Download - Produccion de Biogas
Producción de Energía Renovable (biogás)
a partir del estiércol del ganado bovino en
la Estación Experimental Agraria El
Porvenir – INIA
ANÁLISIS DE SITUACIÓN ACTUAL Y MEJORAS
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del
estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental
Agraria El Porvenir – INIA
ANÁLISIS DE SITUACIÓN ACTUAL Y MEJORAS
UBICACIÓN:
LUGAR: INIA DISTRITO: JUAN GUERRA PROVINCIA: SAN MARTÍN
DEPARTAMENTO: SAN MARTÍN, PERÚ
Proyecto piloto que forma parte del Proyecto “BioSinergia”:
“ACCESS TO ENERGY AND INCLUSIVE BUSINESS PROMOTION WITH BIOFUELS IN THE PERUVIAN AMAZON”
Proyecto financiado por:
Informe elaborado por: Abel Pezo Valles, Fernando Acosta Bedoya, Jean Velásquez
Piñas, Martijn Veen & Richer Garay Montes
Fotografías: Jean Velásquez Piñas, Martijn Veen & Richer Garay Montes
SNV Servicio Holandés de Cooperación al Desarrollo, en alianza con Soluciones
Prácticas (antes ITDG).
VERSIÓN ACTUALIZADA
TARAPOTO, JUNIO 2011
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 3
2. OBJETIVOS 4
3. DATOS DE INGENIERÍA 4
4. CARACTERÍSTICAS Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR: 6
4.1. Características 6
4.2. Construcción de biodigestor 7
5. INVERSIÓN Y FINANCIAMIENTO: 16
6. AVANCES EN EL BIODIGESTOR 17
7. PROBLEMÁTICAS Y PROPUESTA DE SOLUCIÓN 20
7.1. Problemática 20
7.2. Propuesta de solución 21
8. CONCLUSIONES 23
9. TRABAJOS A REALIZAR 24
10. ANEXOS 28
Anexo N° 01. Cálculos para generación de biogás 29
Anexo N° 02. Propuesta para la utilización de energía 30
Anexo N° 03. Esquema de mejoras a realizar 34
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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1. INTRODUCCIÓN
La región San Martín se caracteriza por impulsar y priorizar el desarrollo de la actividad
agrícola, ganadera y la explotación forestal; estas actividades productivas generan
residuos los cuales no están siendo aprovechados adecuadamente en zonas rurales
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.
La creciente demanda en zonas urbanas y la carencia 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 altos precios del combustible y las elevadas tarifas locales de la energía eléctrica
son factores fundamentales para desarrollar plantas de biogas a nivel nacional y
regional que produzcan energía, a partir del uso de los desechos de la producción
agropecuaria.
En la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA, se obtiene aproximadamente
500 Kg/día de excretas provenientes del ganado bovino, por lo que se ha propuesto la
implementación de un Módulo Biodigestor (Biodigestor en geomembrana de EPDM
Firestone – USA) a través del expediente técnico denominado “Producción de energía
renovable (BIOGAS) a partir del Estiércol del ganado Bovino en la Estación
Experimental Agraria El Porvenir - INIA”, proyecto que no se concluyó en su totalidad
por motivos de presupuesto y ruptura de la geomembrana por un ganado, el cual se
viene reanudando en un piloto demostrativo por el proyecto BioSinergia. La ejecución
de este proyecto es importante porque representa 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.
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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2. OBJETIVOS
El presente documento tiene como objetivo informar los avances y la problemática del
Biodigestor geomembrana EPDM, ocurrida durante su instalación y proponer
alternativas de mejoras a fin de que sirva de modelo para el aprovechamiento
energético y la obtención de biofertilizante en la Estación Experimental Agraria El
Porvenir - INIA entre enero – Agosto 2010.
3. DATOS DE INGENIERÍA
La puesta en funcionamiento del Biodigestor permite tener como productos
principales biogás para la producción de energía eléctrica y biofertilizantes para
mejorar la calidad de los suelos.
Asimismo, aporta como 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.
Una de las causas del calentamiento global es la concentración de gas metano en el
ambiente y mediante el uso de los biodigestores se está contribuyendo la mitigación
de los impactos ambientales negativos.
Aproximadamente, los 500 kg/día de excretas producen 18 m3 de gas metano 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.
En el cuadro N° 01 se puede observar la demanda actual de biogás en el establo
lechero de la estación experimental agraria El Porvenir - INIA. Actualmente no cuentan
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con equipos especializados, para ordeño, ni para refrigeración, además solo cuentan
con algunos fluorescentes y focos ahorradores los cuales se encuentran en mal estado,
es por eso que la demanda actual de biogás es muy baja, llegando a ser de 5,04 m3 al
día.
