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el presente documento tiene como propósito otorgar información resumida de los puntos mas importantes a tomar en cuenta al momento de dise;ar un biodigestor
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ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
SEDE LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
TITULO:
“DISEÑO DE UN BIODIGESTOR ANAEROBIO SEMICONTINUO, PARA LA
OBTENCIÓN DE BIOL(ABONO ORGANICO) EN EL SECTOR
HUAGRAHUASI CHICO DEL CANTON PILLARO DE LA PROVINCIA
TUNGURAHUA. ”
FRANKLIN ISRAEL SANCHEZ GAMBOA
LATACUNGA, DICIEMBRE 2013
I
CERTIFICACIÓN
Se certifica que el presente trabajo fue desarrollado en su totalidad por el señor
Franklin Israel Sánchez Gamboa con número de cedula: 1804865952 requisito
parcial para la obtención del título de Ingeniero Electromecánico, bajo nuestra
supervisión, cumpliendo con normas estatutarias establecidas por la ESPE en
el reglamento de estudiantes de la ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO.
_________________________
Ing. Pablo Mena
Docent
e Proyecto Integrador III
II
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
Yo, Franklin Israel Sánchez Gamboa.
DECLARO QUE:
El proyecto integrador denominado “DISEÑO DE UN BIODIGESTOR
ANAEROBIO SEMICONTINUO, PARA LA OBTENCIÓN DE BIOL(ABONO
ORGANICO) EN EL SECTOR HUAGRAHUASI CHICO DEL CANTON
PILLARO DE LA PROVINCIA TUNGURAHUA.” ha sido desarrollado con base
a una investigación exhaustiva, respetando derechos intelectuales de terceros,
conforme las citas que constan el pie de las páginas correspondiente, cuyas
fuentes se incorporan en la bibliografía.
Consecuentemente este trabajo es de mi propia autoría.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad y
alcance científico del proyecto integrador en mención.
Latacunga, Diciembre del 2013.
…..…………………………
Franklin Israel Sánchez Gamboa.
III
INDICE DE CONTENIDO
INDICE DE IMÁGENES.............................................................................................................................6
RESUMEN...............................................................................................................................................7
CAPITULO I...............................................................................1
GENERALIDADES.....................................................................................................................................1
1.1 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS......................................................................................1
1.1.1 OBJETIVO GENERAL...........................................................................................................1
1.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS....................................................................................................1
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.............................................................................................2
1.4 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN................................................................................................2
1.5 ALCANCE....................................................................................................................................3
CAPITULO II..............................................................................4
FUNDAMENTO TEÓRICO........................................................4
2.1 BIOMASA...................................................................................................................................4
2.2 COMO SE OBTIENE LA BIOMASA................................................................................................5
2.3 FUENTES DE BIOMASA PARA USOS ENERGETICOS.....................................................................5
2.4 LA BIOMASA Y SUS FORMAS .....................................................................................................6
2.5 BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS..............................................7
2.6 TIPOS DE MATERIA PRIMA.........................................................................................................7
2.7 TIEMPO DE RETENCIÓN....................................................................................................................8
2.8 VALOR DE ACIDEZ (PH)...................................................................................................................9
2.9 RELACIÓN CARBONO NITRÓGENO C/N..............................................................................................10
2.10 TIPO DE BIODIGESTORES.................................................................................................................10
2.10.1 Biodigestores de flujo discontinuo:..................................................................................10
2.10.2 Digestores de flujo continuo:...........................................................................................11
2.11 TIPOS DE BIODIGESTORES SEGÚN SU FORMA......................................................................................11
2.11.1 De estructura sólida fija..................................................................................................11
2.11.2 Digestor de estructura sólida móvil.................................................................................12
2.11.3 De balón de plástico........................................................................................................13
2.12 UTILIZACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE EFLUENTE...................................................................13
CAPITULO III...........................................................................15
IV
DIMENSIONAMIENTO............................................................15
3.1 CÁLCULOS................................................................................................................................15
3.1.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE RESIDUOS ORGÁNICOS...................................................15
3.1.2 ESTIÉRCOL.......................................................................................................................15
3.1.3 ORÍN................................................................................................................................16
3.1.4 MATERIA PRIMA PARA CARGA........................................................................................16
3.1.5 SÓLIDOS TOTALES CONTENIDOS EN LA MATERIA PRIMA................................................16
3.1.6 SÓLIDOS TOTALES............................................................................................................17
3.1.7 MASA DE AGUA PARA MEZCLA.......................................................................................17
3.1.8 CARGA.............................................................................................................................17
3.1.9 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN............................................................................18
3.1.10 VOLUMEN DEL DIGESTOR................................................................................................18
3.1.11 CÁLCULO DE LA POSIBLE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS........................................................18
CAPITULO IV..........................................................................19
ANALISIS ECONOMICO.........................................................19
4.1 MATERIALES.............................................................................................................................19
4.2 MANO DE OBRA DIRECTA........................................................................................................20
4.3 LOGÍSTICA................................................................................................................................21
4.4 COSTO TOTAL ESTIMADO DE LA CONSTRUCCION DEL BIODIGESTOR......................................21
4.5 VENEFICIO ECONOMICO AL REEMPLAZAR EL ABONO ORGANICO CON BIOL...........................21
CAPITULO V...........................................................................23
CONCLUSIONES....................................................................................................................................23
RECOMENDACIONES............................................................................................................................23
BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................................24
ANEXOS..................................................................................25
VISITA A LA CASA DE LA SR ANA BARSALLO UBICADA EN SECTOR HUAGRAHIASI DEL CANTON
PILLARO DE LA PROVINCIA TUNGURAHUA ,ECUADOR.........................................................................26
V
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Cantidades de estiércol y biogás producido a partir de los desechos orgánicos de distintos animales........................................................................................................................8Tabla 2 Valores y características del estiércol de algunos animales...........................................15Tabla 3 Costos totales de materiales directos utilizados en el Biodigestor de flujo semicontinuo....................................................................................................................................................19Tabla 4 Costo de mano de obra directa del personal técnico....................................................20Tabla 5 Costo de mano de obra directa del personal técnico....................................................20Tabla 6 Costo total estimado......................................................................................................21
INDICE DE IMÁGENES
IMAGEN 1 BIOMASA....................................................................................................................4IMAGEN 2 PLANTAS Y VEGETALES PARA OBTENER BIOMASA....................................................5IMAGEN 3 Digestor de estructura sólida fija, tanque cilíndrico...........................................12IMAGEN 4 Digestor de estructura sólida móvil..........................................................................12IMAGEN 5 Digestor de balón de plástico....................................................................................13IMAGEN 6 Cuarto de criadero....................................................................................................25IMAGEN 7 Almacenamiento de excretas....................................................................................26IMAGEN 8 Analizando las excretas de cuy.................................................................................26IMAGEN 9 Comprobando que existe excretas de vacas.............................................................27
VI
RESUMEN
El presente proyecto se concentra en la implementación de un biodigestor que
permita la obtención de biol destinado para el caserío Huagrahuasi.
