diseÑo y construcciÓn de un biodigestor para la …
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOGÁS A PARTIR DE HECES CANINAS.
AUTORES
David Alexander Rodríguez Pachón
20131074055
Andrés Felipe García Cepeda
20131074045
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA MECÁNICA
BOGOTÁ, D.C
2017
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOGÁS A PARTIR DE HECES CANINAS.
AUTORES
David Alexander Rodríguez Pachón
20131074055
Andrés Felipe García Cepeda
20131074045
Trabajo para optar al título de:
TECNÓLOGO MECÁNICO
Director
GERMÁN ARTURO LÓPEZ MARTÍNEZ.
Ingeniero Mecánico.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA MECÁNICA
BOGOTÁ, D.C
2017
HOJA DE ACEPTACIÓN
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BIODIGESTOR PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOGÁS A PARTIR DE HECES CANINAS.
Observaciones.
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Director del Proyecto
Germán Arturo López Martínez
_______________________________
Jurado
Camilo Andrés Arias Henao
Bogotá, D.C., septiembre de 2017.
“La ciencia no tiene patria”
Louis Pasteur.
“Un experto es una persona que ha cometido todos los errores que pueden hacerse en un
campo muy estrecho.”
Niels Bohr
DEDICATORIA
David Alexander Rodríguez Pachón: dedico este trabajo a mis padres Mauro Rodríguez
Pedraza y María del Carmen Pachón quienes fueron mi motivación para desarrollar este
proyecto sin desfallecer y valoro inmensamente el esfuerzo que ellos hicieron para lograr
llevarlo a cabo.
Andrés Felipe García Cepeda: dedico este trabajo a mi padre Julián García López y a mi
abuela Hilda Cecilia López, quienes fueron mi apoyo, sus palabras de ánimo y su energía me
han ayudado a superar los obstáculos y a ver los errores como una posibilidad de aprendizaje.
AGRADECIMIENTOS
Al director de la veterinaria Max Kennels, Camilo Ruiz, por poner a entera disposición los
espacios y recursos de la veterinaria, sus motivaciones y, sobre todo, sus observaciones
fueron de gran valor para el desarrollo del proyecto.
A Yerson e Isabela, personal de la veterinaria Max Kennels, por su grata compañía y su
colaboración en el proyecto.
A Arlin Rodríguez, por hacer sentir a Tunja como un hogar.
Además se agradece a todas las personas que apoyaron el proyecto con sus consejos y
experiencia.
Tabla de Contenido.
HOJA DE ACEPTACIÓN .................................................................................................... 3
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 13
1.1. Estado del arte. ............................................................................................................... 14 1.1.1. Experiencias internacionales - investigaciones realizadas. ................................................... 14 1.1.2. Experiencias internacionales – empresas y aplicaciones. ...................................................... 15 1.1.3. Experiencias Nacionales. ........................................................................................................ 19 1.1.4. Experiencias Locales. ............................................................................................................. 20
1.2. Justificación. ................................................................................................................... 22
2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 22
2.1. Objetivo general: diseñar y construir un biodigestor a partir de heces caninas para
la veterinaria Max Kennels. ....................................................................................................... 22
2.2. Objetivos específicos: ..................................................................................................... 22
3. MARCOS DE REFERENCIA. ................................................................................... 22
3.1. Marco teórico. ................................................................................................................ 22 3.1.1. Biomasa ................................................................................................................................... 22 3.1.2. Biodigestor ............................................................................................................................... 23
3.1.2.1. Biodigestores Continuos ............................................................................................... 23 3.1.2.1.1. Biodigestor tipo bolsa o balón ................................................................................. 23
3.1.3. Biogás ....................................................................................................................................... 23 3.1.4. Bioabono o Biol ....................................................................................................................... 23 3.1.5. Digestión anaerobia ................................................................................................................ 24
3.1.5.1. Hidrólisis ........................................................................................................................ 24 3.1.5.2. Acidogénesis ................................................................................................................... 24 3.1.5.3. Metanogénesis................................................................................................................ 24
3.1.6. Composición bioquímica de las heces caninas ...................................................................... 24 3.1.7. Relación carbono – nitrogeno (C/N)...................................................................................... 24 3.1.8. Sólidos totales (ST) ................................................................................................................. 25 3.1.9. Sólidos volátiles (SV) .............................................................................................................. 25 3.1.10. Temperatura ...................................................................................................................... 25 3.1.11. Tiempo de retención .......................................................................................................... 26 3.1.12. pH óptimo ........................................................................................................................... 26 3.1.13. Inhibidores del proceso de metanogénesis ....................................................................... 27
3.2. Marco legal. .................................................................................................................... 27 3.2.1. Calidad en redes aisladas. ...................................................................................................... 28
4. METODOLOGÍA PROPUESTA. ............................................................................... 29
4.1. Etapa de investigación y definición. ............................................................................. 29 4.1.1. Condiciones ambientales de Tunja. ....................................................................................... 29 4.1.2. Características de las heces caninas ...................................................................................... 30
4.1.2.1. Peso específico: .............................................................................................................. 30 4.1.2.2. Composición química, relación C/N, solidos totales y solidos volátiles. ................... 31
4.1.3. Tiempo de retención. .............................................................................................................. 32
4.1.3.1. Diseño de biodigestores a pequeña escala (BPE). ....................................................... 32 4.1.3.2. Fabricación de los BPE4 y BPE9. ................................................................................ 33 4.1.3.3. Cargue de los BPE. ........................................................................................................ 35 4.1.3.4. Uso de los BPE. .............................................................................................................. 37 4.1.3.5. Dificultades del experimento. ....................................................................................... 38 4.1.3.6. Estimación del tiempo de retención. ............................................................................ 38
4.1.5. Consideraciones de seguridad. .............................................................................................. 42
4.2. Etapa de diseño. ............................................................................................................. 42 4.2.1. Decisiones preliminares. ......................................................................................................... 42
4.2.1.1. Seguridad: Para garantizar un diseño seguro se tomaron las siguientes decisiones: ..... 42 4.2.1.2. Cargue del biodigestor .................................................................................................. 43 4.2.1.3. Sistema de calefacción................................................................................................... 43 4.2.1.4. Sistema de medición del pH: ........................................................................................ 43
4.2.2. Etapa de diseño detallado ...................................................................................................... 43 4.2.2.1. Diseño de la zanja. ......................................................................................................... 43
4.2.2.1.1. Cálculos del volumen total del biodigestor. ........................................................... 43 4.2.2.1.2. Cálculo de las dimensiones de la zanja. ................................................................. 46
4.2.2.2. Diseño del umbráculo. .................................................................................................. 48 4.2.2.3. Diseño de la red de transporte del biogás.................................................................... 49 4.2.2.4. Diseño del aula de aprendizaje y material didáctico. ................................................. 52 4.2.2.5. Lista de materiales. ....................................................................................................... 54
4.3. Etapa de construcción. .................................................................................................. 56 4.3.1. Registro fotográfico de la construcción de la zanja. ............................................................ 57
4.3.1.1. Excavación. .......................................................................................................................... 57 4.3.1.2. Recubrimientos. ................................................................................................................... 60
4.3.2. Registro fotográfico de la construcción del umbráculo. ...................................................... 63 4.3.2.1. Asesoría. ......................................................................................................................... 63 4.3.2.2. Registro fotográfico del umbráculo. ............................................................................ 64
4.3.3. Registro fotográfico de la construcción de la bolsa. ............................................................. 68 4.3.4. Registro fotográfico de la construcción de la tubería de transporte del biogás. ............... 74
4.4. Resultados. ...................................................................................................................... 77 4.4.1. Cargue del biodigestor. .......................................................................................................... 77 4.4.2. Comportamiento de la temperatura. .................................................................................... 79 4.4.3. Comportamiento del pH......................................................................................................... 80 4.4.4. Prueba de llama. ..................................................................................................................... 82 4.4.5. Prueba diagnóstica y evaluación del aula de aprendizaje. .................................................. 82
4.5. Etapa de análisis............................................................................................................. 83 4.5.1. Biogás. ...................................................................................................................................... 83 4.5.2. Biol o bioabono. ...................................................................................................................... 84 4.5.3. Aula de aprendizaje. ............................................................................................................... 89
5. PRESUPUESTO. ......................................................................................................... 89
5.1. Fuentes de financiación. ................................................................................................ 89
CONCLUSIONES. .............................................................................................................. 93
RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 94
Bibliografía .......................................................................................................................... 95
LISTA DE FIGURAS.
Figura 1. Planta de biogás Ökobit del proyecto HoMethan ubicado en Pasto, Nariño. ...... 16
Figura 2. Funcionamiento del biodigestor “The Park Spark Project”. ................................ 17
Figura 3. Posibles usos del biogás proyecto “The Park Spark Project”. ............................. 17
Figura 4. Segunda versión del biodigestor “The Park Spark Project” ................................ 18
Figura 5. Accesorios fabricados por la empresa VIOGAZ diseñados especialmente para
uso con biogás. ..................................................................................................................... 19
Figura 6. Biodigestor Leonor 1 terminado .......................................................................... 20
Figura 7. Equipo de trabajo y bolsa del biodigestor Milagrinos. ........................................ 21
Figura 8. Biodigestor “Milagrinos”. .................................................................................... 21
Figura 9. Biodigestor tipo bolsa o balón. ............................................................................ 23
Figura 10. Dependencia del pH de la actividad metanogénica. .......................................... 27
Figura 11. Altura de la biomasa medida en el balde. .......................................................... 31
Figura 12. Modelo del biodigestor a pequeña escala 4 (BPE4). ......................................... 33
Figura 13. Modelo del biodigestor a pequeña escala 9 (BPE9). ......................................... 33
Figura 14. Materiales de construcción para BPE. ............................................................... 34
Figura 15. Sistema de salida del biogás para el BPE4. ....................................................... 34
Figura 16 . Sistema de salida del biogás para el BPE9. ...................................................... 35
Figura 17. BPE4 y BPE9 cargados. ..................................................................................... 36
Figura 18. Equipo de venoclisis utilizado en la prueba de llama. ....................................... 37
Figura 19. Vista lateral de la cercha. ................................................................................... 49
Figura 20. Rediseño del umbráculo. .................................................................................... 49
Figura 21. Tramo principal de la red de biogás. .................................................................. 50
Figura 22. Diferencia de alturas provocada por la presión al interior de biodigestor. ........ 51
Figura 23. Fisto o quemador de la red de biogás. ................................................................ 52
Figura 24. Primera Capacitación al personal de la veterinaria Max Kennels. ................... 53
Figura 25. Segunda Capacitación al personal de la veterinaria Max Kennels. ................... 53
Figura 26. Etiqueta de las piezas del biodigestor. ............................................................... 54
Figura 27. Estado inicial del terreno.................................................................................... 57
Figura 28. Piedra encontrada a la mitad del terreno. ........................................................... 57
Figura 29. Excavación de la zanja y pared afectada ............................................................ 58
Figura 30. Camilla posicionada y comprimida y sección compactada. ............................. 58
Figura 31. Nivelación la superficie y camillas puestas y comprimidas. ............................. 59
Figura 32. Huecos y planos inclinados de la zanja. .............................................................. 59
Figura 33. Cerca construida. ................................................................................................ 60
Figura 34. Recubrimiento de arena. .................................................................................... 60
Figura 35. Nivelación del ancho de la cama de arena. ........................................................ 61
Figura 36. Recubrimiento con plástico plotter. ................................................................... 61
Figura 37. Recubrimiento con plástico plotter finalizado. .................................................. 62
Figura 38. Recubrimiento con geotextil. ............................................................................. 63
Figura 39. Posición adecuada de los travesaños unidos a la viga de la cercha y posición de
la columna de la cercha ........................................................................................................ 63
Figura 40. Cortes de las puntas que pueden dañar el plástico invernadero ......................... 64
Figura 41. Recubrimiento de los parales con aceite quemado. ........................................... 64
Figura 42. Cercha del umbráculo versión final. .................................................................. 64
Figura 43. Cerchas instaladas en la zanja. ........................................................................... 65
Figura 44. Puerta corredera instalada. ................................................................................. 65
Figura 45. Puertas correderas (abierta) y puertas bisagras instaladas en las cerchas. ......... 66
Figura 46. Plastificación de la parte trasera del umbráculo................................................. 66
Figura 47. Puertas correderas y de bisagra plastificadas. .................................................... 67
Figura 48. Umbráculo totalmente plastificado. ................................................................... 67
Figura 49. Plástico sobrante enterrado para el canal de aguas lluvias................................. 68
Figura 50. Plásticos de protección para armar la bolsa sin ningún riesgo. .......................... 68
Figura 51. Estirado de la bolsa y fabricación de la doble manga. ....................................... 69
Figura 52. Flanche instalado y probado. ............................................................................. 69
Figura 53. Plástico tubular plegado en forma de acordeón. ................................................ 70
Figura 54. Ensamble de los tubos de entrada y salida. ........................................................ 70
Figura 55. Transporte de la bolsa hasta el biodigestor. ....................................................... 71
Figura 56. Posicionamiento de la bolsa. .............................................................................. 71
Figura 57. Codo acoplado al tanque de entrada. ................................................................. 72
Figura 58. Codo de 45° acoplado al tanque de salida. ........................................................ 72
Figura 59. Filtro casero. ...................................................................................................... 73
Figura 60. Sistema de filtrado y control de la mezcla. ........................................................ 73
Figura 61. Tanques ensamblados a los tubos de entrada y salida. ...................................... 73
Figura 62. Globo del mezclador .......................................................................................... 74
Figura 63. Mezclador completo ........................................................................................... 74
Figura 64. Esponjillas de brillo incrustadas a un alambre dulce de 1,5m. .......................... 75
Figura 65. Accesorio para cambiar fácilmente el filtro de ácido sulfhídrico. ..................... 75
Figura 66. Válvula de seguridad funcionando por la sobrepresión del biodigestor. ........... 75
Figura 67. Punto bajo de la tubería ...................................................................................... 76
Figura 68. Partes principales de la red de biogás. ............................................................... 76
Figura 69. Fisto regulable. ................................................................................................... 77
Figura 70. Mezcla 3:1 para el cargue del biodigestor. ........................................................ 77
Figura 71. Cargue del biodigestor. ...................................................................................... 78
Figura 72. Aspecto del biodigestor tras el segundo día de carga. ....................................... 78
Figura 73. Aspecto del biodigestor tras añadir el inoculo (día 33). .................................... 79
Figura 74. Aspecto del biodigestor tras un mes y medio de carga (día 45). ....................... 79
Figura 75. Comportamiento diario de la temperatura. ........................................................ 80
Figura 76. Sistema de extracción de muestras de pH. ......................................................... 81
Figura 77. Comportamiento del pH ..................................................................................... 81
Figura 78. Muestra de biol al interior de la balanza determinadora de humedad. .............. 86
Figura 79. Muestra del biol al interior de la mufla. ............................................................. 86
Figura 80. Determinación del punto de ebullición del biol. ................................................ 87
Figura 81. pH metro portátil. ............................................................................................... 88
LISTA DE TABLAS.