En el cuadro Nº 02 se muestra el requerimiento energético por equipos para ser
utilizado a futuro con el suministro del biogás. De acuerdo a lo observado en el cuadro
de requerimiento energético se necesitará 33,29 m3 para el funcionamiento de los
equipos arriba mencionado, encontrándose por encima de lo que se producirá (18 m3
de biogás), proponiéndose instalar otro biodigestor con estas características para
poder
Cuadro 01. Requerimiento energético actual del establo lechero en la Estación
Experimental Agraria El Porvenir - INIA
Descripción Cantidad
Potencia unitaria
Tiempo de funcionamiento
ideal
Tiempo de funcionamiento
real
Consumo unitario de biogás
Consumo total
N° W horas horas L/hora m3
Focos ahorradores 1 20 4,00 4,00 26,00 0,10
Fluorescentes 4 40 4,00 4,00 52,00 0,83
Picadora de pastos 1 5660 0,33 0,33 7358,00 2,45
Cocina (dos quemadores) 1 - 3,00 3,00 550,00 1,65
TOTAL 5,04
Fuente: Elaboración propia
Nota: Se considera que 18 m3 es igual a 13846 watt (1,3 m3/kw-h) y el consumo de biogás considerado para
el funcionamiento individual de cada equipo siempre y cuando estos sean adaptados a biogás
Tiempo de funcionamiento de una máquina de refrigeración 15 min/hora 1 Horse Power (hp) = 745,7 Watts
Cuadro 02. Requerimiento energético a futuro del establo lechero en la Estación
Experimental Agraria El Porvenir - INIA
Descripción Cantidad
Potencia unitaria
Tiempo de funcionamiento
ideal
Tiempo de funcionamiento
real
Consumo unitario de biogás
Consumo total
N° W horas horas L/hora m3
Focos ahorradores 61 20 7,00 7,00 26,00 11,10
Fluorescentes 0 40 0,00 0,00 52,00 0,00
Ordeñadora mecánica 1 2237 5,00 5,00 2908,23 14,54
Picadora de pastos 1 5660 0,33 0,33 7358,00 2,45
Tanque de frío 1 500 5,00 1,25 650,00 0,81
Congeladora 1 400 12,00 3,00 520,00 1,56
Refrigeradora 1 300 12,00 3,00 390,00 1,17
Cocina (dos quemadores) 1 - 3,00 3,00 550,00 1,65
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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TOTAL 33,29
Fuente: Elaboración propia
Nota: Se considera que 18 m3 es igual a 13846 watt (1,3 m
3/kw-h) y el consumo de biogás considerado para el
funcionamiento individual de cada equipo siempre y cuando estos sean adaptados a biogás
Tiempo de funcionamiento de una máquina de refrigeración 15 min/hora 1 Horse Power (hp) = 745,7 Watts
4. CARACTERÍSTICAS Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR:
4.1. Características
El biodigestor es de tipo laguna cubierta para un volumen en promedio de 450 kilos
diarios de estiércol de ganado bovino, con un Tiempo de Retención Hidráulica TRH de
25 días y una carga en una proporción de 1:3. Considerando que la temperatura
interna promedio fue aproximadamente de 35 oC. Las medidas del Biodigestor y del
reservorio se determinaron de acuerdo a la siguiente tabla:
Cuadro N° 02. Especificaciones Técnicas de la construcción del Biodigestor y del
Reservorio
ESPECIFICACIONES
No de animales Medidas Medidas Volumen
Cerdos Bovinos Biodigestor De reservorio m3
Hasta 100 Hasta 30 4,0 x 7,0 x 2,0 4,0 x 5,0 x 1,5 30
101 a 200 31 a 60 5,0 x 10,0 x 2,0 5,0 x 6,0 x 1,5 60
201 a 300 61 a 100 6,5 x 12,0 x 2,0 6,0 x 8,0 x 1,5 90
301 a 500 101 a 150 8,0 x 16,0 x 2,0 8,0 x 9,5 x 1,5 150
501 a 800 151 a 300 8,0 x 18,0 x 2,0 10,0 x 11,0 x 2,5 250
801 a 1200 301 a 500 8,0 x 18,0 x 4,0 10,0 x 14,0 x 2,5 350
Fuente: CIDELSA 2009.
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4.2. Construcción de biodigestor
Se construyó una viga perimetral de 0.15 m de ancho X 0.25 m de altura donde está
fijado la geomembrana superior de EPDM, dicha viga cumple la función de soporte del
EPDM y sobre ella se realiza la unión por medio de las platinas y los pernos de anclaje.