Dicho proyecto está conformado por un tanque de carga un reactor y un tanque
de recolección, colocado en una plataforma la cual estará ubicada en un
terreno comunitario perteneciente al caserío La implementación del sistema se
da para obtener principalmente biol que servirá para los cultivos de las
personas que viven en dicho caserío.
El presente proyecto se lo realizó con una investigación y recolección de
muestras mediante visitas frecuentes al sector Huagrahuasi , ubicada en el
cantón Píllaro de la provincia de Tungurahua.
El objetivo fundamental de este proyecto es la implementación de un
biodigestor para obtener biol que sirve como fertilizante para uso en los cultivos
y así mejorar su producción reemplazando los abonos convencionales como
son los abonos químicos de esta manera los beneficiarios de este proyecto
tendrán un ahorro significativo de dinero.
VII
SUMARY
This project focuses on the implementation of a digester that allows obtaining
biol Huagrahuasi destined for the village .
This project consists of a cargo tank reactor and a collection tank , placed on a
platform which will be located in a community land belonging to Cacerio The
system implementation is given for mainly biol that serve to crops people living
in that Cacerio .
This project was made with an investigation and collection of samples by the
frequent Huagrahuasi sector Píllaro located in the county of the province of
Tungurahua visits.
The main objective of this project is the implementation of a digester for biol
serving as fertilizer for use on crops and improve their production replacing
conventional fertilizers such as chemical fertilizers thus the beneficiaries of this
project will have a significant savings money .
VIII
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar un biodigestor anaerobio semicontinuo, que proporcione la obtención
de biol(abono orgánico) en el sector Huagrahuasi del cantón Píllaro de la
provincia Tungurahua.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Analizar información de los biodigestores anaerobios instalados a nivel
nacional y mundial.
Examinar el lugar en donde será implementado el biodigestor .
Definir la producción neta de estiércol.
Determinar las características de las muestras de excretas.
Dimensionar las medidas y material del biodigestor después de realizar
los cálculos.
Realizar el análisis de costos estimados para la construcción del
biodigestor.
1.2 HIPOTESIS
Mediante el diseño del biodigestor anaerobio vertical continuo en el sector
Huagrahuasi chico los beneficiarios del proyecto podrán obtener biol a partir de
las excretas de vacas y cuyes que ellos crían para su sustento de vida, esto
implica que tendrán un mejor estilo de vida al aprovechar al máximo las
excretas producidos por los animales de que las personas de este sector crían.
1
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente el principal ingreso de las personas del sector Huagrahuasi es la
crianza de cuyes y vacas, estos animales producen excretas los cuales no son
sometidos a ningún tipo de proceso posterior para que sea aprovechado por
completo, desde el punto de vista de ingeniería se está desperdiciando
recursos, que podrían ser usado por estas personas al procesar estas excretas
pudiendo a la vez generar biol(abono orgánico) apto para el uso como
fertilizante en los cultivos, Una de las alternativas para gestionar los residuos
orgánicos, es el uso de un biodigestor anaerobio, que contribuya con la
digestión bacteriana anaeróbica y procese las excretas para generar biol .
1.4 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN.
Actualmente en el Ecuador se están desarrollando alternativas energéticas
para disminuir el impacto ambiental y no depender de los combustibles fósiles
ya que en el futuro estos adquirirían un precio bastante elevado por su falta de
disponibilidad y por la disposición del gobierno actual de quitar el subsidio del
gas doméstico, esto significa que para las personas de los sectores rurales
será muy difícil de costear lo cual disminuiría la calidad de vida de estas
personas , entonces es necesario implementar una alternativa para contribuir
con el bienestar y calidad de vida de los sectores rurales es aquí donde la
implementación de un biodigestor para implementarse en los sectores rurales
por sus altos beneficios al procesar las excretas producidas por los animales
como el biol está comprobado dar mejores resultados que las excretas sin
procesar, al ser usado en los cultivos, también podremos obtener biogás el
cual tendría bajo costo, ayudaría a la disminución del impacto ambiental y
mejoraría la calidad de vida de las personas pertenecientes a los sectores
rurales .
