evaluaciÓn de la producciÓn de biogÁs a partir de
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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL
EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE
ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA MATILDE - SALITRE TRABAJO EXPERIMENTAL
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERA AMBIENTAL
AUTORA
JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA
TUTOR
ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2020
PORTADA
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, ING. ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, docente de la Universidad Agraria
del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación:
“EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE ESTIÉRCOL
BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA MATILDE -
SALITRE”, realizado por el estudiante JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA;
con cédula de identidad N°0951217520 de la carrera INGENIERIA AMBIENTAL,
Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y
cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador;
por lo tanto, se aprueba la presentación del mismo.
Atentamente,
____________________________________
ING. ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, MSc.
TUTOR
Guayaquil, 13 de Octubre del 2020
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN
Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como
miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de
titulación: “EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE
ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA
MATILDE - SALITRE”, realizado por el estudiante JIMENEZ RONQUILLO KAREN
SHAKIRA, el mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad
Agraria del Ecuador.
Atentamente,
MUÑÓZ NARANJO DIEGO, M.Sc. PRESIDENTE
ORTEGA VELEZ ALEX, M.Sc. CRESPO LEON KARLA, M.Sc. EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL
ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, M.Sc. EXAMINADOR SUPLENTE
Guayaquil, 13 de Octubre del 2020
4
Dedicatoria
Dedico este trabajo de titulación principalmente a
Dios por haberme dado la dicha de la vida y
permitirme haber llegado hasta este momento tan
feliz como lo es llegar a ser ingeniera ambiental.
A mis padres Freddy Jiménez y Cecilia Ronquillo
por todo el amor, el apoyo incondicional, por sus
grandes consejos, sacrificio y esfuerzo constante que
día a día me dieron fortaleza para lograr obtener mi
título profesional.
A mis hermanos, sobrinos, familiares y amigos que
siempre confiaron y motivaron a lo largo de mi
preparación profesional.
Y a todas las personas que con su apoyo moral
estuvieron atentos de mi vida universitaria, les dedico
este triunfo.
5
Agradecimiento
A Dios por estar siempre presente en mi vida y
guiarme en cada paso que daba en mi preparación
profesional como en mi vida personal. Este logro va
para ustedes, A mi mamá Cecilia quien más que una
buena madre ha sido mi mejor amiga, me ha
enseñado a ser paciente en cada paso que doy en mi
vida y ser perseverante en las metas que me
proponga y sobre todo ha sabido corregir de mis
errores. A mi papá Freddy por ser uno de los pilares
fundamentales en mi vida, que me ha enseñado que
los logros en las vidas se consiguen luchando y
aunque por su trabajo es y será mi inspiración para
seguir preparándome cada día más, por sus consejos
y siempre ayudarme en lo que necesite. A mis
hermanos Freddy y Abigail por compartir momentos
significativos conmigo y por siempre estar dispuestos
a escucharme y ayudarme en cualquier momento. A
mis sobrinos Kristell , Hanniel y Thiago por siempre
brindarme su amor y sacarme una sonrisa cuando
más lo necesitaba, los amo infinita mente. A mi primo
Manuel que más un primo ha sido como un hermano
para mí Por aconsejarme, brindarme su apoyo
incondicional y demostrarme la gran fe que tiene en
mí. A mis amigos Domenica, Gabriela, Samuel, Andy
y Boris que a lo largo de nuestra preparación
académica fomentamos una gran amistad entre risas,
bromas, enojos, tristezas y felicidad hemos
culminado nuestro reto tan anhelado. Al Ingeniero
Diego Arcos Jácome que más que nuestro guía es
nuestro gran amigo por toda la colaboración brindada
desde el primer día de clases hasta la culminación de
este proyecto. Finalmente agradezco a la Universidad
6
Agraria del Ecuador por la oportunidad que me brindo
para formarme como profesional. Y a cada uno de los
docentes que día a día nos brindaban de sus
conocimientos.
7
Autorización de Autoría Intelectual
Yo JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA, en calidad de autora del proyecto
realizado, sobre “EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR
DE ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR
LA MATILDE - SALITRE”, para optar el título de INGENIERA AMBIENTAL, por la
presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de
todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra,
con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor(a) me correspondan, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Guayaquil, 13 de Octubre del 2020
JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA
C.I. 0951217520
8
Índice general
PORTADA ................................................................................................................... 1
APROBACIÓN DEL TUTOR ...................................................................................... 2
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN .......................................... 3
Dedicatoria ................................................................................................................. 4
Agradecimiento ......................................................................................................... 5
Autorización de Autoría Intelectual ........................................................................ 7
Índice general............................................................................................................. 8
Índice de tablas ........................................................................................................ 13
Índice de figuras ...................................................................................................... 15
Resumen ................................................................................................................... 17
Abstract ..................................................................................................................... 18
1. Introducción ......................................................................................................... 19
1.1 Antecedentes del problema............................................................................. 20
1.2 Planteamiento y formulación del problema .................................................. 21
1.2.1 Planteamiento del problema .................................................................... 21
1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 22
1.3 Justificación de la investigación .................................................................... 22
1.4 Delimitación de la investigación..................................................................... 23
1.5 Objetivo general ................................................................................................ 23
1.6 Objetivos específicos ....................................................................................... 23
2. Marco teórico ....................................................................................................... 25
2.1 Estado del arte ................................................................................................... 25
2.2 Bases teóricas ................................................................................................... 27
2.2.1 Estiércol........................................................................................................... 27
9
2.2.1.1 Contaminación por el estiércol. ........................................................... 27
2.2.1.2 Almacenamiento a corto plazo............................................................. 28
2.2.1.3 Lugar de almacenamiento de residuos. ............................................. 29
2.2.1.4 Otros factores de gestión. .................................................................... 29
2.2.1.5 Ventajas y desventajas del estiércol. .................................................. 30
2.2.1.5.1 Ventajas del estiércol. ........................................................................ 30
2.2.1.2.2 Desventajas del estiércol. .................................................................. 30
2.2.1.3 Acción del estiércol en el suelo. .......................................................... 31
2.2.1.4 Composición del estiércol. ................................................................... 32
2.2.1.5 Manejo del estiércol. .............................................................................. 32
2.2.2 Biogás. ............................................................................................................. 33
2.2.2.1 Composición del biogás. ...................................................................... 33
2.2.2.2 Digestión anaerobia. .............................................................................. 34
2.2.2.3 Hidrólisis. ................................................................................................. 34
2.2.2.4 Fermentación - acidogénesis ............................................................... 35
2.2.2.5 Metanogénesis ........................................................................................ 35
2.2.3 Producción nacional del arroz. .................................................................... 36
2.2.3.2 Cascara de Arroz como energía alternativa....................................... 37
2.2.3.3 Capacidad de calor y calor específico. ............................................... 37
2.2.3.3 Ventajas del uso de la cascarilla de arroz como combustible. ...... 38
2.2.3.3.1 Ventajas. ............................................................................................... 38
2.3 Marco legal ......................................................................................................... 38
2.3.1 Constitución del Ecuador ............................................................................. 38
2.3.2. Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021 ..................................................... 40
2.3.3. Economía al servicio de la Sociedad: ....................................................... 41
10
3. Materiales y métodos ......................................................................................... 42
3.1 Enfoque de la investigación ............................................................................ 42
3.1.1 Tipo de investigación................................................................................ 42
3.1.2 Diseño de investigación ........................................................................... 42
3.2.1 Variables ..................................................................................................... 42
3.2.1.1. Variable independiente ......................................................................... 42
3.2.1.2. Variable dependiente ............................................................................ 43
3.2.2 Tratamientos .............................................................................................. 43
3.2.3 Diseño experimental ................................................................................. 43
3.2.4 Recolección de datos ............................................................................... 44
3.2.4.1. Recursos ................................................................................................. 44
3.2.4.1.1 Recursos bibliográficos. ................................................................ 44
3.2.4.1.2 Materiales. ........................................................................................ 44
3.2.4.1.3 Equipos. ............................................................................................ 45
3.2.4.1.4 Recursos orgánicos........................................................................ 45
3.2.4.2. Métodos y técnicas ............................................................................... 45
3.2.4.2.1 Recolección de materiales orgánicos para la producción de
biogás. 46
3.2.4.2.2 Preparación de los tratamientos. ................................................. 46
3.2.4.2.3 Datos a evaluar. ............................................................................... 47
3.2.5 Análisis estadístico. .................................................................................. 48
4. Resultados ........................................................................................................... 49
4.1 Determinación de línea base de los residuos agrícolas y ganadero
generados en el recinto “La Matilde” mediante encuestas. ............................ 49
11
4.2 Implementación de cuatro tratamientos utilizando diferentes
cantidades de estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la
producción de biogás mediante la utilización del Biodigestor. ...................... 65
4.2.1 Análisis del volumen de biogás. ............................................................. 66
4.2.1.1 Análisis estadístico del Biogás. ....................................................... 66
4.2.2 Análisis del pH. .......................................................................................... 67
4.2.2.1 Análisis estadístico del pH................................................................ 68
4.2.3 Análisis de la presión. .............................................................................. 68
4.2.3.1 Análisis estadístico de la presión a los 20 días. ........................... 69
4.2.3.2 Análisis estadístico de la presión a los 40 días. ........................... 70
4.2.3.3 Análisis estadístico de la presión a los 20 días. ........................... 71
4.3 Propuesta de una guía de producción de biogás como fuente
energética para la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto
“La Matilde” mediante revisión de resultados experimentales. ...................... 72
4.3.1 Digestión anaeróbica de desechos animales en biodigestores. ....... 72
4.3.2 Técnicas para identificar microorganismos involucrados en el
proceso de digestión anaeróbica. ........................................................................ 74
4.3.3 Tipos de biodigestores para el tratamiento del estiércol animal. ..... 75
4.3.4 Factores que influyen en la digestión anaeróbica del estiércol animal
77
4.3.4.1 Temperatura. ....................................................................................... 77
4.3.4.2 pH y alcalinidad................................................................................... 78
4.3.4.3 Concentración de amoniaco. ............................................................ 79
4.3.4.4 Tiempo de retención hidráulica y tasa de carga orgánica. .......... 80
4.3.5 Características del sustrato y metales pesados. ................................. 81
12
4.3.5.1 Mezcla. .................................................................................................. 82
4.3.6 Factores de digestión. .............................................................................. 82
4.3.6 Digestores domésticos. ............................................................................ 84
4.3.7 Parámetros en el funcionamiento de los digestores. .......................... 84
4.3.7.1 Materiales para la construcción. ...................................................... 84
4.3.7.2 Efecto de la temperatura. .................................................................. 85
4.3.7.3 Tasa de carga y rendimiento del biogás producido. .................... 86
4.3.8 Almacenamiento de biogás y mantenimiento de digestores. ............ 87
4.3.9 Aplicaciones del biogás en digestores domésticos. ........................... 87
4.3.9.1 Cocinar y calentar............................................................................... 87
4.3.9.2 Estufas de biogás. .............................................................................. 88
4.3.9.3 Fertilizante. .......................................................................................... 88
4.3.9.4 Iluminación y generación de energía. ............................................. 89
4.3.9.5 Otras aplicaciones. ............................................................................. 90
5. Discusión .............................................................................................................. 91
6. Conclusiones ....................................................................................................... 93
7. Recomendaciones .............................................................................................. 94
8. Bibliografía ........................................................................................................... 95
9. Anexos ................................................................................................................ 101
13
Índice de tablas
Tabla 1. Tratamientos para la eficiencia de la producción de Biogás ............... 43
Tabla 2. Tratamientos comparados con ANOVA ................................................ 44
Tabla 3. Componentes orgánicos utilizados ....................................................... 46
Tabla 4. Edades de los encuestados................................................................... 49
Tabla 5. Género de los encuestados ................................................................... 50
Tabla 6. ¿Cuantas personas viven en este domicilio? ....................................... 51
Tabla 7. ¿Con cuanto ganado cuenta? ............................................................... 52
Tabla 8. ¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero?
.................................................................................................................................... 53
Tabla 9. ¿Conoce las consecuencias de este efecto? ....................................... 54
Tabla 10. ¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto?
.................................................................................................................................... 55
Tabla 11. ¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico? 56
Tabla 12. ¿Realiza la separación entre este tipo de desechos? ....................... 57
Tabla 13. ¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos? ....... 58
Tabla 14. ¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los
desechos? .................................................................................................................. 59
Tabla 15. ¿Sabe que son las energías renovables? .......................................... 60
Tabla 16. ¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?. 61
Tabla 17. ¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable? ............. 62
Tabla 18. ¿Ha considerado instalar un sistema de energía renovable? ........... 63
Tabla 19. ¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los
desechos que genera el estiércol bovino y las cascarillas de arroz? .................... 64
Tabla 20. Análisis de la Varianza (SC tipo III) para Biogás................................ 67
14
Tabla 21. Test: Tukey Alfa=0,05 del Biogás ....................................................... 67
Tabla 22. Cuadro de Análisis de la Varianza del pH .......................................... 68
Tabla 23. Test: Tukey Alfa=0,05 de pH ............................................................... 68
Tabla 24. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (20 días).................... 69
Tabla 25. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (20 días)........................................ 69
Tabla 26. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (40 días).................... 70
Tabla 27. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (40 días)........................................ 70
Tabla 28. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (60 días).................... 71
Tabla 29. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (60 días)........................................ 72
Tabla 30. Gases y su simbología ......................................................................... 74
Tabla 31. Concentración de sustancias del proceso Anaerobia ...................... 104
15
Índice de figuras
Figura 1. Edades de los Encuestados ................................................................. 50
Figura 2. Edades de los Encuestados ................................................................. 51
Figura 3. Edades de los Encuestados ................................................................. 52
Figura 4. Con cuanto ganado cuenta .................................................................. 53
Figura 5. Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero
.................................................................................................................................... 54
Figura 6. Conoce las consecuencias de este efecto .......................................... 55
Figura 7. Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto . 56
Figura 8. Edades de los Encuestados ................................................................. 57
Figura 9. Realiza la separación entre este tipo de desechos ............................ 58
Figura 10. Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos .......... 59
Figura 11. Edades de los Encuestados ............................................................... 60
Figura 12. Sabe que son las energías renovables ............................................. 61
Figura 13. Fuentes de energía renovable que conoce ....................................... 62
Figura 14. En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable ................ 63
Figura 15. Edades de los Encuestados ............................................................... 64
Figura 16. Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los
desechos que genera el estiércol vacuno y las cascarillas de arroz. .................... 65
Figura 17. Volumen de biogás alcanzado en los diferentes tratamientos ......... 66
Figura 18. pH obtenido en los diferentes tratamientos ....................................... 67
Figura 19. Presión obtenida con los tratamientos a los 20 días ........................ 69
Figura 20. Presión obtenida en cada tratamiento a los 40 días......................... 70
Figura 21. Presión alcanzada a los 60 días de aplicación de los tratamientos 71
16
Figura 22. Encuesta realizada a los habitantes del sector La Matilde, cantón
Salitre ....................................................................................................................... 101
Figura 23. Imagen satelital del Recinto La Matilde ........................................... 102
Figura 24. Mapa de ubicación del recinto "La Matilde" .................................... 103
Figura 25. Colecta de cascarillas de arroz en la piladora Voluntad de Dios ... 104
Figura 26. Piladora Voluntad de Dios ................................................................ 105
Figura 27. Realización de las encuestas ........................................................... 105
Figura 28. Evaluación de la producción de biogás con la supervisión del tutor
.................................................................................................................................. 106
Figura 29. Toma de datos mediante encuestas a habitantes del recinto "La
Matilde" .................................................................................................................... 106
Figura 30. Recolección de cascarillas de arroz ................................................ 107
Figura 31. Realización de encuestas ................................................................. 107
Figura 32. Hacienda "La Matilde"....................................................................... 108
Figura 33. Producción de biogás mediante el uso de diferentes tratamientos 108
17
Resumen
La ganadería es una de las actividades más contaminantes a nivel global, debido
a las emisiones de gases de efecto invernadero principalmente metano,
compactación de suelos, deforestación, entre otros impactos. Por consiguiente, el
objetivo principal de este trabajo de investigación fue evaluar la producción de
biogás a partir de la mezcla del estiércol bovino y cascarillas de arroz (Oryza sativa)
en el recinto la Matilde cantón Salitre. Se establecieron 4 tratamientos conformados
de la siguiente manera: T1 (8lb de estiércol + 12L de agua), T2 (4lb de estiércol +
3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua), T3 (3lb de estiércol + 4lb cascarilla de
arroz + 10L de agua) y por último el T4 (8lb de cascarilla de arroz + 12L de agua).