Tabla 1. Comparación de relación C/N baja-elevada. ......................................................... 25
Tabla 2. Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica. ............................. 26
Tabla 3. Especificaciones de calidad del biogás para redes aisladas. .................................. 28
Tabla 4. Información de la estación meteorológica IDEAM- Tunja. .................................. 30
Tabla 5. Peso específico de las heces de perro. ................................................................... 31
Tabla 6. Resultados del análisis de propiedades de residuos combinados. ......................... 32
Tabla 7. Características del BPE4 y BPE9. ......................................................................... 36
Tabla 8. Condiciones de cada ambiente a los que se sometieron los BPE. ......................... 37
Tabla 9. Tiempos de retención según la región de instalación. ........................................... 38
Tabla 10. Promedio de la masa producida diariamente durante 5 días. .............................. 39
Tabla 11. Producción de biogás por tipo de residuo animal. ............................................... 40
Tabla 12. Volúmenes del biodigestor calculados por el método Jaime Martí. .................... 45
Tabla 13. Volúmenes del biodigestor calculados por el método German López ................ 46
Tabla 14. Anchos de rollo comerciales en Bolivia. ............................................................. 47
Tabla 15. Dimensiones de la zanja según el ancho del rollo ............................................... 47
Tabla 16. Dimensiones de la zanja. ..................................................................................... 48
Tabla 17. Listado de materiales. .......................................................................................... 54
Tabla 18. Listado de herramientas. ...................................................................................... 56
Tabla 19. Matriz de respuestas. ........................................................................................... 82
Tabla 20. Características de biol bovino y de cerdo. ........................................................... 85
Tabla 21. Propiedades del biol producido. .......................................................................... 88
Tabla 22. Listado de precios de materiales. ......................................................................... 89
Tabla 23. Gastos operativos y servicios. ............................................................................. 92
Tabla 24. Presupuesto consolidado. .................................................................................... 92
TABLA DE ANEXOS
ANEXO 1. CONDICIONES AMBIENTALES DE TUNJA. .. ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 2. PLANOS DE FABRICACIÓN DE BIODIGESTORES A PEQUEÑA
ESCALA ............................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 3. ITERACIONES PARA ESCOGER EL DIAMETRO DEL BIODIGESTOR.
.............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 4. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LA ZANJA. ... ¡Error! Marcador
no definido.
ANEXO 5. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DEL UMBRÁCULO. ............ ¡Error!
Marcador no definido.
ANEXO 6. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LAS PUERTAS CORREDERAS.
.............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 7. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LAS PUERTAS BISAGRAS.
.............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 8. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LA CERCHA. ¡Error! Marcador
no definido.
ANEXO 9. PLANO Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LA BOLSA. ... ¡Error! Marcador
no definido.
ANEXO 10. PLANO FABRICACIÓN DEL MEZCLADOR ............. ¡Error! Marcador no
definido.
ANEXO 11. PLANOS Y GAMA DE FABRICACIÓN DE LA RED DE BIOGÁS . ¡Error!
Marcador no definido.
ANEXO 12. MATERIAL VISUAL DEL AULA DE APRENDIZAJE .. ¡Error! Marcador
no definido.
ANEXO 13 PRUEBA DIAGNÓSTICA. ............................ ¡Error! Marcador no definido.
ANEXO 14 EVALUACIÓN................................................ ¡Error! Marcador no definido.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente en el mundo se investiga el desarrollo de energías renovables que aporten al
abastecimiento global de energía ya que, en las últimas décadas, depende de los combustibles
fósiles. En este panorama la biomasa es una energía renovable que cuenta hoy en día con una
muy buena proyección. (…) Algunos cálculos estiman que la tierra aprovecha el 1% del total
de su radiación solar incidente anual, y se produce, por el proceso de fotosíntesis, cerca de
220.000 Mega toneladas de biomasa (en base seca), lo que equivale a 2𝑥1015𝑀𝐽, es decir
más de diez veces la energía global consumida durante un año en la tierra (López G., 2008,
pág. 13).
En Colombia el congreso nacional mediante la Ley 1517 del 13 de mayo de 2014 “regula la
integración de energías renovables no convencionales al sistema energético nacional”, esta
ley promueve el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales de energía,
principalmente las de carácter renovable (…) promoviendo su participación en las zonas no
interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo
económico sostenible. (Congreso de Colombia, 2014)
La biomasa es considerada en esta ley como una fuente no convencional de energía renovable
por lo que es claro que la nación está en la tarea de desarrollar una tecnología que permita el
aprovechamiento de este tipo de energía. A la fecha se conoce que en Colombia la biomasa
tiene un potencial promisorio pero que no ha logrado ser explotado por la industria nacional
debido a la falta de avances tecnológicos (UPME, 2010).
Este panorama nacional se puede observar en la ciudad de Tunja, municipio de Oicatá, donde
hay disponible una cantidad considerable de heces caninas procedentes de veterinarias y
refugios animales que pueden ser utilizadas para la producción de biogás y biofertilizantes
pero que no se aprovechan adecuadamente, por el contrario, la acumulación de estos residuos
orgánicos se está convirtiendo en un problema de salud pública.
En los alrededores de Tunja se encuentran 12 hoteles y 4 refugios para perros que generan
grandes cantidades de heces. En general estos residuos tienen dos destinos: primero, se
entierran, lo cual supone un gran error puesto que las heces enterradas generan malos olores
y lixiviados ácidos que no son aptos para la tierra; segundo, se envían al Relleno Sanitario
Pirgua, el enviar las heces a este relleno llega a ser muy incómodo para los operarios ya que
en las bolsas o costales en que se transportan las heces, pesan mucho y se pueden reventar.
Además, hay que tener en cuenta que un relleno sanitario se diseña, entre otros factores,
según el peso de los desechos diarios que los municipios generan, estas heces, debido a su
porcentaje de humedad son muy pesadas y afectan las metas diarias que estos rellenos
pronostican, sus planes de gestión ambiental y su capacidad.
Las heces caninas contienen diferentes tipos de patógenos que pueden sobrevivir largos
periodos, los cuales pueden viajar con las corrientes de viento o en las suelas de los zapatos
transmitiendo enfermedades como la Campilobacterias, yersioniosis, salmenolosis,
coliformes feacel, entre otros. (Jaber, 2012, pág. 2)
La veterinaria Max Kennels ubicado en el kilómetro 5 vía Tunja – Oicatá, presta servicios
médicos veterinarios a más 70 perros y trabaja con niños con necesidades educativas
especiales (NEE) para las cuales tiene espacios como Zooterapia y Fonoaudiología.
Los perros de la veterinaria Max Kennels producen alrededor de 16 𝐾𝑔
𝐷í𝑎 de heces caninas, que
a largo plazo, representan un problema salubridad por las condiciones de almacenamiento y
manejo. Estos residuos orgánicos se han intentado utilizar en aplicaciones poco eficientes,
por ejemplo, como base para lumbricultura o abono directo para la tierra, estas experiencias
no son positivas porque generan malos olores y ponen en riesgo las condiciones de salubridad
tanto de las personas como de los perros.
En este contexto, se propone construir un biodigestor de tipo bolsa que utilice las heces
caninas para producir biogás por medio de un proceso químico llamado digestión anaerobia.
El biodigestor promete solucionar el problema sanitario, producir biogás y biol.
Esta propuesta enfrenta varios retos, como lo es hacer un biodigestor en una zona de baja
temperatura (la temperatura promedio de Tunja es de 13°C) (IDEAM, 2016), en estas
condiciones ambientales el tiempo de retención (tiempo necesario para producir biogás) es
relativamente elevado (cerca de dos meses) y puede afectar la viabilidad del proyecto si no
se cuenta con un sistema de calefacción adecuado. También está el reto de adecuar el
biodigestor como un aula de aprendizaje de energías alternativas a partir de biomasa residual,
que permita apreciar su funcionamiento, ser plenamente seguro y confiable para las personas
que interactúen con él.
1.1.Estado del arte.
En el mundo, hace más de 40 años, se vienen desarrollando tecnologías acerca del uso de los
biodigestores, estas tecnologías están desarrolladas en países como Alemania, Suiza, Bélgica,
Australia y China, en el caso latinoamericano países como Chile y Costa Rica. Además, se
han encontrado una variedad de estudios que demuestran que la producción de biogás con
heces caninas es posible.
1.1.1. Experiencias internacionales - investigaciones realizadas.
Un artículo de investigación titulado “Comparación del potencial de las heces caninas para
la producción del biogás” (Okoroigwe & Ibeto, 2010) advierte que la producción de biogás
con heces caninas no es del todo recomendable porque el volumen de biogás que genera es
menor comparado con otras biomasas. En realidad, esta investigación como su título lo indica
es una comparación entre mezclas de biomasas a saber: heces caninas sin mezclar (D), heces
caninas mezcladas con estiércol de vaca (DC) y heces caninas mezcladas con hierba de
campo (DG). Los resultados demostraron una diferencia entre el biogás generado de las tres
mezclas de biomasas, teniendo en cuenta que se experimentó con cantidades de masa
diferentes (D = 7 Kg; DC = 10 Kg; DG = 10 Kg), los resultados de la cantidad de biogás
(litros) que arroja el estudio fueron los siguientes: D = 178 L, DC = 296 L y DG = 218 L.
Se puede observar claramente que las heces caninas mezcladas con otras biomasas mejoran
la producción de biogás. Para el análisis se tuvieron en cuenta algunas de las características
más relevantes como la relación C/N (carbono/nitrógeno). La investigación sustenta que la
relación C/N de las heces caninas (D) es de 17 (esto puede ser el responsable de la baja
producción de gas) que está fuera del rango, pero es aceptable. Otra de las características
importantes que se determinaron fueron los sólidos totales (ST) y sólidos volátiles (SV), con
estos porcentajes, se calcula el valor exacto del agua que se necesita para la digestión.
Un artículo titulado “Heces caninas: la microbiología de un problema de salud ambiental”
(Jaber, 2012, p. 127) muestra un método alternativo de producción de biodiesel. Esta
investigación muestra que el uso larvas BSFL (Black soldier fly larve) y BFL (fruit beetle
larve) con heces de ganado, cerdo y pollo sirven para generar biodiesel, siendo las heces de
pollo la mejor opción. Un 30% de la biomasa es extraída como grasa cruda la cual es usada
para la producción de biodiesel. Las heces actúan como fuentes de alimento para las larvas
las cuales se usan para degradar los residuos orgánicos.
La ventaja de este tipo de producción de biodiesel es que no compite con los residuos
alimentarios o el uso de la tierra y utiliza nutrientes de desechos para el crecimiento de
insectos. Eventualmente este estudio se enfatiza en este tipo de producción de biodiesel con
heces caninas. El experimento se realizó primero introduciendo 100 g de heces caninas en 2
cajas, luego las larvas BSFL y BFL fueron mezcladas con una relación de 1000 larvas por
kilogramo de heces. Luego de una serie de procesos químicos los resultados obtenidos
fueron: las larvas BSFL y BFL contiene un 85% y 50% de lípidos de peso seco, lo cual indica
que ambas cantidades de heces caninas y ambos tipos de larvas pueden ser usadas
independientemente como un recurso de lípidos que generan biocombustibles. Estos lípidos
se muestran como ácidos grasos, específicamente como ácido Oleico el cual se produjo sólo
con BSFL durante 2 semanas. Por lo tanto, si solo se necesitaba ácido oleico como materia
prima de biocombustible o para algún otro propósito biotecnológico, entonces la
alimentación de BSFL en heces caninas pueden proporcionar una fuente de este ácido graso
individual el cual forma la base de la producción de biodiesel.
1.1.2. Experiencias internacionales – empresas y aplicaciones.
En Alemania existe una empresa llamada Ӧkobit la cual empezó como planificadora,
diseñadora y fabricante de plantas de biogás, sus operaciones en Europa se centran en
Alemania, Francia, Suiza, Bélgica y Luxemburgo, donde tiene repartidas más de 170 plantas
de biogás incluyendo 8 plantas de biometano y realiza consultorías en países como Colombia,
China, Australia, Brasil, entre otros. Su experiencia como fabricante de plantas de biogás es
muy versátil, ya que no solo fabrica plantas para generación de biogás si no también plantas
piloto, de investigación y de biometano.
La empresa Ӧkobit tiene algunos proyectos en Colombia, específicamente en el departamento
de Nariño, implementando biodigestores familiares de tipo bolsa con capacidades de
producción de biogás entre 2𝑚3 a 5𝑚3 diarios.
Ӧkobit ofrece biodigestores con materiales de alta calidad como la geo-membrana, también
resistentes a los rayos UV y a los componentes de la digestión anaerobia, de fácil instalación
y transporte lo que hace posible instalarlos en zonas remotas del país. Además, vienen con
un sistema de agitación innovador que reduce hasta en un 20 % la presencia de sólidos
aumentando así la producción de biogás.
Uno de estos biodigestores del proyecto HoMethan se encuentra en la Finca lechera la
Pradera (Chambacú), Pasto a 3.266 msnm que lleva en operación desde noviembre de 2015
procesando 100 Kg/día de biomasa con el que se producen 2,5𝑚3 /𝑑𝑖𝑎 de biogás (ver figura
1). (Ökobit, 2016, pág. 27)
Figura 1. Planta de biogás Ökobit del proyecto HoMethan ubicado en Pasto, Nariño.
Fuente: www.oekobit-biogas.com
En Estados Unidos estudiantes del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) tuvieron
la idea de construir un biodigestor que funciona con heces caninas, el proyecto bajo el nombre
de “The Park Spark Project” fue instalado en Pacific Street Park en Cambridge, el cual
consiste en la transformación de las heces caninas en energía mediante un digestor de metano
alimentado públicamente en el parque. En la figura 2 se muestra el funcionamiento del
biodigestor. (Mazzotta, 2010)
La primera versión de este proyecto funciona de la siguiente manera:
1. El biodigestor bajo tierra es alimentado con heces caninas a través de un tubo de
alimentación, se tiene que recoger las heces con unas bolsas biodegradables instaladas
en el biodigestor.
2. Se dan vueltas a la manivela con el propósito de obtener una mezcla homogénea y
ayudar a que las partículas de metano puedan subir fácilmente.
3. Se inicia la combustión.
Figura 2. Funcionamiento del biodigestor “The Park Spark Project”.
Fuente: theparksparkproject.com
El uso del biogás que proponen los estudiantes puede ser, una lámpara que ilumine el sitio o
puede ser usado en una estufa (ver figura 3).
La segunda versión de este proyecto (ver figura 4) es un biodigestor que está sobre la
superficie, el funcionamiento es el mismo, con la diferencia que posee un segundo tanque de
desbordamiento para que el nivel del primer tanque se mantenga constante.
Figura 3. Posibles usos del biogás proyecto “The Park Spark Project”.
Fuente: theparksparkproject.com
Figura 4. Segunda versión del biodigestor “The Park Spark Project”
Fuente: theparksparkproject.com
En USA desde 1994 se estableció un programa nacional para gestionar las emisiones de los
rellenos sanitarios, a julio de 2011 el biogás producido a partir de este programa se utiliza
en calefacción de invernaderos, producción de electricidad y calor en aplicaciones de
cogeneración, hornos de cocción de ladrillos, suministro de gas de alta calidad a redes de
gasoducto, combustible para las flotas de camiones de recolección de basura y suministro de
combustible a la fabricación de productos químicos y automóviles. En general las dos
terceras partes del biogás generado son utilizadas en la generación de electricidad y el
restante en procesos térmicos.