2
1.5 ALCANCE
El presente proyecto será realizado de manera que llegue a constituirse para la
ESPE-L y para los sectores rurales donde el sustento de vida en la crianza de
animales, como una fuente de información para continuar con los estudios que
permitan mejorar la calidad de vida de las personas dedicadas a la crianza de
animales y agricultura.
Se pretende mediante el estudio y cálculos del dimensionamiento del
biodigestor, describir esta gran alternativa para ser implementada con facilidad;
y con ello dar inicio de manejo responsable de los desechos producidos por los
animales de corral.
Finalmente el manejo y la ejecución de las alternativas de solución planteadas
por este proyecto estarán a cargo de los habitantes del sector Huagrahuasi y la
Escuela Politécnica del Ejército, los cuales pondrán a disposición el presente
estudio para los fines que lo requieran.
3
CAPITULO II
FUNDAMENTO TEÓRICO
1.6 BIOMASA
La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por
su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias
orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como
por su naturaleza. 1
IMAGEN 1 BIOMASA
En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia
orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable
como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de
forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la
materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como
la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), y otros residuos
derivados de las industrias.
La valoración de la biomasa puede hacerse a través de cuatro procesos
básicos mediante los que puede transformarse en calor y electricidad:
combustión, digestión anaerobia, gasificación y pirolisis.
1José Miguel (14 de 02 )2009 APPA obtenido de Asociación de Productores de Energía Renovables http://www.appa.es/04biomasa/04que_es.php
4
1.7 COMO SE OBTIENE LA BIOMASA2
Para obtener energía biomasa es necesaria la combustión de diversos
materiales que abarcan desde la leña tradicional utilizada muy ineficientemente
para cocinar, hasta los combustibles biológicos modernos muy complejos
producidos a partir de biomasa cultivada con este fin. Los deshechos agrícolas
(como los residuos de origen animal) también pueden ser combustibles de
biomasa. En algunos países europeos, como Alemania, Francia y Holanda, los
residuos animales se están convirtiendo en un problema para el medio
ambiente. Pero pueden utilizarse para producir energía a través de un proceso
de fermentación. En China han estado utilizando esta tecnología desde hace
más de 20 años. Actualmente tienen 10 millones de digestores de biogás que
aprovechan los residuos animales.
IMAGEN 2 PLANTAS Y VEGETALES PARA OBTENER BIOMASA
También se pueden utilizar vegetales como árboles de crecimiento rápido,
cereales, aceites vegetales, residuos agrícolas o, como en el caso de Brasil, la
caña de azúcar.
1.8 FUENTES DE BIOMASA PARA USOS ENERGETICOS
Hay 2 tipos de materiales orgánicos generados a partir de la fotosíntesis:
Biomasa vegetal = generado a partir de la fotosíntesis. Biomasa animal =
producidos a través de la cadena biológica. Esta última la biomasa animal se
genera a través de la biomasa residual.
2 Miguel lucio, biomasa villalbabiomasa.com 21 de 02 del 2000 obtenida de http://villalbabiomasa.wordpress.com/%C2%BFcomo-se-obtiene/
5
Mientras que lo que hoy día se conoce como combustibles fósiles (carbón, gas
natural y petróleo) no es otra cosa que "biomasa fósil".
1.9 LA BIOMASA Y SUS FORMAS 3
Como consecuencia de la actividad fotosintética de los vegetales, se forma una
masa viviente que hemos denominado biomasa. Sin embargo, ésta es
transformada posteriormente en los distintos niveles de seres vivos que
conocemos. Por tanto, se puede hablar de biomasa vegetal cuando ésta se
produce directamente como consecuencia de la fotosíntesis, mientras que
aquélla biomasa que producen los seres que no son capaces de elaborar los
productos químicos sólo con la ayuda de la energía solar, es decir, que utilizan
en su alimentación la biomasa vegetal, la podríamos denominar biomasa
animal. Así pues, en un sentido amplio del término, se puede definir como
biomasa al conjunto de materiales orgánicos generados a partir de la
fotosíntesis o bien evolucionados en la cadena biológica. Los seres humanos y
los animales utilizan sólo una parte de la biomasa a su disposición,
constituyendo el resto un residuo en gran medida no utilizado. Incluso en gran
porcentaje de la parte utilizada es devuelta a la naturaleza como residuo. Tanto
el primer caso, residuos de producción, como en el segundo, residuos de
consumo o transformación, son fundamentalmente orgánicos, lo que permite
definir el término biomasa residual como la originada de la forma expuesta.
Finalmente, a nadie se le oculta que lo que hoy se conoce como combustibles
fósiles, carbón, gas natural y petróleo, no es otra cosa que biomasa (biomasa
fósil), que se produjo en determinados períodos geológicos y, una vez
enterrada, bien a través de mecanismos bioquímicos o bien por condiciones
físico-químicas o por la conjunción de ambos tipos de acciones, generaron
aquéllos. Digamos como resumen que se puede definir el concepto de biomasa
como el conjunto de plantas terrestres y acuáticas; sus residuos o
subproductos; los residuos o subproductos derivados de la transformación de
3 Miguel lucio, biomasa villalbabiomasa.com 21 de 02 del 2000 obtenida de http://villalbabiomasa.wordpress.com/%C2%BFcomo-se-obtiene/
6
dichas plantas, bien por los animales que se alimentan de ellas o por los
procesos tecnológicos de las industrias alimentarias.