De acuerdo al Cuadro 01, las medidas del Biodigestor tiene un ancho de 5.0 m, 10.0 m
de longitud y una profundidad de 2.0 m y el reservorio tiene un ancho de 5.0m X 6.0m
de largo y 1,50 m de profundidad.
Se realizó el movimiento de tierras con las características ya mencionadas, para luego
realizar el tendido de la línea de biogás con una tubería de PE o de PVC. Con este
diseño el Biodigestor estará en condiciones de producir aproximadamente 18 m3 de
biogás diario y 3,000 litros de biofertilizante por día.
Caja de Dilución. Permitirá sedimentar materiales pesados (piedras, palos, tierra, etc.)
y materiales sobrenadantes (pajas, etc.), que proporcionara un fluido libre de
materiales extraños.
Biodigestor de Cubierta Lagunar. De 60 m3 donde llegarán las excretas que producirá
el Biogás.
Reservorio. De 45 m3 donde llegarán los fluidos finales luego de la producción de
Biogás, los cuales serán utilizados como fertilizante orgánico.
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Figura N° 01. Caja de Dilución
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1.3 m.
0.5 m.0.3 m.
1.6 m.0.6 m.
0.4 m.
3.2 m.
0.9 m.
Salida hacia el
Biodigestor.
Espesor Pared:
0.15 m.
Ubicación Malla (trampa)
fil Ø 1/2.
Volumen Total Util: 3 m3.
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Grafico N° 01. Ubicación del Biodigestor
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PLANO N° 01. DISEÑO DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA CUBIERTA DEL BIODIGESTOR EN LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL AGRARIA EL
PORVENIR - INIA
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PLANO N° 02. DISEÑO DE CONSTRUCCIÓN DEL ARMADO DE SOSTEN DE LA VIGA EN LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL AGRARIA EL PORVENIR -
INIA
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PLANO N° 03. DETALLE DEL NIVELAMIENTO DE LA VIGA DE CONCRETO EN LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL AGRARIA EL PORVENIR – INIA
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PLANO N° 04. BIODIGESTOR INIA.
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PLANO N° 05. LAGUNA BIOL – INIA.
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5. INVERSIÓN Y FINANCIAMIENTO:
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 tal como se muestra en el Cuadro 01, para ello los indicadores Económicos del
proyecto fueron VAN 116,167.15; TIR: 132.47% y B/C: 2.05. El ente ejecutor fue la
Unidad Operativa 008 – Estación Experimental Agraria “El Porvenir – Instituto Nacional
de Innovación Agraria – INIA, para ello se contó con los siguientes proveedores: la
Empresa CIDELSA para los materiales del Biodigestor y el Sr. Ángel Teodosio Romero
Ruiz para las obras civiles.
Cuadro N° 03. Inversión Total del Proyecto en Nuevos Soles (S/.)
(Tipo de Cambio 3.12 soles - 15/06/09)
CONCEPTO VALOR (S/.) %
1. INVERSIÓN FIJA 30,673.72 87.24 A. Tangibles 28,673.72 81.55 - Obras civiles 6,037.00 17.17 - Geomembrana de EPDM de 45 mils, de 60
M3 (5,0m x 10,0 x 2,0 de profundidad) y un gasómetro.
19,713.72 56.07
- Laguna reservorio impermeable para el biol en geomembrana de PVC sin refuerzo de 1mm de grosor (5,0 m x 06,0 m x 1,50 m de profundidad).
- Materiales
973.00 2.77
- Grupo Electrógeno de 1.5 Kw 1,950.00 5.55 B. Intangibles 2,000.00 5.69 - Asesoría Técnica 2,000.00 5.69 2. CAPITAL DE TRABAJO 4,487.73 12.76 - Fijos 983.73 2.80 - Variables 3,504.00 9.97 3. TOTAL INVERSIONES 35,161.45 100.00
Fuente: Elaboración Propia
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Como se puede apreciar en el Cuadro Nº 02, se han tenido en cuenta todos los gastos
correspondientes desde la ejecución, instalación hasta la puesta en marcha del
Biodigestor, pero en el momento de aprobar el proyecto no se habían considerado
otros gastos, permaneciendo parcialmente con la inversión fija obviando el gasto
tangible correspondiente a la compra del grupo electrógeno de 1.5 Kw, fuente
primordial para la transformación de biogas a energía eléctrica.
Debido a lo indicado, el proyecto del biodigestor se encuentra inoperativo por falta de
presupuesto y en peligro de daños externos que se puedan presentar como altas
precipitaciones, altas temperaturas, invasiones de los animales del hato ganadero, etc.
