“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA
Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental
Biotecnología
"Proyecto Grupal de Investigación - Producción de Biogás - Ingeniería
Ambiental - UNAM - Ilo - Moquegua - Perú"
Docente:
Blgo. Hébert Hernán Soto Gonzales
VII Ciclo
Integrantes:
•
Reyna Luisa Colque Fernández
•
Lidia Marleni Coaquera Zanga
•
Rubiliz Silvana Huancco Bravo
•
Ericka Sheyla Mamani Pacho
•
Yamilet Medalyn Yucra Oquendo
Ilo, Moquegua, Perú
2021
“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”
Índice
1.
INTRODUCCION ............................................................................................ 3
2.
OBJETIVOS.................................................................................................... 4
3.
4.
5.
2.1.
Objetivo General.................................................................................... 4
2.2.
Objetivos Específicos............................................................................. 4
MARCO TEORICO ......................................................................................... 5
3.1.
Suelo, el suelo agrícola.......................................................................... 5
3.2.
Características Fisicoquímicas............................................................... 5
3.3.
Importancia de la Relación C/N.............................................................. 5
3.4.
Abono o estiércol de Cuy ....................................................................... 6
3.5.
Estiércol ................................................................................................ 7
3.6.
Biogás ................................................................................................... 7
3.7.
Biodigestor ............................................................................................ 8
3.8.
El clima promedio en Moquegua ............................................................ 8
METODOLOGIA ............................................................................................. 9
4.1.
Materiales:............................................................................................. 9
4.2.
Equipo................................................................................................... 9
4.3.
Materia Prima: ....................................................................................... 9
4.4.
Metodología:.......................................................................................... 9
RESULTADOS.............................................................................................. 13
5.1.
Caracterización de Biogás. .................................................................. 13
5.2.
Tiempo de retención hidráulico ............................................................ 13
5.3.
Producción de Biogás .......................................................................... 14
6.
CONCLUSIONES ......................................................................................... 15
7.
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 17
“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”
1. INTRODUCCION
La actividad agropecuaria y el manejo adecuado de residuos rurales pueden
contribuir significativamente a la producción y conversión de residuos animales y
vegetales (biomasa) en distintas formas de energía. Durante la digestión anaeróbica de
la biomasa, mediante una serie de reacciones bioquímicas, se genera el biogás, el cual,
está constituido principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Este
biogás puede ser capturado y usado como combustible y/o electricidad. De esta forma,
la digestión anaeróbica, como método de tratamiento de residuos, permite disminuir la
cantidad de materia orgánica contaminante, estabilizándola (bioabonos) y al mismo
tiempo, producir energía gaseosa (biogás). (MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF, 2011).
Los residuos sólidos orgánicos se pueden transformar, por medio de la acción
de microorganismos, en una mezcla de gases llamada biogás. Esta mezcla de diferentes
gases se produce por la descomposición anaeróbica de materia orgánica,
principalmente formada por metano (CH4). Asimismo, es un combustible ecológico,
puesto que, al quemarse, produce monóxido de carbono y agua. Este primero sale a la
atmósfera, donde es captado por plantas para producir carbohidratos mediante la
fotosíntesis. (Ávila Hernández, Campos Rodríguez, Brenes Peralta, & Jiménes Morales,
2018).
Desde hace muchos siglos, la producción de biogás se viene realizando en
países como China y la India (Werner, 1983). La producción de biogás, a través de la
fermentación anaeróbica, es uno de los procesos biológicos más frecuentes usados por
la naturaleza para descomponer los materiales orgánicos. En él se encuentran gases
como metano, dióxido de carbono, hidrógeno y trazas de otros gases (pero no
amoníaco). La fermentación anaeróbica transcurre con menor desprendimiento
calorífico, circunstancia que determina un mayor contenido energético y un incremento
en la retención de nitrógeno original de los residuos digeridos (Sin gh, 1974). El proceso
es sumamente complejo en el que interviene un elevado número de especies
bacterianas, productoras o no de metano, que contribuyen de algún modo a la formación
de este gas. (Reyes Aguilera, 2016).
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2. OBJETIVOS
2.1.
Objetivo General
•
Demostrar la producción de biogás en un digestor domestico a base de
estiércol de cuy en condiciones ambientales del departamento de Moquegua
–Perú.
2.2.
Objetivos Específicos
•
Diseñar un biodigestor anaeróbico para generar biogás
•
Calcular la cantidad de líquido (agua) y sustrato (residuos ganaderos
orgánicos) para un digestor doméstico.
