biomasa para un trabajo en la uni

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA - FIA

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN – ENERGIAS RENOVABLES

RESUMEN

Este trabajo presenta una alternativa de solución energética por medio de biodigestores para la población de Quicacan ubicado en el departamento de Huánuco donde sus pobladores consiguen combustible para su cocina de manera rudimentaria, no haciendo un buen uso de la biomasa (leña, excremento de sus animales, etc.)

Los biodigestores serán dimensionados para toda la población aprovechando sus propios desechos orgánicos principalmente los excrementos de sus animales como caballos, vacas y cerdos; lo cual por medio de un promedio tendremos la cantidad de animales aproximados de toda la población.

Con los datos presentados se hará un análisis económico del costo e inversión que se hará para hacer viable este proyecto y los pobladores observen una manera no solo de aprovechar sus desechos para no ocasionar un impacto ambiental y en la salud de la población, si no, de una buena inversión para tener un ahorro económico al obtener energía verde.



1. INTRODUCCIÓN

La región Huánuco se caracteriza por impulsar y priorizar el desarrollo de la actividad

agrícola principalmente. Este es considerado un centro hortícola y frutícola de primer

orden, produciendo palta, mango, plátanos, papayas, naranjas, lúcuma, chirimoya,

guayaba y otros frutales. También produce en sus valles cálidos, café, piña, coca y caña

de azúcar. En la ganadería, el cruce de cebú con vacas criollas ha dado buenos

resultados. Estas actividades productivas generan residuos los cuales no están siendo

aprovechados adecuadamente en zonas rurales como Quicacan, perteneciente a la

provincia de Ambo, de donde la población carece de fuentes energéticas (gas doméstico y

energía eléctrica) para sus hogares. La utilización de los residuos provenientes de la

ganadería (excretas) es una alternativa significativa para la obtención de gas natural

(biogás) a través de los biodigestores los cuales reducirán esta demanda de energía.

El incremento de la demanda en zonas urbanas y la escasez en zonas rurales de energía

eléctrica a nivel regional es el principal factor para que se den nuevas alternativas para la

producción de energía eléctrica que puedan suplir dicho aumento de la demanda. Los

elevados precios del combustible y las incrementadas tarifas locales de la energía

eléctrica son factores fundamentales para desarrollar plantas de biogás a nivel nacional,

regional y pues sobre todo en lugares como el pueblo de Quicacan que produzcan

energía, a partir del uso de los desechos de la producción agropecuaria.

Según información brindada por el Ministerio de Agricultura y Riego, en la Estación

Experimental Agraria Pichanaki - INIA, la cual también cuenta con una subestación en

Huánuco, de donde se obtiene aproximadamente 500 Kg/día de excretas provenientes del

ganado bovino, por lo que sería conveniente realizar un estudio de la zona, para con esa

información podamos implementación de un Módulo Biodigestor, el cual contribuya con la

satisfacción de las necesidades energéticas del pueblo de Quicacan, llegándose así a

conseguir energía insitu, la cual favorecerá bastante a toda esta población. Para la

ejecución de este proyecto vendría a ser de gran importancia que se utilice una

tecnología apropiada para el desarrollo de las áreas rurales permitiendo a las

comunidades una autonomía energética, además de proporcionar abonos orgánicos

necesarios para sus cultivos.



2. OBJETIVOS

Objetivo general:

- Aprovechar la abundante biomasa para extraer su energía y con ella producir

biogás en el pueblo de Quicacan, para satisfacer sus necesidades energéticas y

cubrir así la demanda.

Objetivos específicos:

- Mostrar a los pobladores la importancia de utilizar energía limpia en sus distintas

actividades productivas.

- Contribuir con la cultura de desarrollo sostenible mediante una nueva forma de

cómo aprovechar sus residuos, a través de la energía de esta biomasa y pues de

este modo sustituir de alguna forma otras fuentes de energía de mayor costo.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3.1. Descripción de la Zona

La comunidad de Quicacan se encuentra ubicado en el departamento de Huánuco,

Provincia de Ambo, Distrito de Tomay Kiwcha. Abarca un área de 42,11 km2 y cuenta

con dos escuelas (inicial y primaria). Por esta zona pasa el rio Huallaga.