6. AVANCES EN EL BIODIGESTOR
6.1. Acopio de la materia prima (Estiércol de ganado).
Debido a la escasa implementación el acopio del estiércol del establo del hato
ganadero del INIA - Estación Experimental Agraria “El Porvenir” se ha realizado
manualmente, trasladándoselo en carretillas hasta la poza de dilución para su mezcla
con agua en la proporción de 1:3 (1 nivel de estiércol de ganado vs 3 niveles de agua).
Esta preparación se realizo hasta notar que el material orgánico este bien diluido.
6.2. Alimentación al Biodigestor.
Una vez obtenido los purines de ganado (mezcla de agua, estiércol y orina), a través de
tuberías ingresa al biodigestor hasta llegar al nivel del desnatador.
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Una vez que los efluentes han ingresado al Biodigestor, los purines se descomponen
naturalmente mediante un proceso anaeróbico de la bacterias (sin oxigeno) que
existen en el estiércol, para transformarlo en gas metano y fertilizante orgánico.
Cuadro No 04. Volumen de estiércol alimentado al Biodigestor.
FECHA MUESTRA PROPORCION
(1/x) VOLUMEN
ESTIERCOL (m3) VOLUMEN AGUA (m3)
VOLUMEN TOTAL (m3) (est. + agua)
23/03/2010 Estiércol fresco 3.00 0.4280 1.28 1.71
24/03/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
25/03/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
26/03/2010
Estiércol fresco 3.00 0.6848 2.05 2.74
Estiércol fresco 4.00 0.1712 0.68 0.86
29/03/2010 Estiércol fresco 3.00 0.6848 2.05 2.74
30/03/2010
Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
Estiércol fresco 4.00 0.0856 0.34 0.43
31/03/2010
Estiércol fresco 3.00 0.5136 1.54 2.05
Bazofia 3.00 0.1712 0.51 0.68
05/04/2010
Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
Bazofia 3.00 0.1712 0.51 0.68
06/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.1198 0.36 0.48
07/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.5136 1.54 2.05
08/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
09/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
12/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
13/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
14/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
15/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
16/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
21/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.1712 0.51 0.68
22/04/2010 Estiércol fresco 3.00 0.5136 1.54 2.05
23/04/2010
Estiércol fresco 3.00 0.3424 1.03 1.37
Estiércol seco 4.00 0.1712 0.68 0.86
TOTAL 8.51 25.95 34.46
Fuente: Unidad de Postcosecha y Agroindustria - El Porvenir - INIA - 2010.
El volumen de acumulación diaria en la caja de alimentación fue de 1.06 m de ancho
por 1.5 m de altura por 1.7 de largo, haciendo un total de 2.7 m3 alimentación/día
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aproximadamente en 19 días de alimentación, dependiendo de la disponibilidad del
personal y de las condiciones climáticas de la zona.
En el Cuadro No 03 podemos observar que el porcentaje de estiércol fresco es de 91%
(7.7382 m3), seco es 5% (0.4280 m3) y bazofia es 4% (0.3424 m3); el total de
porcentaje de materia orgánica efluente en el Biodigestor es de 8.5086 m3 lo cual
representa el 100%.
El porcentaje de agua efluente al Biodigestor fue de 75% (25.9536 m3) y de materia
orgánica del 25 % (8.5086 m3), haciendo un total del 100% (34.4626 m3).
Grafico N° 01. Porcentaje de alimentación al biodigestor
Fuente: Unidad de Pos cosecha y Agroindustrias – El Porvenir – INIA – 2010.
6.3. Primeros Análisis.
Se realizó el análisis del estiércol para la determinación de la capacidad de dilución en
agua. Para ello se tomo un volumen de estiércol el cual fue agregado en un vaso
precipitado con agua hasta que el estiércol no se diluya. El resultado final fue 3
Unidades en peso de estiércol/ vol. agua. La calidad del estiércol se determina en
función a la cantidad de metano obtenido y en la calidad de biol después de su
estabilización. Del mismo modo, se realizaron los análisis de humedad, sólidos totales
y la relación carbono nitrógeno a fin de obtener datos que nos permita determinar la
calidad de la materia prima.
91%
5%
4%
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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Cuadro No 05. Análisis físico químico del estiércol de ganado bovino.
Fuente: Unidad de Postcosecha y Agroindustria - El Porvenir - INIA - 2010.
Trascurrido los 20 días después de la alimentación al Biodigestor, se observo la
generación de gas metano esto con el hinchamiento de la geomembrana superior de
EPDM a una altura de flecha de 75 cm, superando los niveles establecidos en el diseño
con una altura de fecha de 60 cm. (S. Hilares). Estos resultados nos indican que se han
aplicado correctamente todos los criterios relacionado al funcionamiento del
biodigestor, logrando cubrir las expectativas de los profesionales de la Empresa
CIDELSA.