Se efectuaron 4 repeticiones para cada tratamiento durante un tiempo de 60 días,
controlando el volumen de biogás, el pH y la presión. Los resultados arrojaron que
el tratamiento más eficiente fue el T2 para la producción de biogás, obteniendo
0,00917 (9,17) m3/kg, mientras que el T1 0,00133 (1,33) m3/kg, el T3 0,00212 (2,12)
m3/kg y el T4 0,00165 (1,65) m3/kg. En cuanto al pH y la presión no hubo diferencia
significativa entre los resultados con cada tratamiento, no obstante, en la presión
medida a los 20 días el T2 presentó 4,19 atm superior a los demás tratamientos.
Se concluye que el uso de estiércol bovino + cascarillas de arroz es una alternativa
eficaz para la producción biogás y optar por una fuente de energía limpia.
Palabras clave: biogás, energía limpia, emisiones, estiércol
18
Abstract
Livestock is one of the most polluting activities globally, due to greenhouse gas
emissions, mainly methane, soil compaction, deforestation, among other impacts.
Therefore, the main objective of this research work was to evaluate the biogas
production from the mixture of bovine manure and rice husks (Oryza sativa) in the
La Matilde cantón Salitre site. 4 treatments were established as follows: T1 (8lb of
manure + 12L of water), T2 (4lb of manure + 3lb of rice husk + 10L of water), T3
(3lb of manure + 4lb of rice husk + 10L of water) and finally the T4 (8lb of rice husk
+ 12L of water). 4 repetitions were carried out for each treatment for a period of 60
days, controlling the volume of biogas, the pH and the pressure. The results showed
that the most efficient treatment was T2 for biogas production, obtaining 0,00917
m3/kg, while T1 (0,00133 m3/kg), T3 (0,00212 m3/kg) and T4 (0,00165 m3/kg).
Regarding pH and pressure, there was no significant difference between the results
with each treatment, however, in the pressure measured at 20 days, T2 presented
4.19 atm higher than the other treatments. It is concluded that the use of bovine
manure + rice husks is an effective alternative for biogas production and opting for
a clean energy source.
Keywords: biogas, clean energy, emissions, manure
19
1. Introducción
Las fuentes de energías desarrolladas por el ser humano, que al paso del tiempo
resultaron nocivas, insuficientes, caras, muy peligrosas y las diversas formas de
contaminación han llevado al estudio e investigación de nuevas estrategias de
minimizar el incremento del deterioro del ambiente, basándose únicamente en
mejorar la utilización de los recursos naturales (Pandey, 2019).
Una de muchas alternativas es aprovechar la digestión anaerobia o biodigestor
de los desechos orgánicos a través del biodigestor, que en el sector ganadero se
aprovecha como materia prima el estiércol para la producción de biogás y
biofertilizantes, minimizando la acumulación de materia orgánica depositada en los
suelos.
En la provincia del Guayas del cantón Salitre, la ganadería y la agricultura es
una de las principales actividades del sector rural, las familias dedicadas a esta
forma de vida, tienen problemas con la acumulación del estiércol y los desechos
agroindustriales que generan, afectando directamente al ambiente y generando la
proliferación de vectores que afectan al ganado y a la salud propia de las personas
del sector, este problema radica en no saber darle una disposición final o
tratamiento al estiércol y cascaras de arroz que se generan en grandes cantidades.
Como el consumo global de energía crece cada año, el desarrollo de ciertas
fuentes alternativas se hace cada vez más importante, en especial en lo que se
refiere a la eliminación de residuos y al uso de la energía, con la posibilidad de
reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Entre las energías alternativas
tenemos la generación del Biogás, término que se aplica a la mezcla de gases que
se obtienen a partir de la descomposición en un ambiente anaerobio (sin oxígeno)
de los residuos orgánicos, como el estiércol animal o los productos de desecho de
los vegetales. En el desarrollo de la ganadería intensiva, se producen residuos, los
20
purines, que pueden ser reutilizados para la producción de abonos agrícolas pero
que pueden, también, ocasionar importantes problemas de contaminación si no son
adecuadamente tratados (Santambrosio, 2014).
En este trabajo de investigación se propone la creación de nuevas alternativas
para mejorar los componentes y dosis para producir gas metano a partir del
estiércol bovino y cascaras de arroz, se espera que sea una propuesta válida para
minimizar el problema coyuntural del consumo de energía a través de petróleos, la
depredación del medio ambiente, en sus bosques, y el uso efectivo del estiércol del
ganado
1.1 Antecedentes del problema
La producción animal es una fuente importante de emisión de gas de efecto
invernadero (GEI) en todo el mundo. El ganado constituye a la emisión mundial de
los gases de efecto invernadero (GEI) antropogénico representando entre el 7% y
el 18% de la emisión total, generando dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y
óxido nitroso (N2O) (Meinen, 2020). Del total de las emisiones del sector pecuario
a nivel mundial el ganado bovino productor de carne y el de leche ocupan los
primeros lugares, superando cada uno por más del triple al tercero en la lista
representado por los cerdos (Wall, 2018).
Además de los anteriormente, Según la Agencia Internacional de Energía de
demanda energética se incrementa constantemente esperando que para el 2030
esta aumente hasta un 55% con los cuales las emisiones mundiales de los gases
de efecto invernadero se elevaran rápidamente. El 80% de los GEI, generados por
el sector energético, provienen del consumo mundial de energía basado en
combustibles fósiles (Agency, 2014).
21
La creciente demanda energética, los esfuerzos por mitigar los impactos
ambientales generados por los combustibles convencionales y la intención de
mejorar los niveles de vida han impulsado el desarrollo de energías renovables
(Feng, 2015). En este contexto, la Dase convierte en una alternativa promisoria
para mitigar las emisiones de GEI del estiércol y generar energía renovable.
Los desechos posteriores a la cosecha, como los desechos de los alimentos en
descomposición que se generan en el campo, constituyen una fuente
importantísima de biomasa que puede ser convertida en energía, las excretas que
se generan de los sectores agropecuarios y que solo son utilizadas como abono
podrían ser optimizados para generar una fuente de energía limpia y a la vez
también mejorar la capacidad de fertilización del mismo en los campos con lo cual
se podrían evitar la utilización de productos químicos en la agricultura los cuales
son perjudiciales para la salud del ser humano (Vinueza, 2016).
1.2 Planteamiento y formulación del problema
1.2.1 Planteamiento del problema
El presente trabajo, está orientado a solucionar de manera práctica un problema
real que vive nuestro país como es la contaminación. Mediante el análisis de la
situación medio ambiental y el factor contaminante como lo es la cascarilla de arroz
y teniendo presente que las piladoras son las generadoras del tamo se propone
disminuir los índices contaminantes con relación a esta biomasa, además generar
una cultura analítica y consiente con respecto a la protección medioambiental
dando capacitación y demostrando los beneficios que se puede conseguir de la
biomasa para mejorar la situación actual por medio de la generación de biogás que
permita aprovechar los sub productos que se obtiene a partir de la pirolisis de la
cascarilla del arroz.
22
Como muestra de población he tomado a las piladoras del cantón Salitre de la
parroquia la Matilde y he analizado la problemática que existe, en donde la
contaminación por medio de la cascarilla de arroz es significativa y existe un
desperdicio de esta biomasa.
Esto se realizará por medio de la generación de biogás orientado a solucionar el
factor contaminante e incrementar la economía y así mismo la producción de
energía renovable de la localidad.
1.2.2 Formulación del problema
¿Cuánto será la producción de biogás a partir del estiércol bovino y la cáscara
de arroz?
1.3 Justificación de la investigación
El área de estudio donde se realizará la toma de datos es el recinto la Matilde,
cantón Salitre que se ubica en la provincia del Guayas. La alteración de la
contaminación por parte de estiércol bovino afecta principalmente a la atmosfera y
a la salud humana. Cada vez son más los que lo saben: el sector ganadero genera
más gases de efecto invernadero –el 18%, medido en su equivalente en dióxido de
carbono (CO2) que el sector del transporte.
No sólo eso, además es responsable del 37% de todo el metano producido por
la actividad humana, gas que es 23 más veces más perjudicial que el CO2 y que se
origina en su mayor parte en el sistema digestivo de estos animales: eructando,
una sola vaca puede producir entre 100 y 200 litros de metano cada día. Pero las
cifras se vuelven peores cuando se trata del óxido nitroso, gas 296 veces más
perjudicial que el CO2, que procede directamente del estiércol de cada una de ellos,
cuando cerca del 80% de su dieta normal de hierba termina como desperdicio. Así,
23
el sector ganadero se hace acreedor de nada menos que del 65% de esta
emanación a nivel mundial (Lemonick, 2018).
1.4 Delimitación de la investigación
Para poder desarrollar esta investigación es necesario delimitar los intervalos
de tiempos, lugares y fechas en que se podrá dar a conocer el resultado de esta
investigación, para lo cual procederemos a una delimitación por el contenido,
espacial y temporal que a continuación son descritas.
Espacio: El desarrollo del proyecto de investigación se realizó en el
sector del Recinto “La Matilde” Del Cantón Salitre De La Provincia Del
Guayas.
Tiempo: Este estudio se desarrolló en un periodo de tiempo de tres
meses.
Población: El proyecto de investigación fue dirigido a 800 habitantes del
Recinto “La Matilde” a quienes se procedió a encuestar para obtener un
porcentaje promedio.
1.5 Objetivo general
Evaluar la producción de biogás a partir de la mezcla del estiércol bovino y
cascarillas de arroz (Oryza sativa) en el recinto la Matilde cantón Salitre, provincia
del Guayas.
1.6 Objetivos específicos
Determinar línea base de los residuos agrícolas y ganadero generados en
el recinto “La Matilde” mediante encuestas.
Implementar cuatro tratamientos utilizando diferentes cantidades de
estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás
mediante la utilización del Biodigestor.
24
Proponer una guía de producción de biogás como fuente energética para
la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto “La Matilde”
mediante revisión de resultados experimentales.
1.7 Hipótesis
Con la producción de biogás en el sector la Matilde se puede disminuir la
contaminación que genera el estiércol bovino y el mal uso de las cáscaras de arroz
y se logrará la disminución el uso de gas doméstico por una energía más limpia.
25
2. Marco teórico
2.1 Estado del arte
Teng (2014) descubrió que el digestor mixto de tanque de concreto de flujo
enchufable con grupos electrógenos de electricidad y la venta a la compañía
eléctrica es la opción más rentable y operativamente simple para un biodigestor en
una granja lechera; la información del diseñador del sistema indicó que el digestor
de flujo de tapón podría manejar solo entre un 20% y un 30% de desperdicio de
alimentos adicionales para eliminar el estiércol y aumentar la producción de biogás.
Según la investigación realizada por Schulz (2016) los métodos de producción
de biogás se pueden caracterizar por el número de pasos del proceso, la
temperatura del proceso, el contenido de materia seca y la forma en que se
alimenta el sustrato. Plantas de biogás que se alimentan de subproductos
agrícolas, como abono líquido, residuos de cosecha y energía. Los cultivos a
menudo emplean un proceso de un solo paso en el rango de temperatura mesofílica
(32-42 ° C) con fermentación húmeda y alimentación casi continua. El método
puede variar según los requisitos que el proceso debe cumplir en términos de
velocidad, el grado de digestión y la acción higienizante.
La publicación realizada por Ghose (2018) “Los mayores recursos subutilizados”
las fuentes predominantes de contaminación de esta industria son las emisiones
no organizadas de los estanques de recolección y las instalaciones de
almacenamiento de estiércol, que liberan sustancias nocivas. El tratamiento
anaeróbico de los desechos del ganado en plantas de biogás tiene varios
beneficios, que incluyen: una fuerte reducción de la contaminación ambiental y los
patógenos; la eliminación de olores asociados con la producción ganadera; y la
26
reducción de emisiones nocivas a la atmósfera. El biogás se forma en el proceso
de fermentación anaeróbica, que desinfecta simultáneamente los desechos.
Según Loetscher (2017), demuestra que el biogás generado por digestión
anaerobia típicamente contiene entre 60-70% de metano. Otros componentes
incluyen dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y otras trazas
orgánicas. Para poner el valor energético del animal desperdicio en perspectiva, un
bien aislado, la casa de tres dormitorios toma alrededor de 900,000 BTU por día
para calentar durante el clima frío. Porque el 50 por ciento del biogás regresa para
mantener la temperatura necesaria del digestor, tomaría el estiércol de
aproximadamente 50 vacas para producir suficiente biogás para calentar una casa
promedio.
La investigación realizada por Karim (2015), demuestra que el estiércol debe ser
de bajo contenido de sólidos, inferior a 15% de sólidos en peso. Típicamente,
recogido en un lote seco tiene un mucho más alto contenido de sólidos superior al
15%. Los microorganismos que convierten materiales orgánicos en metano son
muy sensibles, requieren un pH cercano a 7. Además, los organismos funcionan
mejor a alta temperatura, alrededor de 35 ° C (95 ° F). Para cada Disminución de
11 ° C (20 ° F), la producción de gas se reducirá aproximadamente a la mitad o
tomará el doble de tiempo Mientras que la reducción de volumen de no se producen
residuos durante la digestión proceso, 50-60% de reducción de sólidos puede ser
esperado y los nutrientes se conservan, agregando valor al producto final para el
cultivo utilizar. Una ventaja de AD es que casi el 95% se produce la inactivación del
patógeno. En el digestor los orgánicos se eliminan a medida que se convierten al
metano mientras que los nutrientes (nitrógeno y fósforo) se conservan. El producto
27
final es un desecho estabilizado de bajo olor, alto contenido de nutrientes adecuado
para aplicación en tierra.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Estiércol.
El estiércol de animal es una fuente valiosa de nutrientes para cultivos y
pastizales. Sin embargo, la intensificación global de la producción animal concentra
el estiércol en áreas más pequeñas, creando puntos calientes de nutrientes. En
contraste, los déficits de nutrientes a menudo se desarrollan en áreas con
producción animal limitada que podrían beneficiarse de las aplicaciones de
estiércol. (Shober, 2018).
2.2.1.1 Contaminación por el estiércol.
El estiércol mal manejado puede contaminar las aguas superficiales y
subterráneas con nutrientes y organismos que causan enfermedades. El
almacenamiento del estiércol del ganado permite a los productores difundirlo
cuando los cultivos pueden utilizar mejor los nutrientes. Sin embargo, acumular
estiércol en un área concentrada puede ser riesgoso para el medio ambiente y para
la salud humana y animal a menos que se haga de manera adecuada (Eggen,
2015).