1.10 BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS.
“Es un proceso de fermentación natural, conocido por el hombre desde tiempo
atrás, pero poco utilizado, especialmente en América Latina. Ocurre en
ausencia de oxígeno (sin aire) al interior de un biodigestor, aparato que facilita
el crecimiento y la proliferación de un grupo de bacterias anaerobias
metanogénicas, que descomponen y tratan los residuos dejando como
resultado final, un gas combustible conocido como biogás o gas Metano (CH4)
y Dióxido de Carbono (CO2), además de un efluente líquido alcalino rico en
nutrientes y materia orgánica estabilizada”4.
Los residuos ganaderos y los lodos de aguas residuales urbanas son la materia
prima utilizada para este tratamiento, por su alto contenido en humedad y su
fácil descomposición. Una vez realizada la biodigestión anaeróbica se obtiene
biogás, que es una mezcla de gas de metano entre un 55% a un 70% y dióxido
de carbono entre un 27% a un 44%, y con un mínimo porcentaje de otros
componentes como: nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, etc.
La cantidad producida de gas es variable, con un contenido en metano del
70%, su valor calorífica oscila entre los 5140 Kcal./m3, y puede sustituir al gas
de uso doméstico de forma adecuada. Sus características se encuentran
resumidas en el siguiente cuadro.
1.11 TIPOS DE MATERIA PRIMA
Dentro de las materias primas fermentables tenemos: excrementos animales y
humanos, aguas residuales orgánicas, desecho de frutas, verduras, lácteos,
carnes, restos de cosechas y basura.
4William Fabara , biogás, geocities.com 21 de 05 del 2001 obtenida de http://es.geocities.com/vianiorte/index.htm
7
“El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno
sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales
(azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc,
cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores). Normalmente las
sustancias orgánicas como los estiércoles presentan estos elementos en
proporciones adecuadas”5. Los valores tanto de producción como de
rendimiento en gas de los estiércoles presentan grandes diferencias debido a
muchos factores como el tipo de animal y la alimentación que hayan recibido
los mismos, así como el clima y factores ambientales en los que se desarrolla
su actividad. El volumen de estiércol producido por las distintas especies
animales son variables fundamentalmente en función del peso y al tipo de
alimentación y manejo de los mismos.
A continuación se muestra un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércol
por distintos tipos de animales y dentro de los mismos trabajaremos
Tabla 1 Cantidades de estiércol y biogás producido a partir de los desechos orgánicos de distintos animales
ESPECIE PESO VIVO Kg
ESTIERCOL/DIA
%CH4
Cerdos 50 4,5-6 65-70
Vacunos 400 25-40 65
Equinos 450 12-16 65
Ovinos 45 2,5 63
Aves 1,5 0,06 60
Caprinos 40 1,5 -
1.12 Tiempo de Retención 6
5Alex Suarez , biogás, textoscientificos.com 12 de 08 del 2012 obtenida de http://www.textoscientificos.com/energia/biogas/factores6 Tiempo de retención , unesco.org.uy 22 de 02 del 2011 obtenida de www.unesco.org.uy/.../AquaLAC-Numero1-Vol3
8
En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retención se define
como el valor en días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen
de carga diaria.
La velocidad de degradación depende en gran parte de la temperatura, pues a
mayor temperatura el tiempo de retención requerido es menor. Para un digestor
batch el tiempo de retención es el tiempo que transcurre entre la carga y
descarga del sistema; para un digestor continuo, el tiempo de retención
determina el volumen diario de carga, según la relación:
Por lo general, se trabaja con tiempos de retención entre 20 y 55 días, variando
la alimentación diaria entre 1 y 5 Kg de sólidos totales por metro cúbico de
digestor.
1.13 Valor de Acidez (pH)
“En operación normal de un digestor, el pH fluctúa entre 6.6 y 7.6”7. siendo un
buen índice del equilibrio ecológico requerido.
Debido a los efectos buffer (sistema constituido por un ácido débil y su base
conjugada o por una base y su ácido conjugado que tiene capacidad
"tamponante", es decir, que puede oponerse a grandes cambios de pH, en una
disolución acuosa), que producen los compuestos bicarbonato-dióxido de
carbono (CO 2 -HCO 3 ) y Amonio -Amoníaco (NH 4 -NH 3 ) el proceso en sí
mismo tiene capacidad de regular diferencias en el pH del material de entrada.
El aumento de pH nos indica exceso de amoníaco; mientras que al disminuir el
pH nos indica un aumento de contenido de ácidos grasos volátiles, generando
una menor producción de biogás. Hay dos modos operacionales principales
para corregir una condición desbalanceada de bajos pH en el biodigestor. La
primera forma es detener la carga del biodigestor y permitir durante cierto
tiempo que la población metanogénica reduzca la concentración acídica y que
entonces el pH se eleve a un valor razonable. Detener la carga del digestor
también hace más lenta la actividad bacteriana y por lo tanto, también se
7 Youngfu, Y., Yibo, Q., Yunxuan, G., Hui, Z., Yuansheng, X., Chenyong, X., Guoyuan, F., Jienquan, X., Taiming, Z. y Gan, L. 1989. The biogas technology in China. Agricultural Publishing. Beijing, p 20-54.
9
reduce la formación de AGCC. Una vez que el pH retorna a valores normales,
la carga o alimentación del digestor puede continuarse a niveles bajos e irla
incrementando lentamente para evitar más caídas abruptas de pH.