7. PROBLEMÁTICAS Y PROPUESTA DE SOLUCIÓN
7.1. Problemática
Las condiciones climáticas adversas fueron uno de los factores negativos para el
retraso de la construcción y funcionamiento del biodigestor; asimismo, hubo fuga del
gas metano, producto del mal sellado en los empalmes de las platinas con la
geomembrana de EPDM y la manta de PVC, de igual manera por la desnatadora
irrumpiendo la acumulación del gas.
Por falta de presupuesto no se construyó el cerco perimétrico del biodigestor para
prevenir el daño por ingreso de animales. La ubicación cercana del Biodigestor a los
comederos del establo lechero facilitó el ingreso de un vacuno al Biodigestor que
rompió la membrana del mismo provocando la ruptura aproximadamente 5 metros de
longitud ocasionando daños irreparables.
Número Muestra ST% %H Relación C/N
1 2
4.27 4.32
95.73 95.68
12.3 12.1
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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Observando los avances preliminares de la puesta en marcha del biodigestor es
necesario realizar algunas modificaciones al diseño inicial.
Con la visita de los especialistas de CIDELSA y SNV se recogieron recomendaciones muy
valiosas para la rehabilitación y posterior funcionamiento del Biodigestor que servirá
como módulo demostrativo para los productores de la región.
Debido a los escasos recursos económicos que se asignan al INIA – Estación
Experimental Agraria “El Porvenir” es imposible dar solución al funcionamiento
inmediato del biodigestor por lo que a fin de darle operatividad para el cumplimiento
de los objetivos del proyecto se ha visto por conveniente realizar las alianzas
estratégicas con las instituciones CIDELSA y SNV quienes brindarán el apoyo financiero
y disponer de un modelo de biodigestor para los agricultores interesados en la
generación de energía renovable.
7.2. Propuesta de solución
Con la visita a las instalaciones del biodigestor de los profesionales de la empresa
CIDELSA, Ing. Sonia Hilares, especialista en diseño de Biodigestor y del Econ. Edmundo
Rodríguez ha sido posible conocer la problemática actual del biodigestor del INIA –
Estación Experimental Agraria “El Porvenir” y a la vez se han obtenido observaciones,
sugerencias y recomendaciones para un buen funcionamiento:
1. Es indispensable construir un cerco perimétrico el cual debe contar con columnas
de concreto y estar revestido con malla olímpica hexagonal; con esto se
garantizará mantener la seguridad de los equipos como también de los
productos obtenidos en el biodigestor.
2. Es importante contar con una zanja de coronación la cual cumplirá la función de
drenaje para agua de lluvia con el fin de proteger el biodigestor de posibles
inundaciones debido a fuertes precipitaciones en la zona, para ello se tendrá que
calcular área 1 (correspondiente al techada de los comederos) y área 2
(correspondiente al área libre).
Proyecto “Producción de Energía Renovable (biogás) a partir del estiércol del ganado bovino en la Estación Experimental Agraria El Porvenir - INIA”
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3. Con la ruptura del EPDM provocada por una vaca, deberá cambiarse toda la
geomembrana superior; para ello se tendrá una nueva propuesta de cúpula de
geomembrana en material PVC que es una alternativa al EPDM, esto con el
objeto de darle como máximo 2 metros de longitud de flecha; al hacer estas
modificaciones ya no se tendrá que adquirir un gasómetro.
4. Se ha visto la necesidad de construir una caja o poza de retención de dilución con
condiciones anaeróbicas. Esta caja tiene la finalidad de dar hidrólisis a la biomasa
por espacio de 4 días y trabajara en forma paralela con la caja de dilución. El
proceso de producción de biogás tiene varias etapas y las dos primeras son la
hidrólisis y la acidogénesis. Esta caja tiene el propósito de mejorar la eficiencia de
la producción de biogás para obtener por cada metro cubico de biomasa un
metro cúbico de gas metano,
5. Después de hacer el análisis de dilución correspondiente al estiércol vacuno, el
alto porcentaje de arena que se arrastra en la limpieza de los comederos nos
obliga a diseñar y construir un sedimentador (desarenador y rejilla), esto es
necesario para la retención de arena y otros materiales inorgánicos antes de
entrar a la poza de retención.
6. Se sugirió la construcción de un techo para la protección del reservorio del biol
para evitar las altas precipitaciones.
Cabe indicar que el cambio de la Geomembrana EPDM por una de PVC no producirá
perdidas ya que todas las partes que van a ser sacadas serán reutilizadas en las
diferentes partes del sistema como por ejemplo empaquetaduras, en el cobertor de la
zanja de coronación, tapa de poza, para la cúpula de la poza en la fase hidrolítica
anaeróbica.