En Latinoamérica, Chile desde 2008 tiene una experiencia en la utilización de biogás
generado en la planta de tratamiento de aguas residuales de La Farfana, el cual se inyecta al
sistema de distribución de gas natural de la ciudad de Santiago de Chile.
De acuerdo con la autoridad regulatoria de energía en Chile (Comisión nacional de Energía),
las especificaciones técnicas que debe cumplir el biogás para ser consumido son las
siguientes (no necesariamente secuenciales), en función del uso final que se le dará al mismo:
Primer nivel: para uso directo en motores de grupos generados o cogenerados, este
nivel consiste simplemente en extraer el silicio para adecuarlo a este uso, se omite
esta acción si se usa el biogás en equipos térmicos especialmente adaptados.
Segundo nivel: para mezcla directa con gas natural, este nivel consiste en extraer el
CO2 y otros gases inertes para aumentar la concentración de metano e inyectar en las
redes de distribución de gas existentes, incluso en vehículos de gas natural.
En conclusión, Chile ya avanzó en la definición de los estándares técnicos del biogás para
usarlo como combustible bien sea de generación o mezclados en redes de distribución.
(Varnero, 2012)
La Empresa “Viogaz” fundada en Costa Rica con más de 200 biodigestores en operación
construidos a lo largo de 7 años de experiencia, (Viogaz, 2016) busca generar impacto social
y ambiental innovando en el desarrollo de soluciones integrales, diseñando biodigestores que
se adaptan a las necesidades de las comunidades. Esta empresa además de construir
biodigestores también ofrece un portfolio de accesorios de biogás que van desde los
calentadores y estufas a biogás hasta bombas de biogás como se observa en la figura 5.
Figura 5. Accesorios fabricados por la empresa VIOGAZ diseñados especialmente para uso con biogás.
Fuente: http://www.viogaz.com/
Esta empresa se caracteriza por publicar diversos artículos técnicos y científicos en torno al
tema de la calidad del biogás y el uso eficiente de la biomasa. Dichas publicaciones están
disponibles en las revistas BioCycle advancing composting, organics recycling & renewable
energy y en la revista agropecuaria de la Escuela Centroamericana de Ganadería (ECAG).
1.1.3. Experiencias Nacionales.
A nivel nacional se conocen pocas experiencias en el uso eficiente de heces caninas. Las
principales fundaciones que prestan sus servicios a mascotas abandonadas solucionan el
problema de acumulación de heces haciendo compost, el compost es un abono de origen
orgánico que obtiene sus compuestos de la descomposición de productos animales o
vegetales. Se tiene el ejemplo del “Centro de Bienestar Animal La Perla” ubicado en el
corregimiento de AltaVista - Medellín que presta sus servicios a alrededor de 800 canes
produciendo un total de 265 kg de heces diariamente. En conjunto con la Asociación
Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (ACODAL) se propusieron construir un
lugar donde las heces se mezclan con aserrín y viruta en 28 cubículos. Al inicio del proceso
la mezcla está a una temperatura de 37°C y al llegar a 80°C (después de 17 o 20 días) que es
lo máximo que puede llegar, se le hacen pruebas de laboratorio para saber si hay presencia
de patógenos y pueda usarse en el jardín del lugar.
Luego pasa al proceso de enfriado durante 10 días aproximadamente, ya que no se puede usar
el compost caliente porque puede quemar las plantas. Finalmente, el producto se pasa por
una cernidora que lo filtra para obtener un compost de mejor contextura. Otro ejemplo es el
del Centro Integral de Bienestar Familiar, ubicado en Rio Negro - Antioquia quienes también
le apuestan al compost de heces caninas que usan para los jardines del centro del municipio.
(Velásquez, R., 2012)
1.1.4. Experiencias Locales.
El proyecto de producción de biogás más importante en Colombia corresponde al relleno
sanitario Doña Juana de Bogotá, es el cuarto proyecto MDL (mecanismo de desarrollo
limpio) más grande del mundo en materia de reducción de emisiones de gases de efecto
invernadero. Anualmente se reducen un poco más de 700.000 toneladas de CO2, lo que es
equivalente a las emisiones de CO2 generadas durante un año por 157.000 vehículos
compactos en buen estado con un promedio diario de recorrido de 30 km o la captación de
CO2 de 116’000.000 de árboles maduros durante un año. En la actualidad se generan 600
Kw/h de energía eléctrica, que se utiliza para el autoconsumo de la planta de extracción,
tratamiento y aprovechamiento y se tiene pensado reducir 14.7 millones de toneladas de CO2.
Los logros que ha tenido esta empresa es obtener los certificados de calidad ISO 9001:2008
– extracción, destrucción térmica, tratamiento y aprovechamiento del biogás; ISO
14001:2004 – extracción, destrucción térmica, tratamiento y aprovechamiento del biogás.
(Biogás Doña Juana S.A.S, 2017)
La experiencia local que se referencia a continuación pudo ser reconocida de primera mano.
El magistrante e ingeniero mecánico de la Universidad Libre de Colombia, Felipe Canchala,
dirige desde hace 4 años el proyecto de emprendimiento “Energías en Transformación” que
busca promover el aprovechamiento de residuos orgánicos, efluentes de procesos industriales
y estiércol, como fuente de energía para la generación de biogás y bio-abonos.
En la ciudad de Bogotá el grupo de trabajo de energías en transformación ha construido dos
biodigestores a partir de heces animales (caninas y porcinas), el primero se construyó en zona
rural de Ciudad Bolívar, con una capacidad de 10.8 toneladas/año “LEONOR 1” utilizo 30kg
diarios de estiércol de cerdo y aguas residuales para producir cerca de 1.5 𝑚3
𝑑í𝑎 de biogás (ver
figuras 6).
Figura 6. Biodigestor Leonor 1 terminado
Fuente: https://www.facebook.com/EnergiaEnTransformacion
El segundo biodigestor fue construido en el mes de junio de 2016 al interior de las
instalaciones del refugio animal “Milagrinos” quienes ayudan a más de 120 perros en
condición de abandono. Este biodigestor es cargado con 20 kg diarios de heces caninas y
genera un promedio de 0.6 𝑚3
𝑑í𝑎 de biogás (ver figuras 7 y 8).
Figura 7. Equipo de trabajo y bolsa del biodigestor Milagrinos.
Fuente: https://www.facebook.com/EnergiaEnTransformacion/
Figura 8. Biodigestor “Milagrinos”.
Fuente: https://www.facebook.com/EnergiaEnTransformacion
Con la visita de reconocimiento se identificó la importancia de utilizar recubrimientos para
la zanja con el fin de proteger la bolsa del biodigestor, también la necesidad de utilizar una
“carga de arranque” que fuese diferente a las heces caninas (preferiblemente estiercol de
cerdo o vaca) para propiciar un medio de cultivo estable para las diferentes familias de
bacterias que digieren las heces caninas.
(a). Biodigestor tipo bolsa
“Milagrinos” terminado.
(b). Biodigestor “Milagrinos” tras 10
días de funcionamiento.
1.2. Justificación.
El biodigestor es la opción más conveniente para solucionar el problema planteado puesto
que gracias al proceso de digestión anaerobia se eliminan los patógenos que contienen las
heces caninas disminuyendo el riesgo de transmisión de enfermedades.
La construcción del biodigestor en las instalaciones de la veterinaria evita transportar las
heces hasta el Relleno Sanitario Pirgua, lo que representa dos ventajas significativas:
primero, disminuye la cantidad desechos que produce la veterinaria y segundo libra al
personal de la veterinaria del incomodo trabajo de llevar las bolsas o costales de heces hasta
un punto en la carretera para su posterior traslado al relleno.
Además, el uso de las heces caninas como alimento del biodigestor podría producir biogás
y biol que serviría como fuente energética y como fertilizante líquido que se puede rociar en
los terrenos de la veterinaria, respectivamente.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general: diseñar y construir un biodigestor a partir de heces caninas
para la veterinaria Max Kennels.
2.2.Objetivos específicos:
Estimar la producción de biomasa y biogás
Evaluar el diseño de un biodigestor tipo bolsa.
Verificar el funcionamiento del biodigestor.
Adecuar el entorno del biodigestor como aula de aprendizaje de energías
alternativas a partir de biomasa residual.
3. MARCOS DE REFERENCIA.
3.1.Marco teórico.
3.1.1. Biomasa Es una de las energías renovables que puede considerarse inagotable, esta engloba
la materia vegetal generada a través de la fotosíntesis, y sus derivados, tales como
los residuos forestales y agrícolas, además de los animales y la materia orgánica
contenida en los residuos industriales, domésticos y urbanos. Estos materiales
contienen energía química producida de la transformación energética de la radiación
solar, la cual puede ser liberada por medio de su combustión directa, o ser convertida
a través de algún proceso, en otras fuentes energéticas más adecuadas, para algún
fin deseado. (López G., 2008, pág. 13)
3.1.2. Biodigestor Es un tanque herméticamente cerrado, donde la materia orgánica contenida
(estiércol principalmente de ganado vacuno, cerdos y aves, así como otros desechos
orgánicos), se fermentan por medio de bacterias y microorganismos anaerobios,
transformándose en biogás y bioabono. (Rotoplast ., 2012). Los biodigestores se
clasifican en continuos y estacionarios.
3.1.2.1.Biodigestores Continuos Se cargan y descargan de forma periódica por lo general todos los días.
3.1.2.1.1. Biodigestor tipo bolsa o balón Presenta longitudes aproximadas de 20 y 30 metros, es un biodigestor sencillo de
construir y de uso práctico. (López G., 2008, pág. 18)
La biodigestor se compone de un tubular en material plástico (polietileno, PVC, entre
otros) completamente sellado, la entrada y la salida están sujetas directamente a las
paredes de la planta. (Olaya & Gonzales, 2009, pág. 15)
La figura 9 muestra un esquema de esta tipología. La parte inferior de la planta, en un
75% del volumen constituye la masa de fermentación (mezcla agua - excreta), y en la
parte superior, el 25% restante, donde se almacena el biogás.
1. Mezcla 2. Salida del biogás 3. Nivel del terreno 4. Caño de entrada 5. Caño de salida 6.
Cámara de digestión 7. Bioabono
Fuente: (Chacón, 2007, pág. 14)
3.1.3. Biogás Es un gas combustible un poco más liviano que el aire, que posee una temperatura
de inflamación de alrededor de 700°C y la temperatura de llama alcanza 870°C. Está
compuesto principalmente por: metano (CH4) (50% a 70%), dióxido de carbono
(CO2) (30% a 50%), ácido Sulfhídrico (H2S) (0,1% a 1%) y nitrógeno (N2) (0,5%
a 3%). (López G., 2008, pág. 15)
3.1.4. Bioabono o Biol Es un fertilizante líquido con todas las características de los abonos orgánicos que
reemplaza con ventaja los abonos químicos y que además proporciona al suelo una
Figura 9. Biodigestor tipo bolsa o balón.
serie de efectos beneficios para sus características físicas, químicas y biológicas.
Proporciona una liberación lenta de los nutrientes como nitrógeno, fósforo, potasio
y otros, por medio de reacciones químicas y biológicas del suelo, mejorando la
fertilidad y creando un efecto residual.
3.1.5. Digestión anaerobia La palabra digestión se refiere a transformar la materia en elementos más
pequeños por acción de enzimas y la palabra anaerobia significa en ausencia de
oxígeno. En lo que refiere a los biodigestores, es la transformación de la materia
orgánica en gas en ausencia de oxígeno y tiene tres etapas principales: (López G.,
2008, págs. 34-35)
3.1.5.1.Hidrólisis
Transformación de compuestos de masas moleculares más altas a compuestos
aptos para usar como fuentes de energía y tejido por medio de enzimas, y da
como resultado ácido grasos, monosacáridos, aminoácidos y compuestos
relacionados.
3.1.5.2.Acidogénesis
Conversión bacteriana de los compuestos resultantes a compuestos intermedios
de masa molecular más baja, como el ácido acético que es el más común.
3.1.5.3.Metanogénesis
Conversión bacteriana de los compuestos intermedios a productos finales
sencillos como metano y dióxido de carbono.
3.1.6. Composición bioquímica de las heces caninas Las heces caninas contienen alrededor de 0,7% de nitrógeno, 0,25% de fosfato y
0,02% de potasio, como resultado las heces caninas no son directamente buenas
fertilizantes para las plantas, son dañinas y contienen patógenos. (Jaber, 2012, pág.
8)
3.1.7. Relación carbono – nitrogeno (C/N)
Es un valor que nos facilita saber si la composición de la biomasa es adecuada para
la digestión. El carbono es utilizado por las bacterias metanogénicas como una
fuente de energía mientras que el nitrógeno es utilizado para la reproducción o
formación de nuevas células, muchos autores han proporcionado diferentes
intervalos en el que debería estar el valor óptimo para una digestión óptima, sin
embargo, para este trabajo se tendrá en cuenta el intervalo del “Manual del Biogás”
que va de 20:1 a 30:1. (Varnero, 2012)
Tabla 1. Comparación de relación C/N baja-elevada.
Si la relación C/N es elevada
(demasiado Carbono)
Si la relación C/N es baja
(demasiado Nitrógeno)
Evacuación en forma de CO2 (se
genera mucho CO2 y esto hace que
la calidad del gas sea baja)
Temperatura baja.
Si la relación es superior a 35:1 la
descomposición ocurre más
lentamente porque la producción y
desarrollo de bacterias es bajo.
Evacuación en forma de amoniaco
(se hace ácida la mezcla y se vuelve
tóxica)
Olores desfavorables
Temperaturas altas
Aumenta el pH
Si la relación es inferior a 8:1 se
inhibe la actividad bacteriana
Fuente: (Varnero, 2012)
3.1.8. Sólidos totales (ST) Es una parte de la composición de la materia orgánica, el valor de los sólidos totales
es importante para saber con exactitud cuál debería ser la proporción del agua a
utilizar. (Varnero, 2012, pág. 36)
3.1.9. Sólidos volátiles (SV) Es aquella porción de sólidos totales que se libera de una muestra, volatilizándose
cuando se calienta a altas temperaturas. Básicamente los SV contienen componentes
orgánicos, los que teóricamente deben ser convertidos a metano. (Varnero, 2012,
pág. 36)
3.1.10. Temperatura
Los procesos anaeróbicos, son fuertemente dependientes de la temperatura. La
velocidad de reacción de los procesos biológicos depende de la velocidad de
crecimiento de los microorganismos involucrados que, a su vez, dependen de la
temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de
crecimiento de los microorganismos y se acelera el proceso de digestión, dando
lugar a mayores producciones de biogás.
Es por esto que la temperatura es un parámetro crucial de diseño. Las variaciones
bruscas de temperatura en el digestor pueden desestabilizar el proceso. Por ello, para
garantizar una temperatura homogénea o constante en el digestor, es imprescindible
de un sistema adecuado de agitación y un controlador de temperatura.
Existen tres rangos de temperatura en los que pueden trabajar los microorganismos
anaeróbicos (ver tabla 2): psicrófilos (por debajo de 25°C), mesófilos (entre 25 y
45°C) y termófilos (entre 45 y 65°C). (Varnero, 2012, pág. 38)
Tabla 2. Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica.