Un segundo método involucra la adición de sustancias tampones o buffer para
elevar el pH sin cambiar el ritmo de carga del digestor. Una ventaja de la
adición de tampones es que el pH puede rectificarse más rápidamente. Se
suele usar para ello la cal. El carbonato de sodio, aunque es más caro, puede
prevenir la precipitación de carbonato de calcio. Debido a que los
requerimientos de sustancias tamponadoras varían con la naturaleza de los
desperdicios a procesar.
1.14 Relación carbono nitrógeno C/N
Si la relación C/N es alta, el nitrógeno será consumido rápidamente por las
bacterias metanogénicas para formar proteínas y no reaccionará con el
material restante, por tanto la producción de gas será alta. De otra parte, si
dicha relación es muy baja, es decir, donde el nitrógeno sea abundante, el
nitrógeno será liberado y acumulado en forma de amoniaco, el cual
incrementara el pH de la carga en el digestor. Un Ph mayor que 8.5 comenzará
a mostrar efectos tóxicos en la población de bacterias metanogénicas. Los
materiales con una relación C/N alta pueden mezclarse con aquellos de baja
relación C/N para dar la relación promedio deseada a la carga, que es de 20 a
30 partes de carbono por una de nitrógeno.
1.15 Tipo de biodigestores
De acuerdo al método de carga utilizado se distinguen dos tipos genéricos de
biodigestores:
1.15.1 Biodigestores de flujo discontinuo:
10
Se cargan una vez y quedan cerrados por un tiempo fijo de retención hasta que
haya terminado el proceso de fermentación y no haya producción de gas. En
esas plantas al comienzo hay mucha masa orgánica y pocas bacterias y al final
tienen muchas bacterias y poca masa orgánica. La operación involucra
principalmente cargar un biodigestor que permanecerá cerrado con sustrato, un
inoculante y en algunos casos, una base para mantener el pH casi neutral. El
digestor es sellado, y la fermentación se realiza entre 30 y 180 días,
dependiendo de la temperatura ambiente. Durante este período, la producción
de gas aumenta paulatinamente hasta un máximo y luego declina. Esta
fermentación se puede realizar con un contenido de sólidos orgánicos de 6 a
10%.
1.15.2 Digestores de flujo continuo8:
Los digestores de flujo continuo son cargados y descargados en forma
periódica, por lo general todos los días. Cualquier tipo de construcción es
apropiada para una planta continua, pero el material de fermentación debe ser
fluido y uniforme.Existen muchos diseños y formas según su estructura, entre
los cuales pueden citarse, como los de mayor uso, tres tipos: de estructura
sólida fija, de estructura sólida móvil y de balón de plástico.
1.16 Tipos de biodigestores según su forma
Existen muchos diseños y formas según su estructura, entre los cuales pueden
citarse, como los de mayor uso, tres tipos: de estructura sólida fija, de
estructura sólida móvil y de balón de plástico.
1.16.1 De estructura sólida fija.
Consiste de una cámara de gas construida de ladrillos, piedra o concreto la
cual permanece inmóvil y fija. Tanto el tope como la base del reactor son
semiesféricos y están unidos por lados rectos. La estructura interna es sellada
por varias capas para aislar el gas. El digestor es alimentado por un tubo de
carga que es recto y finaliza en la mitad de nivel dentro del digestor. Hay un
8 Adaptado de: Marchaim, Uri; Biogas Processes for sustainable development; FAO; 1992
11
tapón manual en la parte superior del digestor para facilitar su limpieza, y el
conducto de salida del gas sale de la cubierta. El gas producido durante el
proceso es almacenado bajo el domo y desplaza algunos de los contenidos del
digestor a la cámara del efluente. Esto crea fuerzas estructurales altas y esta
es la razón por la cual el reactor tiene formas semiesféricas en el tope y en la
base. Se recomienda que la construcción sea bajo tierra en suelos estables.
IMAGEN 3 Digestor de estructura sólida fija, tanque cilíndrico.
1.16.2 Digestor de estructura sólida móvil.
Este digestor es en forma de bóveda esférica (o cilíndrica) y tiene un depósito
de gas móvil en forma de campana flotante. La campana puede flotar
directamente en la carga de fermentación o en un anillo de agua cilíndrico. El
gas se acumula en la campana, haciéndola subir y luego vuelve a bajar cuando
se extrae el gas a través de un tubo instalado en la campana misma. Para
evitar que la campana se ladee, se construye un soporte de hierro como guía.
La campana además de subir y bajar, es libre de girar, así puede mover la capa
que eventualmente pueda flotar en la superficie de la carga de fermentación
Para su construcción se usa comúnmente ladrillos, cemento, arena y grava;
para la campana flotante, lámina de acero.
12
IMAGEN 4 Digestor de estructura sólida móvil.
1.16.3 De balón de plástico.
Está compuesto de una bolsa de plástico, caucho, polietileno o geomembrana
de PVC, completamente sellada. La parte inferior de la bolsa (75% de volumen)
se rellena con la carga, mientras en la parte superior de la bolsa (25%) se
almacena el gas. Los tubos de entrada y salida están sujetos directamente a la
pared de la bolsa. Aunque este digestor actúa como un reactor de tapón de
flujo, el gas puede almacenarse en una bolsa separada. El material plástico o
de caucho para la planta, tiene que ser elegido con cuidado: resistente a la
intemperie y a los rayos ultravioleta. Se puede recomendar para todos aquellos
sitios donde no haya peligro de que se dañe la pared de la bolsa y donde
predominen temperaturas altas y constantes.
IMAGEN 5 Digestor de balón de plástico.