Los estándares federales y estatales de agua potable establecen que los niveles
de nitrato en el agua potable no deben exceder los 10 miligramos por litro
(equivalente a partes por millón para medir el agua). Los niveles de nitrógeno de
nitrato más altos que esto pueden presentar problemas de salud para los bebés
menores de 6 meses, incluida la afección conocida como metahemoglobinemia
(síndrome del bebé azul). El nitrato también puede afectar a los adultos, pero la
evidencia es mucho menos segura (Mckinnon, 2014).
28
Las instalaciones para el estiércol almacenado en forma líquida a veces pueden
tener fugas o explotar, liberando grandes volúmenes de contaminantes. El estiércol
almacenado en pozos de tierra puede formar un sello semi-impermeable de materia
orgánica y células bacterianas en el fondo y los costados (Jiang, 2015).
El sello limita la lixiviación, pero el llenado y vaciado estacional puede hacer que
el sello se rompa. Las áreas de almacenamiento de estiércol sólido a corto plazo y
las áreas de almacenamiento abandonadas también pueden ser fuentes de
contaminación de las aguas subterráneas por nitratos (Dharmasena, 2019).
2.2.1.2 Almacenamiento a corto plazo.
El almacenamiento a corto plazo (generalmente de 30 a 90 días) es una opción
importante disponible para los productores. Les permite retener los desechos del
ganado durante los períodos de mal tiempo cuando la propagación diaria puede no
ser factible (Huat, 2016).
El almacenamiento a corto plazo, que se limita principalmente al estiércol sólido
o semisólido, tiene la desventaja de requerir que el estiércol se maneje más de una
vez. Algunos diseños para estructuras de almacenamiento a corto plazo facilitan el
manejo y brindan protección efectiva para las aguas superficiales y subterráneas
(Chen, 2015).
Los sistemas de almacenamiento a corto plazo pueden ser utilizados por
productores que apilan estiércol en los campos, particularmente durante períodos
de mal tiempo o entre ciclos de cultivo. Sin embargo, esta no es una práctica
recomendada. No importa cómo se haga, puede representar una amenaza de
contaminación para las aguas superficiales y subterráneas. Si el estiércol se apila
en los campos, se debe construir un estanque de detención de escorrentía en el
sitio de almacenamiento (Agbossou, 2016).
29
Muchos agricultores tienen viviendas abiertas para ganado joven, como
cobertizos de postes, donde se permite que los desechos se acumulen durante
períodos prolongados de tiempo. Los techos de estas estructuras evitan la lluvia y
la nieve del estiércol. Estas estructuras son relativamente seguras para la calidad
del agua si están protegidas de la escorrentía de las aguas superficiales. Para
minimizar la contaminación del agua, proporcione ropa de cama adecuada para
reducir las filtraciones y limpie estos cobertizos con frecuencia (Kakai, 2017).
2.2.1.3 Lugar de almacenamiento de residuos.
La ubicación del almacenamiento de desechos de ganado en relación con
cualquier pozo es un factor importante para proteger el suministro de agua de la
granja. Para las pilas temporales de estiércol y las instalaciones de
almacenamiento de tierra, la distancia mínima de separación es de 45.72 m
(Adebayo, 2016).
Las distancias mínimas de separación regulan la instalación de nuevos pozos,
así como la distancia de los pozos existentes a las nuevas instalaciones de
almacenamiento de desechos. La ley exige que los pozos existentes cumplan con
los requisitos de separación vigentes al momento de la construcción del pozo. Sin
embargo, haga todo lo posible para superar las 'regulaciones antiguas' y cumplir
con las regulaciones actuales siempre que sea posible (Shuaibu, 2017).
2.2.1.4 Otros factores de gestión.
Si el almacenamiento de desechos animales causa una contaminación
significativa del agua, la Comisión de Conservación de Recursos Naturales de
Texas (TNRCC) puede imponer una multa y requerir medidas correctivas. Póngase
en contacto con el agente de extensión de su condado o la oficina local del Servicio
de Conservación de Recursos Naturales para obtener información sobre las
30
ordenanzas locales, las regulaciones estatales y otra asistencia disponible (Lory,
2015).
2.2.1.5 Ventajas y desventajas del estiércol.
2.2.1.5.1 Ventajas del estiércol.
El estiércol es una enmienda ideal del suelo. Cuando se aplica a los campos
agrícolas, actúa como un residuo de campo. Los agricultores pueden vender el
estiércol a las personas que necesitan mejorar la fertilidad del suelo. Por lo tanto,
puede generar ingresos para los agricultores. Se suman a la capacidad general del
suelo y la sostenibilidad. El estiércol aumenta la capacidad de retención de agua
del suelo. El uso de estiércol mejoró la fertilidad del suelo y aumentó el rendimiento
de los cultivos (Dontask, 2016).
Estas son una buena fuente de macronutrientes.
Mejora la fertilidad del suelo.
Económico
Reduce la erosión del suelo y la lixiviación.
Mejora las propiedades físicas del suelo y airea el suelo.
Mejora la capacidad de retención de agua y nutrientes del suelo.
Se puede transportar fácilmente.
2.2.1.2.2 Desventajas del estiércol.
Hay dos tipos principales de estiércol animal, caliente y frío. Los abonos
calientes tienen altas cantidades de nitrógeno y deben estar bien compostados.
Estos incluyen estiércol de conejo, caballo, oveja y vaca. El estiércol frío es más
bajo en nitrógeno y puede usarse con moderación en su estado fresco. Ambos tipos
deben trabajarse bien en el suelo al menos dos meses antes de plantar cultivos
comestibles. En la producción orgánica, no se puede usar estiércol en el año en
31
que se cosechará un cultivo, por lo que para la certificación orgánica solo se deben
aplicar abonos verdes al suelo (Maguire, 2018).
Los contaminantes aún pueden permanecer. - Aunque es raro,
Salmonella y E. coli se han encontrado en abonos bien compostados y se
pueden transmitir a los cultivos alimentarios, especialmente a los que se
comen crudos.
Los metales pesados son otra preocupación. - Los abonos crudos son
especialmente peligrosos y pueden liberar altos niveles de skatole, indol
y otros fenoles que son absorbidos por los cultivos alimenticios.
Puede conducir a un exceso de nutrientes. - Estos componentes en
exceso se filtran del suelo y se escurren hacia las vías fluviales.
El exceso de nitrógeno en el agua causa la proliferación de algas y otros
efectos. El cobre es un aditivo en muchos alimentos para aves. El
estiércol de pollo retiene ese cobre y puede acumularse en el suelo en un
grado tóxico, quemando las raíces de las plantas (Maguire, 2018).
2.2.1.3 Acción del estiércol en el suelo.
El uso de este tipo de estiércol produce una influencia a largo plazo mucho mayor
en la materia orgánica del suelo que un estiércol de aves de corral o porcino sin
cama. Comúnmente se aplican más sólidos al suelo con sistemas de manejo de
estiércol sólido que con sistemas líquidos, porque generalmente se incluyen
mayores cantidades de lecho (Graham, 2015).
Para maximizar los beneficios del compost de estiércol en el suelo, es vital una
aplicación adecuada. Una de las mejores maneras de usar el estiércol como
fertilizante de plantas es mezclándolo con compost. El compostaje del estiércol
elimina la posibilidad de quemar las plantas (Grandy, 2018).
32
La materia orgánica del suelo juega un papel clave en los procesos biológicos y
químicos del suelo, y los cambios en la materia orgánica del suelo influyen
fuertemente en el recambio de N del suelo debido a la importancia del C disponible
para la inmovilización microbiana (Warren, 2017)
2.2.1.4 Composición del estiércol.
Un alto porcentaje de los nutrientes en los alimentos pasa a través de los
animales y termina en el estiércol. Dependiendo de la ración y el tipo de animal,
más del 70% del nitrógeno, el 60% del fósforo y el 80% del potasio alimentado
pueden pasar a través del animal como estiércol. Estos nutrientes están disponibles
para reciclar en tierras de cultivo. Además de las contribuciones de nitrógeno,
fósforo y potasio, los abonos contienen cantidades significativas de otros
nutrientes, como calcio, magnesio y azufre (Shashva, 2017).
El animal metaboliza el alimento para proveerse de energía y producir nuevos
tejidos y productos corporales. Los productos de desecho del metabolismo se
recogen en gran medida en la orina y se eliminan con las heces (que pueden
contener alimentos no utilizados) (Powers, 2018).
Los requerimientos de nutrientes por los animales varían según el tipo de animal
y la etapa de producción. Por lo general, cuando los requerimientos de proteína del
animal disminuyen, la concentración de proteína en la dieta también se puede
disminuir, disminuyendo así las concentraciones de nitrógeno excretadas como
porcentaje del peso corporal. Del mismo modo, el aumento de los niveles de
minerales alimentados (por ejemplo, cobre, fósforo, sodio, potasio) aumenta el nivel
de esos nutrientes en el estiércol (Lorimor, 2017).
2.2.1.5 Manejo del estiércol.
33
El manejo del estiércol, cómo se captura, almacena, trata y utiliza el estiércol,
tiene implicaciones importantes para la productividad de la granja y el medio
ambiente. Cuando se aplica de acuerdo con las necesidades agronómicas de los
cultivos, el estiércol puede mejorar la productividad al reducir la necesidad de
fertilizantes comerciales. Los agricultores que instalan un digestor anaeróbico en
sus operaciones ganaderas pueden usar estiércol para producir un biogás que se
puede quemar para generar electricidad. Los digestores también pueden reducir
las emisiones de gases de efecto invernadero del almacenamiento y manejo del
estiércol (Sohngen, 2016).
2.2.2 Biogás.
El biogás es gas natural que se genera por la descomposición de la materia
orgánica por bacterias anaerobias y se utiliza en la producción de energía. Se
diferencia del gas natural en que es una fuente de energía renovable producida
biológicamente a través de digestión anaeróbica en lugar de un combustible fósil
producido por procesos geológicos. El biogás se compone principalmente de gas
metano, dióxido de carbono y trazas de nitrógeno, hidrógeno y monóxido de
carbono. Ocurre naturalmente en montones de compost, como gas de pantano, y
como resultado de la fermentación entérica en ganado y otros rumiantes. El biogás
también puede producirse en digestores anaeróbicos a partir de desechos de
plantas o animales o recogerse en vertederos. Se quema para generar calor o se
usa en motores de combustión para producir electricidad (Malatak, 2015).
2.2.2.1 Composición del biogás.
El biogás se caracteriza por su composición química y las características físicas
que resultan de él. Es principalmente una mezcla de metano (CH4) y gas carbónico
inerte (CO2). Sin embargo, el nombre "biogás" reúne una gran variedad de gases
34
resultantes de procesos de tratamiento específicos, a partir de diversos desechos
orgánicos: industrias, desechos de origen animal o doméstico (Alaimo, 2015).
Diferentes fuentes de producción conducen a diferentes composiciones
específicas. La presencia de H2S, de CO2 y agua hace que el biogás sea muy
corrosivo y requiere el uso de materiales adaptados. La composición de un gas
emitido por un digestor depende del sustrato, de su carga de materia orgánica y de
la velocidad de alimentación del digestor, Según su composición, el biogás
presenta características interesantes para comparar con el gas natural y el
propano. El biogás es un gas apreciablemente más ligero que el aire, produce el
doble de calorías por combustión con el mismo volumen de gas natural (Rasi,
2014).
2.2.2.2 Digestión anaerobia.
La digestión anaerobia del estiércol del ganado es una vía alternativa para
manejar grandes cargas de desechos orgánicos y sus problemas asociados
encontrados en grandes lotes de alimentación y operaciones de alimentación de
animales confinados. Cuando se planifica correctamente, puede generar ingresos
por ventas de energía o ahorros en la generación de energía en la granja. Aunque
no es una tecnología nueva, su práctica en granjas de los Estados Unidos no es
común y requiere una planificación e implementación cuidadosas para obtener sus
beneficios (Ileleji, 2018).
2.2.2.3 Hidrólisis.
La hidrólisis es una reacción de doble descomposición con agua como uno de
los reactivos. En pocas palabras, si un químico inorgánico está representado por la
fórmula AB en la que A y B son átomos o grupos y el agua está representada por
35
la fórmula HOH, la reacción de hidrólisis puede estar representada por la ecuación
química reversible (Katyal, 2017)
La hidrólisis es uno de los métodos de tratamiento más simples para convertir
compuestos no fluorescentes en fluorescentes. Por lo general, se realiza en un
medio acuoso fuertemente alcalino y, en algunos casos, a una temperatura alta, lo
que resulta en la formación de aniones fluorescentes (Speight, 2018).
2.2.2.4 Fermentación - acidogénesis
En un proceso bacteriano equilibrado aproximadamente 50% de los monómeros
(glucosa, xilosa, aminoácidos) y ácidos grasos de cadena larga (LCFA) son
descompuesto en ácido acético (CH3COOH). El veinte por ciento se convierte en
dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2), mientras que el resto 30% se divide
en volátiles de cadena corta ácidos grasos (AGV) (Mitiku, 2014).
Si hay un desequilibrio, el nivel relativo aumentará con el riesgo de acumulación
y el proceso "se vuelve agrio" porque las bacterias que degradan tienen un
crecimiento lento tasa y no puede mantener el ritmo. Una degradación constante
es, por tanto, crucial y a menudo un factor limitante factor para el proceso de biogás
(Kumar, 2018).
2.2.2.5 Metanogénesis
El último paso en la producción de metano es emprendido por las llamadas
bacterias metanogénicas o metanógenos. Los metanógenos pertenecen a un reino
llamado Archaea, parte de un sistema taxonómico que también comprende
eucariotas y bacterias en este nivel. Un reino es el más alto nivel taxonómico y
Archaea están por lo tanto en el mismo nivel que los otros reinos: plantas, animales,
bacterias (eubacterias), protozoos y hongos (Blackburn, 2019).
36
Dos grupos diferentes de bacterias son responsables de la producción de
metano. Un grupo degrada el ácido acético en metano y el otro produce metano a
partir de dióxido de carbono e hidrógeno. En condiciones estables, alrededor El
70% de la producción de metano proviene de la degradación del ácido acético,
mientras que el 30% restante proviene del dióxido de carbono e hidrógeno (Flores,
2015).
Los dos procesos están finamente equilibrados y la inhibición de uno también
conducirá a la inhibición del otro. Los metanógenos son los más lentos, la tasa de
crecimiento de las bacterias involucradas en el proceso, también se convierten en
el factor limitante para qué tan rápido puede continuar el proceso y cómo se puede
digerir mucho material (Barbera, 2017).
2.2.3 Producción nacional del arroz.
El arroz de regadío es dominante en la Provincia del Guayas, mientras que el
arroz de tierras altas es dominante en la Provincia de los Ríos. El trasplante se
practica ampliamente en la producción de arroz de regadío, mientras que la siembra
directa es el método principal de establecimiento de cultivos en las zonas altas
(MAGAP, 2016).
Alrededor del 60 por ciento de los agricultores cultivaron menos de 5 ha /
agricultor, mientras que el 3 por ciento de los agricultores son grandes agricultores,
cultivando 100 ha o más por agricultor. Se han desarrollado y lanzado una serie de
variedades mejoradas de arroz para su cultivo. Alrededor del 13 por ciento del área
total de arroz se encuentra totalmente mecanizada desde la preparación de la tierra
hasta la cosecha y la preparación de la tierra en el 65 por ciento del área total de
arroz está mecanizada. En las áreas de arroz restantes, la mayoría de las
actividades de producción de arroz se realizan manualmente (Posada, 2015).
