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• Juan Jose Muñiz Torres

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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA CARRERA DE SISTEMAS ESCUELAPROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

TEMA: “BIODIGESTORES

EN ZONAS RURALES”

CURSO: “ENERGIAS NO CONVENCIONALES” DOCENTE: CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI

ESTUDIANTES: -

R.Ronaldo terrazas Moscoso Jhoicy Aransha Delgado Cruz Aldair, Condori viza Juan José Junior Muñiz Torres

Semestre 2020 I Cusco –Perú 2020

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

” BIODIGESTORES EN ZONAS RURALES” RESUMEN Los biodigestores suponen un adecuado tratamiento de los residuos orgánicos, que generan biogás y biol. Los biodigestores se convierten así en una herramienta de mitigación de la contaminación por manejar correctamente los residuos, produciendo combustible y evitando la deforestación, generando fertilizante natural, evitando el uso de químicos, aumentando la productividad y reduciendo la ampliación de frontera agrícola. Se mejora la calidad de vida de las comunidades, primeramente por cuestión de salud en mujeres y niños al poder cocinar sin humo. La producción y uso de fertilizante natural añade el valor agregado de ecológico a los productores, permitiendo incrementar los ingresos y aumentando la producción agropecuaria hasta un 50%, lo que repercute directamente en la economía obtenida por las familias. Además el biol puede ser vendido por los campesinos como fertilizante orgánico generando otra forma de ingreso.

INTRODUCCIÓN La energía es un insumo clave y esencial para el desarrollo de cualquier comunidad, pero cuando hablamos de energía también hablamos de su uso y abuso, fuentes de abastecimiento, contaminación generada por la misma, etc. En el mundo se viene trabajando en la búsqueda y explotación de fuentes renovables, una de ella es la obtención de biogás producto de la digestión de residuales, por medio de los biodigestores, debido a la ventaja de no ser contaminantes. El biodigestor es un sistema mediante el cual se genera un ambiente adecuado para que la materia orgánica se descomponga con ausencia de oxígeno. A este fenómeno se le llama digestión anaeróbica de subproductos orgánicos con la consecuencia natural de emisión de biogás. Estos subproductos pueden ser: residuos de frutas y verduras, estiércol de cerdos, bovino y ovino, gallinazas o subproductos de la industria agroalimentaria. Básicamente no es más que acelerar un proceso, la fermentación anaeróbica, que ocurre en forma espontánea en la naturaleza. La importancia de los

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biodigestores está presente en países desarrollados, como china e India, donde en los últimos 20 años se han logrado construir millones de biodigestores. A nivel latinoamericano también están presentes en países como Colombia, Perú, Bolivia, México, Costa Rica y Nicaragua (Vera, 1996).

JUSTIFICACION DEL PROYECTO La idea además de fomentar empresarios competentes es promover la implementación de biodigestores entre campesinos con el objetivo de tratar de manera óptima las aguas residuales, obteniendo beneficios significativos que contribuyan al mejoramiento de su calidad de vida proveyendo biogás y fuentes de energía para la alimentación eléctrica. El biogás, que es producido a partir de la biofermetación anaerobia de la materia orgánica, se ha convertido en los últimos años en una de las alternativas más atractivas. El uso del biogás en comunidades rurales para satisfacer las necesidades de energía para la cocción de alimentos utilizando residuos organicos u otros ha tenido un crecimiento en los últimos años Es importante agregar que la implementación de biodigestores ya sea con residuos agrícolas u orgánicos es una alternativa para mitigar algunas condiciones negativas que se presentan en el sector rural con diferentes tipos de biodigestores ya sea con residuos agrícolas, como, por ejemplo, la contaminación de las fuentes hídricas a causa del vertimiento producido en las explotaciones pecuarias y agrícolas

OBJETIVOS. Objetivo General: Analizar la tecnología de Biodigestores, para la obtención de biogás, como una alternativa de desarrollo, protección y conservación del medio ambiente en zonas rurales. Objetivos Específicos:  Identificar los factores que hacen factible la implementación de biodigestores en zonas rurales

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

Caracterizar efectos positivo y negativo que produce el uso de biodigestores en las condiciones de vida de las familias rurales



Evaluar la importancia socio - económica del biodigestor.