Fermentación Mínimo Óptimo Máximo Tiempo de
fermentación
Psycrophilica 4-10 °C 15-18°C 20-25°C Sobre 100 días
Mesophilica 15-20 °C 25-35°C 35-45°C 30-60 días
Thermophilica 25-45°C 50-60°C 75-80°C 10-15 días
Fuente: (Varnero, 2012, pág. 39)
El régimen mesofílico de operación es el más utilizado, a pesar de que en la actualidad
se está implementando cada vez más el rango termofílico, para conseguir una mayor
velocidad del proceso, lo que implica, a la vez, un aumento en la eliminación de
organismos patógenos.
3.1.11. Tiempo de retención El tiempo de retención se refiere al tiempo que las bacterias requieren para degradar
la materia orgánica. Es uno de los parámetros de diseño más importantes para
determinar el volumen total del biodigestor.
La velocidad de degradación depende en gran parte de la temperatura; mientras
mayor sea la temperatura, menor es el tiempo de retención o fermentación para
obtener una buena producción de biogás.
El tiempo de retención también depende del tipo de biodigestor, es decir, si es
estacionario o si es de carga continua, este va a determinar el volumen diario de
carga que será necesario para alimentar al digestor, y en general se calcula con la
siguiente ecuación:
volumen de carga diario (m3
día) =
volumen del biodigestor (m3)
tiempo de retención (días) (1)
3.1.12. pH óptimo Este parámetro determina la inhibición o toxicidad de las bacterias metanogénicas.
Un adecuado funcionamiento se presentará con un pH en el biodigestor entre 6.5 y
7.5. (Olaya & Gonzales, 2009, pág. 11)
Una de las consecuencias de que se produzca un descenso del pH a valores inferiores
a 6 es que el biogás generado es muy pobre en metano y, por tanto, tiene menores
cualidades energéticas. Debido a que la metanogénesis se considera la etapa
limitante del proceso, es necesario mantener el pH del sistema cercano a la
neutralidad (Varnero, 2012, pág. 43). La actividad metanogénica vs pH se muestra
en la figura 10.
Figura 10. Dependencia del pH de la actividad metanogénica.
Fuente: Manual del biogás, pág. 44
3.1.13. Inhibidores del proceso de metanogénesis El proceso de digestión anaeróbica es inhibido, es decir, suspende transitoriamente
la función orgánica de las bacterias, debido a la presencia de sustancias tóxicas en
el sistema, estas sustancias pueden formar parte de las materias primas que entran
al biodigestor o puede ser subproductos de la actividad metabólica de los
microorganismos anaeróbicos (Ibid., pág. 46).
3.2. Marco legal.
El Congreso Nacional de Colombia mediante la Ley 1517 del 13 de mayo de 2014 “regula
la integración de energías renovables no convencionales al sistema energético nacional”, el
objeto de esta ley es promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales
de energía, principalmente las de carácter renovable (…) promoviendo su participación en
las zonas no interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el
desarrollo económico sostenible (…). (Congreso de Colombia, 2014)
Esta ley presenta el marco legal, los instrumentos para la promoción del aprovechamiento de
este tipo de fuentes y para el fomento de la inversión, investigación y desarrollo de
tecnologías limpias para la producción de energía. Es importante resaltar el artículo 5, inciso
17, donde se reconoce la biomasa como una fuente no convencional de energía renovable
(FNCER).
La Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG) es la competencia administrativa
encargada de, entre otras funciones, establecer los reglamentos técnicos que rigen la
generación con las diferentes fuentes no convencionales de energía. En ejercicio de sus
funciones la CREG, por medio de la resolución 87 de 2016, documento CREG-040, presenta
el desarrollo de la prestación del servicio domiciliario de gas combustible con Biogás
(CREG-040, 2016).
En este documento se analizan las experiencias internacionales en el tema de regulación del
biogás, se evalúa el potencial del biogás en Colombia y se propone una regulación al uso,
distribución y comercialización del biogás para usuarios regulados y no regulados, de las
redes interconectadas o aisladas.
Para este proyecto la información más relevante que presenta el documento CREG-040 son
las tablas de propiedades físicas que determinan la calidad que debe tener el biogás para ser
utilizado en diferentes tipos de mercados. En este punto se considera necesario presentar
algunas definiciones que utiliza la CREG para discriminar la calidad del biogás según su uso.
En el concepto 965 de 2011 se define:
Usuario regulado: persona natural o jurídica cuyas compras de electricidad están
sujetas a tarifas establecidas por la Comisión de Regulación de Energía y Gas
(CREG, 2011).
Usuario no regulado: para todos los efectos regulatorios, es una persona natural o
jurídica con una demanda máxima superior a un valor en MW o a un consumo
mensual mínimo de energía en MWh, definidos por la comisión, por instalación
legalizada, a partir de la cual no utiliza redes públicas de transporte de energía
eléctrica y la utiliza en un mismo predio o en predios contiguos. Sus compras de
electricidad se realizan a precios acordados libremente entre el comprador y el
vendedor.
Redes Aisladas: Se consideran como redes aisladas, aquellas que no se encuentran
conectadas y hagan parte de los activos del Sistema Nacional de Transporte (STN) o
a las redes de distribución de gas natural. Estas tuberías podrían ser utilizadas para
inyectar el biogás para prestar el servicio público de gas combustible como sucede
actualmente con el gas natural y el GL. (CREG-040, 2016, pág. 125)
3.2.1. Calidad en redes aisladas.
El biogás suple actualmente usuarios no regulados industriales, pero puede ser desarrollado
para atender usuarios regulados y domicilios que actualmente cuentan con la prestación de
otros servicios de gas combustible. En la tabla 3 se presenta las variables para el control de
calidad del biogás utilizado en este tipo de mercado.
Fuente: (Ibid., pág. 10)
Propiedades físicas Biogás Unidad
Poder calorífco alto >17 MJ/m3
índice de Wobbe >27 MJ/m3
CH4 >50 Mol %
Azufre (en total) <23 mg/Nm3
H2S <20 mg/Nm3
Dióxido de carbono <45 Mol %
Siloxanos <6 mg/m3
Compuestos halogenados <1 mg(Cl)/m3
Tabla 3. Especificaciones de calidad del biogás para redes aisladas.
En la tabla 3 se muestran los valores mínimos de poder calorífico, índice de Wobbe y cantidad
de metano que debe tener el biogás para usarse como gas combustible. Un dato importante
es la cantidad de sulfuro de hidrogeno (H2S), que al ser tóxico y corrosivo, debe aparecer en
muy bajas concentraciones. El dióxido de carbono (CO2) reduce el poder calorífico del gas
y debe eliminarse para los casos en que se transporte a altas presiones, porque representaría
un gasto innecesario; la CREG aconseja no retirar el CO2 para biodigestores domésticos ya
que el proceso es costoso.
Los Siloxanos y compuestos halogenos, presentes en el biogás, pueden corroer, taponar o
erosionar partes de los motores de combustión interna u otros equipos. Los productores están
obligados a poner por lo menos un medidor a la salida de la planta de producción para
verificar que el gas cumpla con las condiciones de calidad, además, debe informar
semestralmente a la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios.
Por último, la CREG presenta un régimen tarifario, basado en el tipo de red y los estratos que
recibirían el servicio público domiciliario de gas combustible con biogás.
4. METODOLOGÍA PROPUESTA.
La metodología propuesta para el desarrollo del proyecto se dividió en 5 etapas
fundamentales:
1. Etapa de investigación y definición.
2. Etapa de diseño.
3. Etapa de construcción.
4. Resultados.
5. Etapa de análisis.
A continuación, se describen las consideraciones metodológicas que se tuvieron en cuenta
en cada etapa del proyecto y su respectivo desarrollo.
4.1. Etapa de investigación y definición.
Considerando que para la construcción del biodigestor se deben conocer claramente las
condiciones ambientales del lugar, la cantidad y procedencia de la biomasa, el tiempo de
retención, la relación C/N de la biomasa, entre otros datos estratégicos, se procedió a definir
cada uno de estos datos haciendo una búsqueda focalizada en fuentes confiables, que
permitieron concretar y definir los datos mencionados.
4.1.1. Condiciones ambientales de Tunja.
Para definir las condiciones ambientales de Tunja se tramito una solicitud de información al
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, quien cuenta con la
estación meteorológica 24035130 ubicada en la ciudad de Tunja, en la carrera 11a con calle
29, la tabla 4 presenta la información de la estación.
Tabla 4. Información de la estación meteorológica IDEAM- Tunja.
Código estación: 24035130
Área operativa: AREA OPERATIVA 06
Nombre: U P T C [24035130]
Tipo: CONVENCIONAL
Clase: METEOROLOGICA
Categoría: CLIMATOLOGICA
PRINCIPAL
Estado: ACTIVA
Departamento: BOYACÁ
Municipio: TUNJA
Latitud: 5.543077
Longitud: -73.360.813
Altitud: 2690
Corriente: CHULO
Fecha de instalación: 15/02/1962
Las tablas de datos de temperatura, humedad relativa y precipitaciones que suministro el
IDEAM se presentan en el anexo 1. Del mencionado anexo se extrajeron los siguientes
datos:
1. La temperatura media promedio de la ciudad de Tunja es 13.6 °C.
2. La humedad relativa media promedio de la ciudad de Tunja es del 72.7 %
3. El promedio de precipitaciones es 30.7 mms.
A partir de los datos anteriores se evidencia claramente la necesidad de construir un sistema
de calefacción debido a las bajas temperaturas de la ciudad de Tunja, este sistema además
debe proteger el biodigestor de las lluvias y de la humedad.
4.1.2. Características de las heces caninas
4.1.2.1. Peso específico:
Para estimar el peso específico de las heces caninas se calculó el volumen de las heces
con la ecuación (2) donde ℎℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 es la altura de las heces que se midieron estando en
el balde como se muestra en la figura 11, a partir de la ecuación (3) el área transversal
del balde utilizado es 𝐴𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 = 615,75𝑐𝑚2.
Fuente: Los autores.
𝑉ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 = 𝐴𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 ∗ ℎℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 (2)
𝐴𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 =𝜋
4∗ 𝐷𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒
2 (3)
Posteriormente se calculó el peso específico con la ecuación (4)
𝜌ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 =𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠
𝑉ℎ𝑎𝑐𝑒𝑠 (4)
Los datos obtenidos se registran en la tabla 5.
Tabla 5. Peso específico de las heces de perro.
𝒉𝒉𝒆𝒄𝒆𝒔 (𝒄𝒎) 𝑽𝒉𝒆𝒄𝒆𝒔 (𝒄𝒎𝟑) 𝝆𝒉𝒆𝒄𝒆𝒔 (𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟑) 𝝆𝒉𝒆𝒄𝒆𝒔 (𝒌𝒈/𝒎𝟑) 14 8620,53 0,000845 845,7
Fuente: Los autores.
4.1.2.2. Composición química, relación C/N, solidos totales y solidos volátiles.
El estudio del Centro Nacional para la Investigación y Desarrollo de Energías de la
Universidad de Nigeria (Okoroigwe & Ibeto, 2010), presenta datos de los principales
compuestos químicos y algunas de las principales propiedades de las heces caninas a saber:
relación C/N, Solidos Totales y Sólidos Volátiles. Como se aprecia en la tabla 6 no solo hay
información para heces de perro sino también de la mezcla perro y vaca, la razón del porque
se presenta esta información es debido a que en el transcurso del proyecto fue necesario usar
heces de vaca para poder potencializar la producción de biogás.
Figura 11. Altura de la biomasa medida en el balde.
Tabla 6. Resultados del análisis de propiedades de residuos combinados.
Fuente: (Okoroigwe & Ibeto, 2010, pág. 74)
4.1.3. Tiempo de retención.
Para estimar el tiempo de retención de las heces caninas se realizó un experimento con
biodigestores a pequeña escala (BPE), esta tarea fue recomendada y guiada por el profesor
German López, director del presente trabajo. Se presentan a modo general el proceso de
diseño, fabricación, cargue y uso de los BPE.
4.1.3.1. Diseño de biodigestores a pequeña escala (BPE).
El diseño del biodigestor a pequeña escala fue tomado del trabajo de grado “Construcción de
un biodigestor para desarrollar actividades tecnológicas escolares” de Luis Antonio Lozano
Yate, quien evaluó diferentes modelos de biodigestores para uso escolar y determinó el
prototipo 4 y 9 como los mejores en términos de seguridad, funcionamiento y precio. (Lozano
Yate, 2015)
Los prototipos 4 y 9 fueron rediseñados por los autores de este trabajo ya que se consideraron
innecesarios algunos accesorios propuestos en el diseño original por Lozano Yate. En el
anexo 2 se encuentran los planos de fabricación.
Parámetros Heces de perro (D) Heces de perro y vaca (DC)
Humedad (%) 98,50 99,50
Ceniza (%) 1,50 0,50
Proteína (%) 2,19 1,31
Grasa (%) 0,15 0,25
Fibra 0,55 0,95
Solidos totales (%) 96,00 92,85
Solidos volátiles (%) 5,00 10,30
Potasio (%) 1,50 3,00
Calcio (%) 0,06 0,06
Magnesio (%) 0,32 0,18
Fósforo (mg/100g) 0,48 0,48
Carbono (%) 2,98 6,38
Nitrógeno (%) 0,175 0,35
Solidos Totales 4,00 7,15
Sólidos Volátiles 2,50 6,65
Relación C/N 17,0 18,2
Tiempo de combustión (días) 20 5
Figura 12. Modelo del biodigestor a pequeña escala 4 (BPE4).
Fuente: Los autores
Figura 13. Modelo del biodigestor a pequeña escala 9 (BPE9).
Fuente: Los autores
4.1.3.2. Fabricación de los BPE4 y BPE9.
Para el estudio del tiempo de retención se decidió fabricar 6 BPE, 3 de tipo BEP4 (figura 12)
y 3 de tipo BPE9 (figura13), esto con el fin de analizar el comportamiento de las heces
caninas en 3 ambientes diferentes.
Para fabricar los BPE se utilizaron los siguientes materiales (ver figura 14):
Recipiente de vidrio con tapa metálica de 3.6 L
Recipiente plástico con tapa de 3 L.
Válvula de bola de ½ pulgada PVC
Conectores hembra y macho de ½ pulgada PVC
Tubo de ½ pulgada PVC
Cinta teflón
Cinta neumática
Limpiador y soldadura PVC
Figura 14. Materiales de construcción para BPE.
Fuente: Los autores
A la hora de construir los BPE no se hicieron necesarias herramientas o procesos
complicados, solo se requirió de un taladro para perforar las tapas de los envases y de tijeras
para cortar los sellos de cinta neumática.
El BPE4 es un recipiente de vidrio de 3.6 L con tapa metálica ancha, esta tapa se perforo y
se acopló a dos sellos blandos de cinta neumática, una válvula de bola y un conector macho
como se muestra en la figura 15.
Figura 15. Sistema de salida del biogás para el BPE4.
Fuente: Los autores
El BPE9 es un recipiente plástico de 3 L con tapa plástica angosta, esta tapa se perforó y se
acopló a un sello blando de cinta neumática, una válvula de bola y un conector macho como
se muestra en la figura 16.