37
2.2.3.2 Cascara de Arroz como energía alternativa.
Actualmente, la producción de biocombustibles a partir de materias primas de
arroz es un tema candente que interesa a numerosos investigadores en bioenergía.
Por ejemplo, en un artículo publicado en Bioresource Technology por Bijoy Biswas
y sus colegas en la India, se evaluaron varios materiales agrícolas, incluida la paja
y las cáscaras de arroz, para determinar la temperatura óptima para el pirólisis y
para encontrar su rendimiento máximo de bio-aceite (Matano, 2015).
La pirólisis es un proceso por el cual los materiales orgánicos se calientan en
ausencia de oxígeno. Su investigación muestra que la cáscara de arroz (38.1% en
peso) tiene un rendimiento más alto que la paja de arroz (28.4% en peso). En peso
es el rendimiento porcentual de bio-aceite de una masa dada de cáscaras de arroz
o paja de arroz. El proceso de pirólisis también conduce a la producción de residuos
sólidos y productos gaseosos, que a su vez pueden usarse para producir otros
combustibles (Pode, 2016).
2.2.3.3 Capacidad de calor y calor específico.
Diferentes sustancias responden al calor de diferentes maneras. Si una silla de
metal se sienta al sol brillante en un día caluroso, puede calentarse bastante al
tacto. Una masa igual de agua en el mismo sol no se calentará tanto. Diríamos que
el agua tiene una alta capacidad calorífica (la cantidad de calor requerida para
elevar la temperatura de un objeto en 1 ° C). El agua es muy resistente a los
cambios de temperatura, mientras que los metales en general no lo son. El calor
específico de una sustancia es la cantidad de energía requerida para elevar la
temperatura de 1 gramo de la sustancia en 1 ° C. El símbolo para calor específico
es c p, con el subíndice p que se refiere al hecho de que los calores específicos se
miden a presión constante. Las unidades de calor específico pueden ser julios por
38
gramo por grado (J / g ° C) o calorías por gramo por grado (cal / g ° C). Este texto
usará J / g ° C para calor específico.
2.2.3.3 Ventajas del uso de la cascarilla de arroz como combustible.
2.2.3.3.1 Ventajas.
Su alto contenido de sílice lo hace útil para fortalecer los materiales de
construcción.
Resiste la descomposición fúngica
Resiste la penetración de humedad.
Se descompone lentamente
Aísla bien
Es renovable
Investigadores de la Universidad de California, Riverside, crearon tableros de
partículas a partir de cáscaras de arroz para combatir las termitas en Filipinas
(Kumar C. , 2017).
Se demostró que las cáscaras de arroz son:
Menos costoso y más abundante que las astillas de madera que se
encuentran en el tablero de partículas tradicional
Resistente a las termitas debido a su sílice, que las termitas tienen
dificultades para consumir
Potencialmente preferible al tablero de partículas típico, que a menudo
contiene formaldehído en el pegamento que mantiene unidas las astillas de
madera. Esto puede liberar gases tóxicos.
2.3 Marco legal
2.3.1 Constitución del Ecuador
La Constitución de la República del Ecuador, tiene bien definido el derecho que tiene todo ciudadano de vivir en un ambiente sano, ecológicamente equilibrado
39
y libre de contaminación, estableciendo las restricciones al ejercicio de determinados derechos y libertades, para la protección del medio ambiente, quedando indicado. Capitulo II, derechos del buen vivir, sección II Art. 14.- se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y
ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, Sumak Kawsay. Se declara de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiversidad y la integridad del patrimonio genético el país, la prevención del daño ambiental y la recuperación de os espacios naturales degradados. Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de
tecnologías ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua. Se prohíbe el desarrollo, producción, tenencia, comercialización, importación, transporte, almacenamiento y uso de armas químicas, biológicas y nucleares, de contaminantes orgánicos persistentes altamente tóxicos, agroquímicos internacionalmente prohibidos, y las tecnologías y agentes biológicos experimentales nocivos y organismos genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o que atenten contra la soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción de residuos nucleares y desechos tóxicos al territorio nacional. Capítulo VII, derechos de la naturaleza Art. 71.- La naturaleza o Pacha Mama, donde se reproduce y realiza la vida,
tiene derecho a que se respete integralmente su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos. Toda persona, comunidad, pueblo o nacionalidad podrá exigir a la autoridad pública el cumplimiento de los derechos de la naturaleza. Para aplicar e interpretar estos derechos se observarán los principios establecidos en la Constitución, en lo que proceda. El Estado incentivará a las personas naturales y jurídicas, y a los colectivos, para que protejan la naturaleza, y promoverá el respeto a todos los elementos que forman un ecosistema. Art.74.- Las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades tendrán derecho
a beneficiarse del ambiente y de las riquezas naturales que les permitan el buen vivir. Art 313.- El Estado se reserva el derecho de administrar, regular, controlar y gestionar los sectores estratégicos, de conformidad con los principios de sostenibilidad ambiental, precaución, prevención y eficiencia.” Capítulo II, biodiversidad y recursos naturales, Sección I, Naturaleza Y Ambiente Art.395.- La Constitución reconoce los siguientes principios ambientales: El
estado garantizará un modelo sustentable de desarrollo, ambientalmente equilibrado y respetuoso de la diversidad cultural, que conserve la biodiversidad y la capacidad de regeneración natural de los ecosistemas, y asegure la satisfacción de las necesidades de las generaciones presentes y futuras. Art.396.- El Estado adoptará las políticas y medidas oportunas que eviten los
impactos ambientales negativos, cuando exista certidumbre de daño. En caso de duda sobre el impacto ambiental de alguna acción u omisión, aunque no
40
exista evidencia científica del daño. El Estado adoptará medidas protectoras eficaces y oportunas”. Art.397.- En caso de daños ambientales el Estado actuará de manera inmediata
y subsidiaría para garantizar la salud y la restauración de los ecosistemas. Además de la sanción correspondiente, el Estado repetirá contra el operador que produjera el daño las obligaciones que conlleve la reparación integral, en las condiciones y con los procedimientos que la ley establezca. La responsabilidad también recaerá sobre las servidoras y servidores responsables de realizar el control ambiental. Para garantizar el derecho individual y colectivo a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, el Estado se compromete a: 1. Permitir a cualquier persona natural o jurídica, colectividad o grupo humano, ejercer las acciones legales y acudir a los órganos judiciales y administrativos, sin perjuicio de su interés directo, para obtener de ellos la tutela efectiva en materia ambiental, incluyendo la posibilidad de solicitar medidas cautelares que permitan cesar la amenaza o el daño ambiental materia de litigio. La carga de la prueba sobre la inexistencia de daño potencial o real recaerá sobre el gestor de la actividad el demandado. 2. Establecer mecanismos efectivos de prevención y control de la contaminación ambiental, de recuperación de espacios naturales degradados y de manejo sustentable de los recursos naturales. 3. Regular la producción, importación, distribución, uso y disposición final de materiales tóxicos y peligrosos para las personas o el ambiente. 4. Asegurar la intangibilidad de las áreas naturales protegidas, de tal forma que se garantice la conservación de la biodiversidad y el mantenimiento de las funciones ecológicas de los ecosistemas. El manejo de la administración de las áreas naturales protegidas estará a cargo del Estado. 5. Establecer un sistema nacional de prevención, gestión de riesgos y desastres naturales, basado en los principios de inmediatez, eficiencia, precaución, responsabilidad y solidaridad”. Sección VII, biósfera, ecología urbana y energías alternativas Art. 413.- El estado promoverá la eficiencia energética, el desarrollo y uso de
prácticas y tecnologías ambientales limpias y sanas, así como de energías renovables, diversificadas, de bajo impacto y que no pongan en riesgo la soberanía alimentaria, el equilibrio eclógico de los ecosistemas ni el desecho de agua. 2.3.2. Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021 Él (Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021, 2017) se sustenta en dos pilares principales: la sustentabilidad ambiental y el desarrollo territorial. Está organizado en tres Ejes y nueve Objetivos Nacionales: Derechos para todos durante toda la vida: cada persona está sujeta a derechos y sin ningún tipo de discriminación y el Estado debe estar en condiciones de garantizarlos. Para alcanzarlo, se proponen tres objetivos: 1. Garantizar una vida digna con iguales oportunidades para todos los
individuos. 2. Reafirmar la interculturalidad y plurinacionalidad, revalorizando las diversas
identidades. 3. Garantizar los derechos de la naturaleza para las actuales y las futuras
generaciones.
41
2.3.3. Economía al servicio de la Sociedad:
El sistema económico es social y solidario, y la economía está al servicio de la población para garantizar sus derechos. Objetivos que apuntan a ello: 1. Consolidar la sostenibilidad del sistema económico social y solidario, y
afianzar la dolarización. 2. Impulsar la productividad y competitividad para el crecimiento económico
sustentable de forma redistributiva y solidaria. 3. Desarrollar las capacidades productivas y del entorno para lograr la
soberanía alimentaria y el desarrollo rural integral.
42
3. Materiales y métodos
3.1 Enfoque de la investigación
3.1.1 Tipo de investigación
El estudio que se realizó fue de tipo exploratorio, ya que se utilizó en tanques
plásticos para obtener datos del biogás con procesos de digestión anaerobia, tipo
descriptiva ya que se dio a conocer las dosis efectuadas en cada tratamiento para
que pueda ser entendible para futuras generaciones y sean aporte para el
aprendizaje, tipo orientación a la comprobación ya que se verifico cada uno de los
objetivos planteados y tipo experimental ya que se comprobó cuál de los cuatro
tratamientos es más eficaz para las personas del sector ¨La Matilde¨.
3.1.2 Diseño de investigación
La presente investigación corresponde a un diseño experimental ya que se
procedió a la recolección de información en el área de estudio por medio de
encuestas, esto me ayudo a corroborar los valores que debía ponerle a cada uno
de los tratamientos, también se procedió a evaluar la efectividad del estiércol y las
cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás, y de esta manera
poder establecer la eficiencia de uno de los tratamientos en estudio y las variables
planteadas para el mismo.
3.2 Metodología
3.2.1 Variables
3.2.1.1. Variable independiente
Dosis de sustratos:
Cáscaras de arroz (Kg).
Estiércol bovino (Kg).
43
3.2.1.2. Variable dependiente
Producción de biogás a partir de excretas de ganado bovino:
Volumen del biogás (m3/Kg húmedo)
pH
Tiempo de retención presión (atm)
3.2.2 Tratamientos
En el presente trabajo experimental se estudiaron cuatro tratamientos y tres
repeticiones tal como se detalla en la tabla 1.
Tabla 1. Tratamientos para la eficiencia de la producción de Biogás
No. Materiales Cantidad/30 litros
T1 Estiércol fresco de bovino + agua 8 lb – 12 L
T2 Estiércol fresco de bovino +cascarilla de
arroz + agua 4lb – 3 lb – 10 L
T3 Estiércol fresco de bovino +cascarilla de
arroz + + agua 3lb – 4 lb – 10 L
T4 cascarilla de arroz + agua 8 lb – 12 L
Jiménez, 2020
3.2.3 Diseño experimental
En el presente trabajo se aplicó un diseño Bloques Completos al Azar (DCA),
con 4 tratamientos (estiércol bovino y de cascaras de arroz) y con 4 repeticiones
de cada una. Una vez aceptada la hipótesis alternativa, las medidas de los
tratamientos fueron comparados con ANOVA – Prueba de Tukey al 90% de
probabilidad. El análisis de varianza se desarrolló con el esquema que se muestra
en la tabla 2:
44
Tabla 2. Tratamientos comparados con ANOVA
Fuentes de variación Grados de libertad
Repeticiones 3
Tratamientos 4
Error experimental 12
Total 19
Jiménez, 2020
Las unidades experimentales tuvieron una capacidad de 30 litros dando un total
de 600 litros que es igual a 0,6 m3
3.2.4 Recolección de datos
La recopilación de información se basa en una investigación bibliográfica en el
cual arrojará teorías e hipótesis basadas en la problemática y se concluirá en una
propuesta con ayuda de los datos y recursos que se detallan a continuación
3.2.4.1. Recursos
Los recursos usados fueron clasificados como
3.2.4.1.1 Recursos bibliográficos.
Libros físicos y electrónicos.
Artículos de revistas de carácter científico.
Páginas web.
Normas, leyes y decretos.
Tesis, Informes Técnicos y Periódicos.
3.2.4.1.2 Materiales.
Imágenes Satelitales.
Fotos
45
3.2.4.1.3 Equipos.
Cámara digital.
GPS.
Balanza
Equipo de protección personal
Guantes
Mascarillas
Chaleco
Botas de caucho
3.2.4.1.4 Recursos orgánicos.
Estiércol bovino
Cascara de arroz
Materiales para los prototipos del Biodigestor
4 tanques de plástico de 30 litros
4 llave de paso de ½
20 metros de manguera trasparente para gas
Pistola de silicón
3.2.4.2. Métodos y técnicas
Una vez adquirido todos los materiales, se procedió a la construcción de los
biodigestores los mismos que fueron armados de forma manual acoplando todas
las piezas y previo a la colocación del teflón. Comenzamos a sellar con silicona en
todos los bordes para evitar la fuga de material liquido o gaseoso y así optimizar el
proceso anaerobio de los microrganismos involucrados en la descomposición de
los materiales orgánicos, para la producción de nuestro biogás.
46
3.2.4.2.1 Recolección de materiales orgánicos para la producción de biogás.
Tabla 3. Componentes orgánicos utilizados
Componentes Cantidad
Estiércol fresco 120 Lb
Cascarillas de arroz 90 Lb
Agua 120 l
Jiménez, 2020
El estiércol fresco se recolectó en el cantón Salitre en el recinto la Matilde, donde
se recolectaron 120 libras y luego se procedió a dividir de acuerdo a cada
tratamiento planteado, la cascarilla de arroz fue obtenida de la Piladora Voluntad
de Dios cercana al sitio donde procedimos a realizar la parte experimental, se
colectó 60 libras, de las cuales fueron divididas de acuerdo a cada tratamiento
planteado para el biodigestor.
3.2.4.2.2 Preparación de los tratamientos.
Una vez realizada la construcción de los biodigestores y la colecta del material
orgánico, se procedió a dosificar los componentes por tratamientos.
Tratamiento 1:
8 libras de estiércol fresco de bovino
12 litros de agua
Tratamiento 2:
4 libras de estiércol fresco de bovino
3 libras de cascarilla de arroz
10 litros de agua
Tratamiento 3:
3 libras de estiércol fresco de bovino
4 libras de cascarilla de arroz
47
10 litros de agua
Tratamiento 4:
● 8 libras de cascarilla de arroz
● 12 litros de agua
3.2.4.2.3 Datos a evaluar.
Para evaluar la producción de biogás en los tratamientos, se tomaron las
siguientes variables:
3.2.4.2.3.1 Producción de biogás.
La producción de biogás fue evaluada a los 20, 40 y 60 días de fermentación. La
producción de biogás en los tratamientos fue obtenida por el método de
almacenamiento de gas, el cual consistió en tomar una manguera de 1/2 m de
longitud por 1 pulgada de diámetro y una llave de paso, luego se procedió a utilizar
un globo para que almacene el gas generado y así poder verificar la presión y el
tiempo de duración de nuestro gas. Posterior a eso, se procedió a abrir la llave de
paso del biodigestor lentamente para ir midiendo cuántos ml se obtuvo en cada
unidad experimental.