ANTECEDENTES “El biodigestor es una alternativa sencilla y práctica que sirve para aprovechar los desechos orgánicos que se producen en las fincas. El proceso permite convertir el estiércol de los animales y algunos rastrojos de cosechas en gas metano para cocinar y en abonos para los cultivos, contribuyendo en la economía familiar al bajar los costos de producción mejorando el ambiente” (Dagoberto Elizondo MAG, 2005). Los biodigestores surgen como una alternativa de solución al gran problema del despale. En el pasado, los biodigestores fueron considerados principalmente como una manera de producir gas combustible a partir de materia orgánica de desecho. Debido a la creciente importancia del uso sostenible de los recursos naturales en los sistemas agrícolas, hoy se aprecia el papel de los biodigestores en una perspectiva mucho más amplia y, es específicamente, por su aplicación potencial para el reciclaje de los nutrientes de las plantas. Esto puede contribuir en la reducción de la dependencia de los fertilizantes sintéticos (Preston, 2005)

METODOLOGIA •Consultar en libros con información viable de diferentes temas de biodigestores y rescatar las ideas en las que nos desarrollaremos. • Investigar en sitios web con contenidos verídicos que nos ayuden a entender más del tema. • Estudio de caso en un campo, averiguando datos específicos de la zona donde se diseñará el biodigestor.

MARCO TEORICO Biodigestor: El biodigestor es un sistema cerrado de fermentación anaerobia, en el que se llevan a cabo los procesos de transformación de la materia orgánica para la

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obtención de biogás. Además es un efluente que es utilizado como abono orgánico a través de un adecuado manejo de la biomasa. Biogás: El biogás está conformado por pequeñas cantidades de gases como el Hidrógeno, Nitrógeno, etc., pero también posee entre un 50% y un 70% de presencia de Metano lo que le da gran poder de cocción a los alimentos y entre un 25% y 45% de Dióxido de Carbono Bioenergía: Es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente es sacada de los residuos de las sustancias que contribuyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros). La bioenergía es la más versátil de las fuentes de energía renovable. Biocombustible: Es un combustible de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos. Es una mezcla de sustancias orgánicas que se utiliza como combustible en los motores de combustión interna. Se entiende por biocombustibles, al biodiesel, bioetanol y biogás que se produzcan a partir de materias primas de origen agropecuario, agroindustrial o desechos orgánicos.

Ventajas de su uso: 

El efluente lleva parte de sus nutrientes en forma no disponible de inmediato para las plantas, es decir, los libera paulatinamente mediante ciertos procesos de descomposición de materia orgánica. De esta forma, la nutrición es lenta, pero continúa.



Aumenta el contenido del humus del suelo, el cual mejora la estructura y la textura del terreno, facilita la aireación, la rata de formación de depósitos de nutrientes, y la capacidad de retención e infiltración del agua.



Permite el ahorro de la cantidad de otros abonos convencionales sin disminución de la producción.



Presenta incrementos de la producción, al compararla con la de suelos no abonados.

Dificultades técnicas de los biodigestores: 

La construcción de biodigestores conlleva una serie de dificultades técnicas:

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

El digestor debe encontrarse cercano a la zona donde se recoge el sustrato de partida y a la zona de consumo.

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Debe mantenerse una temperatura constante y cercana a los 35ºC. Esto puede encarecer el proceso de obtención en climas fríos.

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Es posible que, como subproducto, se obtenga SH2, el cual es tóxico y corrosivo, dependiendo del sustrato de partida y de la presencia o no de bacterias sulfato reductoras. La presencia de SH2 hace que se genere menos CH4, disminuyendo la capacidad calorífica del biogás y encarece el proceso por la necesidad de depurarlo.



Necesita acumular los desechos orgánicos cerca del biodigestor.



Riesgo de explosión, en caso de no cumplirse las normas de seguridad para gases combustibles.