•
Analizar la producción de biogás en un periodo diario correspondiente a 2
semanas.
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3. MARCO TEORICO
3.1.
Suelo, el suelo agrícola
Se define al suelo o capa superficial de la tierra como una formación de materia
mineral y orgánica producida por la acción geológica continuada, combinación
de agentes atmosféricos como el viento o el agua y los procesos de
descomposición llevados a cabo por los microorganismos.
Los suelos agrícolas se pueden definir como entornos sometidos a una actividad
física y biológica artificial, ya que son alterados continuamente por las labores
agrarias, culturales humanas, con fines alimenticios. un suelo agrícola tiene
características propias y necesita especiales cuidados en comparación con los
otros tipos de suelos. (Carhuancho, 2012).
3.2.
Características Fisicoquímicas
El estiércol de diferentes animales es la principal f uente de abono orgánico y su
apropiado manejo es una excelente alternativa para ofrecer nutrientes a las
plantas y a la vez mejorar las características físicas y químicas del suelo. Solo la
quinta parte del alimento que consume es utilizada para su producción, el resto
es eliminado en el estiércol y la orina (Tapia y Fries, 2007). Respecto a la gallina,
la cantidad del estiércol que puede producir en un día depende de los factores
de tipo de alimentación, tipo crianza y especie. Según García y Lon (2007)
consideran que cada gallina produce entre 150 g/día aproximadamente. La
variación en la composición del estiércol depende de la especie animal, de su
alimentación, contenido de materia seca y el manejo de su estiércol. En el
Cuadro 3 se aprecia la composición química del estiércol fresco y seco de
diferentes animales. (beltran, 2010)
3.3.
Importancia de la Relación C/N
La relación C/N es un importante factor que influye en la velocidad del proceso
y en la pérdida de amonio durante el compostaje; si la relación C/N es mayor
que 40 la actividad biológica disminuye y los microorganismos deben oxidar el
exceso de carbono con la consiguiente ralentización del proceso, debido a la
deficiente disponibilidad de N para la síntesis proteica de los microorganismos.
Para eliminar el exceso de carbono (en forma de anhídrido carbónico) es
necesaria la aparición sucesiva de diversas especies microbianas. Al morir estos
6 microorganismos el nitrógeno contenido en su biomasa se recicla y la relación
C/N tiende a disminuir. Si el residuo tiene una alta relación C/N, pero la materia
orgánica es poco biodegradable, la relación C/N disponible realmente para los
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microorganismos es menor y el proceso evolucionará rápidamente, pero afectará
sólo a una proporción de la masa total. Si la relación C/N es muy baja el
compostaje es más rápido pero el exceso de nitrógeno se desprende en forma
amoniacal, produciéndose una autorregulación de la relación C/N del proceso.
(Alvarez Vera, Largo, Iglesias Abad, & Castillo, 2019).
3.4.
Abono o estiércol de Cuy
los estiércoles son los excrementos de los animales que resultan como
desechos del proceso de digestión de los alimentos que consumen;
generalmente entre el 60 y 80% de lo que consume el animal lo elimina como
estiércol. La calidad de los estiércoles depende de la especie, del tipo de cama
y del manejo que se le da a los estiércoles antes de ser aplicados. (Barreros
Chiluisa, 2017)
Tabla 1:
Composición Química del estiércol de Cuy.
Fuente: Propia
Tabla 2:
Relación C/N
Tabla 3:
Relación C/N
Fuente: Propia
“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”
3.5.
Estiércol
➢ Ventajas del estiércol
Es necesario compostar adecuadamente el estiércol, es decir someterlo a un
proceso de fermentación y transformación con lo que se consigue un material
final de innumerables ventajas al de partida. Requiere al menos 6 meses para
conseguir un resultado aceptable. La utilización del estiércol y demás
subproductos de origen animal suponen un ahorro en la fabricación de abonos
químicos, por tanto, los usos de éstos contribuyen a aliviar el impacto de una
industria pesada altamente contaminante. El estiércol, tras su compostaje, se
convierte en una materia muy rica en flora microbiana beneficiosa.
➢ Desventajas del estiércol
La modernización del campo el uso del estiércol pierde interés porque no se
adapta bien a la excesiva mecanización. Cada vez es más caro y escaso y su
incorporación al campo requiere de una adecuada mecanización para que no
se eleven los costos de mano de obra.
3.6.