3.2.4.2.3.2 Producción de biol.
La producción de biol se realizó por medio del método de decantación, esta
variable fue demostrada en ml. El biol se obtuvo después de la decantación de los
residuos orgánicos en los biodigestores. En cada unidad experimental se colocó en
un costal seco y limpio para filtrar el lixiviado en cada biodigestor, luego, con ayuda
de una romana se realizó a pesar y a registrar la cantidad de biol producido.
48
3.2.4.2.3.3 pH del biol.
El pH del biol se midió con ayuda de un papel “hydrion”, el mismo que registra el
pH entre 1 y 6.
3.2.4.2.3.4 Presión de descarga.
La presión de descarga de biogás se midió a los 20, 40 y 60 días de digestión
con ayuda de un manómetro, la presión fue expresada en PSI.
3.2.4.2.3.5 Registro de material orgánico.
Esta variable fue registrada una vez extraído el material sólido y luego para la
eliminación de material líquido, fueron colocados en sacos (secos y limpios)
durante 24 horas. Posteriormente se obtuvo el peso en libras con ayuda de la
romana del material solido existente en las unidades experimentales.
3.2.5 Análisis estadístico.
Se aplicó un análisis estadístico inferencial mediante análisis de varianza
(ANOVA) y test de Tukey para comparar las medias de los tratamientos y verificar
si son iguales o diferentes. Además, se implementó estadística descriptiva a través
de gráficos y tablas para la representación de los resultados.
49
4. Resultados
4.1 Determinación de línea base de los residuos agrícolas y ganadero
generados en el recinto “La Matilde” mediante encuestas.
Los agricultores del recinto “La Matilde” se desarrollan con sistemas cultivo de
arroz y ganado los cuales producen aproximadamente la mayor parte de la
economía del sector. La Encuesta de población realizada en el recinto “La Matilde”,
se la realizó mediante una combinación de entrevistas personales con los
encuestados agricultores. Mediante las encuestas realizadas a la población del
sector, como se muestra en la tabla 4, donde se muestra que la mayoría de los
encuestados se dividen en personas de 21 años hasta mayores de 50 años, el cual
muestra que los agricultores mayores de 50 años fueron los principales
encuestados con 18 personas lo cual representa el 60% del total.
Tabla 4. Edades de los encuestados
Edades Frecuencia Porcentaje
1 a 20 0 0%
21 a 40 2 7%
41 a 50 10 33%
más de 50 18 60%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
50
Figura 1. Edades de los Encuestados
Jiménez, 2020
En la imagen 1 se muestra los resultados de las encuestas representado
mediante diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que
representa el 60% son mayores de 50 años.
Las encuestas en esta área, mostradas en la tabla 5, revelan claramente que la
mayoría de los agricultores son de género masculino, con solo el 80% de hombres
considerando que es el trabajo más pesado. Además, el 20% de las mujeres
también realiza el trabajo pesado de los agricultores. Entre hombres y mujeres, el
100% sugiere que la agricultura es igual o mejor que otras industrias en términos
de ofrecer igualdad de oportunidades.
Tabla 5. Género de los encuestados
Jiménez, 2020
Opción de respuesta Frecuencia %
Hombres 24 80%
Mujer 6 20%
Total 30 100%
0%
7%
33%
60%
Edad de los encuestados
1 a 20
21 a 40
41 a 50
más de 50
51
En la imagen 2 se muestra los resultados de las encuestas representado mediante
diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que representa
el 80% del género masculino y un 20% del género femenino.
Figura 2. Edades de los Encuestados Jiménez, 2020
En la tabla 6, se puede observar que el número de integrantes por familia van
de 1 a 4 lo cual representa el 60% del total de los encuestados y las familias con
mayor número de integrantes que van de 5 a 10 representa el 40% del total de los
encuestados.
Tabla 6. ¿Cuantas personas viven en este domicilio?
Jiménez, 2020
Opción de respuesta Frecuencia %
1 a 4 18 60%
5 a 10 12 40%
Total 30 100%
80%
20%
Género de los encuestados
Hombres
Mujer
52
En la imagen 3 se muestra los resultados del número de integrantes que viven
en cada uno de los domicilios de los encuestados, representado mediante
diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que representa
el 60% cuenta con un número de 1 a 4 integrantes por familia y un 40% cuenta con
un número de integrantes de 5 a 10 por familia.
Figura 3. Edades de los Encuestados Jiménez, 2020
La carne de ganado, como la carne de bovino y ternera, es uno de los tipos de
carne más consumidos en la provincia, en la tabla 7, se muestra que el 70% que
corresponde a 21 personas encuestadas, cuentan con menos de 5 vacas de
ganado, y solo 2 de las personas encuestadas que corresponden al 7% cuenta con
más de 20 vacas de ganado.
Tabla 7. ¿Con cuanto ganado cuenta?
Opción de respuesta Frecuencia %
Menos de 5 21 70%
5 a 10 5 17%
10 a 20 2 7%
Más de 20 2 7%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
60%
40%
¿Cuantas personas viven en este domicilio?
1 a 4
5 a 10
53
La imagen 4, representado mediante diagrama de pastel muestra que el 70%
de los encuestados tiene menos de 5 vacas, el 17% cuenta con 5 a 10 vacas, el
7% de los encuestados tiene de 10 a 20 vacas y el otro 7% cuenta con más de 20
vacas respectivamente.
Figura 4. Con cuanto ganado cuenta Jiménez, 2020
Los gases de efecto invernadero pueden emitirse desde los reservorios a través
de cuatro vías diferentes hacia la atmósfera. Como se muestra en la tabla 8, el 73%
de los encuestados no tiene conocimiento sobre las emisiones de gases de
invernadero ni sus efectos sobre su entorno.
Tabla 8. ¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto
invernadero?
Opción de respuesta Frecuencia %
Siempre 3 10%
A veces 5 17%
Nunca 22 73%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
70%
17%
6%
7%
¿Con cuanto ganado cuenta?
menos de 5
5 a 10
10 a 20
más de 20
54
Como se muestra en la figura 5, representado mediante diagrama de pastel, el
mayor índice de los encuestados que representa el 73% no cuenta con el debido
conocimiento de los gases de efecto de invernadero.
Figura 5. Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero Jiménez, 2020
La acción humana está provocando un aumento de la temperatura global. Por
eso, el efecto invernadero, lejos de ser nuestro gran aliado como en el pasado,
ahora es un riesgo para nuestra supervivencia. Como se muestra en la tabla 19, el
90% del sector “La Matilda” no cuenta con el conocimiento de los efectos a corto y
largo plazo
Tabla 9. ¿Conoce las consecuencias de este efecto?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 3 10%
No 27 90%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
Como se muestra en la figura 6 el 90% del sector “La Matilda” no cuenta con el
conocimiento de los efectos a corto y largo plazo
10%
17%
73%
¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero?
siempre
a veces
nunca
55
Figura 6. Conoce las consecuencias de este efecto Jiménez, 2020
El cambio climático antropogénico actual es el resultado de la acumulación de
gases de efecto invernadero en la atmósfera, que registra la agregación de miles
de millones de decisiones individuales. Como se muestra en la tabla 10, el 83% de
los encuestados si estarían dispuestos aportar con la disminución de las emisiones
del efecto de invernadero.
Tabla 10. ¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría
dispuesto?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 25 83%
No 5 17%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
10%
90%
¿Conoce las consecuencias de este efecto?
si
no
56
Como se muestra en el diagrama de pastel, en la figura 7, el 83% de los
encuestados si estarían dispuestos aportar con la disminución de las emisiones del
efecto de invernadero.
Figura 7. Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto
Jiménez, 2020
Personas localizadas en el sector de “La Matilda”, como se muestra en la tabla
11 la mayoría desconocen de estos residuos para evitar la contaminación del suelo
y la contaminación de los productos de compost que se producen a partir de los
residuos domésticos.
Tabla 11. ¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 12 40%
No 18 60%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
Figura 1 Edades de los Encuestados
Jiménez, 2020
83%
17%
¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto?
si
no
57
En la imagen 8 muestra los resultados de los domicilios de los encuestados,
representado mediante diagrama de pastel muestra que la mayoría de aquellos
desconocen la diferencia de los desechos orgánicos e inorgánicos.
Figura 8. Edades de los Encuestados
Jiménez, 2020
Los resultados que se muestran en la tabla 12 sugieren que la mayoría de los
hogares eliminan los desechos peligrosos junto con otros desechos domésticos,
que luego se eliminarán en el basurero. Aunque la fracción de desechos peligrosos
y tóxicos del flujo de desechos domésticos es baja, todavía existe la necesidad de
separar estos tipos.
Tabla 12. ¿Realiza la separación entre este tipo de desechos?
Opción de respuesta Frecuencia %
Siempre 6 20%
A veces 7 23%
Nunca 17 57%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
40%
60%
¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico?
si
no
58
Los resultados arrojados mediante el diagrama de pastel demuestran que el 57%
nunca realiza la separación de los desechos orgánicos e inorgánicos.
Figura 9. Realiza la separación entre este tipo de desechos Jiménez, 2020
Los desechos orgánicos también pueden tratarse para hacer abono y productos
acondicionadores del suelo, como lo hacen muchas personas en sus patios y
jardines. Pero el 60% de los encuestados que representa a 18 personas
encuestadas, no tiene un destino específico para los desechos orgánicos.
Tabla 13. ¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos?
Jiménez, 2020
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 12 40%
No 18 60%
Total 30 100%
20%
23%57%
¿Realiza la separación entre este tipo de desechos?
siempre
a veces
nunca
59
En la imagen 10 muestra que el 60% del total de los encuestados no tiene un
destino específico para los desechos orgánicos.
Figura 10. Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos Jiménez, 2020
Los resultados muestran que la mitad de los encuestados es decir el 50% nunca
ha recibido un adecuado conocimiento sobre la producción de energía mediante
desechos para obtener un menor impacto ambiental
Tabla 14. ¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los
desechos?
Opción de respuesta Frecuencia %
Siempre 6 20%
A veces 9 30%
Nunca 15 50%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
En la imagen 11 muestra que el 50% de los encuestados no tiene conocimiento
sobre la producción de energía mediante desechos.
40%
60%
¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos?
si
no
60
Figura 11. Edades de los Encuestados Jiménez, 2020
Las energías renovables son formas de generar energía a partir de recursos
naturales ilimitados. Estos recursos están disponibles sin límite de tiempo o se
reponen más rápidamente que la velocidad a la que se consumen, como se
muestra en la tabla 15 el 67% del total de los encuestados no tiene conocimiento
de las energías renovables y solo el 33% conoce sobre las energías renovables.
Tabla 15. ¿Sabe que son las energías renovables?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 10 33%
No 20 67%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
Las energías renovables también se denominan a menudo "energías verdes" o
"energías limpias". Aun así, esto no significa que estas energías no sean dañinas
para el medio ambiente y tengan un impacto nulo. En el diagrama de pastel que se
20%
30%
50%
¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los desechos?
siempre
a veces
nunca
61
muestra en la figura 12 se puede observar que el 63% de los encuestados no
conoce sobre la energía renovable y solo 33% conoce de aquello.
Figura 12. Sabe que son las energías renovables Jiménez, 2020
La energía renovable y la agricultura son una combinación ganadora. La energía
eólica, solar y de biomasa se puede aprovechar para siempre, proporcionando a
los agricultores una fuente de ingresos a largo plazo. La energía renovable puede
usarse en la granja para reemplazar otros combustibles o venderse como un
"cultivo comercial". Pero debido al desconocimiento sobre los tipos de fuentes de
energía renovable como se muestra en la tabla 16, estas fuentes no pueden ser
aprovechadas.
Tabla 16. ¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?
Opción de respuesta Frecuencia %
E. Biomasa 2 7% E. Mareomotriz 1 3%
E. hidráulica 2 7% Paneles solares 5 17%
E. Eólica 2 7%
Ninguna 18 60% Total 30 100%
Jiménez, 2020
33%
67%
¿Sabe que son las energías renovables?
si
no
62
En la imagen 13 muestra que el 60% de los encuestados desconocen sobre las
fuentes de energía renovable y por lo tanto no hace un debido uso de aquellas.
Figura 13. Fuentes de energía renovable que conoce Jiménez, 2020
Como se muestra en la tabla 17, algunas comunidades tienen convenios u otras
regulaciones que especifican lo que los propietarios pueden y no pueden hacer con
su propiedad. A veces, estas regulaciones prohíben el uso de sistemas de energía
renovable por razones estéticas o de control del ruido. Sin embargo, el 100% de
los encuestados no hace uso de ninguno tipo de energía renovable en sus hogares.
Tabla 17. ¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 0 0%
No 30 100%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
En la figura 14 se muestra los resultados que el 100 % de los hogares del recinto
“La Matilda” no hace uso de ningún tipo de energía renovable.
6% 3%
7%
17%
7%
60%
¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?
E. Biomasa
E. Mareomotriz
E. hidraulica
Paneles solares
E. Eólica
Ninguna
63
Figura 14. En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable Jiménez, 2020
La planificación de un sistema de energía renovable en el hogar es un proceso
que incluye analizar su uso actual de electricidad (y considerar medidas de
eficiencia energética para reducirlo), observar los códigos y requisitos locales,
decidir si desea operar su sistema dentro o fuera de la red eléctrica y comprender
las opciones tecnológicas que tiene para su sitio. El 97% de las personas
encuestadas no se encontraban interesadas en instalar un sistema de energía
renovable como se puede observar en la tabla 18.
Tabla 18. ¿Ha considerado instalar un sistema de energía renovable?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 1 3%
No 29 97%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
Si se llegan a considerar medidas de eficiencia energética en los hogares antes
de tener un sistema de energía renovable reducirá su consumo de electricidad y le
0%
100%
¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable?
si
no
64
permitirá comprar un sistema más pequeño y menos costoso. Pero en la mayor
proporción de los encuestados el cual representa el 97% no considera una opción
instalar un sistema de energía renovable como se puede observar en la figura 15.
Figura 15. Edades de los Encuestados Jiménez, 2020
Los resultados de la encuesta tabla 19, indican una clara aceptación por parte
de la comunidad encuestada. En promedio, el 97% lo cual representa a mayoría de
los agricultores del recinto “La Matilda” tienen la intención de producir biogás con
los desechos que genera el estiércol. Otras razones para producir más biogás
serían el aprovechamiento de la ganadería.
Tabla 19. ¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol bovino y las cascarillas de arroz?
Opción de respuesta Frecuencia %
Si 29 97%
No 1 3%
Total 30 100%
Jiménez, 2020
65
En la figura 16 se muestra los resultados positivos en cuanto al interés por la
producción de biogás, representado mediante diagrama de pastel muestra que el
mayor índice de los encuestados que representa el 70% les interesa conocer el
proyecto para la producción del biogás a base de estiércol bovino y de la cascarilla
de arroz.
Figura 16. Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol vacuno y las cascarillas de arroz. Jiménez, 2020
4.2 Implementación de cuatro tratamientos utilizando diferentes cantidades de
estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás
mediante la utilización del Biodigestor.
Se implementaron 4 tratamientos para conocer el más efectivo, efectuando 4
repeticiones para cada uno. Así también, se analizaron 3 parámetros como
volumen de biogás, el pH y la presión, obteniendo los resultados que se denotan
en los gráficos siguientes.