BIODIGESTORES EN ZONAS RURALES El empleo de biodigestores anaerobios en las zonas rurales, sobre todo se da porque en estas zonas se dan las actividades agrícolas y pecuarias, representa no solo el beneficio de la protección ecológica, al reducir la carga de contaminantes depositados en el medio ambiente, sino también conlleva el beneficio del aprovechamiento de los subproductos obtenidos del mismo proceso. El biogás producido durante la fermentación puede ser utilizado fácilmente en la propia actividad agrícola, al igual que el material sólido recuperado de los lodos resultantes del proceso. Por otra parte, es menos significativo el hecho de que las aguas tratadas mediante este proceso, en digestores tecnológicamente simples y bajo condiciones de poco control, contengan cantidades de material orgánico relativamente altas, ya que estas aguas pueden ser empleadas en la irrigación de diversos cultivos vegetales, aprovechando de este modo ese material orgánico que representa un potencial de fertilización. (MEJIA, C. 1996).

PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTION ANAEROBIA Los principales productos del proceso de digestión anaerobia, en sistemas de alta carga orgánica y en mezcla completa, son el biogás y un bioabono que consiste en un efluente estabilizado. (DEUBLEIN, D. 2008) 1. BIOGAS El biogás es una mezcla gaseosa formada principalmente de metano y dióxido de carbono, pero también contiene diversas impurezas. La composición del biogás depende del material digerido y del funcionamiento del proceso. Cuando el biogás tiene un contenido de metano superior al 45% es inflamable. (STEINHAUSER, A. 2008)

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2. BIOABONO Las características del bioabono, dependen en gran medida del tipo de tecnología y de las materias primas utilizadas para la digestión. Durante el proceso anaeróbico, parte de la materia orgánica se transforma en metano, por lo que el contenido en materia orgánica es menor al de las materias primas. Gran parte de la materia orgánica de este producto se ha mineralizado, por lo que normalmente aumenta el contenido de nitrógeno amoniacal y disminuye el nitrógeno orgánico. (STEINHAUSER, A. 2008)

MATERIALES Y MÉTODOS Para el diseño del biodigestor se requiere de los siguientes pasos: (a) definición de la carga orgánica, (b) cantidad de agua de mezcla, (c) determinación de la producción de biogás, (d) determinación del tiempo de retención, (e) determinación de las dimensiones del biodigestor y (f) dimensionado del tanque de compensación y del colector de gas. (Domínguez y Ly, 2004) y GTZ-CVC-OEKOTOP (1987). La mezcla para alimentar un digestor debe tener entre el 7 y 9% de sólidos, Guevara (1996) y (Olaya y González, 2009). Para lograr una mezcla con tales proporciones de sólidos, de un 8% en este caso, se debe considerar el contenido de humedad de la excreta porcina (87%) y se determina la cantidad de agua necesaria a emplear para lograr una dilución con el contenido de sólidos deseados. La cantidad de agua requerida fue de 77,25 kg/día, con lo cual se obtiene una mezcla orgánica diaria de 200,85 kg/día. Para determinar la producción de biogás se necesita conocer el porcentaje de sólidos totales (%ST), para la excreta porcina es de 13%, Tabla 1, y el porcentaje de sólidos volátiles del residual (%SV), con un valor de 85%, Tabla 1; donde, los sólidos totales se definen como el peso seco de la materia prima, o porción que permanece cuando el material es secado a una temperatura de 105 ºC, mientras que los sólidos totales se definen como la porción de los sólidos totales que son volatilizados a 550 ºC(Duque et al., 2006). La producción de biogás depende también del tiempo de retención y de la temperatura del efluente dentro del digestor.

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Se tomó un tiempo de retención de 40 días, y para una temperatura de 45 ºC la producción específica de biogás es de 0,38 m3 /kgST GTZ-CVC-OEKOTOP (1987). Atendiendo a la producción específica de biogás, entonces la producción total a producir en la planta es de 6,1 m3 /día Tabla 1. Valores en porcentajes de sólidos totales y sólidos volátiles (Domínguezy Ly, 2004) y (Duque et al., 2006)

El dimensionado del biodigestor comprendió el cálculo del volumen de compensación, el volumen de la cúpula y el volumen de almacenamiento del gas. Para ello se empleó la metodología descrita en la literatura consultada GTZ-CVC-OEKOTOP, (1987) Para la valoración económica se tuvo en cuenta el ahorro que representa el uso del biogás en la sustitución del GLP y la leña, el ahorro económico estimado es del orden de los 11 520,0 CUP/año, considerando los precios actuales del GLP en la red minorista. Se estimó la producción de biofertilizante a partir del uso diario de la materia orgánica y se valorizó atendiendo a los precios del fertilizante químico que se comercializa en el mercado nacional. Para la determinación del valor actualizado neto (VAN) se asumió una vida útil de la tecnología de 15 años, una tasa de interés del 10% y gastos de mantenimiento y operación de la planta en la vida útil de la misma. Se estimó la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión teniendo en cuenta los aspectos antes relacionados (Singh y Sooch, 2004).