13
1.17 UTILIZACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE EFLUENTE
El efluente que permanece luego que el gas se ha producido se bombea a un
tanque de almacenamiento, luego de lo cual puede ser distribuido directamente
al suelo. Sin embargo, este producto se considera parcialmente tratado en esta
etapa, y para almacenarlo se requieren instalaciones de almacenamiento, ya
que los nutrientes presentes en el efluente deben ser aplicados al suelo o a los
sembrados en épocas determinadas. El tamaño de la instalación y del período
de almacenamiento debe ser adecuado para los requerimientos de la finca.
Como alternativa el efluente puede separarse en fibra y líquido. La fibra se
utiliza para tratamiento de suelos o para compostaje. El líquido contiene un
rango de nutrientes y se utiliza como un fertilizante el cual se vende o se utiliza
en la finca como parte del plan de manejo de nutrientes para los sembrados
que se tenga previsto. Estos subproductos de la digestión anaerobia pueden,
por lo tanto, ayudar a los agricultores a reducir sus requerimientos de
fertilizantes sintéticos y otros reacondicionadores de suelos que son fabricados
utilizando métodos menos sostenibles.Además, los efluentes del biodigestor se
utilizan para estimular el crecimiento de algas en estanques piscícolas y por lo
tanto proveen de alimento a los peces.’
De manera alterna, debido a su alto contenido orgánico, el efluente debe ser
utilizado como un suplemento en la alimentación de animales. Estas
aplicaciones deben ser evaluadas según cada caso. Los sólidos de la digestión
del estiércol de los hatos se venden solos o mezclados para compostaje,
suelos y recuperación de suelos. Los mercados regionales para estos
productos, existen; se venden al por mayor o a consumidores directos. Por
ningún motivo el efluente puede ser descargado o vertido a cursos o cuerpos
de agua naturales o a sistemas de alcantarillado, ya que no cumple los
requisitos de calidad o remoción de materia orgánica que exige la Ley.
14
CAPITULO III
DIMENSIONAMIENTO
1.18 CÁLCULOS
1.18.1 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE RESIDUOS ORGÁNICOS
Con el potencial de residuos producidos por animal y su peso vivo promedio,
puede estimarse la cantidad de desechos orgánicos producidos diariamente en
la finca y los requerimientos de adición de agua para mezcla y
homogenización. Cuando no es posible obtener datos exactos sobre ésta en
kg./día, puede estimarse utilizando la siguiente tabla.
Tabla 2 Valores y características del estiércol de algunos animales9
1.18.2 ESTIÉRCOL.
E=NA∗PVP∗PE /100 (1)
donde,
E =Estiércol en kilogramos por día
9 Bladimir Freire , Difusión de la tecnología del biogás en Colombia, GTZ, 1987
15
NA =Número de animales por una especie (vacas, cerdos, caballos, humanos,
etc)
PVP = Peso vivo promedio por animal
PE = Producción de estiércol por animal por día en porcentaje de peso vivo.
1.18.3 ORÍN
O=NA∗PVP∗PO /100 (2)
donde,
O = Orín día en kilogramos (se asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo)
NA = Número de animales por una especie
PVP = Peso vivo promedio por animal
PO = Producción de orín por animal por día en porcentaje de peso vivo (se
asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo).
1.18.4 MATERIA PRIMA PARA CARGA
MPC=E+O (3)
Donde:
MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día.
E = Estiércol en kilogramos por día
O = Orín en kilogramos por día.
1.18.5 SÓLIDOS TOTALES CONTENIDOS EN LA MATERIA PRIMA
%ST= E∗%ESTMPC
(4)
Donde:
%ST = Porcentaje de sólidos totales contenidos en la materia prima para carga
MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día.
%EST = Porcentaje de sólidos en el estiércol.
16
E = Estiércol en kilogramos por día
1.18.6 SÓLIDOS TOTALES
ST=(%ST∗MPC)/100 (5)
donde,
ST = Cantidad de sólidos contenidos en la materia prima para carga, en
kilogramos
por día.
%ST = Porcentaje de sólidos en la carga o materia prima, el cual debe ser
inferior al 10%.
MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día.
1.18.7 MASA DE AGUA PARA MEZCLA
Solamente se calcula cuando el porcentaje de sólidos totales (%ST) es superior
al 10%.
MH 20=MPC∗ST10
−MPC (6)
Donde:
MH2O = Masa de agua para mezcla que disminuye hasta un 10% los sólidos
orgánicos contenidos en la materia prima, en kilogramos por día.
ST = Cantidad de sólidos orgánicos contenidos en la materia prima para carga,
en kilogramos por día.
MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día
1.18.8 CARGA
C=MPC+MH 20 (7)
Donde:
C = carga diaria para alimentar el digestor en kilogramos por día o litros por día
17
(Se asume que un litro pesa un kilogramo).
MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día.
MH2O = Masa de agua para mezcla que disminuye hasta un 10% los sólidos
orgánicos contenidos en la materia prima, en kilogramos por día.
1.18.9 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN
TR=(−51.227∗ln (T °C )+206.72) (8)
Donde:
TR= Tiempo de retención en días
Ln= Logaritmo natural
T°C= Temperatura promedio en grados centigrados del sitio donde se instalará
el biodigestor
1.18.10 VOLUMEN DEL DIGESTOR
Vd=C∗TR∗1,2 (9)
Donde:
Vd = Volumen del digestor, en litros
C = Carga diaria para alimentar el digestor en litros por día
TR = Tiempo de retención en días.