Asimismo, se ha visto conveniente contar con un generador eléctrico convertidor de
biogás a energía eléctrica, para ello nuestra institución y la empresa CIDELSA están en
proceso de concretar la firma de un convenio inter-institucional para la investigación y
promoción de la tecnología del biogás.
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Una de las sugerencias de la SNV es que el cerco perimétrico ser de bajo costo
utilizándose insumos locales (maderas de la región) a fin de que se constituya como un
módulo demostrativo para la adopción de esta tecnología por los agricultores,
principalmente del sector rural.
8. CONCLUSIONES
8.1. Un biodigestor es una inversión de mediano costo para las familias rurales;
muchos materiales los puede obtener de su finca y gran parte de la mano de
obra la aporta la familia y el técnico debe ofrecer sólo asesoría.
8.2. Es una inversión para muchos años; los materiales utilizados en la construcción
del biodigestor, garantizan que será una actividad que dura aproximadamente 12
años.
8.3. Se incorpora a las actividades cotidianas de los pequeños ganaderos,
aprovechando los residuos orgánicos que los animales producen diariamente,
convirtiéndolo en un ingreso económico con la producción de un combustible
renovable, el biogás y biofertilizante. También puede utilizarse residuos de
cosecha como por ejemplo rastrojos y torta de extracción de piñón blanco
aumentando más el ingreso económico por la producción de combustible
renovable.
8.4. Es importante buscar mecanismos que consoliden estas iniciativas y las hagan
extensivas a la totalidad de ganaderos, sólo así se puede afirmar que existen
voluntades políticas en incorporar el sistema de generación de energía para el
bienestar colectivo, tan imprescindible en localidades alejadas. Por lo tanto, sólo
si todos los componentes de la sociedad y sus actores incorporan de manera
consciente y con voluntad política las de conservación del medio ambiente, se
podrá afirmar que se está configurando un nuevo modelo de sociedad donde las
etiquetas de “calidad” sea cada día mejor.
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8.5. Se contribuirá en mitigar el calentamiento global producido por la crianza del
ganado vacuno.
9. TRABAJOS A REALIZAR
Para el correcto funcionamiento de todo el sistema en conjunto y teniendo en cuenta
las recomendaciones de profesionales expertos en instalación y mantenimiento de
biodigestores es necesario realizar los siguientes trabajos:
9.1. Zanja de coronación del establo (SNV)
Esta infraestructura permitirá derivar las aguas de lluvia procedente del tejado del
establo y del área de ordeño hacia el canal de drenaje principal, evitando daños
directos hacia el biodigestor y la laguna de biol. Se utilizara un sistema de canaletas
que recojan el agua de las lluvias y lo trasladen hacia el canal principal. Contará con 60
m lineales de canaletas que estarán ancladas al techo del establo y del área de ordeño,
ambas trasladaran el agua de lluvia por pendiente hacia una tubería de 4“ la cual
llevara el agua hacia el canal de drenaje adicional.
9.2. Zanja de coronación del biodigestor (SNV)
La zanja de coronación del biodigestor será instalada alrededor del biodigestor y de la
laguna del biol, evitara daños directos al concreto que se utiliza como anclaje del
biodigestor e impedirá que el biol se mezcle con agua de lluvia. La infraestructura será
de concreto en forma de “U” la cual recubrirá la parte del biodigestor y laguna de biol
que están expuesta a la caída de agua, posteriormente esta estructura será rellenada
con piedra chancada. Para evitar que la piedra chancada o tierra caigan hacia la laguna
de biol se utilizaran sacos de polietileno rellenados con tierra.
9.3. Canal de drenaje adicional (INIA)
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El canal de drenaje adicional es la infraestructura que se construirá a continuación del
canal de drenaje principal y que derivara el agua de limpieza del establo hacia la parte
trasera del sistema de biodigestion. Para esto se utilizara fierros de ½” que irán
recubiertos por cemento y material agregado (arena), en total se calculó 60 metros
lineales de obra.
9.4. Canal de drenaje principal (INIA)
Consiste en las mejoras del canal de drenaje principal con la finalidad de que se realice
una buena limpieza del establo. Este canal de drenaje principal será de forma ovalada
de tal manera que este recubra la tubería de alimentación de agua hacia la caja de
dilución. Para esto se utilizara fierros de ½” y ¼” que irán recubiertos por cemento
mezclado con material agregado (ripio), en total se calculó 240 metros lineales de
obra.
9.5. Revestimiento del piso - área de ganadería (INIA)
Se realizara la reconstrucción del piso del área de ganadería con la finalidad de que el
estiércol a recoger tenga la menor cantidad material no orgánico (arcillas, arenas).