ANÁLISIS AMBIENTAL El proyecto contribuye a preservar y mejorar la calidad del medio ambiente. Esto es porque, alrededor de 200 kg/día de excreta vacuno y orina, que son altamente contaminantes, entran en un proceso mediante el cual se transforman en biogás para luego ser utilizado este en la cocción de alimentos, produciendo también biofertilizantes, y de esta manera no son desechadas al ambiente evitando la contaminación tanto del aire como del suelo. También se protege la salud de los trabajadores y de los miembros de la familia de la finca, al igual que se eleva la calidad de vida de esta última al sustituir combustible fósil (GLP) por energía renovable (biogás) y se elimina el uso de la leña, elemento que contribuye a reducir la deforestación en una zona de elevada fragilidad ecológica. El procesamiento del afluente produce 0,405 m3 /día de lodos digeridos (efluente) con los cuales se obtienen 0,77 kg/mes de nitrógeno (N), 0,14 kg/mes de fósforo (P) y 1,42 kg/mes de potasio (K). Con el abono orgánico producido cada mes se pueden fertilizar 600 m2 (0,72 ha/año) de tierra cultivable, con lo cual se protegen los suelos y se le restituye la

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fertilidad a los mismos. La planta de biogás genera 9,32 kg/día de abono orgánico sólido y 176,98 kg/día de abono líquido, Figura 1.

DIMENSIONES DE LA PLANTA DE BIOGÁS De acuerdo con los resultados del dimensionado, la planta de biogás posee un volumen de 27,0 m3 para la sección del digestor, 8,22 m3 para la cúpula fija y 0,12 m3 para el colector de gas. La Figura 2 muestra la sección transversal de la planta.

Figura 2. Sección transversal de la planta de biogás

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Bibliografía 

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FERNÁNDEZ, C. A. P. (2017). IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DE VIDA DE LAS FAMILIAS CAMPESINAS. REVISTA DE INVESTIGACIONES AGROEMPRESARIALES, 3, 8896. ANDINO BERMÚDEZ, R. I., & MARTINEZ ARCIA, K. A. (2015). BIODIGESTOR: UNA ALTERNATIVA DE INNOVACIÓN SOCIO-ECONÓMICA AMIGABLE CON EL MEDIO AMBIENTE (DOCTORAL DISSERTATION, UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, MANAGUA).

ECHEVERRÍA ECHEVERRÍA, D. A., & CHAMORRO CARRASCO, E. A. (2018). PROYECTO DE UN BIODIGESTOR PARA VIVIENDA RURAL. RODRÍGUEZ BECERRA, C. A. (2017). LOS BIODIGESTORES: FUENTE DE DESARROLLO SOSTENIBLE Y CALIDAD DE VIDA EN COMUNIDADES RURALES DE COLOMBIA (BACHELOR'S THESIS).

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MEJÍA, C. (1996). DIGESTION ANAEROBIA. Ed. UADY. YUCATAN, MEXICO. DEUBLEIN D., STEINHAUSER A. 2008. BIOGAS FROM WASTE AND RENEWABLE RESOURCES, WEINHEIM.

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SINGH, K.J., AND SOOCH, S.S., COMPARATIVE STUDY OF ECONOMICS OF DIFFERENT MODELS OF FAMILY SIZE BIOGAS PLANTS FOR STATE OF PUNJAB, INDIA. ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, VOL. 45, NO. 3, 2004, PP. 1329–1341. GTZ-CVC-OEKOTOP, DIFUSIÓN DE LA TECNOLOGÍA DEL BIOGÁS EN COLOMBIA., DOCUMENTACIÓN DEL PROYECTO, CALI, COLOMBIA, 1987, PP. 1-139.

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