Estudio técnico para la producción de biogas como combustible a partir de estiércol de cuy, vaca, cabra con chala de maíz y desechos sólidos urbanos Rudi Alexis Vargas Solano
ESTUDIO TÉCNICO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS COMO COMBUSTIBLE A PARTIR DE ESTIÉRCOL DE CUY, VACA, CABRA CON CHALA DE MAÍZ Y DESECHOS SÓLIDOS URBANOS Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú
© Rudi Alexis Vargas Solano
PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0519
Editor: Víctor López Guzmán
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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: • su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), • su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), • su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), • su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), • su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: • Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. • Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. • Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. • El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. • E l p e r s o n a l d o c e n t e j u g a r á u n r o l d e t u t o r, f a c i l i t a d o r y c o n d u c t o r d e p r o y e c t o s
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas. • Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: • Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. • Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011 “El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
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ESTUDIO TECNICO PARA LA PRODUCCION DE BIOGAS COMO COMBUSTIBLE A PARTIR DE ESTIERCOL DE CUY, VACA, CABRA CON CHALA DE MAIZ Y DESECHOS SÓLIDOS URBANOS Rudi Alexis Vargas Solano Centro de Energías Renovables y Uso Racional de la Energía E-mail:
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RESUMEN
En enero del 2000 se dio inicio formal al proyecto, el Biogás generado se obtiene a partir de desechos orgánicos, y tres tipos de estiércol (cabra, cuy y vaca).
Se reunió pobladores específicamente madres de familia, con estas personas se realizaron charlas para la caracterización de la basura, la facultad de Ingeniería Ambiental se encargó de capacitar a los pobladores.
La capacitación consistió en entregarles bolsas de colores una de color verde y la otra de color negra. La bolsa de color verde sirvió para recoger toda materia orgánica (cáscara de frutas, verduras, pepas de frutas, desechos de comida, etc). En la bolsa negra sirvió para colocar materia inorgánica (plásticos, vidrios, metales, etc). Esta capacitación duró aproximadamente una semana.
La recolección se realizó en determinadas casas, se escogieron en forma aleatoria 30 casas y con estas (casas) se trabajó para realizar los recojos correspondientes; con esto se realizó los análisis respectivos en los laboratorios de la facultad de Ingeniería Química. Los análisis consistieron en determinar los Sólidos volátiles, Sólidos Totales, contenido de humedad, contenido de nitrógeno y contenido de carbono.
Estos análisis sirvieron para el cargado de los digestores, que son parámetros para la generación de Biogás.
INTRODUCCIÓN Este proceso determina
el equilibrio en la
En las plantas verdes, en presencia de la luz, se
composición de la atmósfera terrestre, de ahí la
produce una reacción bioquímica que, a partir de
gran importancia de las plantas tienen en el
moléculas minerales simples (CO2, H2O, etc),
desarrollo de la vida en la tierra. Por esta razón es
produce azúcares de pequeño peso molecular, que
fundamental evitar fuertes alteraciones externas al
posteriormente
azúcares
sistema, que podría llegar a sobrepasar su
superiores y aminoácidos. El fenómeno producido
capacidad de regeneración, con riesgo de romper un
por una sustancia llamada clorofila, se caracteriza
equilibrio de naturaleza estable.
por la absorción de CO2 y el desprendimiento de
El petróleo proviene de la descomposición, en
O2, mientras que en ausencia de luz ocurre lo
ausencia de aire, de restos orgánicos vivos,
contrario.
animales y vegetales, depositados en el fondo del
se
transforman
en
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mar, a poca profundidad, en las lagunas desecadas
del medio ambiente
o en las desembocaduras de los ríos. Junto con la
El reciclado, así como la recuperación de
fracción líquida del petróleo, suele aparecer una
materias primas, son técnicas necesarias para
parte de hidrocarburos gaseosos (metano, etano,
llevar a cabo lo que denominamos un desarrollo
propano y butano) que constituyen el gas natural
sostenible.
.
junto con pequeñas proporciones de CO2, H2S, He y 2.- ESTIÉRCOL.
Ar.