Biogás
La descomposición de la cuy deprende de biogás, el cual es un producto
compuesto de 60-70% de metano y el resto de anhídrido carbónico esta sería
una valiosa fuente de energía , el proceso se basa en mezclar las deyecciones
de las aves , previamente mezcladas con agua , en un digestor o tanque
hermético en donde se produce la degradación de la materia orgánica en un
medio
anaerobio
mediante
la
acción
de
enzimas
segregadas
por
microorganismos. (guaminga, 2012)
➢ Ventajas del proceso de producción de biogás
•
Disminuye la contaminación de aire, suelo y agua
•
Disminuye la proliferación de enfermedades
•
Minimizar el uso de la energía eléctrica utilizando el biogás para el
propio beneficio de la explotación.
•
La descomposición de la gallina y cuy en biodigestores desprende
biogás, que es un producto compuesto de metano y el resto de
dióxido de carbono. el biogás puede ser aprovechado como
biocombustible, ya aquí su poder calorífico oscila entre 5000 y
6000Kcal /m2 en función del contenido de metano.
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3.7.
Biodigestor
Es un depósito completamente hermético. En donde se depositan las excretas
de animales y residuos orgánicos, las cuales se fermentan mediante un
proceso anaeróbico o sea sin la presencia del aire. Como resultado de este
proceso se genera gas metano y un líquido sobrante con excelentes
características para utilizarse como un biofertilizante.
Los tipos de biodigestor son:
−
Biodigester Tipo Continuo
−
Biodigester de Estructura Sólida Fija
−
Biodigester de Estructura Sólida Móvil
− Biodigestor de Balón de Plástico
Figura 1:
Biodigestor de estructura solida
3.8.
El clima promedio en Moquegua
En Moquegua, los veranos son largos, cómodos, áridos y nublados y los
inviernos son cortos, frescos, secos y mayormente despejados. Durante el
transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 10 °C a 24 °C y rara
vez baja a menos de 9 °C o sube a más de 25 °C. las mejores épocas del año
para visitar Moquegua para actividades de tiempo caluroso son desde principios
de marzo hasta principios de junio y desde mediados de agosto hasta principios
de enero.
Figura 2: Resumen del Clima
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4. METODOLOGIA
4.1.
Materiales:
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
4.2.
Abrazadera 4unidades
Manguera 2.5m
T bronce 1
Barril 1
Pegan PUC 1
Conector Hembra 1
Llave de paso 1
Conector macho 2
Cilindro de 40 litros
Tijera
Alicate
Teflón
Fierro delgados
Cinta aislante
Equipo
− Cocina
4.3.
Materia Prima:
− Estiércol de cuy
4.4.
Metodología:
Se diseñó un biodigestor en un recipiente de forma cilíndrica de 40 litros
de volumen. en la tapa se incrusto en el centro un conector de manguera de 2.5
metros posterior a ello se unió con una T que es un material de bronce que sirve
como un conector y su la función que cumple La T en nuestro biodigestor
entrada y salida del gas, tomar en cuenta que se incrusto en la parte en la
superior de la botella, su función de esta botella es almacenar en agua en estado
de condensación y que el flujo del gas no se vea alterado en su recorrido y siga
su recorrido hasta la boquilla final de la botella donde esta boquilla está unida
con caño a una llave.
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Figura 3
Biodigestor domestico
Fuente: Propia, 2021.
Figura 4
Estiércol de cuy
Fuente: Propia, 2021.
Se trabajó con una mezcla de cuy y agua, se recogieron de criadores
artesanales y se trasladó a la vivienda de la estudiante Ericka Sheyla Mamani
Pacho.
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Figura 5:
Funcionamiento de biodigestor
Fuente: (Maria Jesus 2013).
La relación de estiércol de agua es 1: 5
Los cálculos para hallar el volumen de sustrato y agua a mezclar se
desarrollan a continuación:
El volumen del líquido corresponde a 80% de del volumen total de
biodigestor:
Volumen liquido = al volumen total biogestor x o.8
Volumen liquido 40 litros x 0.8 = 32 L
Volumen del estiércol con agua = 32 x
1
6
= 5.33 kg
Figura 6
Cantidad de agua y sustrato requerido según los cálculos
desarrollados
Fuente: Propia, 2021.
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Figura 7
Mezcla integrada por un periodo de tiempo de 3 días.
Fuente: Propia, 2021.
EL sustrato fue expuesto por tres días al sol y después fue mezclándose
con el agua. Se agregó al recipiente 40 litros.