Para ello se realizara el vaciado de cemento para un total de 21 metros lineales.
9.6. Biodigestor (SNV)
Se realizara la adquisición de la cúpula del biodigestor, esto será de Geomembrana de
PVC 1.2 mm.
9.7. Generador (SNV)
Se realizara la adquisición de un generador a biogás de 3,6 kW de potencia nominal.
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9.8. Cerco perimétrico del biodigestor (INIA)
Se realizará la construcción del cerco perímetro del biodigestor y de la laguna de biol,
para proteger de animales que puedan hacer daño la infraestructura a implementar.
Este cerco perimétrico se construirá con postes de quinilla que estarán revestidas con alambre
de púas; con esto se garantizará mantener la seguridad de los equipos como también de los
productos obtenidos en el biodigestor.
9.9. Techado de laguna de biol (SNV)
El techado de la laguna de biol se realizar con la finalidad de proteger al biol y que este
se mezcle con aguas provenientes de las lluvias. Para este techado se utilizaran
horcones de 4”x4”x12’ que irán anclados al suelo y estarán soportando las vigas
durmientes de 2”x5”X14’. El techo será de calamina de 0,80m x 3,60m.
9.10. Sistema adicional
- Revestimiento de tanque de almacenamiento de agua
Se realizara el impermeabilizado y mejoras del tanque de almacenamiento de
agua del cual se utilizara el agua para la dilución con el estiércol. Este
impermeabilizado se realizara utilizando sika mezclado con cemento, así mismo
se realizara la señalización y marcado del nivel de volumen del tan que de agua.
- Revestimiento y techado de caja de dilución
Se realizara el impermeabilizado y pulido de la caja de dilución utilizando sika
mezclado con cemento, también se realizara la instalación de un sistema para
cerrar la caja de dilución y realizar la homogenización de la carga, para esto se
realizara mediante una compuerta que estará anclada a la caja de dilución
mediante ángulos de fierro. La caja de dilución contara con un techado de
calamina que estar soportado por listones de 2”x3”x8’ y 3”x3”x10’. Se
adicionara una rejilla de 6” en la caja utilizada como rompe presiones que se
encuentra entre la caja de dilución y el biodigestor, esta rejilla servirá para
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filtrar algunos gruesos tales como pajas que pudieran pasar por la caja de
dilución. Esta caja “rompe presiones” deberá contar con una tapa para
protegerla de las lluvias.
- Sistema de eliminación de lodos
Este sistema será construido para realizar el mantenimiento y limpieza de lodos
que se acumulen en el biodigestor. Se realizara la conexión de una tubería de
en la parte inferior del biodigestor, la cual constara con un control de válvulas
de 6 pulgadas que ira en pendiente hacia la parte externa del sistema de
biodigestion teniendo una distancia de 40 metros lineales. Para esto se utilizara
una llave dado de 6 pulgadas la que será manipulada a nivel de la superficie.
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10. ANEXOS
Anexo N° 01. Cálculos para la generación de biogás
Anexo N° 02. Propuesta de utilización de energía
Anexo N° 03. Esquema de mejoras a realizar
Anexo N° 04. Presupuesto detallado
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Anexo N° 01. Cálculos para generación de biogás
Análisis se estiércol vacuno
Solidos Totales en estiércol fresco % 13,80% Análisis realizado en el ICT
Solidos Volátiles en estiércol % 83,54% Análisis realizado en el ICT
Factor de Producción m3 CH4/kg SV 0,27
Jaime Marti
producción de biogás L/kg estiércol 31,13 Cálculo
Dimensiones Unidad Actual
Biodigestor Biol
Ancho superior m 5,00 5,00
Largo superior m 10,00 6,00
Ancho base m 1,88 2,66
Largo base m 6,88 3,66
Altura m 2,00 1,50