La comunidad del centro poblado de Quicacan se caracteriza por desarrollar

actividades agrícolas (naranja, frijol, trigo, maíz, papa, palta) ganaderas (carne, leche)

para consumo propio y/o comercialización; estas actividades productivas generan

residuos o desechos, que generalmente son desperdiciados o botados algún lado del rio,

en otros casos son usados como alimento para los animales de granja como los cerdos,

que comen diferentes tipos de cascaras. Además la zona carece de fuentes energéticas

(gas doméstico y energía eléctrica por algunas horas) para sus hogares.



Fig. N° 01: Ubicación del pueblo de Quicacan en la provincia de Ambo, en el departamento de Huánuco.

3.2. Justificación

La creciente demanda en zonas urbanas y la carencia en zonas rurales de energía

a nivel regional son uno de los factores para que se den nuevas alternativas para la

producción de energía eléctrica que puedan suplir dicho aumento de la demanda.

Ante los altos precios del combustible la población suele cocinar sus alimentos

recolectando leña en los alrededores, con el presente trabajo se trata de proponer una

manera eficiente del uso de sus desechos de producción a través del biogás, para mejorar

y facilitar las necesidades de la comunidad.

3.3. Descripción del proyecto

Una manera de producir el biogás para la generación de energía eléctrica es a

partir de un biodigestor que a su vez puede generarnos biofertilizantes para mejorar la

calidad de los suelos.

También tiene un beneficio social la transferencia de informaciones tecnológicas

las cuales son dirigidas a los productores agrarios y la población rural con la finalidad de

aplicar la técnica de instalación de biodigestores, con la consiguiente producción de



biogás y biol, permitiendo mejorar los estándares de vida de las familias rurales del

trópico.

La presencia de metano en el ambiente es una de las causas del calentamiento

global por lo cual mediante la implementación de los biodigestores se está contribuyendo

la mitigación de los impactos ambientales negativos.

Según datos científicos, se sabe que 500 kg/día de excretas producen 18 m3 de

CH4 que equivale a 13846 watt/hora que en términos de uso representan unos 17 focos

de 100 watt/8 horas (85 focos de 20 Watt/8 horas que son los que se utilizan en zonas

rurales). El uso de esta tecnología significa un ahorro de energía eléctrica de S/30.00/hora

(13846 watt/hora) y en gas metano representa S/. 20.00/día. Adicional a este beneficio se

obtendrán 3000 litros diarios de fertilizantes orgánicos provenientes del biodigestor.



3.4 Elementos del sistema

FINALMENTE SE PROTEGE DE LAS INCLEMENCIAS DEL TIEMPO:

Si son grandes las dimensiones se pueden cubrir

3.5. Esquema de instalación del sistema planteado

SALIDA DE BIOGAS

EFLUENTE

TAPON AGITADOR

TANQUE DE LA MEZCLA

BOLSA DOBLE

RECIPIENTE DE RECOLECCION

TUBO DE SALIDA DEL BIODIGESTORMateriales: (de adentro hacia fuera)1. PVC “macho” interno 2. Arandela plana interna3. Empaque hule interno4. Plástico del biodigestor5. Empaque hule externo6. Arandela plana externa7. PVC UNION “hembra”8. Tubo de salida del gas

TECHO

CERCADO

BIODIGESTOR

EFLUENTE



Para la construcción e instalación de un biodigestor Primero se decide el tamaño del biodigestor. Para eso se toma en cuenta la

cantidad de excrementos con que se cuenta y el uso que se dará al biogás. Se marca y se hace la fosa para colocarlo Una vez ubicado y estaqueado se hace la hechura de zanja, luego la cama de la

alcantarilla, para después hacer el forrado de la alcantarilla, forrado de la zanja y la hechura de doble bolsa

3.6. Dimensionamiento del sistema

CALDERA TURBINAS

GENERADOR ELECTRICO

CONDENSADOR

PLANTA TERMICA DISTRIBUCION



Para el dimensionamiento del sistema se hizo los siguientes cálculos

PASO 1 Calculo de la cantidad de estiércol

Numero Estiércol diario Sub total

caballos 450 24.5 11025

vacas 600 32 19200

cerdo 300 2.8 840

ESTIERCOL 31065

Factor 25%

ESTIERCOL NETO 7766.25PASO 2 Calculo Volumen total de biodigestor, Volumen liq y gas