97%
3%
¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol vacuno y las
cascarillas de arroz?
si
no
66
4.2.1 Análisis del volumen de biogás.
La figura 17 presenta el volumen de biogás obtenido durante 60 días con cada
uno de los tratamientos aplicados, en donde se puede observar que el tratamiento
2 (4lb de estiércol fresco + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua) presentó mayor
volumen con un promedio de 0,00917 (9,17) m3/kg, mientras que el T1 0,00133
(1,33) m3/kg, el T3 0,00212 (2,12) m3/kg y el T4 0,00165 (1,65) m3/kg.
Figura 17. Volumen de biogás alcanzado en los diferentes tratamientos Jiménez, 2020
4.2.1.1 Análisis estadístico del Biogás.
La tabla 20 muestra el análisis de varianza (ANOVA) realizado, en el que se
denota un valor p <0,0001 menor al nivel de significancia (0,05) por lo que se
rechaza la hipótesis nula. Además, en la tabla 21 se presenta el análisis estadístico
Tukey para comprobar la diferencia entre medias, obteniendo al menos una letra
diferente, esto quiere decir que existen diferencias significativas entre las medias
de los tratamientos para el parámetro de volumen de biogás.
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
T 1 T2 T3 T4
m3
/kg
Tratamientos
Biogas
67
Tabla 20. Análisis de la Varianza (SC tipo III) para Biogás
F.V. SC gl CM F p-valor
Modelo 1,69E+08 3 56227804 151,79 <0,0001
Tratamientos 1,69E+08 3 56227804 151,79 <0,0001
Error 4445178 12 370431,5
Total 1,73E+08 15
Jiménez, 2020 Tabla 21. Test: Tukey Alfa=0,05 del Biogás
Error: 370431,4583 gl: 12
Tratamientos Medias n E.E.
1 0,00133 4 304,32 A
4 0,00165 4 304,32 A
3 0,00212 4 304,32 A
2 0,00917 4 304,32 B
Jiménez, 2020
4.2.2 Análisis del pH.
La figura 18 muestra el pH que se alcanzó a través de los distintos tratamientos,
con un pH 3,88 para el T1, pH de 4,38 el T2, pH de 4,13 el T3 y el T4 un pH de 4.
El pH establecido en todos los tratamientos se encuentra en el rango de
moderadamente ácido.
Figura 18. pH obtenido en los diferentes tratamientos Jiménez, 2020
3.6
3.7
3.8
3.9
4
4.1
4.2
4.3
4.4
T 1 T2 T3 T4
pH
Tratamientos
pH
68
4.2.2.1 Análisis estadístico del pH.
Al realizar el análisis de varianza (ANOVA) y el test de Tukey con respecto al
pH, se logró un p-valor= 0,6649 estando por encima del nivel de significancia (0,05),
lo que significa que se acepta la hipótesis nula, argumentando que no existe
diferencia entre las medias para este parámetro con se especifica en las tablas 22
y 23.
Tabla 22. Cuadro de Análisis de la Varianza del pH
F.V. SC gl CM F p-valor
Modelo 0,55 3 0,18 0,54 0,6649
Tratamientos 0,55 3 0,18 0,54 0,6649
Error 4,06 12 0,34
Total 4,61 15
Jiménez, 2020
Tabla 23. Test: Tukey Alfa=0,05 de pH
Error: 0,3385 gl: 12
Tratamientos Medias n E.E. 1 3,88 4 0,29 A 4 4 4 0,29 A 3 4,13 4 0,29 A 2 4,38 4 0,29 A
Jiménez, 2020
4.2.3 Análisis de la presión.
En la figura 19 se puede evidenciar la presión alcanzada a los 20 días de la
aplicación de los tratamientos, presentando para el T1 una presión de 1 atm, en el
T2 la presión de 4,19 atm, en el T3 0,99 atm y el T4 0,59 atm.
69
Figura 19. Presión obtenida con los tratamientos a los 20 días Jiménez, 2020
4.2.3.1 Análisis estadístico de la presión a los 20 días.
En las tablas 24 y 25 se observan los datos alcanzados una vez que se realizó
en análisis de varianza y el test de Tukey para la presión en 20 días, se logró un
valor p= <0,0001 siendo este inferior al nivel de significancia y se evidencia al
menos una letra diferente, en efecto, se rechaza la hipótesis nula ya que existe
diferencias significativas entre los tratamientos.
Tabla 24. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (20 días)
F.V. SC gl CM F p-valor
Modelo 33,69 3 11,23 34,73 <0,0001
Tratamientos 33,69 3 11,23 34,73 <0,0001
Error 3,88 12 0,32
Total 37,57 15
Jiménez, 2020
Tabla 25. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (20 días)
Error: 0,3234 gl: 12
Tratamientos Medias n E.E. 4 0,59 4 0,28 A 3 0,99 4 0,28 A 1 1 4 0,28 A 2 4,19 4 0,28 B
Jiménez, 2020
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
T 1 T2 T3 T4
atm
Tratamientos
Presión (20 días)
70
La figura 20 refleja los resultados de presión alcanzados a los 40 días de
aplicación de los tratamientos con valores de: T1 (2 atm), T2 (2,68 atm), T3 (2,37
atm) y finalmente el T4 (2,22 atm).
Figura 20. Presión obtenida en cada tratamiento a los 40 días Jiménez, 2020
4.2.3.2 Análisis estadístico de la presión a los 40 días.
En las tablas 26 y 27 se evidencia el ANOVA y test de Tukey efectuados, donde
se obtuvo un valor p= 0,0873 mayor que el nivel de significancia, aceptando la
hipótesis nula, debido a que las medias de los tratamientos son iguales.
Tabla 26. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (40 días)
F.V. SC gl CM F p-valor
Modelo 0,96 3 0,32 2,77 0,0873 Tratamientos 0,96 3 0,32 2,77 0,0873 Error 1,39 12 0,12 Total 2,35 15
Jiménez, 2020
Tabla 27. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (40 días)
Error: 0,1158 gl: 12
Tratamientos Medias n E.E. 1 2 4 0,17 A 4 2,22 4 0,17 A 3 2,37 4 0,17 A 2 2,68 4 0,17 A
Jiménez, 2020
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
T 1 T2 T3 T4
atm
Tratamientos
Presión (40 días)
71
La figura 21 muestra la presión obtenida a los 60 días de la aplicación de los
tratamientos donde el T1 presentó un promedio de presión de (2,50 atm), el T2
(4,31 atm), el T3 (3,50 atm) y el T4 (3,00 atm).
Figura 21. Presión alcanzada a los 60 días de aplicación de los tratamientos Jiménez, 2020
4.2.3.3 Análisis estadístico de la presión a los 20 días.
En las tablas 28 y 29 se establece el análisis de varianza y el test de Tukey
aplicados a la presión en 60 días, donde el valor p= 0,1386 mayor que el nivel de
significancia y con medias significativamente iguales por lo que se acepta la
hipótesis nula.
Tabla 28. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (60 días)
F.V. SC gl CM F p-valor
Modelo 7,17 3 2,39 2,22 0,1386
Tratamientos 7,17 3 2,39 2,22 0,1386
Error 12,92 12 1,08
Total 20,09 15
Jiménez, 2020
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
T 1 T2 T3 T4
atm
Tratamientos
Presión (60 días)
72
Tabla 29. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (60 días)
Error: 1,0768 gl: 12
Tratamientos Medias n E.E. 1 2,5 4 0,52 A 4 3 4 0,52 A 3 3,5 4 0,52 A 2 4,31 4 0,52 A
Jiménez, 2020
4.3 Propuesta de una guía de producción de biogás como fuente energética
para la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto “La Matilde”
mediante revisión de resultados experimentales.
La guía propuesta para la disminución del Gas Licuado de Petróleo se estableció
mediante revisión de los resultados experimentales. El resultado de este proceso
es para poder mitigar, controlar o reducir al mínimo los impactos del Gas Licuado
de Petróleo, se consideró los impactos y se planteó la guía tomando en cuenta la
ley general del ambiente.
4.3.1 Digestión anaeróbica de desechos animales en biodigestores.
El crecimiento y la intensificación de las operaciones ganaderas a menudo dan
como resultado grandes cantidades de estiércol que deben manejarse
adecuadamente. Incluso cuando se almacena, el estiércol genera y libera metano
(un gas de efecto invernadero) a la atmósfera. Además, la degradación anaeróbica
generalmente ha tenido lugar en el tracto digestivo inferior de los animales y luego
continúa en las pilas de estiércol dando como resultado compuestos malolientes.
Estos compuestos malolientes se originan por la descomposición incompleta de la
materia orgánica en el estiércol por microbios anaeróbicos en condiciones
ambientales incontroladas.
Además, el estiércol recolectado puede mezclarse con desechos de la casa de
leche para la digestión anaeróbica. Generalmente, el estiércol se recolecta con o
sin desechos de la casa de leche y el purín se prepara agregándole agua. La
73
lechada se bombea al separador para cribar, separando la mezcla en fracciones
líquidas y sólidas. Posteriormente, la fracción líquida tamizada se introduce en el
digestor mientras que la fracción sólida se puede deshidratar y redistribuir a áreas
que carecen de nutrientes, utilizar como lecho o compostar para servir como una
fuente adicional de más carbono y nitrógeno. Además, la fracción líquida digerida
puede procesarse para obtener fertilizantes concentrados o post-tratarse para
obtener agua limpia con fines de reciclaje y riego
En general, durante la digestión anaeróbica, los polímeros complejos en los
desechos animales son catabolizados a través de una serie de pasos por
consorcios complejos de microorganismos en el digestor para finalmente producir
metano y dióxido de carbono. Básicamente, este proceso se puede dividir en cuatro
fases: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis en las que las
bacterias hidrolíticas, fermentativas, acetógenos y metanógenos desempeñan
papeles distintos, respectivamente.
Durante la hidrólisis, los polímeros complejos como carbohidratos, proteínas y
grasas se degradan en azúcares, aminoácidos y ácidos grasos de cadena larga,
respectivamente. Este proceso de degradación se produce principalmente a través
de la actividad de enzimas extracelulares (lipasas, proteasas, celulasas y amilasas)
secretadas por bacterias hidrolíticas unidas a un sustrato polimérico.
Posteriormente, las bacterias fermentativas o acidógenas transforman los
productos de la hidrólisis en ácido acético y compuestos intermedios, como etanol,
ácido láctico, ácidos grasos de cadena corta (C3-C6), hidrógeno y dióxido de
carbono. El acetato, dióxido de carbono, formiato, metilaminas, sulfuro de metilo,
acetona y metanol producidos en esta fase se pueden utilizar directamente para la
metanogénesis. En consecuencia, los otros productos intermedios de la
74
acidogénesis se convierten en acetato, formiato o CO 2 y H 2 mediante acetógenos
sintróficos en un intento por maximizar la producción de metano.
Como punto final, el metano se produce durante la metanogénesis por los
metanógenos de dos maneras: o mediante la escisión de moléculas de ácido
acético para producir metano y dióxido de carbono o la reducción de dióxido de
carbono con hidrógeno mediante metanógenos acetotróficos e hidrogenotróficos,
respectivamente. El biogás generado está constituido principalmente por metano
(50-75%), CO2 (25-45%) y trazas de otros gases como CO, H2S, NH3, O2, vapor
de agua (Helmenstine, 2016)
Tabla 30. Gases y su simbología
Componente Símbolo
Metano CH 4
Dióxido de carbono CO 2
Hidrógeno H 2
Amoníaco NH 3
Vapor de agua H 2 O
Oxígeno O 2
Sulfuro de hidrógeno H 2 S
Helmenstine, 2016
4.3.2 Técnicas para identificar microorganismos involucrados en el
proceso de digestión anaeróbica.
St-Pierre y Wrigh (2015) mencionaron que las comunidades microbianas dentro
de un digestor anaeróbico que trata estiércol animal no están completamente
caracterizadas. Sin embargo, debido a la diversidad de microorganismos en el
sistema, se requieren una variedad de enfoques metodológicos para un análisis
75
detallado de la estructura de la comunidad en un intento por desentrañar los
complejos efectos antagonistas y sinérgicos entre las comunidades microbianas
con el fin de mejorar eventualmente la estabilidad del proceso y la eficiencia de
formación de biogás. Esto se puede lograr mediante el uso combinado de técnicas
tradicionales de cultivo, microscópicas y moleculares.
Por el contrario, las técnicas basadas en cultivos, como el recuento en placa, la
filtración por membrana y el número más probable (MPN) tienen una limitación
inherente porque solo la población viable crecerá para producir colonias en
condiciones de crecimiento específicas, mientras que otras que son importantes en
la muestra original no proliferan. Estos métodos de cultivo tradicionales empleados
con muestras ambientales también subestiman el número total de microorganismos
debido a la naturaleza selectiva de los medios utilizados, la falta de detección de
microbios activos, pero no cultivables y la falta de recuento de microbios que están
presentes como agregados. Asimismo, es imposible obtener cultivos puros de la
mayoría de los microorganismos en el medio natural debido a las complejas
relaciones sintróficas y simbióticas que abundan en la naturaleza.
4.3.3 Tipos de biodigestores para el tratamiento del estiércol animal.
Un digestor de biogás consta de uno o más depósitos herméticos (cámaras) en
los que se coloca estiércol animal o una mezcla de estiércol y sustrato, ya sea en
lotes o mediante alimentación continua. Estos sistemas de generación de biogás
podrían clasificarse en función del número de reactores utilizados en una (una)
etapa o en varias (dos) etapas y según el modo de alimentación de los sistemas de
alimentación continua y por lotes.
En los procesos de una sola etapa, las tres etapas del proceso anaeróbico
ocurren en un reactor; sin embargo, la tasa de crecimiento de las bacterias
76
fermentativas es más rápida que la de las bacterias acetogénicas y metanogénicas.
En consecuencia, los ácidos se acumulan; el pH desciende y el crecimiento de
bacterias metanogénicas se inhibe debido al aumento de la tasa de carga orgánica
y otros parámetros de proceso inapropiados. Mientras que los procesos de
múltiples etapas hacen uso de dos o más reactores que separan las etapas de
acetogénesis y metanogénesis en el espacio y permiten el establecimiento de
condiciones operativas que reducen el tiempo de inicio y la especialización del
microbiota en cada reactor, permitiendo así que los productos más deseables en
cada etapa ser obtenido.
En una configuración experimental por lotes, el digestor se carga con la materia
prima al comienzo de la reacción y el producto se descarga al final de cada ciclo,
mientras que en la alimentación continua, el material orgánico se carga y descarga
continuamente.
Las prácticas de explotación del ganado difieren entre individuos e influyen en
las características del estiércol obtenido, lo que a su vez determina la elección del
digestor. El estiércol se puede recoger raspando con un dispositivo automático o
enjuagándolo con agua. Idealmente, el estiércol raspado puede ser digerido por un
digestor de mezcla completo (por ejemplo, reactor de tanque agitado
continuamente, CSTR) y un digestor de flujo pistón mientras que el estiércol lavado
justifica el uso de lagunas cubiertas y digestores anaeróbicos de película fija.