1,2 = Volumen adicional para el almacenamiento del biogás
1.18.11 CÁLCULO DE LA POSIBLE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
PG=MPC∗SO∗P (10)
Donde:
PG = Gas producido en litros por día
MPC = Estiércol en kilogramos por día
SO = Porcentaje de materia orgánica del estiércol según la especie.
18
P = Producción aproximada de m3 de gas/1 kg de masa orgánica seca total
CAPITULO IV
ANALISIS ECONOMICO
El tratamiento tributario no es materia de este análisis debido a que los productos finales de este proyecto (biogás y bioabono) tienen tarifas distintas de IVA de acuerdo a la normativa vigente y su liquidación obedecerá conforme el volumen de ventas de cada uno respecto de las ventas totales.10
1.19 MATERIALES
Comprende materias primas, materiales, equipos o accesorios que intervienen
directamente en la ejecución del proyecto. En la siguiente tabla se detallan los
costos totales de materiales:
Tabla 3 Costos totales de materiales directos utilizados en el Biodigestor de flujo semicontinuo.
ITEM DESCRIPCION COSTO($)
1 MATERIALES
BIODIGESTOR
480,78
2 MATERIALES TANQUE Y
DESCARGA
94,50
3 MATERIALES INSTALACION 219,36
4 MATERIALES PARA BOMBA
DE SUCCION
17,34
COSTO TOTAL 811,98
10 CAPT. MILTON VINICIO SÁNCHEZ MENA, CAPT. GERMÁN ALEXANDER PAZMIÑO GARZÓN, “DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PLÁSTICO DE FLUJO CONTINUO, A PARTIR DE DESECHOS
ORGÁNICOS PARA LA HACIENDA SAN ANTONIO DEL IASA II, PERTENECIENTE A LA ESPE”.
19
1.20 MANO DE OBRA DIRECTA
Comprende los salarios de los trabajadores o aquellos pagos por trabajos
realizados en el desarrollo del proyecto y que son identificados como directos.
En el proyecto se identifica la participación del personal técnico (especializado)
en el área, por consiguiente su responsabilidad es total e implica el 100% de su
tiempo. En la siguiente tabla se detalla los costos de la participación del
personal técnico.
Tabla 4 Costo de mano de obra directa del personal técnico.
ITEM DESCRIPCION CANTIDAD COSTO
MENSUAL
MESES COSTO
TOTAL($)
1 TECNICO 2 1000 7 1400,00
COSTO TOTAL 1400,00
Considerando que el requerimiento de trabajador no es del 100% se ha
procedido a prorratear de acuerdo a su necesidad diaria, es decir 4 horas por
trabajador. Para el efecto se establece el costo de hora con base en su
remuneración mensual por el número de horas diarias, semanas y meses
trabajados. En este caso los valores considerados por concepto de
remuneración mensual para albañil y ayudante de albañil son $ 380 y $ 300
respectivamente.
Tabla 5 Costo de mano de obra directa del personal técnico.
ITEM DESCRIPCION CANTIDAD COSTO/HORA NUMERO DE HORAS
COSTO TOTAL($)
1 ALBANIL 1 2,375 400 950,002 AYUDANTE 1 1,875 400 750,00
20
DE ALBANILCOSTO TOTAL 1.700,00
1.21 LOGÍSTICA
Comprende gastos de transporte para la adquisición de materiales y accesorios.
1.22 COSTO TOTAL ESTIMADO DE LA CONSTRUCCION DEL
BIODIGESTOR
Tabla 6 Costo total estimado
ITEM DESCRIPCION COSTO1 MATERIALES $ 811.982 MANO DE OBRA
DIRECTA$ 3100.00
3 LOGISTICA $ 135.00COSTO TOTAL APROXIMADO $ 4046.00
1.23 VENEFICIO ECONOMICO AL REEMPLAZAR EL ABONO ORGANICO
CON BIOL
Determinación de la producción diaria de biol11
Luego de 8 días desde el día jueves 28 de febrero del 2007 hasta el 07 de
marzo del 2007 de 6 vacas, se recolectó: 1060 litros de biol
Se promedia la producción total para los respectivos días de recolección.
1060/8 litros 132 lt diarios de biol.
11 CAPT. MILTON VINICIO SÁNCHEZ MENA, CAPT. GERMÁN ALEXANDER PAZMIÑO GARZÓN, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PLÁSTICO DE FLUJO CONTINUO, A PARTIR DE DESECHOS ORGÁNICOS PARA LA HACIENDA SAN ANTONIO DEL IASA II, PERTENECIENTE A LA ESPE”.
21
Costos de producción de 1 hectárea de papa12
USANDO FERTILIZANTE QUIMICO
Fosfonato de potasio 1.5cc\l 2529.31 dólares
USANDO ABONO ORGANICO 13
Biol 120 litros 0.50centavos el litro 60.00dólares
Compost 840 dólares
Roca fosfórica 180dólares
Sulfomag 200dólares
Total 1280 dólares
Después de hacer el análisis financiero incluyendo la construcción y el costo de
producción del fertilizante tenemos como resultado un gran beneficio
económico para los beneficiarios del proyecto, recuperando la inversión de la
construcción del proyecto en 4 cosechas a partir de este punto el beneficiario
tendrá un ahorro neto en cada cosecha de 1249.31 dólares tomando en cuenta
que los costos de la producción de papas en una hectárea fueron tomados de :
UNDAGRO. 1991. Aspectos tecnológicos del cultivo de papa en el Ecuador.
12 UNDAGRO. 1991. Aspectos tecnológicos del cultivo de papa en el Ecuador.13 INIAP, MAGAP. 2008. Guía técnica de cultivos. Manual No 73 . Quito, EC.