RELACION

ESTIERCOL AGUABIOGAS 1 3BIOL 1 4

kg lts TOTAL7766.25 31065 38831.25

PASO 3Temperatura Días

10 5520 2530 10

Volumen Total 970781.25

Volumen liquido 776625

Volumen gaseoso 194156.25



PASO 4 Calculo de tiempo que durara el biogás

fogones 3consumo 75 litros / hora fogónCONSUMO 225

Tiempo = Volumen gaseoso / CONSUMOtiempo = 862.916667 horas

PASO 5 Dimensionamiento

DIAMETRO

LONGITUD

1 8

Volumen = 2 x PI x D al 3

Despejando DiámetroD = (Volumen Total en m3 / (2 x PI) ) al 1/3D = 5.36595678 metrosL = 42.9276542 metros ancho de rollo = 8.4288252 metros

3.7. Propuesta económica:

Para ver que tan rentable era el proyecto recurrimos a determinar nuestro punto de equilibrio.

ANÁLISIS DEL COSTO-BENEFICIO Y PUNTO DE EQUILIBRIO:

El presupuesto total contemplado en el proyecto inicial para la construcción del Biodigestor fue por la fuente de Recursos Directamente Recaudados – RDR del Instituto Nacional de Innovación Agraria – INIA por un monto de S/35,161.45 nuevos soles :



COSTO TOTAL S/. 34,177.72

Costos Fijos Totales (CFT) S/. 30,673.72

Costo fijo unitario S/. 25.56

Obras civiles S/. 6,037.00

Geomembrana de EPDM M3 (5,0m x 10,0 x 2,0 de profundidad) y ungasómetro.

S/. 19,713.72

Laguna reservorio S/. 973.00

Grupo Electrógeno de 1.5 KW S/. 1,950.00

Asesoría Técnica S/. 2,000.00

Costo Variable Total (CVT) S/. 3,504.00

Costos Variable Unitario(CVU)

S/. 2.92

Pero también se tuvo los siguientes posibles ingresos, los cuales dependerían de las personas que lleguen utilizar este servicio energético, para ello consideramos el número de habitantes de dicha localidad, siendo en total 1200 familias en QUICACAN. Nuestra tipo de acuerdo con el presidente de dicha localidad, vendría a ser un joint venture, obteniendo así un rentabilidad de 14.24 nuevos soles, por cada familia.

INGRESOS TOTALES S/. 51,266.58

Número de familias 1200

Precio de venta del servicio (PVS)

S/. 42.72

Margen de ganancia

50%

S/. 14.24



Costo unitario (CFU+CVU)

S/. 28.48

Obteniendo así un beneficio total de 17,088.86 nuevos soles, el cual es un ingreso significativo y suficiente para poder compensar el valor total invertido, pero en caso exista cierto grado de incertidumbre por parte de la población, en cuanto la fuente energética renovable, venimos a plantear un punto de equilibrio:

Determinación del punto de equilibrio numéricamente:

Siendo:

QPE: Punto de equilibrio (Cantidad)

CFT: Costo fijo total

PVS: Precio de venta del servicio

CVU: Costos de las variables unitarias

Hallamos:

PE= 771,

Por tanto obtenemos lo siguiente:

- Con el consumo de 771 familias se podría recuperar la inversión total.- Con el uso de este servicio de más de 771, se comenzará a obtener ganancias.- Y en caso la totalidad de familias recurran al servicio, se obtendrá un beneficio

total de S/. 17,088.86.



4. ANALISIS Y DISCUSION

4.1. Análisis socio-económico y ambiental

Para ver esta sección se tuvo que recurrir a un análisis de interesados, para la realización

de esta actividad, seguimos los siguientes puntos a tener en cuenta para llevar a cabo la

identificación de los grupos de interés:

Existen acontecimientos ante los cuales pueden unirse la mayoría de los grupos

de interés. Esta solidaridad es frecuente en las primeras etapas de desarrollo de

una organización o cuando la supervivencia de ésta se encuentra amenazada por

la posible adquisición por un competidor mayor.

