49
VISTA ALZADO
Ve
r
deta
lle 1
Ve
r
deta
lle 2
50
DETALLES DE CONSTRUCCION.
• CONDUCCIÓN DEL BIOGAS
Detalle 1
• VÁLVULA DE SEGURIDAD
Detalle 2
Tee de ½
Tubo de ½ de 30 cm
Envase de plástico
51
III.2.7 ANALISIS COMPARATIVO CON RESPESCTO A OTRAS TECNOLOGIAS.
o Comparación de la bombona de gas licuado con respecto al biogás.
De acuerdo a la regulación el costo de una bombona de tamaño medio es 3,7
bolívares, sin embargo también son escasos los vendedores que ofrecen el
producto a este precio. Entre 4 y 10 bolívares fuertes cuesta una bombona de gas
pequeña (9Kg), en cambio el biodigestor produce diariamente biogás, el gasto para
obtener biogás es BsF 0, solamente se tiene que disponer de materia orgánica para
la carga diaria del biodigestor. Además el medio de transporte en el medio
campesino es uno de los factores importantes ya que en su gran mayoría no
cuentan con un vehículo que los traslade a la ciudad para la compra de la bombona
de gas licuado.
o Comparación de la leña con respecto al biogás.
En el medio campesino la leña es buscada montaña dentro, las cuales cuentan
como medio de transporte carretillas, hasta la misma persona, la cual tiene como
efecto secundario problemas serios de salud. Al momento de utilizarla para la
cocción de sus alimentos el humo provocado por la quema de estos es perjudicial
para la mujer y niños, provocando enfermedades respiratorias, asma, cáncer
pulmonar, entre otras. En cambio, teniendo el biodigestor en funcionamiento, el
hombre evita la búsqueda de leña, contribuyendo así a no deforestar los bosques, la
mujer al cocinar no tendrá riesgos de enfermedades respiratorias ya que el biogás
no produce humo y es inoloro.
o Comparación del fertilizante químico con respecto al biofertilizante.
Un saco de fertilizante químico para tener buenas cosechas tiene un costo alrededor
de 100 BsF., la cual el productor no dispone de recursos para la compra del mismo.
En cambio el biofertilizante es obtenido de la materia orgánica ya procesada dentro
52
del biodigestor, lo cual tiene un costo de 0 BsF. Este se puede utilizar para riego
foliar, como abono para enriquecer la tierra donde será la siembra, para alimentar
peces y actualmente hay estudios realizados que indican el biofertilizante para
alimentos de porcinos.
o Comparación del diseño real del biodigestor Hindú con respecto al
diseño propuesto en el presente trabajo
En Latinoamérica son pocas las experiencias con este tipo de tecnología ecológica,
sólo se conoce que Colombia, chile y Guatemala ya se han iniciado en estas
prácticas.
En el caso venezolano, los investigadores señalan que no se tiene "un registro de
comercio de empresas interesadas en la producción de fuentes de energías
alternas, específicamente para el sector campesino; quizá por la falta de
capacitación técnica en el ámbito ambiental o tal vez el desinterés en la materia"
(Márquez, 2010).
III.2.8 NORMAS DE SEGURIDAD Y PREVENCION EN LA CONSTRUCCION DE
LOS BIODIGESTORES.
Seleccionar adecuadamente el sitio de excavación de la fosa tanto de
la cámara de carga, cámara de digestión y cámara de descarga, que sea un
terreno estable (s/n, 2008).
Calcular el tamaño del biodigestor de acuerdo al residuo orgánico a
tratar y respetar estos parámetros, de acuerdo a la cantidad de estiércol
disponible.
No permitir la entrada de aguas de lluvias y aguas procedentes de
bebederos u otras tuberías al sistema (s/n, 2008).
53
Recubrir con cemento la parte interna y externa de la caja de entrada
y salida,
Revisar con frecuencia si existen fugas de gas en la conducción.
Revisar semanalmente el nivel de agua en la válvula de seguridad y
corregirlo para que se mantenga en una columna de 10 cm por encima del
extremo del tubo (s/n, 2008).
Revisar la conducción del gas para detectar posibles fugas en las
uniones de las mangueras, sobre todo junto la válvula de seguridad o en
cualquier desviación que se haya hecho en la red principal.
54
CAPITULO IV
CONCLUSIONES
1. Con respecto al diseño del biodigestor es importante destacar la importancia
que tiene la capacitación del personal en cuanto a la preparación de la
mezcla y operación del mismo, tomando siempre en consideración la
proporción en la mezcla de estiércol y agua.
2. El diseño es adecuado y el volumen de gas producido diariamente puede
satisfacer las necesidades para la cocción de los alimentos, ya que las
personas del sector campesino hacen sus alimentos al medio día y
mediados de la tarde. Se estima una total de 3 a 4 h/día de utilización del
biogás.
3. Es preferible construir el biodigestor en zonas cercanas a fuentes de
materias orgánicas, ya que así se logran eficiencia en la operación del
sistema.
4. Con respecto al cálculo del presupuesto, viéndolo de un punto de vista en
inversión con otros modelos de biodigestores, es un valor relativamente bajo,
ya que el diseño real del biodigestor hindú es hecho de hormigón y la
campana flotante de acero, en este caso se está utilizando tanques de
polietileno que son económicos en el mercado venezolano.
5. Con el resultado del análisis comparativo con otras tecnologías se puede
decir que los biodigestores puede sustituir completamente muchas
demandas tanto del gas licuado, la leña y el biofertilizante.
6. El gas metano obtenido en el proceso de fermentación es de alto poder
calorífico, por lo cual es de gran utilidad para satisfacer los requerimientos de
energía a nivel doméstico y a nivel de la unidad de producción.
55
7. La familia campesina se podría beneficiar con esta tecnología tanto, por la
producción de biogás, como para la obtención de fertilizantes, para su uso
agrícola.
56
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda la difusión técnica de la biodigestion anaeróbica, para que
sea conocida y comprendida por toda la población, en especial la
campesina.
2. Evaluar el funcionamiento del sistema de tratamiento y producción de gas
mediante la digestión anaeróbica para diversas condiciones así como para
diversos usos, permitirá avanzar en el apropiado conocimiento de esta
tecnología.
3. Seria gran avance instalar biodigestores en los diferentes estados, para
evaluar los diferentes parámetros que influyen en el proceso.
4. Es necesario que las Instituciones de Educación Superior y de investigación
de nuestro país, especialmente las relacionadas con el sector agropecuario y
agroindustrial, propicien líneas de investigación, referente al diseño y
construcción de biodigestores anaeróbicos, para el tratamiento de efluentes
y residuos orgánicos de diferentes procedencia, y que además estos centros
de investigación se conviertan en difusores y extensionistas de esta
tecnología.
57
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