Volumen liquido m3 58,91 28,41
Talud Grados 52,05 52,05
Descripción Unidad Cálculo
Volumen Liquido del Biodigestor (VL)
m3 58,91 58,91 58,91 58,91
Tiempo de retención (TR) días 30,00 30,00 30,00 30,00
Relación de carga Sólido:Líquido S/L 3,00 4,00 5,00 6,00
Carga diaria total (CDT) kg/día 1,96 1,96 1,96 1,96
Volumen de agua (VAD) m3/día 1,47 1,57 1,64 1,68
Carga diaria de estiércol (CDE) TM/día 0,49 0,39 0,33 0,28
kg/día 490,92 392,73 327,28 280,52
Producción de biogás L/kg 31,13 31,13 31,13 31,13
Generación de biogás L/día 15280,78 12224,62 10187,19 8731,87
m3/día 15,28 12,22 10,19 8,73
Tasa de consumo generador m3/kW-h 0,56 0,56 0,56 0,56
Biogás producido (60%) m3 15,28 12,22 10,19 8,73
Potencia del generador kW 3,60 3,60 3,60 3,60
Tiempo de generación horas 7,64 6,11 5,09 4,37
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Anexo N° 02. Propuesta para la utilización de energía
Propuesta de utilización de equipos que funcionan con generador eléctrico
Descripción Cantidad Potencia unitaria
Tiempo de funcionamiento ideal
Tiempo de funcionamiento real
N° W horas horas
Focos ahorradores 61 20 4 4,00
Fluorescentes 0 40 0 0,00
Ordeñadora mecánica 1 2237 6 6,00
Picadora de pastos 0 5660 0 0,00
Tanque de frío 1 500 6 1,50
Congeladora 1 400 7 1,75
Refrigeradora 1 300 4 1,00
Propuesta de utilización de equipos que tienen consumo directo de biogás
Descripción Cantidad
Tiempo de funcionamiento ideal
Consumo unitario de biogás
Consumo total
N° horas L/hora m3
Cocina (dos quemadores)
1 3,00 550,00 1,65
Total 1,65
Tiempo de funcionamiento de una maquina de refrigeración
15 min/hora
1 Horse Power (hp) = 745,7 Watts
Tiempo de generación de energía eléctrica
Descripción Unidades Cálculo
Volumen Liquido del Biodigestor (VL) m3 58,91
Tiempo de retención (TR) días 30,00
Relación de carga Sólido:Líquido S/L 3,00
Carga diaria total (CDT) kg/día 1,96
Volumen de agua (VAD) m3/día 1,47
Carga diaria de estiércol (CDE) kg/día 490,92
Producción de biogás L/kg 31,13
Generación de biogás m3/día 15,28
Consumo directo de biogás m3/día 1,65
Biogás disponible m3/día 13,63
Tiempo de generación horas 6,82
Tasa de consumo generador m3/kW-h 0,56
Potencia del generador kW 3,60
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Hora
Consumo diario (h)
Focos ahorradores
Fluorescentes Ordeñadora mecánica
Picadora de pastos
Tanque de frío
Congeladora Refrigeradora
00:00 0 0 0 0 0 0 0
01:00 0 0 0 0 0 0 0
02:00 0 0 0 0 0 0 0
03:00 0 0 0 0 0 0 0
04:00 1 0 1 0 1 1 1
05:00 1 0 1 0 1 1 1
06:00 1 0 1 0 1 1 1
07:00 0 0 0 0 0 0 0
08:00 0 0 0 0 0 0 0
09:00 0 0 0 0 0 0 0
10:00 0 0 0 0 0 0 0
11:00 0 0 0 0 0 0 0
12:00 0 0 1 0 1 1 0
13:00 0 0 1 0 1 1 0
14:00 0 0 1 0 1 1 0
15:00 0 0 0 0 0 0 0
16:00 0 0 0 0 0 0 0
17:00 0 0 0 0 0 0 0
18:00 1 0 0 0 0 1 1
19:00 0 0 0 0 0 0 0
20:00 0 0 0 0 0 0 0
21:00 0 0 0 0 0 0 0
22:00 0 0 0 0 0 0 0
23:00 0 0 0 0 0 0 0
Total 4 0 6 0 6 7 4
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Hora
Consumo diario (W)
Focos ahorradores
Fluorescentes Ordeñadora mecánica
Picadora de
pastos
Tanque de frío
Congeladora Refrigeradora Total
00:00 0 0 0 0 0 0 0 0
01:00 0 0 0 0 0 0 0 0
02:00 0 0 0 0 0 0 0 0
03:00 0 0 0 0 0 0 0 0
04:00 1220 0 2237 0 500 400 300 4657
05:00 1220 0 2237 0 500 400 300 4657
06:00 1220 0 2237 0 500 400 300 4657
07:00 0 0 0 0 0 0 0 0
08:00 0 0 0 0 0 0 0 0
09:00 0 0 0 0 0 0 0 0
10:00 0 0 0 0 0 0 0 0
11:00 0 0 0 0 0 0 0 0
12:00 0 0 2237 0 500 400 0 3137
13:00 0 0 2237 0 500 400 0 3137
14:00 0 0 2237 0 500 400 0 3137
15:00 0 0 0 0 0 0 0 0
16:00 0 0 0 0 0 0 0 0
17:00 0 0 0 0 0 0 0 0
18:00 1220 0 0 0 0 400 300 1920
19:00 0 0 0 0 0 0 0 0
20:00 0 0 0 0 0 0 0 0
21:00 0 0 0 0 0 0 0 0
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Anexo N° 03. Esquema de mejoras a realizar