22
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Se analizó la información concerniente a los biodigestores
anaerobios instalados a nivel nacional y mundial encontrando que el
desarrollo de este tipo de tecnología en el país es muy escasa pero
existen planes que están impulsando al estudio de esta área.
Examinamos el lugar en donde será implementado el biodigestor y
encontramos que la producción de biomasa que comprende las
excretas de distintos animales existe en abundancia y que los
habitantes de este sector están dispuestos a procesarlas mediante el
uso del biodigestor.
Definimos la producción neta de estiércol en el cacerio y concluimos
que es aceptable para el funcionamiento óptimo del biodigestor .
Dimensionamos las medidas y material del biodigestor después de
realizar los cálculos así obtuvimos una expectativa más real de la
posible construcción del biodigestor en el sector.
RECOMENDACIONES
Se recomienda hacer visitas frecuentes al sector donde se quiere
realizar la implementación del biodigestor para tomar muestras variadas
y lograr obtener datos que faciliten la realización de los cálculos para el
dimensionamiento del biodigestor.
Se recomienda aplicar el actual proyecto en caseríos, fincas y haciendas
debido a que no implica una gran inversión su costo es accesible para
personas con bajos recursos económicos como los habitantes de
caseríos.
23
BIBLIOGRAFÍA
[1]CHRISTIAN TOAZA M., MIGUEL SALAZAR V., Diseño y construcción de un biodigestor prototipo para un destacamento militar de oriente Tesis Ing. Mec. Quito. Escuela Politécnica del Ejército Sangolquí. Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica. 2003. 247p.
[2]BritishBiogen, Anaerobic Digestion of farm and food processing residues, Good Practice
Guidelines
[3]EPA, A Manual For Developing Biogas Systems at Commercial Farms in the United States,
AgStar Handbook, First edition,US, July 1997
[4]GTZ, Difusión de la tecnología del biogás en Colombia, Cali, 1987
[5]Instituto de Investigaciones Tecnológicas; Plantas de biogás: diseño, construcción y
operación; Bogotá; 1990
[6]Marchaim, Uri; Biogas Processes for sustainable development; FAO; 1992
[7]MANDUJANO, M. I. 1981. Biogás: energía y fertilizantes a partir de desechos orgánicos.
[8]Manual para el promotor de la tecnología. Organización Latinoamericana de Energía.
[9]Cuernavaca, Morelos, México.
[10]CAPT. MILTON VINICIO SÁNCHEZ MENA, CAPT. GERMÁN ALEXANDER PAZMIÑO
GARZÓN, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PLÁSTICO DE FLUJO
[12]CONTINUO, A PARTIR DE DESECHOS ORGÁNICOS PARA LA HACIENDA SAN
ANTONIO DEL IASA II, PERTENECIENTE A LA ESPE”.Tesis Ing. Mec. Sangolqui . Escuela
Politécnica del Ejército Sangolquí. Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica. 2007.
INIAP, MAGAP. 2008. Guía técnica de cultivos. Manual No 73 . Quito, EC.
UNDAGRO. 1991. Aspectos tecnológicos del cultivo de papa en el Ecuador.
24
ANEXOS
25
VISITA A LA CASA DE LA SR ANA BARSALLO UBICADA EN SECTOR HUAGRAHIASI DEL CANTON PILLARO DE LA PROVINCIA TUNGURAHUA ,ECUADOR
IMAGEN 6 cuarto de criadero
Elaborado por: Franklin Sánchez
26
IMAGEN 7 almacenamiento de excretas
Elaborado por: Franklin Sánchez
IMAGEN 8 Analizando las excretas de cuy
Elaborado por: Franklin Sánchez
27
IMAGEN 9 Comprobando que existe excretas de vacas
Elaborado por: Franklin Sánchez
28
BITÁCORA PARA EL PROYECTO INTEGRADOR
1. DATOS INFORMATIVOSDEPARTAMENTO: ENERGIA Y MECANICA CARRERA: Electromecánica
NIVEL: 7mo PERIODO ACADÉMICO: Julio 2013-Diciembre 2013
TITULO DEL PROYECTO: DISEÑO, CONSTRUCCION E IMPLEMENTACION DE UN BIODIGESTOR
ANAEROBIO SEMICONTINUO, QUE PROPORCIONE LA OBTENCIÓN DE BIOL(ABONO
ORGANICO) Y BIOGAS EN EL SECTOR HUAGRAHUASI CHICO DEL CANTON PILLARO DE LA
PROVINCIA TUNGURAHUA.
FASES DEL PROYECTO
COORDINADOR DEL PROYECTO:
TUTOR DEL PROYECTO INTEGRADOR:
DOCENTES Y ASIGNATURAS QUE APORTAN AL P.I.:
NOMBRE DOCENTE ASIGNATURA
1. HECTOR TERAN MARIO JIMENEZ
2. FREDDY SALAZAR
GRUPO DE PROYECTO:
1. FRANKLIN SANCHEZ
No. TAREAS FECHA OBSERVACIÓN EVALUACIÓN
FIRMA
TUTOR/
COODINADOR
1 REVICIÓN DEL TEMA DEL PROYECTO
28-08-2013
2 VISITA AL SECTOR HUAGRAHUASI 03-09-2013
3 VISITA AL SECTOR HUAGRAHUASI 10-09-2013
4 REVICIÓN DE LAS VARIABLES DEL PROYECTO
20-03-2013
29
![Final Final Tesina 30[1].11.09](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/5489e23fb47959dd0c8b5b04/final-final-tesina-3011109.jpg)