Figura 16 . Sistema de salida del biogás para el BPE9.
Fuente: Los autores.
Los sistemas de salida del biogás (ver figuras 15 y 16) se ensamblaron a los respectivos
envases previamente cargados con agua y heces caninas.
4.1.3.3.Cargue de los BPE.
Para cargar los BPE se necesitó 3 kg de heces caninas y agua reposada. Para cada tipo de
BPE se calculó una cantidad de heces y agua diferente utilizando la siguiente ecuación:
𝑉𝑚á𝑥 = [𝑊𝑚á𝑥
𝑃.𝐸+ 3𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎] 𝑥1.5 (5) (López G., 2008, pág. 47)
Donde 𝑉𝑚á𝑥 es el máximo volumen del BPE (para el BPE4 es 3.6 L y para el BPE9 es 3L),
𝑊𝑚á𝑥 es la masa máxima de heces que puede introducirse, P.E es el peso específico de las
heces caninas a saber 845.7 𝐾𝑔
𝑚3(ver tabla 5), 𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎 es el volumen de agua a agregar y 1.5
representa el 50% de espacio que tendrá el biogás al interior del BPE.
Conociendo los datos anteriores se calcula la masa máxima que se puede agregar a los BPE
despejando de (5)
Para BPE4
𝑊𝑚á𝑥 = [𝑉𝑚á𝑥
1.5− 3𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎] 𝑥 𝑃. 𝐸
𝑊𝑚á𝑥 = [0.0036𝑚3
1.5− 3 ∗ 0.000592𝑚3] 𝑥 845.7
𝐾𝑔
𝑚3
𝑊𝑚á𝑥 = 0.527 𝐾𝑔
Para BPE9
𝑊𝑚á𝑥 = [𝑉𝑚á𝑥
1.5− 3𝑉𝐴𝑔𝑢𝑎] 𝑥 𝑃. 𝐸
𝑊𝑚á𝑥 = [0.003𝑚3
1.5− 3 ∗ 0.000503𝑚3] 𝑥 845.7
𝐾𝑔
𝑚3
𝑊𝑚á𝑥 = 0.415 𝐾𝑔
Sabiendo la cantidad de heces que se deben agregar se puede proceder a cargar los BPE
siguiendo los siguientes pasos:
1. Pesar las heces que se van a agregar a cada BPE.
2. Pesar el agua que se van a agregar a cada BPE.
3. Agregar cada sustancia en el envase y mezclar bien.
4. Cerrar el recipiente fuertemente.
5. Verificar que no existan fugas.
Este proceso de carga se repite con cada BPE, en la tabla 7 se resumen las características
del BPE4 y BPE9.
Tabla 7. Características del BPE4 y BPE9.
BPE4 BPE9
Material Vidrio Plástico
Numero de BPE construidos 3 3
Capacidad Máxima (L) 3.6 3
Heces Caninas (kg) 0.527 0.415
Agua (kg) 0.592 0.503 Fuente: Los autores.
En la figura 17 se pueden apreciar los BPE4 y BPE9 cargados.
Figura 17. BPE4 y BPE9 cargados.
Fuente: Los autores.
4.1.3.4. Uso de los BPE.
Como se mencionó anteriormente se construyeron 6 BPE, tres de tipo BPE4 y 3 de tipo BPE9,
para analizar el comportamiento de las heces caninas en diferentes ambientes se colocaron
un BPE de cada tipo en tres ambientes diferentes así:
1. Un BPE4 y un BPE9 al aire libre en una azotea. (Ambiente 1)
2. Un BPE4 y un BPE9 en un lugar oscuro y cubierto. (Ambiente 2)
3. Un BPE4 y un BPE9 sumergido en agua caliente. (Ambiente 3)
Las condiciones ambientales de cada ambiente se registran en la tabla 8.
Tabla 8. Condiciones de cada ambiente a los que se sometieron los BPE.
Ambiente Temperatura
(°C) Particularidades
1 14 Los BPE de este ambiente están sometidos a cambios
de temperatura y a presión atmosférica constante.
2 16
Los BPE de este ambientes están cubiertos del sol, en
un lugar donde los cambios de clima no los afectan por
lo que se puede decir que estuvieron sometidos a una
temperatura constante.
3 28
Los BPE de este ambiente están sumergidos en agua
climatizada gracias a un calentador de pecera que
mantiene la temperatura en 28 ° C. Fuente: Los autores.
Una vez definidas las condiciones ambientales se procedió a poner los BPE en un lugar y
posición segura. El paso siguiente fue esperar 30 días para comenzar a hacer pruebas a los
BPE. Con ayuda de un equipo de venoclisis modificado (ver figura 18 y plano de fabricación
en el anexo 2) se realizaron pruebas de llama a cada uno de los BPE, en intervalos de 5 días
durante 15 días más, sin tener éxito.
Figura 18. Equipo de venoclisis utilizado en la prueba de llama.
Fuente: Los autores.
Tras 45 días de espera se extrajo una pequeña muestra de líquido para medir el pH de cada
BPE y se observó que todos estaban en el rango ÁCIDO con un pH de 3 a 4. Esto permitió
concluir que el proceso de digestión anaerobia no se desarrolló completamente pues en
condiciones ácidas no se generan bacterias metanogenicas y no se produce biogás.
Lo único que se pudo evidenciar con las pruebas de llama es que en el BPE4 del ambiente 2
se produjo CO2, este gas empujo la llama de encendido, pero naturalmente, no hizo
combustión. En este punto se dio por terminado el experimento.
4.1.3.5. Dificultades del experimento.
Se pudo evidenciar a lo largo de los 45 días que en algunos BPE había malos olores
procedentes de la biomasa, lo que hace pensar que los sellos blandos de cinta
neumática no proporcionaron un cierre hermético. Esto permitió que el oxígeno
entrara al BPE e inhibiera el proceso de digestión anaerobia.
La cantidad de heces caninas utilizada en el experimento pudo NO SER
SUFICIENTE para propiciar un medio de cultivo óptimo para las bacterias
metanogénicas.
El diseño de los BPE no tuvo en cuenta un plan o sistema para medir el pH de la
mezcla por lo que no se tuvo control sobre este factor que influyó fuertemente en el
fracaso del experimento.
4.1.3.6. Estimación del tiempo de retención.
Debido a que el experimento no logro determinar exitosamente el tiempo de retención fue
necesario ESTIMARLO a partir de la bibliografía consultada y apoyándose en la experiencia
del director del proyecto. (Okoroigwe & Ibeto, 2010) y (Martí, 2008) proporcionan datos
que sirven para aproximar el tiempo de retención de las heces caninas en las condiciones
climáticas de Tunja.
(Okoroigwe & Ibeto, 2010) Presenta un estudio comparativo entre combinaciones de heces
caninas con heces de vaca y hierba. Este estudio se realizó en condiciones ambientales muy
diferentes a las de Tunja ya que trabajaron en Nsukka, Nigeria, con un rango de temperaturas
entre los 38°C y los 46°C. El tiempo de retención que propone este estudio para las heces
caninas es de 20 DÍAS, este dato se encuentra en la tabla 6.
Por otro lado, Martí (2008, pág. 27) propone una serie de tiempos de retención en función
de la temperatura de la región donde se instalaría el biodigestor (ver tabla 9).
Tabla 9. Tiempos de retención según la región de instalación.
Región característica Temperatura °C Tiempo de retención (días)
Tropical 30 20
Valle 20 30
Altiplano 10 60 Fuente: (Martí, 2008)
Teniendo en cuenta que la temperatura promedio de Tunja es de 13,6 °C, el tiempo de
retención que mejor se acomoda es el de 60 DÍAS, para biodigestores instalados en el
altiplano con rangos de temperatura que oscilan cerca de 10°C.
Con base en los datos mencionados anteriormente, se estimó que el tiempo de retención
aproximado para la digestión anaerobia de las heces caninas es de 60 DÍAS.
4.1.4. Estimación de la producción de biomasa, biogás y biol.
4.1.4.1.Estimación de la producción de biomasa.
Para estimar la masa de heces caninas producida diariamente por los 70 caninos de la
veterinaria Max Kennels se hizo un promedio de lunes a viernes (5 días), como se muestra
en la tabla 10. Para esta operación se utilizó un balde y una báscula, el procedimiento a seguir
fue el siguiente:
1. Medir la masa del balde
2. Agregar las heces producidas durante el día al balde y medir la masa del
conjunto balde + heces
3. Restar la masa del balde a la masa del conjunto balde + heces
La ecuación general para esta operación es:
𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 = 𝑚𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒+ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 − 𝑚𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 (6)
Tabla 10. Promedio de la masa producida diariamente durante 5 días.
Día Lunes martes Miércoles Jueves Viernes Promedio aprox.
Masa diaria (Kg) 14,58 15,78 16,89 16,90 16,24 16,00 Fuente: Los autores.
A partir de la tabla 13, se concluye que la producción promedio diaria de heces caninas es de
16 kg aproximadamente. Si se supone que esta producción se mantiene constante a lo largo
del año, la veterinaria Max Kennels produciría un total de 5,8tonelada
año.
4.1.4.2. Estimación de la producción de biogás.
Debido a que no existe un proceso estándar para estimar la producción de biogás a partir de
heces caninas, como si sucede con heces de la mayoría de las especies pecuarias tradicionales
(bovinos, porcinos, aves, ovinos, caprinos, equinos y conejos) se estimó la producción de gas
aplicando dos procedimientos distintos y seleccionando el que de la mayor confiabilidad en
el resultado.
Procedimiento 1. Estimación a partir del estudio desarrollado por Okoroigwe
(Okoroigwe & Ibeto, 2010).
Okoroigwe & Ibeto (2010) presentan en su estudio la cantidad de biogás generado a partir de
heces caninas, en este estudio se encontró que 7 kg de heces producen 178 L de biogás, quiere
decir que cada kilogramo de heces produce 25,43 L de biogás.
Según lo anterior, la cantidad de biogás que podría producir la veterinaria Max Kennels
durante el tiempo de retención estipulado, (60 días), se estima así:
𝐵𝑀𝑎𝑥 = 𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑥 25,43 𝐿
𝐵𝑀𝑎𝑥 = 16 𝑘𝑔 𝑥 25,43 𝐿
𝐵𝑀𝑎𝑥 = 406, 88 𝐿
Donde 𝐵𝑀𝑎𝑥 es la cantidad de biogás que puede producir la veterinaria en el tiempo de
retención; 𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 la cantidad de heces caninas diarias que produce la veterinaria.
Teniendo en cuenta qué tiempo de retención estimado es 60 días, la producción diaria de
biogás es:
𝐵𝑀𝑎𝑥/𝑑𝑖𝑎 =406,88𝐿
60 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝐵𝑀𝑎𝑥/𝑑𝑖𝑎 = 6,78𝐿
𝑑𝑖𝑎
De acuerdo al valor de biomasa producida (5,8tonelada
año) y al biogás producido por 1kg de
heces caninas (25,43 L), se estima que la veterinaria Max Kennels podría producir
147,5𝑚3
𝑎ñ𝑜 de biogás a partir de heces caninas.
Procedimiento 2. Estimación por comparación de producción de biogás por tipo
de residuo animal.
Este método realiza una comparación aproximada de la disponibilidad y relación C/N de
biomasas convencionales (estiércol de vaca, cerdo, aves, etc…) con biomasas que no han
sido ampliamente estudiadas.
Varnero (2012) presenta la producción de biogás según el tipo de residuo animal, como se
observa en la tabla 11.
Tabla 11. Producción de biogás por tipo de residuo animal.
Tipo de Animal
(peso vivo) Disponibilidad (kg/día) Relación C/N
Volumen de biogás
m3/kg húmedo m3/día/año
Bovino (500kg) 10 25:1 0,04 0,4
Porcino (50 kg) 2,25 13:1 0,06 0,135
Aves (2 kg) 0,18 19:1 0,08 0,014
Ovino (32 kg) 1,5 35:1 0,05 0,075
Caprino (50 kg) 2 40:1 0,05 0,1
Equino (450 kg) 10 50:1 0,04 0,4
Conejo (3 kg) 0,35 13:1 0,06 0,021
Fuente: (Varnero, 2012, pág. 34)
Teniendo en cuenta que por cada perro se dispone de 0,2𝑘𝑔
𝑑𝑖𝑎 de heces y que la relación C/N
es 17:1, se estima que el comportamiento de las heces caninas es similar al de las heces de
aves; por otro lado, en cuanto al peso vivo de los perros es más similar a los ovinos (32 kg).
Teniendo en cuenta lo anterior y procurando trabajar con datos conservadores se toma para
el cálculo los datos de producción de los ovinos.
Por lo tanto, cada kilogramo húmedo de heces caninas podría producir 0,05 𝑚3
𝑑𝑖𝑎 de biogás.
Debido a que la veterinaria genera 16𝑘𝑔
𝑑í𝑎 , la producción estimada de biogás es de 0,8
𝒎𝟑
𝒅𝒊𝒂 y
anualmente un total de 292 𝒎𝟑
𝒂ñ𝒐.
Al revisar los resultados de los dos procedimientos utilizados para la estimación de la
producción de biogás, 147, 5 𝑚3
𝑎ñ𝑜 y 292
𝒎𝟑
𝒂ñ𝒐, se decide trabajar con el dato de 147, 5
𝑚3
𝑎ñ𝑜
ya que este dato es más confiable por partir de un estudio experimental que tuvo en cuenta
las heces caninas. Además que el peso promedio vivo de los caninos es inferior a los 32kg.
4.1.4.3. Estimación de la producción de biol.
Para estimar la cantidad de biol que puede producir el biodigestor, basta con calcular el
volumen de agua y el volumen de heces que se agregan diariamente, la suma de los
volúmenes mencionados anteriormente se llamará en adelante materia orgánica húmeda
(MOH).
Para estimar la MOH diaria se utiliza la ecuación (7)
𝑀𝑂𝐻 = [𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠
𝜌ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠+ (3 ∗
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎)] (7)
Donde 𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 es la masa de las heces producidas diariamente; 𝜌ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 es el peso
específico; 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 es el peso específico de agua y 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎es la masa de agua.
De la tabla 5 y 10 se obtienen los datos de 𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 y 𝜌ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠, además el peso específico del
agua es 1000 kg/m3. Entonces:
𝑀𝑂𝐻 = [16 𝑘𝑔
845,7𝑘𝑔𝑚3
+ (3 ∗16 𝑘𝑔
1000𝑘𝑔𝑚3
)]
𝑀𝑂𝐻 = 0,06692 𝑚3
𝑀𝑂𝐻 = 66,92 𝐿
Suponiendo que el cargue se realiza diariamente durante un año, la producción de biol sería
de 24.426 L
4.1.5. Consideraciones de seguridad.
En el biodigestor debe verificarse que tanto el funcionamiento como la interacción que
tengas las personas con este sea segura. Para ello se construyó y planeo una serie de
medidas de seguridad a saber:
En términos de funcionamiento.
La bolsa no puede estar contacto directo con algún elemento corto punzante que pueda
ocasionar una abertura en el plástico. Para ello se propuso una seria de recubrimientos
que proporcionen una superficie de contacto suave entra la zanja y la bolsa.