Tradicionalmente, el estiércol animal a menudo se enjuaga, se trata previamente
mediante cribado mecánico, sedimentación o ambos en un intento por lograr dos
fracciones separadas de líquido y lodo; con la porción líquida empujada a lagunas
cubiertas para almacenamiento y tratamiento anaeróbico. Sin embargo, el proceso
de digestión anaeróbica en la laguna se ve afectado por las condiciones climáticas
77
(temperatura) así como por el nivel freático en el sitio, especialmente porque el
líquido puede filtrarse en manantiales y arroyos subterráneos. En los últimos
tiempos, con la búsqueda de retener la población microbiana activa en el digestor
para mejorar la estabilidad y el control del proceso; Los biodigestores están
diseñados con poblaciones microbianas activas unidas a soportes inertes como
biopelículas o forman agregados o gránulos.
De manera más elaborada, los digestores convencionales utilizados para el
tratamiento anaeróbico de estiércol animal son CSTR y reactores de flujo pistón
con una capacidad de retención apreciable, aunque con HRT prolongada en
comparación con los digestores de película fija. Por otro lado, los reactores
anaeróbicos de película fija tienen el potencial de retener la masa microbiana (como
biopelículas) en los materiales de soporte y también reducen el tiempo de retención
para la digestión anaeróbica a varias horas o algunos días. Sin embargo, Lutge y
Standish (2014) mencionaron que Sudáfrica tiene el potencial de implementar el
uso de CSTR y lagunas cubiertas para el tratamiento de estiércol animal in situ.
4.3.4 Factores que influyen en la digestión anaeróbica del estiércol animal
Generalmente, los factores que afectan el desempeño de un digestor anaeróbico
incluyen factores operativos (pH, temperatura, tasa de carga orgánica (OLR) /
tiempo de retención hidráulica (HRT), concentración de amoníaco libre),
características del sustrato/biodegradabilidad y diseño del biodigestor. Sin
embargo, Wilkie (2014) informó que la temperatura, la biodegradabilidad, OLR y
HRT tienen un gran impacto en la digestión anaeróbica del estiércol animal.
4.3.4.1 Temperatura.
Según la temperatura, los microorganismos anaeróbicos se pueden clasificar en
psicrófilos (<20 ° C), mesófilos (25-37 ° C) y termófilos (55-65 ° C). Algunas
78
especies metanógenas muestran una preferencia por el calor extremo (90-100 ° C),
por lo que se clasifican como metanógenos hipertermofílicos. Algunos ejemplos son
Methanocaldococcus jannaschii y Methanococcus vulcanius. La temperatura
puede considerarse como el factor ambiental más importante que influye en el
crecimiento de microbios. Sin embargo, cada microorganismo tiene un cierto rango
de temperatura dentro del cual puede crecer y multiplicarse. Cuando la temperatura
aumenta dentro de un cierto rango, las reacciones químicas y enzimáticas
aumentan a un ritmo más rápido y aumenta el crecimiento.
Sin embargo, por encima de la temperatura óptima, las reacciones químicas
clave en las diferentes vías metabólicas catalizadas por las enzimas no pueden
ocurrir porque las enzimas se destruyen de manera irreversible, ya que son
proteínas en la naturaleza. Las enzimas son cruciales para el metabolismo porque
permiten a los organismos impulsar reacciones deseables que requieren energía y
no ocurrirán por sí mismas, al acoplarlas a reacciones espontáneas que liberan
energía. En consecuencia, la tasa de crecimiento de los microbios también se
detendrá. Sin embargo, las diferentes especies microbianas responden de forma
diferente a los cambios bruscos de temperatura. Además, la temperatura no solo
influye en la tasa de metabolismo de los microorganismos, sino que también afecta
a otros parámetros del proceso, como el OLR y la concentración de amoniaco.
4.3.4.2 pH y alcalinidad.
Con respecto a la digestión anaeróbica, es más apropiado discutir el pH junto
con la alcalinidad, ya que esta última puede usarse para controlar el pH,
amortiguando así la acidez del sistema derivado de la fase de acidogénesis. Por lo
tanto, la cantidad de alcalinidad presente en un digestor anaeróbico representa la
capacidad amortiguadora.
79
El rango de pH de la digestión anaeróbica ocurre normalmente cerca del rango
de pH neutro y depende del OLR (que depende del tipo de reactor) y de la
capacidad tampón del sustrato. Los desechos del ganado (ricos en compuestos de
amoníaco y nitrógeno), como el estiércol de vaca, cerdo y aves de corral, tienen
una alta capacidad amortiguadora, ya que producen alcalinidad cuando son
degradados por microorganismos. Sin embargo, la digestión anaeróbica de estos
desechos a menudo se mantiene a valores de pH más altos de 7,6. Un aumento
en OLR con una disminución correspondiente en HRT puede resultar en la
acumulación de ácidos grasos volátiles que causa una caída en el pH debido al
aumento de la acidez del medio de digestión. Sin embargo, en casos en los que el
pH tiene que ser ajustado, varios productos químicos, tales como hidróxido de
sodio, hidrógeno carbonato de potasio, carbonato de sodio, carbonato de calcio,
hidróxido de calcio, etc. Se puede agregar como suplemento de alcalinidad.
4.3.4.3 Concentración de amoniaco.
La digestión anaeróbica de desechos ricos en urea y proteínas, como los
desechos animales, a menudo se enfrenta al desafío de altos niveles de amoníaco
libre debido a su alta concentración de nitrógeno orgánico que, tras la degradación
biológica, da como resultado una alta concentración de ion amonio total más
amoníaco libre. La cantidad de amoníaco producida durante el proceso de digestión
se atribuye a la concentración de nitrógeno en el sustrato, la carga del reactor, la
relación C / N, la capacidad tampón y la temperatura. En solución acuosa, el
nitrógeno amoniacal inorgánico existe en dos formas principales; ion amonio
(NH4+) y amoniaco no ionizado o amoniaco libre (NH3) en un estado de equilibrio
dependiente del pH. La toxicidad del amoniaco está influenciada por el pH y la
temperatura de funcionamiento.
80
Por otro lado, la reducción del pH a un nivel dentro del pH óptimo necesario para
el crecimiento de los microorganismos ayudará a contrarrestar la concentración de
amoniaco libre. Sin embargo, la inestabilidad del proceso provocada por la
toxicidad del amoniaco a menudo resulta en un aumento del nivel de ácidos grasos
volátiles con una disminución correspondiente en el rendimiento de metano.
El alto contenido de amoníaco libre generalmente se ha asociado con un
rendimiento inestable del proceso y un mayor riesgo de falla del proceso como
resultado de su efecto inhibidor sobre los metanógenos (específicamente los
metanógenos que utilizan acetato). Por lo tanto, en presencia de niveles elevados
de amoníaco en un fermentador, se produce un cambio en el proceso de
biometanización de la metanogénesis acetoclástica (realizada por metanógenos
que utilizan acetato) a la oxidación del acetato sintrófica realizada por acetógenos
sintróficos en colaboración con hidrogenótrofos.
4.3.4.4 Tiempo de retención hidráulica y tasa de carga orgánica.
La descomposición biológica del estiércol animal se ve muy afectada por su
tiempo de retención en el reactor. El tiempo de retención está determinado por el
contenido sólido del estiércol, la temperatura y el tipo de reactor utilizado para el
tratamiento. De manera más elaborada, los reactores CSTR y de flujo pistón para
el tratamiento de estiércol animal requieren un tiempo de retención de 20 a 30 días,
mientras que los reactores de película fija suelen tener un tiempo de retención más
corto, de varias horas a unos pocos días. Sin embargo, las lagunas cubiertas
requieren un tiempo de retención más prolongado de 60 días. Además, la TRH
también afecta la calidad del efluente en términos de carga microbiana, contenido
de nutrientes y rendimiento de metano.
81
4.3.5 Características del sustrato y metales pesados.
Los componentes del estiércol determinan directamente el rendimiento de
biogás y el nivel de reacciones bioquímicas que tendrían lugar dentro del sistema
digestor. La composición del estiércol dependerá de las operaciones ganaderas
que incluyen la dieta y el procedimiento de manipulación / almacenamiento de los
desechos. Evidentemente, para el correcto funcionamiento y la reproducción
continua de los microbios implicados en el proceso de digestión anaeróbica, se
necesitan fuentes de energía disponibles; carbono para la síntesis de nuevos
materiales celulares, elementos inorgánicos como nitrógeno, fósforo, potasio,
azufre, calcio y magnesio, así como nutrientes orgánicos. En consecuencia, las
características físicas y químicas, incluido el contenido de humedad, el contenido
de sólidos totales, el contenido de sólidos volátiles, el contenido de fósforo,
nitrógeno y carbono de la materia prima, deben evaluarse antes de comenzar el
proceso de digestión.
Los sólidos volátiles del estiércol son un parámetro muy crítico, ya que consisten
en la porción biodegradable que incluye carbohidratos, grasas y proteínas y la
porción refractaria que no puede digerirse anaeróbicamente. El término
biodegradabilidad del estiércol viene indicado por el rendimiento de biogás o
metano y el porcentaje de sólidos (sólidos totales o volátiles) que se destruyen en
el proceso de digestión anaeróbica.
Los microorganismos requieren una pequeña cantidad de algunos metales
(níquel, cobalto, cobre, hierro, zinc, molibdeno, etc.) para un crecimiento y
rendimiento óptimos. Matseh señaló que estos oligoelementos se conocen
generalmente como micronutrientes estimulantes y se encuentran en coenzimas y
cofactores. Los efectos estimulantes potenciados por estos metales sobre el
82
rendimiento del proceso de biogás están relacionados con una mayor producción
de metano, utilización del sustrato y estabilidad del reactor. Sin embargo, existen
amplios rangos en la cantidad de estos metales que se necesitan para volverse
estimulantes; esto se ha atribuido a diferencias en el pH, OLR, HRT, características
del sustrato y los complejos procesos químicos y biológicos que controlan la
biodisponibilidad de los metales traza.
4.3.5.1 Mezcla.
De gran valor en la digestión anaeróbica del estiércol animal es el grado de
contacto entre el estiércol animal entrante y una población bacteriana viable; esta
es una función de mezcla en el reactor. Los beneficios de mezclar el contenido del
digestor durante el proceso anaeróbico han sido documentados por varios autores
e incluyen: previene la formación de espuma dentro del digestor, asegura la
distribución uniforme de los microorganismos y el sustrato en toda la mezcla e
intensifica el contacto entre ellos, previene la estratificación dentro del digestor, por
lo tanto, permite uniformidad distribución de calor por toda la mezcla y, por último,
ayuda a liberar gas de la mezcla.
Sin embargo, lo que no está claro sobre el aspecto de la mezcla es la intensidad
y la duración de la mezcla teniendo en cuenta el hecho de que podrían utilizarse
diferentes modos (mezcladores mecánicos y bombas de recirculación). En la
caracterización del estiércol, los sólidos totales y volátiles son muy importantes
porque existe un cierto límite por encima del cual el estiércol ya no será un purín,
lo que plantea problemas de operaciones de mezclado y bombeo.
4.3.6 Factores de digestión.
La digestión anaeróbica depende de varios parámetros diferentes para un
rendimiento óptimo. En la producción de metano intervienen diferentes grupos de
83
microorganismos y condiciones adecuadas deben establecerse para mantener
todos los microorganismos en equilibrio. Algunos de estos parámetros son: pH,
temperatura, mezcla, sustrato, relación Carbono Nitrogeno y tiempo de retención
hidráulica (HRT). La digestión es lenta proceso y se necesitan como mínimo tres
semanas para que los microorganismos se adapten a una nueva condición cuando
hay un cambio en el sustrato o la temperatura.
Es necesaria una relación simbiótica entre los microorganismos acetogénicos
productores de hidrógeno y los metanógenos que consumen hidrógeno. Además,
un pH neutro es favorable para la producción de biogás, ya que la mayoría de los
metanógenos crecen en el rango de pH de 6,7 a 7,5. La temperatura también es
un factor importante en la producción de biogás. La mayoría de los
microorganismos formadores de ácido crecen bajo condiciones mesófilas; sin
embargo, para los metanógenos, una temperatura más alta es favorable. Mezclar
es también un parámetro esencial para la producción de biogás. Demasiada mezcla
estresa a los microorganismos y sin mezclar se produce espuma. Los
microorganismos formadores de metano crecen lentamente, con un tiempo de
duplicación de unos 5 a 16 días. Por lo tanto, el tiempo de retención hidráulica debe
ser de al menos 10 a 15 días, a menos que estas bacterias son retenidas, por
ejemplo, por atrapamiento. Sustrato y balance de fuentes de carbono con otros
nutrientes como nitrógeno, fósforo y azufre también es importante. El sustrato debe
ser de digestión lenta, de otro modo fácilmente degradables, pueden provocar un
aumento repentino del contenido de ácido.
La proporción de carbono y nitrógeno debe estar alrededor de 16: 1–25: 1.
Demasiado aumento o disminución de la relación carbono / nitrógeno afecta la
producción de biogás. La concentración de sólidos en el digestor debe variar entre
84
el 7% y el 9%. El tamaño de las partículas no es un factor importante en
comparación con otros parámetros como el pH y temperatura. Sin embargo, el
tamaño de las partículas utilizadas afecta la degradación y, en última instancia, la
tasa de producción de biogás
4.3.6 Digestores domésticos.
Siempre es difícil adoptar un tipo particular de digestor para fines domésticos.
Los digestores varían según la ubicación geográfica, la disponibilidad de sustrato y
las condiciones climáticas.
Por ejemplo, un digestor utilizado en regiones montañosas está diseñado para
tener menos volumen de gas con el fin de evitar la pérdida de gas. Para los países
tropicales, se prefiere tener digestores subterráneos debido a la energía
geotérmica. De todos los digestores desarrollados, se desarrolló el modelo de
domo fijo por China y el modelo de tambor flotante desarrollado por India han
continuado funcionando hasta hoy.
Recientemente, los digestores de flujo tipo pistón están ganando atención debido
a su portabilidad y fácil operación.
4.3.7 Parámetros en el funcionamiento de los digestores.
4.3.7.1 Materiales para la construcción.
Los materiales para la construcción de digestores domésticos dependen de
factores geológicos, hidrológicos y locales (Condiciones y materiales disponibles
localmente). Con los avances tecnológicos, en los últimos años se han introducido
en el mercado propiedades mejoradas y menores costes. En India, los digestores
domésticos de biogás subterráneos son muy populares. La piedra o los ladrillos se
utilizan como material para construcción de este tipo de digestores. Se requieren
altos costos de inversión para construir digestores de estructura, que es la principal
85
limitación para los agricultores de bajos ingresos. Ingenieros taiwaneses en 1960
comenzó a desarrollar digestores a partir de materiales más baratos y disponibles
localmente. Aunque el nailon y el neopreno se utilizaron inicialmente, esto resultó
ser caro. Con el desarrollo de la tecnología, PVC y en su lugar se utilizó polietileno,
ya que son relativamente baratos.
4.3.7.2 Efecto de la temperatura.
Uno de los parámetros importantes y difíciles de mantener en los digestores
domésticos de biogás es la temperatura. Los metanógenos son activos, incluso a
temperaturas muy bajas, mientras que el biogás la producción aumenta diez veces
al aumentar la temperatura de 10 a 25 ° C. Según algunas observaciones, la
cantidad de biogás producido por alta temperatura (mesófilo) y baja TRH es
comparable al biogás producido con baja temperatura (psicofílica) y alta TRH.