Nuevas circunstancias pueden dar lugar a la formación o desarrollo de nuevos

grupos o al alzamiento de alguno ya existente que no era considerado como

importante en la organización.

De este modo, ante el creciente poder que están adquiriendo hoy en día los grupos de

interés debido a su habilidad para actuar en combinación con la organización, se

comienza a desarrollar una preocupación con relación a la consideración de la actuación

con cada uno de ellos siendo deseable conseguir la aproximación a sus expectativas.

Para ello identificamos los principales intereses de los implicados en este proyecto:

Grupo de interés InteresesOrganización Historia de la organización

Bases de la industriaEstructura de la organizaciónRealización económicaEntorno competitivoMisión o propósitoReglas de la organizaciónSistemas de dirección de los asuntos sociales y de los grupos de interés

Trabajadores Política generalBeneficios Remuneraciones y seguridad en el trabajoIndemnizaciones y recompensasFormación, desarrollo y planes de carrera



Programas de ayuda/subsidio a los trabajadoresFomento de la saludAbsentismo y rotación en el trabajoPermisos de ausenciaRelaciones con los sindicatosDespidos y desempleoJubilacionesEquidad en el trabajo y discriminaciónLa mujer en la dirección y en las juntas de la organizaciónPreocupaciones diarias y adaptación a la familiaComunicación con los trabajadoresRiesgo profesional y seguridad en el trabajoTrabajadores con jornada incompleta, temporal o contratadosOtros asuntos del trabajador o de recursos humanos

Accionistas Políticas generalesComunicación con los accionistas y reclamacionesDividendos y revalorización de las accionesDefensa de los accionistasDerechos de los accionistasOtros asuntos de los accionistas

Grupos financieros Liquidez y solvencia de la empresaRentabilidad a corto y largo plazoGrado de seguridadGeneración de tesorería

Clientes Política generalCalidadComunicación con los clientesSeguridad en los productosReclamaciones de los clientesServicios a clientes especialesOtros asuntos de los clientes

Proveedores Relaciones estables y duraderasPolítica generalPoder relativoOtros asuntos de los proveedores

Gobierno Cumplimiento con la leyCumplimiento con el trabajoCumplimiento con la competenciaExactitud en los datos Implicación en políticas públicas

Comunidad Seguridad en las operacionesGeneración de oportunidades de empleoContribución a la comunidadActuaciones favorablesSustitución de recursos renovables Inversiones sociales y donaciones Relaciones con la comunidadSalud pública, seguridad y protecciónConservación de los materiales y de la energíaValoración medioambiental en los proyectosOtros asuntos medioambientales



Por ser este proyecto novedoso para muchos de QUICACAN, es necesario enfocarnos en

estos interesados para que no ocurran ciertos incidentes que puedan generar malestar y

conflictos. Entonces elaboramos un formato para realizar el estudio socioeconómico a la

población, la cual implicaron trabajos de campo y específicamente utilizamos la técnica de

encuestas, para un espacio muestra, para tomar acciones con mayor seguridad y menor

riesgo. La encuesta contaría de las siguientes preguntas:

Edad:

a)10 – 25 años b) 25 – 31 años c) 32 – 40 años d) 40 a mas

La vivienda donde usted vive es:

a)Propia b) alquilada

En promedio su consumo mensual de energía es:

a)S/.10 – S/.20 b) S/.20 – S/.30 c) S/.30 – S/.40 d) S/.40 a mas

¿Le incomoda ir a otro sitio a comprar energía?

a)SI b) No

Nota: si la respuesta es No Finalice la encuesta

¿Considera importante el ahorro de energía eléctrica?

a)SI b) No

¿Considera importante el uso de energías alternativas?

a)SI b) No

¿Le gustaría disponer de energía eléctrica a pesar de que existan horas de racionamiento y/o cortes imprevistos?

a)SI b) No

¿Estaría dispuesto a pagar por un servicio eléctrico continuo y que no contamine el medio ambiente?

a)SI b) No



¿Estaría dispuesto a pagar por un servicio eléctrico que no contamine el medio ambiente?

a)SI b) No

En promedio ¿cuánto estaría dispuesto a pagar?

a)S/.10 – S/.16 b) S/.17 – S/.23 c) S/.24 – S/.30 d) S/.30 a mas

¿Se lo recomendaría a alguien?

a)SI b) No

Las cuales nos darían información para poder ver cuántas personas estarían dispuestas a modificar su fuente energética actual por una nueva o utilizar ambas de tal forma reduzca su consumo normal.