El sistema de calefacción debe proteger el biodigestor de la lluvia y garantizar que la
temperatura de trabajo sea mayor a la temperatura ambiente. Además, debe garantizar
que no hallan filtraciones de agua al interior del biodigestor ya que esto podría ocasionar
una inundación, además este debe estar cerrado con el fin de evitar pérdidas de calor.
Se debe cercar el biodigestor para evitar que animales (caballos, perros, gallinas, etc…)
puedan dañar el proyecto.
Para el transporte del biogás se debe construir una red que evite la sobrepresión al interior
biodigestor. El ácido sulfhídrico y la humedad existente en el biogás deben ser filtrados
por esta red de transporte.
En términos de interacción con las personas.
El biodigestor debe contar con espacio suficiente para realizar el cargue y descargue
cómodamente. Además, debe contar con puertas que permitan ver el funcionamiento
del proyecto.
Las personas que carguen el biodigestor deben contar con elementos de protección
personal que eviten el contacto directo con las heces caninas.
4.2. Etapa de diseño.
4.2.1. Decisiones preliminares.
A partir de las consideraciones y de la información proporcionada en la etapa de
investigación y definición, se tomaron las siguientes decisiones para restringir el diseño del
biodigestor.
4.2.1.1. Seguridad: Para garantizar un diseño seguro se tomaron las siguientes
decisiones:
Se colocarán 3 recubrimientos entre la zanja y la bolsa: arena fina, plástico tipo
plotter y geo-textil tipo paño.
Se construirá un canal para el flujo de aguas lluvias.
Se construirá una cerca de alambre de púas y malla de gallinero que rodee el
biodigestor.
Se construirá una válvula de seguridad de columna de agua.
Se construirá un filtro de ácido sulfhídrico.
Los tanques de entrada y salida deben tener una tapa.
La persona encargada del cargue debe tener los siguientes elementos de protección
personal: Guantes de caucho, respirador con filtro, overol enterizo y botas.
4.2.1.2. Cargue del biodigestor
El biodigestor estará a menos de 50 metros de la fuente de biomasa.
Se construirá una tubería que transporte aguas lluvias desde los pozos de
la veterinaria hasta el biodigestor.
4.2.1.3. Sistema de calefacción.
Se construirá un umbráculo.
La temperatura se medirá con un termómetro de mercurio.
4.2.1.4.Sistema de medición del pH:
Se fabricará un elemento que succione mezcla del interior del biodigestor.
El pH se medirá con tiras de papel universal.
4.2.2. Etapa de diseño detallado
En este punto, una vez definidos los datos y variables de la etapa anterior se procedió a
calcular el volumen total del biodigestor. Este cálculo es sencillo y tiene en cuenta,
principalmente, el tiempo de retención de las heces caninas. Las dimensiones de largo, alto
y ancho del biodigestor se calcularon a partir del volumen del mismo y se compararon con el
espacio disponible en la veterinaria.
Una vez definido el volumen se procedió a calcular las dimensiones de la zanja y el espacio
necesario para el umbráculo. Luego se diseñó la estructura del umbráculo y la red de
transporte del biogás. Por último se diseñó el aula de aprendizaje, esta cuenta con material
visual (carteles y fotografías) que ilustran los sistemas y procesos del biodigestor.
4.2.2.1. Diseño de la zanja.
La zanja es un elemento esencial para el buen funcionamiento del biodigestor ya que las
paredes de ésta soportarán la presión que ejerce el volumen líquido. Para calcular las
dimensiones de la zanja es necesario conocer el volumen total del biodigestor así como
la sección transversal y la longitud.
4.2.2.1.1. Cálculos del volumen total del biodigestor.
A partir de los datos obtenidos en la etapa de investigación y definición se presentan los
cálculos del volumen total del biodigestor utilizando 2 métodos de cálculo. El primero se
basa en la guía de diseño y manual de instalación para biodigestores familiares de Jaime
Martí, y el segundo corresponde al método planteado por el ingeniero German López.
Método Jaime Martí.
(Martí, 2008) Propone que el volumen total del biodigestor es la suma del volumen líquido
y el volumen gaseoso
𝑉𝑇 = 𝑉𝐿 + 𝑉𝐺 (8)
En la literatura se recomienda llenar el biodigestor un 75% que equivale aproximadamente
a llenar la zanja. Debido que en el proceso se genera biogás es necesario dejar un espacio
para su almacenamiento que corresponde al 25%. (Martí, 2008, pág. 29) (López G., 2008)
El volumen del líquido (𝑉𝐿) corresponde al 75% del 𝑉𝑇
𝑉𝐿 = 𝑉𝑇 ∗ 0,75 (9)
El volumen del gas (𝑉𝐺) corresponde al 25% del 𝑉𝑇
𝑉𝐺 = 𝑉𝑇 ∗ 0,25 (10)
El 𝑉𝐿 se calcula a partir de la carga diaria (CD) y del tiempo de retención (TR)
𝑉𝐿 = (𝐶𝐷 + (3 ∗ 𝐶𝐷)) ∗ 𝑇𝑅 (11)
Donde CD corresponde a la carga diaria de heces en volumen y (3 ∗ 𝐶𝐷) corresponde a la
cantidad de agua en volumen que se le debe agregar a la mezcla.
De la ecuación (11) se conoce TR por lo que queda calcular CD, para dicho cálculo se
utiliza la masa y el peso específico de la biomasa
𝐶𝐷 =𝑚ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠
𝜌ℎ𝑒𝑐𝑒𝑠 (12)
Con los datos resultantes de las tablas 5 y 10 la carga diaria de heces caninas es
𝐶𝐷 =16 𝑘𝑔
845,7𝑘𝑔𝑚3
= 0,019 𝑚3
Entonces el Volumen liquido del biodigestor (𝑉𝐿) es:
𝑉𝐿 = (0,0189 𝑚3 + (3 ∗ 0,0189 𝑚3)) ∗ 60 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑽𝑳 = 𝟒, 𝟐𝟓𝒎𝟑
Despejando 𝑉𝑇 en (9) se tiene que el volumen total del biodigestor es:
𝑉𝑇 =𝑉𝐿
0,75=
4,25 𝑚3
0,75
𝑽𝑻 = 𝟓, 𝟔𝟕 𝒎𝟑
Con (10) el Volumen de Gas del biodigestor (𝑉𝐺) es:
𝑉𝐺 = 𝑉𝑇 ∗ 0,25 = 5,67 𝑚3 ∗ 0,25
3
𝑽𝑮 = 𝟏, 𝟒𝟐 𝒎𝟑
El resumen de los cálculos anteriores se presenta en la tabla 12.
Tabla 12. Volúmenes del biodigestor calculados por el método Jaime Martí.
𝑽𝑻 𝒎𝟑 𝑽𝑳 𝒎𝟑 𝑽𝑮 𝒎𝟑
5,67 4,25 1,42
Método German López.
Este método de cálculo requiere estimar previamente la producción de biogás, que como se
mencionó anteriormente, es de 6,78𝐿
𝑑𝑖𝑎 .
Una vez estimada la producción de biogás(𝐵𝑀𝑎𝑥
𝑑𝑖𝑎
) se calcula el volumen de materia orgánica
húmeda (MOH), que como se calculó anteriormente es 66,92 L diarios.
El volumen diario del biodigestor es la suma del 𝐵𝑀𝑎𝑥/𝑑𝑖𝑎 y MOH:
𝑉𝑑í𝑎 = 𝐵𝑀𝑎𝑥/𝑑𝑖𝑎 + 𝑀𝑂𝐻
𝑉𝑑í𝑎 = 6,78 𝐿 + 66,92 𝐿
𝑉𝑑í𝑎 = 73,7 𝐿
El volumen total del biodigestor es entonces
𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉𝑑í𝑎 ∗ 𝑇𝑅
𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 73,7 𝐿 ∗ 60 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4422 𝐿
𝑽𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟒, 𝟒𝟐 𝒎𝟑
El volumen de gas equivale a
𝑉𝑔𝑎𝑠 = 0,5 ∗ 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑔𝑎𝑠 = 0,5 ∗ 4,42 𝑚3
𝑉𝑔𝑎𝑠 = 2,21 𝑚3
El volumen líquido (𝑉𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜) es el 50 % restante.
El resumen de los cálculos anteriores se presenta en la tabla 13.
Tabla 13. Volúmenes del biodigestor calculados por el método German López
𝑽𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒎𝟑 𝑽𝑳í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐 𝒎𝟑 𝑽𝑮𝒂𝒔 𝒎𝟑
4,42 2,21 2,21
Una vez realizado los cálculos, se observó que los resultados de los volúmenes totales son
similares, 𝑉𝑇 = 5,67 𝑚3 y 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4,42 𝑚3 respectivamente. El resultado que se toma para el diseño
es el que arroja el método de Jaime Martí porque arroja el volumen mayor de los dos métodos.
Parte importante de las dimensiones del biodigestor están limitadas a los tamaños y
dimensiones comerciales de los materiales de construcción. Por ejemplo, para la construcción
de la bolsa es necesario utilizar polietileno tubular, este material solo se consigue
comercialmente en calibres que van desde el numero 2 hasta el número 6, si se desea un
calibre mayor debe encargarse su producción (lo que resulta costoso y demorado). Lo mismo
sucede con el ancho del rollo de polietileno tubular, éste se consigue en anchos de 50 cm, 70
cm, 1m y 2m.
4.2.2.1.2. Cálculo de las dimensiones de la zanja.
(Martí, 2008) Presenta una guía de diseño donde se explican los cálculos necesarios para
dimensionar la zanja, allí se encuentra una relación entre la longitud y la sección transversal
del biodigestor, lo que se busca con esta relación es garantizar que la distribución geométrica
sea armoniosa pues resultaría inconveniente tener un biodigestor muy largo y angosto o muy
ancho y corto.
Existe una relación óptima entre el diámetro y la longitud que es 7. (…) Esta relación es
flexible en un rango de 5-10 (…) (Martí, 2008, pág. 36). Así:
5 ≤𝐿
𝐷≤ 10 (ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 7) (12)
Donde L es la longitud y D el diámetro del biodigestor.
Con la ayuda de una hoja de cálculo Microsoft Excel ® se realizó un proceso iterativo para
encontrar un diámetro que se ajustara a la relación y que se encontrara comercialmente. Entre
diámetros de 50 cm, 70 cm, 1m y 2m, el ancho de rollo de 1m proporciona una relación L/D
de 7.2, que es la más próxima a 7, por lo que se selecciona 1 m como diámetro del
biodigestor (ver anexo 3).
El biodigestor es una manga de plástico amarrada en sus extremos por lo que se puede
aproximar su volumen al de un cilindro recto así:
𝑉𝑇 = 𝜋 𝑥 𝐿 𝑥 𝑟2 (13)
Donde 𝑉𝑇 es el volumen total, L es la longitud y r es el radio (D/2) del biodigestor.
Despejando L en (13) se tiene que la longitud del biodigestor equivale a
𝐿 =𝑉𝑡
𝜋 𝑥 𝑟2 (13.1)
Con los datos de 𝑉𝑇 (ver tabla 13) y r tenemos que la longitud es
𝐿 =5,67 𝑚3
𝜋 𝑥 0,5 𝑚2
𝐿 = 7,23 𝑚
Martí (2008, pag.35) nos expone los parámetros geométricos según los anchos de rollo
comercializados en Bolivia (ver tabla14), estos no son equivalentes a los de Colombia
por lo que para escoger un ancho de rollo se hizo una aproximación.
Tabla 14. Anchos de rollo comerciales en Bolivia.
Ancho de rollo
(m)
Perímetro de la
circunferencia (m) Radio (m) Diametro (m)
1 2 0,32 0,64
1,25 2,5 0,4 0,8
1,5 3 0,48 0,96
1,75 3,5 0,56 1,12
2 4 0,64 1,38
Fuente: (Ibid., pág. 35)
El diámetro que se acerca más al escogido para este cálculo es de 0.96 m que corresponde
a un ancho de rollo de 1.50 como se observa en la tabla 14.
Martí (2008) propone unas dimensiones de zanja a partir del ancho del rollo como se
observa en la tabla 15.
Tabla 15. Dimensiones de la zanja según el ancho del rollo
AR (m) 2 1,75 1,5 1,25 1
a (m) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
b (m) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
p (m) 1 0,9 0,9 0,7 0,6
Fuente: (Ibid., pág. 37)
De la tabla 15 se extrae los valores de a, b y P (0,50m, 0,70m y 0,80m respectivamente)
que corresponden a la base menor, base mayor y altura del perfil trapezoidal de la zanja.
En resumen, las dimensiones de la zanja se encuentran en la tabla 16.
Tabla 16. Dimensiones de la zanja.
A B P L
0,5 m 0,7 m 0,8 m 7,2 m
La zanja además de albergar la bolsa debe contener los tanques y tubos de entrada y de
salida por lo que se deben cavar dos planos inclinados a 45° y dos hoyos como se muestra
en el anexo 4.
Por ultimo alrededor de la zanja debe cavarse un canal para que fluya la lluvia y no se
generen inundaciones al interior de umbráculo.
4.2.2.2. Diseño del umbráculo.
El umbráculo cumple dos funciones principales, la primera es aislar térmicamente el
biodigestor y la segunda es protegerlo de la lluvia, el viento y los animales. El diseño del
umbráculo, además de cumplir estas dos funciones, debe ser económico, fácil de construir y
debe permitir a las personas interactuar con la bolsa y las demás partes que compongan el
biodigestor.
Para lograr aislar térmicamente el biodigestor se debe aprovechar el efecto invernadero que
se produce al interior del umbráculo, para esto se debe construir una estructura que rodee la
zanja y que este recubierta de un material que retenga los rayos solares (vidrio o plástico de
invernadero). De entrada, se decidió fabricar el umbráculo con madera y plástico de
invernadero (polietileno calibre 8 con filtro solar > 400nm) (Infoagro Systems, S.L., 2017)
ya que estos materiales son económicos y versátiles a la hora de ser ensamblados.
Gracias a una asesoría que se recibió por parte de Wilson Mora y su grupo de trabajadores,
quienes se dedican a la construcción de invernaderos para cultivos de flores y plantas con
una experiencia de trabajo de más de 10 años, se decidió diseñar la geometría del umbráculo
para lograr un diseño firme y resistente a las condiciones climáticas de Tunja.
El perfil del umbráculo cuenta con un rompe vientos y con parales que se entierran medio
metro en la tierra para garantizar su firmeza. Además, el perfil de la madera eucalipto es de
4cm x 8 cm.
Figura 19. Vista lateral de la cercha.
Fuente: (Ibid.)
En la figura 19 se muestra el perfil del umbráculo o cercha, este diseño se usa
tradicionalmente en la construcción de invernaderos ya que es muy sencillo de fabricar y
resiste fuertes corriente de viento.
Ya que el umbráculo debe permitir que las personas observen el funcionamiento del
biodigestor se construyeron 5 puertas en un costado, 2 de tipo corredera para realizar el
cargue y descargue y 3 más de tipo bisagra para observar cada tramo del biodigestor (ver
figura 20).
Figura 20. Rediseño del umbráculo.
Fuente: (Ibid.)
En los anexos 5, 6, 7 y 8 se presentan los planos de fabricación del umbráculo y sus partes.