Personas que viven en los valles de las montañas o fuera de las regiones tropicales
sufren de bajas tasas de digestión durante la temporada de invierno, cuando la
temperatura desciende por debajo de los 15°C. Diferentes técnicas y métodos han
sido desarrollados en todo el mundo para mantener la temperatura dentro del
digestor. La energía solar podría utilizarse como fuente de calor para aumentar la
temperatura del digestor. Desarrollaron un dispositivo de calefacción a base de
energía solar, pero la eficiencia disminuyó durante el invierno en las zonas
montañosas. Mantener con la temperatura lo más constante posible, la mayoría de
los digestores se construyeron bajo tierra. La energía geotérmica ayudó a mantener
la temperatura en el digestor cuando está enterrado bajo tierra.
Una capa de carbón en la parte superior del digestor. Este método aumenta la
temperatura en 3 ° C y la producción de gas en un 7% -15%, pero el digestor tuvo
que ser revestido cada mes y medio. Sin embargo, este método es económico ya
86
que los agricultores pueden preparar carbón vegetal quema de piezas de madera.
Para mantener la temperatura en el reactor, no basta con ennegrecer o glaseado
(recubrimiento). Una parte del biogás producido también debe quemarse para
mantener la temperatura en el digestor. La cáscara de arroz colocada encima del
digestor también puede ayudar a mantener la temperatura. Durante la temporada
fría. La disminución de la producción de biogás durante el invierno podría superarse
proporcionando aislamiento en la superficie interior del recipiente de gas. Un
estanque solar poco profundo. El calentador de agua también reduce la pérdida de
calor dentro del digestor.
4.3.7.3 Tasa de carga y rendimiento del biogás producido.
La concentración de sólidos en los digestores domésticos de biogás varía entre
5% y 10%. El aumento de la concentración de sólidos al 19% disminuyó la
producción de biogás. La tasa de carga orgánica común (OLR) del digestor es de
2 a 3 kgVS / m3/ día bajo condiciones mesofílicas. Sin embargo, podría ser posible
lograr OLR más altos si el lodo la concentración es superior al 10%. En el modelo
Janta se presenció un máximo de 10,4 a 10,6 kgVS / m3/ día y el reactor de flujo
pistón modificado. La producción media de biogás en el biogás doméstico. El
digestor estaba en el rango de 0,26 a 0,55 m3 / kgVS / día.
Los tiempos de retención hidráulica (TRH) varían entre 20 y 100 días para los
hogares. Los estudios muestran que disminuir la THS de 90 días a 60 días y
aumentar la OLR diluyendo el sustrato de 1: 4 a 1: 2 sería beneficioso para el mejor
desempeño del digestor. Muchos digestores domésticos no tienen un agitador para
mezclar el contenido del digestor, lo que crea regiones estancadas en los
digestores. Debido a estas regiones estancadas, la HRT del digestor disminuye en
comparación con su HRT calculada, lo que lleva a eliminar los microorganismos
87
4.3.8 Almacenamiento de biogás y mantenimiento de digestores.
El almacenamiento del biogás producido suele ser una preocupación importante.
El biogás se puede transportar directamente a la cocina o almacenado en un tanque
presurizado, almacenamiento de tambor flotante, cilindros de gas y bolsas de gas.
Almacenar el biogás reduce el problema del bajo caudal durante la cocción. El
biogás se puede transportar desde un solo lugar a otro mediante el uso de bolsas
de gas. El exceso de presión en el recipiente de almacenamiento puede liberado
utilizando una válvula en forma de "T". La cantidad de biogás producida en el
digestor depende del material alimentado, tipo de material, Relación Carbono /
Nitrogeno, tiempo de digestión y temperatura. Por ejemplo, influente altamente
concentrado ralentiza la fermentación y el afluente diluido provoca la formación de
espuma. Para mantener los sólidos concentración, la cantidad de agua y biomasa
añadida debe estar en la misma proporción.
El digestor debe alimentarse todos los días. Sin embargo, los carbohidratos
fermentables libres aumentarán la concentración de ácidos grasos volátiles, que
afecta a las bacterias formadoras de metano. Por lo general, el estado estacionario
de producción de biogás se observa después de dos meses de operación con un
OLR constante
4.3.9 Aplicaciones del biogás en digestores domésticos.
4.3.9.1 Cocinar y calentar.
El biogás producido a partir de los digestores domésticos se utiliza
principalmente para cocinar. La cantidad de El biogás utilizado para cocinar suele
variar entre 30 y 45 m3 por mes. Este número puede ser en comparación con otros
combustibles de uso común como el queroseno donde el consumo es entre 15 y
20 L, y Gas Licuado de Petróleo (GLP) entre 11 y 15 kg por mes, respectivamente.
88
El equivalente de energía fue de alrededor de 300, 200 y 150 kWh para biogás,
queroseno y GLP, respectivamente. El biogás excedente en el digestor doméstico
podría usarse para agua y calefacción de espacios.
4.3.9.2 Estufas de biogás.
La quema de biogás no es posible en quemadores comerciales de butano y
propano debido a sus propiedades fisicoquímicas. Sin embargo, es posible utilizar
estos quemadores después de algunas modificaciones. Los quemadores se
cambian en el inyector de gas, su sección transversal y las cámaras de mezcla. Los
quemadores de biogás son diseñados para hacer frente a una mezcla de biogás y
aire en una proporción de 1:10. Diferentes quemadores como vertical difusor de
llama, difusor de llama horizontal y ningún difusor con biogás.
El difusor de llama tenía una alta eficiencia de transferencia de calor en
comparación con otros difusores. La eficiencia es obtenida calculando el calor
ganado por el agua sometida a calentamiento y la cantidad de combustible
consumido durante este proceso. La eficiencia del calor que ingresa al recipiente
desde la estufa fue alta para biogás con 57,4%, seguido por GLP, queroseno y
madera con 53,6%, 49,5% y 22,8%, respectivamente. El consumo de biogás y la
eficiencia térmica en las estufas de biogás variaron entre 0.340–0.450 m3/ hy 59–
68%
4.3.9.3 Fertilizante.
El digestato que queda del digestor es rico en nitrógeno, fósforo y potasio, y
puede ser utilizado como fertilizante. El digestor incrementó el cultivo de papa en
un 27,5% y el forraje en un 1,5% en comparación con ningún fertilizante añadido.
Debido a la digestión anaeróbica de la materia orgánica, estos nutrientes las
plantas absorbieron fácilmente las concentraciones. El efluente se puede utilizar
89
directamente como fertilizante. En la agricultura el digestor tiene un alto valor
comercial cuando se exporta. El efluente seco también podría utilizarse como
adsorbente para eliminar el plomo de las aguas residuales industriales.
4.3.9.4 Iluminación y generación de energía.
La otra gran aplicación del biogás doméstico es la iluminación y la generación
de energía. En muchos países desarrollados, el biogás de los digestores se envía
a un motor de combustión para convertirlo en energía eléctrica y mecánica. El
biogás requiere un combustible líquido para iniciar la ignición. Combustible diésel
también se puede combinar con biogás para la generación de energía. Por ejemplo,
en Pura (India). Un digestor de biogás comunitario bien estudiado puede alimentar
un motor diesel modificado y hacer funcionar un generador. El dióxido de carbono
hasta un 40% no disminuirá el motor rendimiento utilizando biogás como
combustible. El biogás también se puede utilizar para alimentar motores cuando se
mezcla con gasolina o diesel, y también puede ayudar a bombear agua para riego.
El biogás necesario para producir 982 kWh ronda los 6,7 m3 / día, y para calentar
agua 2 m3/día. El uso de un generador de 1 kW demostró que la mitad de la energía
necesaria podía satisfacerse utilizando un digestor doméstico. Se observaron
resultados satisfactorios cuando se probaron para calentamiento de agua y
electricidad generación a partir de biogás. En Earth University (EE. UU.), la
electricidad del biogás se utiliza para el ordeño operaciones. El biogás se mezcla
con aceite de estufa en un generador de motor diesel de 12 kW para actuar como
un Combustible dual para electrificación rural. Las semillas de Jatropha
permanecen como producto de desecho después de la producción de aceite. Esta
los residuos se convierten en biogás. El aceite y el biogás se combinan en un motor
de doble combustible para generar electricidad. Generación. El fertilizante de
90
biogás se utiliza para la plantación de jatropha. Por lo tanto, los nutrientes están en
el ciclo cerrado, que puede actuar como biorrefinería. Conversión de biogás en
electricidad utilizando combustible Las células son un tema de investigación
candente en la actualidad. Sin embargo, no es comercialmente asequible debido a
la el requisito de gas limpio y el costo de las pilas de combustible
4.3.9.5 Otras aplicaciones.
Además de las aplicaciones comunes, el biogás doméstico también se utiliza
para otros fines. A gas Los refrigeradores o una incubadora de pollos pueden
funcionar con biogás doméstico, que es una aplicación bien conocida en Kenia. En
India, alrededor de 4600 baños públicos están conectados a digestores de biogás
por una ONG local para mejorar las condiciones de vida social de las personas. De
manera similar, en Nepal, los baños públicos están conectados a digestores de
biogás para iluminar estos inodoros
91
5. Discusión
En el presente trabajo se logró un volumen de biogás de 0,00917 m3 o 9,17L con
una presión de 4,31 atm y un pH de 4,38 en un tiempo de 60 días aplicando 4lb de
estiércol fresco + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua, mientras que Durazno,
(2018) en su estudio obtuvo 0,0488 m3 o 48,8L de biogás en un tiempo de 50 días
con una presión de 12 psi y un pH ligeramente ácido (6), la producción de biogás
también depende de las condiciones del medio en donde se esté implementando
el estudio.
Por otra parte, Criollo y Guzmán, (2014) en su estudio observaron que a una
temperatura de entre 15°C y 20°C se logra obtener una cantidad de biogás de 1,5
m3, el cuál puede ser utilizado por un hogar durante 1,68 horas continuas, ese
volumen resultó en el monitoreo de 46 días, tambien sugieren que se monitoreen
constantemente varios parámetros como temperatura, pH y presión, mismos
parámetros que fueron evaluados en esta investigación obteniedo un pH de 3,88
para el T1, pH de 4,38 el T2, pH de 4,13 el T3 y el T4 un pH de 4 y una presión de
1 atm en el T1, en el T2 la presión de 4,19 atm, en el T3 0,99 atm y el T4 0,59 atm.
La ganadería provoca innumerables afectaciones a los recursos naturales, tanto
al suelo, como al agua y al aire e incluso a la vegetación, siendo una de las
actividades desarrollas por el hombre que más contamina, sin embargo,
Montenegro, (2020) dice que aquellos impactos pueden ser minimizados si se
aplican métodos que ayuden a revalorizar los residuos generados como la
producción de energías limpias basadas en el estiércol del ganado. Así también,
Morán, Delgado y Vargas, (2018) informan que no solamente se puede producir
biogás sino que, como resultado de ese proceso se obtiene biogás, biol y materia
92
orgánica que se pueden utilizar en distintos cultivos como fertilizantes reduciendo
la utilización de fertilizantes sintéticos.
Chillo y Paguay, (2015) afirman que la producción de biogás a partir de residuos
de ganado bovino genera muchas ventajas y beneficios como reducción de malos
olores y gases ocasionados por el estiercol, disminución en la dependencia de
energía proveniente de derivados de petroleo, baja contaminación de cuerpos de
agua, entre otros que fueron corroborados en esta investigación.
Asimismo, Montenegro, (2020) manifiesta que el biogás producido con base en
estiércol bovino es una buena opción para ser usado como combustible al momento
de preparar alimentos con un rendimiento de 4,30 horas al día para una familia
promedio. También Chillo y Paguay, (2015) explican que puese usar como fuente
energía para iluminación o para la operación de diversos equipos.
Karim, (2015) expresa que para obtener resultados favorables el contenido de
sólidos en el estiércol debe ser bajo y que, para que los microorganismos
desempeñen bien su trabajo de descomposición de la materia orgánica el pH deber
ser neutro o próximo a 7 y contar con una temperatura aproximada de 35°C. En
este trabajo no se cumple con esos parámetros ya que el pH observado durante
todas las repeticiones se mantuvo entre ligeramente ácido y moderadamente ácido,
a pesar de eso, se obtuvo un volumen favorable en la producción de biogás.
93
6. Conclusiones
Luego del análisis de los resultados se concluye que:
Al realizar la línea base se logró obtener datos precisos de la población del
recinto “La Matilde” como edad, sexo, número de personas por vivienda, así como
también, se pudo estimar el porcentaje de personas que tienen conocimientos
sobre temas ambientales y específicamente, sobre los impactos de la ganadería
en el ambiente.
De los tratamientos aplicados el más eficiente para producir biogás fue el T2 (4lb
de estiércol + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua) con un volumen de 0,00917
m3/kg en un tiempo de 60 días, mientras que los tratamientos T1, T3 y T4 obtuvieron
0,00133 m3/kg , 0,00212 m3/kg y 0,00165 m3/kg respectivamente, siendo el
tratamiento 1 el que menos biogás generó. En cuanto al pH y presión no
presentaron muchas diferencias en los tratamientos. Sin embargo, para la presión
tomada a los 20 días se observa que el T2 obtuvo una presión de 4,19 atm superior
a la obtenida con los demás tratamientos.
Como último punto se planteó una propuesta para disminuir el uso de gas licuado
de petróleo, basándose en guías de revisión y estudios preliminares, a través de
esta propuesta se podrá mitigar, controlar o reducir al mínimo los impactos
ocasionados por este compuesto. Además, se acepta la hipótesis propuesta, ya
que se evidenció que con la producción de biogás se puede disminuir la
contaminación que genera el estiércol bovino y el mal uso de las cáscaras de arroz,
logrando disminución en el uso de gas doméstico por una energía más limpia.
94
7. Recomendaciones
Se recomienda efectuar con frecuencia más trabajos de investigación de esta
índole, con el propósito de generar mayor concientización ambiental y fomentar el
uso de energías limpias que son una alternativa eficaz ante tecnologías
tradicionales como los derivados de petróleo.
Implementar este tipo de prácticas en las haciendas y fincas ganaderas del
cantón Salitre ya que reduce el volumen de residuos generados, favorece
económicamente al ganadero brindándole una opción ecológica para generar su
propia fuente de gas, ahorro de energía y alto rendimiento en la producción de
biogás.
Desarrollar estudios experimentales con distintas materias primas y dosis
diferentes a las utilizadas en este trabajo para tener más alternativas y mayor
producción de biogás e informar a la población sobre los beneficios de aplicar
tecnologías ecológicas para reducir los impactos ambientales.
95
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101
9. Anexos
Figura 22. Encuesta realizada a los habitantes del sector La Matilde, cantón Salitre Jiménez, 2020
104
Tabla 31. Concentración de sustancias del proceso Anaerobia
INHIBIDORES CONCENTRACIÓN
SO4 5000ppm
NaCl 40000ppm
NO3 0.05mg/ml
Cu 100mg/ml
Cr 200mg/l
Ni 200-500mg/l
Na 3500-5500mg/l
Mg 1000-1500mg/l
Gene y Owen, 1986
Figura 25. Colecta de cascarillas de arroz en la piladora Voluntad de Dios Jiménez, 2020
105
Figura 26. Piladora Voluntad de Dios Jiménez, 2020
Figura 27. Realización de las encuestas Jiménez, 2020
106
Figura 28. Evaluación de la producción de biogás con la supervisión del tutor Jiménez, 2020
Figura 29. Toma de datos mediante encuestas a habitantes del recinto "La Matilde" Jiménez, 2020
107
Figura 30. Recolección de cascarillas de arroz Jiménez, 2020
Figura 31. Realización de encuestas Jimenez, 2020