En nuestra visita realizaremos un Estudio de impacto ambiental detallado, que se estructurará básicamente de tres pasos siguientes:

1. DESCRIBIR LAS CONDICIONES AMBIENTALES EXISTENTES:En esta temporada el clima es generalmente templado; La mayor parte del tiempo el clima es caliente, se aprecia plantaciones mixtas, con palta, mango, plátanos, papayas, naranjas, lúcuma, chirimoya, guayaba y otros frutales, es importante recalcar que para obtener beneficios de la producción deben pasar en promedio, de 4 a 5 años, las familias presentes en la localidad de QUICACAN, tienen acceso a los servicios básicos, y tienen varias mascotas y criaderos de pollos, vacas, caballos, etc. Existe vegetación silvestre, se puede apreciar canales de riego, en varios puntos la maleza ha sido quemada, y las mismas hojas que se desprenden de los arboles sirven de abono, para los sembríos, el ambiente no se presenta intolerante ya que según nuestro guía, se utilizan fertilizantes naturales, y para no erosionar el suelo los sembríos son diversos, para no modificar la composición del suelo, el área es generalmente conocida por la producción de cítricos de alta calidad que se comercializan a nivel nacional y también en el Perú en temporada de escasez para ese país, la tierra es dura, y esto lo hace propicio para este tipo de producción, en los últimos años se han presentado sismos, pero en el país vecino, siendo Chacras una parroquia fronteriza, es en parte beneficioso para facilitar el comercio, es también pertinente mencionar la cercanía a afluentes de agua, en este caso ríos, lo que permite el riego de los sembríos.

2. IDENTIFICAR ANTICIPADAMENTE LOS TIPOS DE IMPACTOS:

Existen diversos tipos de impactos ambientales, pero fundamentalmente se pueden clasificar, de acuerdo a su origen, en los provocados por:



El aprovechamiento de recursos naturales ya sean renovables, tales como el aprovechamiento forestal o la pesca; o no renovables, tales como la extracción del petróleo o del carbón.

Contaminación. Todos los proyectos que producen algún residuo (peligroso o no), emiten gases a la atmósfera o vierten líquidos al ambiente.

Ocupación del territorio. Los proyectos que al ocupar un territorio modifican las condiciones naturales por acciones tales como desmonte, compactación del suelo y otras.

En nuestro caso podemos concluir que el impacto ambiental que se causa en esta zona es de aprovechamiento de recursos naturales, además del mal olor producto de la acumulación de las excretas de los animales los cuales a pesar de ser utilizados como abono estos se encuentran en exceso.

Generalmente las áreas agrícolas representan tierras con mayor disponibilidad de recursos que intentan lograr un nivel productivo específico. Estas áreas generalmente están más habitadas y son potencialmente más sensitivas a los impactos.

La información de línea de base debe ser desarrollada para identificar la ubicación, el área de extensión y la productividad de las áreas agrícolas en el área de impacto del proyecto. Se deben desarrollar listas detalladas de productos agrícolas (es decir, especies de cultivo, especies animales) para establecer el nivel de uso agrícola. Esta información debe ser incorporada en el análisis del impacto para evaluar los impactos del proyecto.

3. CUANTIFICACIÓN DE LOS IMPACTOS PREVISTOS:

A criterio nuestro, consideramos que los impactos a cuantificar serían los de origen:

La falta de mano de obra.

Falta de recursos financieros.

Las estructuras sociales y a las tradiciones de una región o comunidad.

Tipo de sistemas de propiedad (latifundios o sistemas comunitarios).

Condiciones climáticas, zonas semiáridas, o naturales desfavorables para sistemas intensivos, los cuales no permiten.

El deseo o la obligación de protección del medio ambiente, protección o restauración del suelo.

Para todo ello es necesario valorar los recursos naturales, para ello se tendría que tomar como referencia el registro económico que lleva de sus recursos ya que el país no cuenta con uno oficial.