4.2.2.3. Diseño de la red de transporte del biogás.
Para el transporte del biogás desde el biodigestor hasta el lugar de utilización es necesario
trazar una tubería con una serie de accesorios que permitan monitorear, filtrar y controlar el
flujo de biogás (ver figura 21 y anexo 11).
Figura 21. Tramo principal de la red de biogás.
Fuente: (Ibid.)
A continuación, se describe la función de cada accesorio.
Accesorios para filtrar.
1. Filtro de Ácido Sulfhídrico.
Este filtro está hecho con un tubo y una Y de PVC de 3”, acoplados entre sí con
una serie de reducciones en los extremos. Dentro del tubo se encuentran
esponjillas de acero o esponjillas “bombril” que retienen el ácido sulfhídrico
presente en el biogás, retirando malos olores.
2. Punto bajo.
En el biogás hay un porcentaje de agua que se evapora en el proceso de digestión
anaerobia y que se condensa al interior de la tubería, esta cantidad de agua puede
ser suficiente para taponar la red por lo que es necesario instalar un tapón roscado
en una parte baja de la tubería donde se acumule el agua para poder retirarla y
evitar así la obstrucción de la red.
Accesorio para monitorear.
3. Manómetro.
Para estimar la cantidad de biogás generado es importante instalar este accesorio
para obtener datos precisos de presión que permitan estimar la producción de
biogás.
Accesorios para controlar.
4. Válvula de Bola.
Se utilizan para regular el paso de biogás, en la red se encuentra dos válvulas de
bola, la primera a la salida de la bolsa y la segunda después del punto bajo. Estas
son posiciones estratégicas para bloquear el paso del biogás en caso de requerirse
cambios o mantenimiento en el resto de la red.
5. Válvula de seguridad.
En el interior del biodigestor está produciéndose constantemente gas, por lo que
la presión interna va en aumento. Si la presión del biogás supera la presión
máxima que puede soportar la bolsa esta estallará. Es por esto que se necesita la
válvula de seguridad.
La válvula de seguridad está compuesta por una tee conectada a la red de biogás,
un tubo PVC de 1/2´´ soldado a la tee y un recipiente transparente para mantener
un nivel de agua previamente estipulado. El tubo de PVC está sumergido en el
agua del recipiente, a medida que la presión del gas aumenta, el nivel del agua
dentro del tubo va bajando por que el gas empuja el agua. Entonces, cuando la
presión empuje el agua por fuera del tubo, el gas se escapará de la red de biogás,
manteniendo así, una presión constante.
Para el cálculo de la presión al interior del biodigestor, se usa teoría básica de
mecánica de fluidos partiendo de la ecuación (14) (Robert L, 2006, pág. 55) para
esto se debe medir la columna de agua que empuja el biogás en el tubo de la
válvula de seguridad como se muestra en la figura 22.
𝛥𝑃 = 𝛾ℎ (14)
Donde 𝛥P es la diferencia de presión; 𝛾 es el peso específico del fluido y ℎ es
diferencia de alturas.
Figura 22. Diferencia de alturas provocada por la presión al interior de biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
La literatura propone un rango de alturas entre 8cm y 13cm. Si se usan estos dos valores en
(14) se tiene que:
Para 8 cm:
𝛥𝑃 = 9,81𝑘𝑁
𝑚3∗ 0,08𝑚
𝛥𝑃 = 0,78 𝑘𝑃𝑎
Para 13 cm:
𝛥𝑃 = 9,81𝑘𝑁
𝑚3∗ 0,13𝑚
𝛥𝑃 = 1,28 𝑘𝑃𝑎
En resumen, con una columna de agua de 13 cm se tiene una presión interna de 1,28 kPa que
es la máxima presión que pueda aguantar la bolsa, es decir, si la columna de agua supera los
13 cm se tendrá una sobrepresión en la bolsa que puede ocasionar el estallido de esta misma.
Por otro lado con una columna de agua de 8 cm se tiene una presión de 0,78 kPa, si la presión
es menor que este valor, el gas no tendrá la suficiente presión para poder fluir por el resto de
la red de transporte del biogás.
6. Fisto o quemador.
Al final de la red se encuentra un fisto de gas que sirve para quemar el biogás. Esta parte de
la red es metálica porque se manejan temperaturas altas que podrían quemar la tubería si
fueran de PVC (ver figura 23).
Figura 23. Fisto o quemador de la red de biogás.
Fuente: (Ibid.)
4.2.2.4. Diseño del aula de aprendizaje y material didáctico.
El biodigestor se construyó también como un aula de aprendizaje de energías alternativas a
partir de biomasa residual, este permite a las personas observar sus partes principales y su
funcionamiento. Se desea que cuando las personas lo visiten puedan aprender conceptos
básicos sobre los biodigestores y su funcionamiento, por lo que el aula de aprendizaje cuenta
con un material visual que ayuda a exponer lo mencionado anteriormente.
Personal de la veterinaria Max Kennels fue capacitado previamente para poder realizar una
exposición a los visitantes del proyecto, dicha capacitación fue impartida por los autores del
presente trabajo y contó con tres sesiones de 2 horas de duración cada una, donde se
explicaron los conceptos básicos para el uso de biodigestores, el proceso de cargue del
biodigestor y el uso del biogás y biol (ver figura 24 y 25).
Figura 24. Primera Capacitación al personal de la veterinaria Max Kennels.
Fuente: (Ibid.)
Figura 25. Segunda Capacitación al personal de la veterinaria Max Kennels.
Fuente: (Ibid.)
Previo a las capacitaciones, el personal de la veterinaria Max Kennels respondió una prueba
diagnóstica que tenía como objetivo evaluar los conocimientos que ellos tenían sobre las
energías renovables, los biodigestores y sus usos. Dicha prueba se puede observar en el anexo
13. Una vez se realizaron las sesiones de capacitación se aplicó una segunda prueba para
evaluar los conocimientos que se adquirieron a partir de la experiencia de la construcción y
uso del biodigestor (ver anexo 14).
Por último, el material visual (carteles) está ubicado en la puerta de entrada, la puerta de
salida y en las tres puertas de tipo bisagra, este material tiene imágenes alusivas y un lenguaje
sencillo (ver anexo 12). En todas las partes características del biodigestor hay una etiqueta
con el nombre de la pieza, el material y su función o características principales (ver figura
26).
Figura 26. Etiqueta de las piezas del biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
4.2.2.5.Lista de materiales.
Teniendo en cuenta lo expuesto en la etapa de diseño se presenta la lista de materiales (ver
tabla 17) necesarios para construir el biodigestor.
Tabla 17. Listado de materiales.
LISTADO DE MATERIALES
BOLSA
Nombre Cantidad Material
Bolsa 16 m Polietileno
Tubo 6´´ 2 m PVC
Codo 45° 6´´ 2 PVC
Cinta Neumática 14 m Caucho
Tanque 2 unidades Plástico
Sello 250 ml Silicona líquida
ZANJA
Cama de arena 90 Kg Arena
Recubrimiento plástico 8m Plástico plotter
Recubrimiento Polisombra 9m Geotextil paño
Estacas 2 m Madera
UMBRÁCULO
Nombre Cantidad Material
Madera 4 x 8 40 m Eucalipto
Madera 4 x 4 38 m Pino
Listón 6 m MDF
Plástico invernadero 15 m Polietileno
Puntillas 3´´ 300 g Acero
puntillas 1 1/2´´ 600 g Acero
Bisagras 6 Acero
Polisombra 10m x 30m 2 m Geotextil paño
Aislante quemado 1 galón Aceite de carro
Cuerda Tensora 15 m Cabuya
Ganchos de grapadora 30 g Bronce
Sistema corredera full station 4 Aluminio
Tornillos golosos 50 g Acero
RED DE BIOGÁS
Nombre Cantidad Material
Flanche 1 PVC
Válvula de bola 1/2´´ 2 PVC
Codo 1/2´´ 6 PVC
Reducción 1 1/2"- 1/2" 2 PVC
Reducción 3´´ - 1 1/2" 3 PVC
Y 3" 1 PVC
Unión lisa 3" 1 PVC
Tee 1/2" 3 PVC
Niple 1/2" 2 PVC
Hembra reducción 1 PVC
Macho 1/2" 2 PVC
Hembra 1/2" 2 PVC
Tapón de 1/2" 1 PVC
Unión roscada 1/2" 1 PVC
Tapón 1/2" 1 Cromo
Manómetro 1 -
válvula Fisto 1 Cobre
Tubería 1/2" 9 m PVC
Tubería 1/2" 0,1m Cromo
Recipiente 1 Plástico
Cinta hermética 100 m Teflón
soldadura PVC 120 𝑐𝑚3 Cemento solvente
Limpiador PVC 120 𝑐𝑚3 Alcohol Fuente: Autores
Para la construcción del biodigestor se utilizaron herramientas básicas que se enlistan en la
tabla 18.
Tabla 18. Listado de herramientas.
LISTADO DE HERRAMIENTAS
Nombre Función
Segueta Cortar
Martillo Clavar
Pala Transportar tierra
Barra Desmoronar tierra
Pica Desmoronar tierra
Cuña Quebrar piedras
Cuerda Delimitar
Carretilla Transportar tierra
Serrucho Cortar
Brocha Recubrir
Pistola mecánica Sellar
Flexómetro Medir longitud
Nivel de gota Nivelar terreno
Llave inglesa Apretar
Almadena Picar piedra
Grapadora Sujetar plástico
Lija Lijar PVC
Tijeras Cortar
Paño Limpiar PVC
Destornillador Atornillar tornillos golosos
Pala pequeña Dar forma al canal Fuente: (Ibid.)
4.3. Etapa de construcción.
La etapa de construcción se basó en “La guía de diseño y manual de instalación” del profesor
Jaime Martí reseñada anteriormente en este documento. Sin embargo, se presentaron
problemas en los diferentes momentos de la construcción que generalmente se refirieron a la
falta de experiencia de los autores, el tiempo para una construcción constante, la falta de
recursos económicos y el clima. También hubo algunas inconsistencias en el diseño las cuales
fueron corregidas satisfactoriamente gracias a las consultas y asesorías que se recibieron por
parte de personas experimentadas en construcción.
La etapa de construcción se dividió en 4 momentos principales a saber:
1. Construcción de la zanja.
2. Construcción del umbráculo.
3. Construcción de la bolsa.
4. Construcción de la red de transporte de biogás.
Estos momentos se enlistan en orden cronológico y se presentan a continuación por medio
de registros fotográficos.
4.3.1. Registro fotográfico de la construcción de la zanja.
4.3.1.1. Excavación.
La construcción de la zanja se refiere principalmente a la excavación del terreno. Las
primeras herramientas que se usaron fueron la pica y la pala, durante la excavación se
encontró un problema: el subsuelo es muy pedregoso (ver figura 27.b)
Figura 27. Estado inicial del terreno.
Fuente: (Ibid.)
En las primeras horas de excavación se encontró con una piedra difícil de retirar (ver figura
28), la cual hizo suspender la excavación y reevaluar el método de excavación.
Fuente: (Ibid.)
Para solucionar el problema y agilizar el tiempo de construcción se contrató al cantero
Alfredo Camargo Forero quien brindo asesoría y presto sus servicios para completar la
(a) Primeras horas de excavación
(b) Piedras presentes en el terreno
Figura 28. Piedra encontrada a la mitad del terreno.
Figura 29. Excavación de la zanja y pared afectada
Figura 30. Camilla posicionada y comprimida y sección compactada.
excavación de la zanja. La primera acción que se realizó (ver anexo 4) fue delimitar la zanja
con cuerda y estacas, en adelante con la barra, la pica, la pala, la cuña y la almádena se pudo
excavar adecuadamente y agrietar piedras sin ningún problema.
Debido al error de excavar sin delimitar la zanja, una de las paredes se vio afectada como se
observa en la figura 29.b.
Fuente: (Ibid.)
Para restaurar la pared afectada se construyeron camillas de soporte. Ubicadas las camillas
en la pared afectada se colocaron palos de 4 x 4 de madera de pino para sostener la camilla,
luego se rellenó con tierra el hoyo resultante y se pisó con la almádena para tener una sección
más compacta (figura 30).
Fuente: (Ibid.)
Terminada la zanja se procedió a nivelar el área del umbráculo. En esta operación se
presentaron dos dificultades, primero: la pared afectada no se restauró adecuadamente, por
(a) Camilla posicionada y comprimida (b) sección compactada
(a) Excavación de la zanja (b) Pared afectada
Figura 31. Nivelación la superficie y camillas puestas y comprimidas.
Figura 32. Huecos y planos inclinados de la zanja.
lo que fue necesario armar 2 camillas más y esperar un par de días para que la tierra se
compactará mejor, segundo: se encontró otra piedra grande (ver figura 31) que no fue
necesario retirar por que no interfería con el diseño del biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
Después de que la tierra de las camillas quedara compacta se retiraron las camillas y se
hicieron los huecos para los tanques de entrada y salida (ver plano de fabricación, anexo 4).
También se hicieron los planos inclinados para los tubos de 6” de entrada y salida como se
muestra en la figura 32.
Fuente: (Ibid.)
(a) Nivelación la superficie (b) camillas puestas y comprimidas.
(b). Hueco y plano inclinado para el tubo de
salida. (a). Hueco y plano inclinado para el tubo de
entrada de 6”;
Por último, se procedió a construir la cerca con el fin de evitar que entraran animales que
pudieran dañar la zanja o sucediera un accidente (ver figura 33).
Figura 33. Cerca construida.
Fuente: (Ibid.)
Después de terminar la construcción del umbráculo provisional se detuvo la construcción
del biodigestor debido a la falta de dinero y de tiempo, por un tiempo aproximado de 2
semanas, tiempo en el que se gestionaron nuevos recursos para continuar con el desarrollo
del proyecto.
4.3.1.2. Recubrimientos.
Terminada la excavación de la zanja, se recogieron todas las piedras y objetos extraños que
pudieran dañar la bolsa para posteriormente recubrir la zanja con arena, plásticos tipo
plotter y geotextil respectivamente.
Arena Fina.
Se utilizaron aproximadamente 3 carretillas de arena fina para recubrir el fondo de la zanja,
esta se repartió uniformemente con una escoba (ver figura 34).
Fuente: (Ibid.)
(a). Piso de la zanja recubierta con arena a
la mitad
(b). Piso de la zanja recubierta con
arena completamente. Figura 34. Recubrimiento de arena.
Figura 35. Nivelación del ancho de la cama de arena.
Figura 36. Recubrimiento con plástico plotter.
Para comprobar que la cama de arena estuviera uniformemente repartida se niveló con un
nivel de gota. Para nivelar a lo largo de la zanja, se colocó un palo de 4cm x 4cm y 1m de
largo sobre la cama de arena y encima del palo se colocó el nivel, la arena se movía
conforme iba indicando el nivel. Para medir el nivel a lo ancho de la zanja simplemente se
colocaba el nivel sobre la arena como se muestra en la figura 35.
Fuente: (Ibid.)
Plástico tipo Plotter.
Se usó plástico plotter para evitar que las piedras de la zanja entraran en contacto directo
con la bolsa, la literatura no específica cual es el material más adecuado para esta
operación, pero si dice que el material tiene que ser suficientemente grueso para proteger la
bolsa de cualquier objeto cortopunsante.