Figura 8
Etapa pre- final del proceso de fermentación.
Fuente: Propia, 2021.
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5. RESULTADOS
Los resultados de la primera fase de implementación de esta investigación son:
5.1. Caracterización de Biogás.
Los diferentes materiales utilizados en la descomposición dentro de los
prototipos de biodigestores.
Figura 9:
Biodigestora
20% Biomasa
80% Agua
Fuente: Propia, 2021.
Siendo los cálculos 32 litros de agua, para 4,350 kg de estiércol de cuy.
5.2.
Tiempo de retención hidráulico
Después de un periodo de nueve días de haber sido cargado el biodigestor
con una mezcla de Estiércol y agua, tuvo su cúpula llena de biogás por lo que su
tiempo de retención hidráulico, a una temperatura de 24° C, temperatura ambiente
en la ciudad de Moquegua, Para la presente investigación se estableció un tiempo
de retención hidráulico de 14 días, entonces 32 L/14 días = 3.555 L de alimentación
diaria para mantener la producción de biogás.
La temperatura está íntimamente relacionada con el tiempo que debe permanecer
la biomasa dentro del digestor y este a su vez con el volumen del digestor. A medida
que se incrementa la temperatura, se disminuyen los tiempos de retención,
necesitándose un menor volumen de digestor para digerir el mismo volumen de
sustrato.
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5.3.
Producción de Biogás
Dada la explicación se procedió a soltar el gas por la llave de paso, y
acercarlo con un encendedor para ver la intensidad de producción de Biogás en 9
días y así poder determinar la efectividad de estiércol de cuy
Figura 10
Encendido de Biodigestor-Etapa final
Fuente: Propia, 2021.
LINK DE VIDEO DE BIOGAS:
https://drive.google.com/file/d/1jIKDG7jFinhacFNCoVo7PELY9Vjv1v7/view?usp=sharing
NOTA: PRESIONAR CTRL + CLIC
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6. CONCLUSIONES
El biogás es un recurso energético que constituye una opción hacia la transición
energética, ya que puede ser empleado como combustible para generar electricidad,
calor y/o energía mecánica a partir de una fuente renovable como lo son los cultivos
energéticos, o bien a través de residuos agropecuarios, agroindustriales y municipales,
entre otros. Por otra parte, desempeña un papel importante en la mitigación de gases
de efecto invernadero.
La promoción y difusión de las tecnologías para su aprovechamiento son
necesarias para que la sociedad se involucre en el beneficio que tiene el aprovechar los
desechos en la producción de energía y en la contribución a la disminución de la
contaminación ambiental.
La inversión en un proyecto de biogás se recupera rápidamente y permite costos
de producciones menores, a la vez que se crean fuentes adicionales de trabajo.
Tiene rentabilidad favorable por los diversos planes que ofertan los programas
de bioenergéticos. Años atrás no existía la posibilidad de invertir y era complicado
colocar la materia orgánica en el mercado. Esto causaba que los periodos de
recuperación de capital fueran de 15 a 20 años: en la actualidad, con el empleo de
biodigestores, la recuperación es de 1 a 10 años.
Podemos concluir que el resultado fue el esperado, ya que se realizó una
planificación de 14 días antes la elaboración del biogestor para ya pasado los 14 días
se dé el biogás elaborado con residuos de materia orgánica, en este caso eses de
animales como el cuy y la gallina.
Podemos decir también que se obtiene en mayor medida a partir de residuos
orgánicos de origen animal o vegetal y, como combustible, tiene aplicaciones que van
desde la generación de electricidad o energía térmica hasta carburante de vehículos
adaptados para tal uso. Donde da una oportunidad para las zonas rurales, pues les
garantiza un suministro de gas o electricidad descentralizado producido gracias a toda
materia orgánica de alrededor.
Otra conclusión que se llego es que el biogás es que es seguro. Siempre. Y es que
además su producción no está condicionada por el clima.
El combustible a partir de estiércol de cuy a producido gas natural en poco
tiempo, lo cual muestra resultados favorables, esto gracias a la temperatura templada
de la ciudad de Moquegua y a su debido cuidado, así mismo, el biol al encender la
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mecha se producido en un periodo corto puesto que tambien el proceso del biodigestor
fue en un periodo corto. Sin embargo se consideró que la baja llama y de duración corta
se podría deber a las corrientes de aire cerca.
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7. BIBLIOGRAFÍA
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De Biol En Biodigestores Tipo Batch Como Propuesta Al Manejo De Residuo
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