Una de las actividades principales en dicha zona es la agricultura, la cual se convirtió en una actividad en que sintetiza la naturaleza, como resultado evolutivo del sistema natural y social, provocando la degradación ambiental y una verdadera crisis ecológica, lo cual requiere para su solución la transformación radical de la sociedad y su manera de utilizar los recursos naturales.



Los impactos fundamentales se van a producir sobre:

Suelo. (salinización, acidificación, erosión, compactación y desertificación). Diversidad. (Erosión genética, disminución de la diversidad y monocultivo). Bosques. (deforestación). Aguas. (contaminación y sedimentación). Clima. (Efecto invernadero y ruptura de la capa de ozono). Salud humana.

Pero la que sería potencialmente impactante sería las de salud humana y diversidad, por ende el realizar una propuesta de plan de contingencia ante cualquier acción que ponga en alto riesgo algún de estas dos, sería necesario analizar, porque incluso puede llegar a paralizar el proyecto. Estos potenciales problemas que se pueden suscitar sería necesario comunicar a la población y sobre todo a las autoridades para que tengan presente los posibles riesgos de gran probabilidad de impacto y así estén prevenidos ante ello.

4.2. Viabilidad del proyecto

La viabilidad de este proyecto se determinará tomando en cuenta el aspecto económico así como también el social y el ambiental:

Económico:

Como vimos anteriormente existe un alto nivel de seguridad de que este proyecto sea exitoso, ya que la cantidad de personas mínima para ello, es solo de 771, cantidad que con un buen sondeo mediante la encuesta se puede llegar a confirmar en cierto grado de certeza, la cual sería suficiente para comenzar a operar. Además la propuesta que se plantea presenta como pago por el servicio energético de solo de 42.72 nuevos soles, en el caso en que esta llegue a abastecer a 771 personas, ya que si se diera el caso en que estas no terminen de utilizar esta fuente energética para sus distintas actividades se podría almacenar y comercializar a los poblados aledaños.

Social:

Este servicio facilitara a las personas, ya que no tendrán que quemar o resistir el pestilente olor de las excretas que presentan en abundancia en sus hogares, además podrán usar esta energía para poder realizar muchas actividades como calentar mediante las casas ecológicas, también pagaran un monto bajo en comparación de lo que normalmente pagaban por otros servicios que les sirven para realizar menos actividades por el mismo costo que nuestra propuesta.

Ambiental:

Las actividades a realizar no llegan a impactar negativamente al ambiente, ya que llegándose a impactar de la menor manera. Ya que promoveremos la actividad agrícola es necesario tener en cuenta que el objetivo de la agricultura y el desarrollo rural sostenible es aumentar la producción de alimentos de manera sostenible y mejorar la seguridad alimentaria. Para lograrlo se hace necesario evaluar las consecuencias de la acción que se realice sobre el medio agrícola y ver el desarrollo de la calidad ambiental



determinado por estudios ambientales preventivos, en el que habría que plantearse de forma rigurosa la conservación de los recursos, tanto de los renovables, como de los no renovables, mediante el uso racional de los mismos.

Por ende nuestro proyecto es viable, además presenta un bajo riesgo económico, ninguno social y ninguno ambiental.

5. CONCLUSIONES Se disminuirá las emisiones de GEIs. Los residuos sólidos serán aprovechados para la generación de fuentes

de energía. Los pobladores tendrán energía y fertilizantes para satisfacer sus

necesidades. El proyecto es viable en medida que se alcance a 771 familias. Los costos en electricidad, fertilizantes, combustibles, etc. se reducirán al

poblador con la viabilidad de este proyecto.

6. RECOMENDACIONES La población elegida presentaba problemas energéticos, costos para los

fertilizantes y residuos solidos Realizar encuesta para ver la conformidad de la población. Capacitación para la población.

7. BIBLIOGRAFIA BINDA GARCIA, J.R; GUERRA QUISPE R. y otros. 2007. Instalacion Solar

fotovoltaica conectada a Red. Tesis Bach. , español,Escuela superior de ingeniería de Manresa, Univ. Politécnica de Catalunya, Administración Estratégica de Empresas. 260 p.

CHAVEZ PAREDES E.C. ; Energías Renovables, Clase 12 Energía Biomasa y cálculos, español, Univ. Nacional de Ingenieria, Fac. Ing. Ambiental. 27-34p.

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