En las zonas rurales, el material digerible
FUNDAMENTO TEORICO.
dependerá del clima, el tipo de agricultura
1.- RESIDUOS ORGANICOS.
practicada, los animales utilizados y su grado de La palabra basura ha significado y para la mucha
confinamiento, los métodos de recolección de
gente aún significa algo despectivo, algo que
los desechos, etc. Hay también grados de
carece de valor y de lo que hay que deshacerse,
calidad y disponibilidad que son característicos
de esta manera lo útil, que no siempre necesario,
de los desechos urbanos. Debido a todo esto, es
se convierte en un estorbo y es causa del
prácticamente imposible desarrollar o utilizar
problema de cómo desentendernos de lo que
cualquier fórmula o cualquier método empírico
consumimos o producimos.
para determinar la cantidad y la calidad de
En el medio rural nunca fue un verdadero
desechos orgánicos que pueden esperarse de
problema, pues los residuos orgánicos seguían el
cualquier fuente dada.
ciclo de la vida sirviendo de abono o de alimento para animales, los vertidos arrojados a los ríos eran depurados por las propias aguas, el gran poder depurador de la naturaleza todavía no había sido derrotado por el ansia de poder del hombre. El hombre empezó a utilizar las materias primas de una forma desordenada. En las ciudades la basura lleva siendo un problema casi desde el origen de éstas, debido a la alta densidad de población y al hecho de arrojar la basura a las calles. Esto ha producido la proliferación de insectos, roedores y microorganismos patógenos, trayendo
como
consecuencia
enfermedades
No obstante, hay cierta información básica que resulta útil cuando comienza a preguntarse qué cantidad de desechos podrá agregarle a un digestor. Cuando se ve una tabla que muestra la cantidad de estiércol producida por diferentes tipos de ganado, es importante conocer que la cantidad que se presenta en la tabla quizá no sea la porción
verdadera
que
puede
obtenerse
realmente de sus animales. Existen tres razones principales para asegurar lo anterior, son las que presentamos a continuación:
catastróficas para el hombre como la peste. Un mal sistema de gestión de las basuras, producirá
2.1. El Tamaño (la edad) del animal:
un deterioro y depreciación del entorno debido a la contaminación del aire, del agua y del suelo.
El tamaño (la edad) del Ganado tiene mucha
Sólo la Comunidad de Madrid produce 1,460.000
relación con la cantidad de estiércol producida.
toneladas al año. La recogida selectiva, es decir,
La razón de la producción total de estiércol al
la separación de los residuos en origen, debe ser
peso del cerdo es bastante constante. Es probable
promovida por los distintos pueblos, en beneficio
que pudieran encontrarse razones similares para
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otros tipos de ganado, lo que permitiría estimar la
como alimento a los ganados, esto se utiliza
cantidad de estiércol a partir del tamaño del
bastante en toda la sierra del Perú. La chala es
ganado.
un componente rico en carbono, es por esto que se utiliza para generar biogás, al mezclar con el
2.2. Grado de confianza del ganado: Con
estiércol; se está teniendo una proporción de
frecuencia, los valores dados para la producción
carbono y nitrógeno.
de estiércol corresponden a los animales comerciales, que se encuentran totalmente confinados. En esa forma, se puede recoger todo su estiércol. Sin embargo, en las granjas o las propiedades
agrícolas
pequeñas,
el
confinamiento total del ganado no siempre es posible ni conveniente (los animales que pastan y no están apiñados tienen menos probabilidades de contraer enfermedades y pueden mejorar la calidad de su dieta, con alimentos naturales).
4.- BIOGAS: Biogás es el nombre común que se le ha dado a la
mezcla
gaseosa
producida
durante
la
biodegradación total anaeróbica de materia orgánica. La mezcla gaseosa está compuesta principalmente
de
metano
y
anhidrido
carbónico. Es debido a la presencia del primero que
el
biogás
puede
considerarse
un
combustible gaseoso y por lo tanto, desde la revalorización
de
los
recursos
fósiles
Debido a esto, una gran cantidad de estiércol se
energéticos, dicho proceso microbiológico ha
deposita en el campo y, por ende, resulta difícil
captado la atención, tanto del generalista como
de recoger.
del experto, como una fuente de un combustible proveniente de recursos renovables.
3.- El tipo de estiércol que se recoge:
Su aplicación en países en vías de desarrollo se ha pregonado a todo los niveles, haciéndose
a)
Todos los excrementos frescos (heces y
hincapié en su papel como sustituto de la leña
orina).
empleada para preparar alimentos en las
b) Todos los excrementos frescos más el
c)
viviendas del área rural. Frecuentemente se
material de camas.
ilustran los casos de la República Popular de
Sólo las heces húmedas.
China y la India (los países de mayor población
d) Sólo las heces secas.
mundial) como ejemplo en las cuales dicha aplicación ha tenido una gran difusión, pero son
3.- CHALA DE MAIZ. Dentro de los residuos agrícolas que más se producen a nivel mundial son, entre, otros, la chala de maíz, las pajas de cebada, trigo y arroz, y los bagazos de caña de azúcar. Estos subproductos tienen una marcada importancia para ser usados como insumos alimenticios en los sistemas de producción familiar mixta (agrícola y pecuaria). La chala es la parte seca del maíz, luego de la cosecha o del maíz, se hace secar y lo utilizan
muy pocos los informes que cuantifican el nivel de aceptación.
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GRAFICO Nº 1
30.00
35.00
25.00
30.00 25.00
20.00 20.00 15.00 15.00 10.00 10.00 5.00
Temperatura [ºC]
Volumen estandarizado de biogás producido [Litros/dia]
PRODUCCION DIARIA DE BIOGAS EN DIGESTOR DE LABORATORIO CARGADO CON ESTIERCOL DE CUY Y CHALA DE MAIZ / (JULIO-FEBRERO)
5.00
0.00 0
50
100
150
200
0.00 250
Dias desde cargado Digestor 1: Cuy/chala
Tamb
Td1
GRAFICO Nº 2 PRODUCCION DIARIA DE BIOGAS EN DIGESTOR DE LABORATORIO CARGADO CON ESTIERCOL DE CABRA Y CHALA DE MAIZ / (JULIO-FEBRERO) 60.00
30.00
50.00
25.00 40.00 20.00 30.00 15.00 20.00 10.00 10.00
5.00 0.00 0
50
100
150
200
0.00 250
Dias desde cargado Digestor 2: Cabra/Chala
Tamb
Td2
Temperatura [ºC]
Volumen estandarizado de biogás producido [Litros/dia]
35.00
X Simposio Peruano de Energía Solar
GRAFICO Nº 3 PRODUCCION DIARIA DE BIOGAS EN DIGESTOR DE LABORATORIO CARGADO CON ESTIERCOL DE VACUNO Y CHALA DE MAIZ / (JULIO-FEBRERO)
40.00 35.00
25.00
30.00 20.00
25.00
15.00
20.00 15.00
10.00
10.00 5.00
Temperatura [ºC]
Volumen estandarizado de biogás producido [Litros/dia]
30.00
5.00
0.00 0
50
100
150
0.00 250
200
Dias desde cargado Digestor 3: Vacuno/Chala
Tamb
Td3
GRAFICO Nº 4
Volumen estandarizado de biogás producido [Litros]
PRODUCCION ACUMULADA DE BIOGAS EN DIGESTORES DE LABORATORIO (JULIO-FEBRERO) 2000.00 1800.00 1600.00 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 0
50
100
150
200
Dias desde cargado Digestor 1: Cuy/chala Digestor 3: Vacuno/Chala
Digestor 2: Cabra/Chala
250
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Universidad Nacional Asociación Peruana Universidad Nacional San Antonio Abad del de Energía Solar de Ingeniería Cusco (APES)
X Simposio Peruano de Energía Solar Seminario Internacional sobre Tecnologías Económicas para la Descontaminación y Desinfección de Agua Cusco, 17 al 22 de noviembre de 2003
Seminario Internacional Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo Cusco, 26 - 27 de abril de 2004
Auspician
Editado por: Manfred Horn Juan Rodriguez Patricia Vega
Salir
Ministerio de Industria y Turismo
Municipalidad Provincial del Cusco Ministerio de Energía y Minas