Se tenían 5 láminas plotter aproximadamente de 2m de ancho por 4m de largo, los cuales se
ubicaron en la zanja comenzando desde el tanque de salida hasta el tanque de entrada
asegurándose de que el extremo inicial de un plástico se sobrepusiera sobre el extremo final
del siguiente plástico como se muestra en la figura 36.
Fuente: (Ibid.)
(a). Recubrimiento de plástico plotter vista
desde el tanque de entrada al tanque de salida.
(b). Recubrimiento de plástico plotter vista
desde el tanque de salida al tanque de
entrada.
Las láminas plotter se fijaron con estacas de 20 cm de largo, clavándolas en las esquinas de
cada lámina. Una de las dificultades que surgió fue recubrir el área del plano inclinado para
los tubos de 6” por qué las láminas no encajaban y se hacían arrugas que comprometían el
ángulo al que tiene que estar el tubo de 6”, por lo tanto, se cortó la lámina en varios pliegues
desapareciendo las arrugas y se fijó el plástico con puntillas, las cuales después se quitaron
puesto que no debe haber ningún objeto cortopunsante al interior de la zanja (ver figura 37).
Fuente: (Ibid.)
Geotextil.
El geotextil es un tejido de fibras que tiene dos direcciones (trama y urdimbre) este sirve para
retener humedad (Geotexan., 2017) y para proporcionar una superficie de contacto suave
entre la zanja y la bolsa. Al estirar el geotextil sobre la zanja se observó que las dimensiones
compradas inicialmente no alcanzaban a recubrir la totalidad de la zanja (ver figura 38). Por
lo que fue necesario comprar más metros de geotextil, esta operación se completó al terminar
de construir el umbráculo.
(a). Recubrimiento plotter clavado al suelo con estacas
(b). Recubrimiento plotter completo visto desde arriba.
Figura 37. Recubrimiento con plástico plotter finalizado.
Figura 38. Recubrimiento con geotextil.
Fuente: (Ibid.)
4.3.2. Registro fotográfico de la construcción del umbráculo.
4.3.2.1. Asesoría.
Como se mencionó en la etapa de diseño detallado, el umbráculo fue diseñado gracias a una
asesoría que dio el grupo de maestros a cargo de Wilson Mora, quienes plantearon las
dimensiones y el orden de ensamblado de la cercha (ver figura 39).
Figura 39. Posición adecuada de los travesaños unidos a la viga de la cercha y posición de la columna de la
cercha
Fuente: (Ibid.)
El grupo de Wilson Mora recomendó cortar las puntas sobrantes de los travesaños, viga y
columna de la cercha que puedan rasgar o generar arrugas en el plástico invernadero como
se muestra en la figura 40. También recomendaron el uso de aceite quemado para recubrir
la superficie de los parales que se introducen en la tierra, con ello se evita que la madera sea
carcomida por insectos o por la humedad del terreno (ver figura 41).
(a) Posición adecuada de los travesaños unidos a
la viga de la cercha
(b) Posición de la columna de la cercha
4.3.2.2. Registro fotográfico del umbráculo.
El umbráculo se construyó con madera eucalipto de 4 cm x 8 cm como se recomendó en la
asesoría. Se cortaron los travesaños, vigas y columnas de las cerchas según las dimensiones
establecidas, se unieron con puntillas, se recubrieron con aceite quemado, se enterraron y se
taparon con piedra y tierra pisada como se indica en el anexo 5 (ver figura 42).
Figura 42. Cercha del umbráculo versión final.
Fuente: (Ibid.)
Se construyeron 6 cerchas y se instalaron de la misma forma en la zanja como se muestra
en la figura 43.
Figura 40. Cortes de las puntas que
pueden dañar el plástico
invernadero
Figura 41. Recubrimiento de los
parales con aceite quemado.
Fuente: (Ibid.)
Fuente: (Ibid.)
Figura 43. Cerchas instaladas en la zanja.
Fuente: (Ibid.)
Luego se hicieron dos puertas correderas con madera de pino de 4 cm x 4 cm y dos juegos
de correderas full station para deslizar la puerta. Las puertas correderas se fabricaron y luego
se instalaron por comodidad, el marco de las puertas se clavó a las cerchas (ver figura 44).
Figura 44. Puerta corredera instalada.
Fuente: (Ibid.)
Las 3 puertas de bisagra se fabricaron con madera de pino 4 cm x 4 cm, también se
construyeron antes de su instalación para facilitar el proceso, los marcos se clavaron a las
cerchas y se fijaron puntos de apoyo para que la puerta bisagra pudiera cerrar en la posición
correcta (ver figura 45).
Figura 45. Puertas correderas (abierta) y puertas bisagras instaladas en las cerchas.
Fuente: (Ibid.)
Teniendo instaladas las puertas, se procedió a fijar el plástico invernadero. Lo primero que
se hizo fue desenrollarlo y estirarlo a lo largo sobre las cerchas (ver figura 46.a). Después se
estiró a lo ancho, se verificaron las medidas establecidas y se procedió a fijar el plástico con
listones de madera MDF. Luego, se templó desde la cercha de la entrada hasta la cercha de
la salida como se muestra en la figura 46.b.
Figura 46. Plastificación de la parte trasera del umbráculo.
Fuente: (Ibid.)
A continuación, se plastificaron las puertas correderas y de bisagra como se muestra en la
figura 47.
(a). Plástico estirado longitudinalmente para su
instalación. (b). Plástico templado y clavado con listones de
madera MDF.
Cercha de entrada
Cercha de salida
Listones de MDF.
Figura 47. Puertas correderas y de bisagra plastificadas.
Fuente: (Ibid.)
Por último, se plastificaron los extremos y la parte frontal del umbráculo asegurándose de
que quedara plástico sobrante sobre el suelo para posteriormente hacer el canal perimetral
para aguas lluvias (ver figura 48).
Figura 48. Umbráculo totalmente plastificado.
Fuente: (Ibid.)
Con la barra se cavo un pequeño canal para que fluyan las aguas lluvias. con unos trozos de
madera de pino se envolvió el plástico sobrante que estaba en el suelo y se enterraron en el
canal (ver figura 49). Con una pala pequeña se dio forma al canal para que el agua fluyera
sin ninguna dificultad.
Figura 49. Plástico sobrante enterrado para el canal de aguas lluvias.
Fuente: (Ibid.)
4.3.3. Registro fotográfico de la construcción de la bolsa.
El primer paso para construir la bolsa del biodigestor fue escoger un terreno libre piedras o
cualquier objeto cortopunzante que pudiera pinchar el polietileno tubular, para ello se
tendieron plásticos en el suelo y se fijaron con unos troncos de madera como se muestra en
la figura 50 (ver anexo 9).
Figura 50. Plásticos de protección para armar la bolsa sin ningún riesgo.
Fuente: (Ibid.)
El polietileno tubular se estiro a lo largo del terreno recubierto y se hizo una doble manga.
Para esto una persona entró al plástico para poder jalar un extremo hacia el extremo final de
la bolsa por el interior para poder hacer una “doble manga” (ver figura 51).
Figura 51. Estirado de la bolsa y fabricación de la doble manga.
Fuente: (Ibid.)
Para instalar el flanche una persona ingreso al interior del plástico tubular para hacer una
abertura muy pequeña, en el punto indicado según el diseño. Luego se introdujo a presión
una parte del flanche y después se posicionaron los sellos blandos y se apretaron las dos
partes rígidas con una llave expansiva o inglesa (ver figura 52). Después se hizo una prueba
de hermeticidad que consistía en verter agua con jabón a los bordes del flanche mientras una
persona en el interior observaba si había una fuga de agua. La prueba fue exitosa, es decir
que no existen fugas gracias a la correcta instalación del flanche. Por último, se acoplo una
válvula de PVC de ½” al extremo roscado del flanche.
Figura 52. Flanche instalado y probado.
Fuente: (Ibid.)
Para acoplar los tubos de 6” de entrada y salida a la bolsa del biodigestor se usó cinta
neumática. Una vez posicionado el tubo se dobló el plástico tubular en forma de acordeón
(ver figura 53) y después se apretó con las tiras de cinta neumática colocando una sobre otra
como se muestra en la figura 54.
(a). Plástico tubular estirado. (b). Fabricación de la doble manga.
Figura 53. Plástico tubular plegado en forma de acordeón.
Fuente: (Ibid.)
Figura 54. Ensamble de los tubos de entrada y salida.
Fuente: (Ibid.)
Para transportar la bolsa a la zanja se necesitaron 4 personas (ver figura 55), esta actividad
se realizó con sumo cuido pues cualquier pinchazo de la bolsa la dejaría inutilizable. El
transporte se hizo sin ningún contratiempo (ver figura 56.a). Ya posicionada la bolsa se
(a). Amarre de tiras de cinta neumática.
(b). Tubo de entrada acoplado a la bolsa.
procedió a arreglarla tratando de estirar todas las arrugas y plegándola de tal forma que
cuando se inflara no quedaran arrugas en el fondo (ver figura 56.b).
Figura 55. Transporte de la bolsa hasta el biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
Figura 56. Posicionamiento de la bolsa.
Fuente: (Ibid.)
Se procedía a acoplar los tubos PVC de 6” a los tanques de entrada y salida. Ya que la
inclinación que deben tener los tubos es diferente a la orientación de los tanques se utilizó un
codo a 45° PVC de 3” para facilitar el acople. El tanque de entrada se perforo en la parte
inferior y se unió al codo PVC de 45°. Se añadió silicona líquida para pegar el codo y tanque,
esto también evitó las fugas (ver figura 57).
(a). Bolsa ingresando al umbráculo. (b). Bolsa instalada, estirada y plegada.
Figura 57. Codo acoplado al tanque de entrada.
Fuente: (Ibid.)
Para el tanque de salida no se necesitó sellar con silicona líquida, bastó con hacer una
abertura en la parte superior al tanque para que se posicionara el codo PVC de 45° como se
muestra en la figura 58.
Figura 58. Codo de 45° acoplado al tanque de salida.
Fuente: (Ibid.)
En el tanque de entrada se diseñó un mecanismo sencillo que permitiera filtrar y controlar la
entrada de la mezcla. Este mecanismo se construyó con un trozo de plástico, malla para
gallinero y cinta neumática, la malla se amarró a la boca del codo con cinta neumática como
se observa en la figura 59. Luego se perforo el codo y el trozo de plástico y se hizo una
bisagra con alambre dulce. En la parte inferior del trozo de plástico se fijó una armella
amarrada a un alambre que permitía abrir y cerrar el mecanismo (ver figura 60).
Figura 59. Filtro casero.
Fuente: (Ibid.)
La tapa del sistema se abre y se cerraba con una guaya, cuando se dese abrir basta con halar
la guaya y ponerla la armella en una puntilla como se muestra en la imagen 78. La tapa se
cierra cuando se quita la armella de la puntilla.
Figura 60. Sistema de filtrado y control de la mezcla.
Fuente: (Ibid.)
Por último, se acoplaron los codos a los tubos de 6” usando soldadura PVC (ver figura 61).
Figura 61. Tanques ensamblados a los tubos de entrada y salida.
Fuente: (Ibid.)
(a). Tapa del mecanismo (b). Armella de apertura y cierre
(a). Tanque de entrada ensamblado. (b). Codo PVC acoplado al tanque de salida
Para el proceso de cargue del biodigestor se diseñó un mecanismo que fuera capaz de mezclar
las heces con el agua hasta obtener una mezcla homogénea, lo anterior con el fin de disminuir
la cantidad solidos al interior del biodigestor. El mecanismo recibió el nombre de mezclador
(ver anexo 10) y está conformado principalmente por un globo de batido industrial (ver figura
62) y un eje con rodamiento que tiene un manubrio fijo y un manubrio móvil como se muestra
en la figura 63.
Figura 62. Globo del mezclador
Fuente: (Ibid.)
Figura 63. Mezclador completo
Fuente: (Ibid.)
4.3.4. Registro fotográfico de la construcción de la tubería de transporte del
biogás.
La red de transporte se construyó en su mayoría con accesorios PVC de ½”, el proceso
consistió en ensamblar los diferentes accesorios con soldadura PVC en caso de tener
extremos lisos y con cinta teflón en caso de ser roscados (ver anexo 11, gama de fabricación).
La red comienza con una válvula de bola que se acopló al flanche seguida de un tramo de
tubería PVC de ½” hasta llegar al filtro de ácido sulfhídrico, este filtro se compone de un
tubo de 3” y esponjas de acero (esponjilla de brillo). Las esponjillas se incrustaron en un
alambre dulce calibre 3 de 1,5 m de largo como se muestra en la figura 64.
Figura 64. Esponjillas de brillo incrustadas a un alambre dulce de 1,5m.
Fuente: (Ibid.)
Las esponjillas se tienen que cambiar cada de 6 meses. Para que el cambio sea cómodo y
rápido se instaló una Y de 3” con un tapón roscado como se muestra en la figura 65.
Figura 65. Accesorio para cambiar fácilmente el filtro de ácido sulfhídrico.
Fuente: (Ibid.)
El tramo de tubo de 3” acoplado a la Y es de 70 cm. La red continua hasta un manómetro
de unidades psi, después llega a la válvula de seguridad (ver figura 66).
Figura 66. Válvula de seguridad funcionando por la sobrepresión del biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
La tubería de gas conduce ahora hasta el “punto bajo” (ver figura 67) cuya función es
captar la humedad que se presenta al interior de la tubería.
Figura 67. Punto bajo de la tubería
Fuente: (Ibid.)
Se necesita separar el conjunto filtro – válvula de seguridad – punto bajo del resto de la red
para ejecutar acciones de mantenimiento preventivo o correctivo. Para posibilitar esta
operación se le instala una válvula de bola que separe el conjunto mencionado como se
6muestra en la figura 68.
Figura 68. Partes principales de la red de biogás.
Fuente: (Ibid.)
La red de biogás finaliza con un tramo de tubo metálico acoplado a un quemador, en este
caso es un fisto de gas que permitirá realizar las pruebas de llama (ver figura 69).
Figura 69. Fisto regulable.
Fuente: (Ibid.)
4.4. Resultados.
4.4.1. Cargue del biodigestor.
Finalizada la etapa de construcción se realizó el cargue del biodigestor con una mezcla 3:1,
es decir, los 16 Kg de heces caninas disponibles en la veterinaria Max Kennels ocupan un
volumen equivalente a un balde (21,5 L), por lo que para efectuar la mezcla se requieren 3
baldes de agua (ver figura 70).
El cargue del biodigestor quedo a cargo del personal de la veterinaria porque los autores del
trabajo no podían financiar la estadía en la ciudad de Tunja además de tener obligaciones
académicas en Bogotá, esto obligo a capacitar al personal para que realizaran el cargue.
Basados en las experiencias internacionales (Okoroigwe & Ibeto, 2010), los autores
indicaron cargar una mezcla 1:1 de heces caninas y heces de vaca para garantizar el arranque
del biodigestor. Lo anterior no fue acatado por el personal de la veterinaria quienes realizaron
13 cargues durante un mes utilizando solamente heces caninas, tras este tiempo se observó
que no había presencia de gas al interior del biodigestor lo cual indicaba que la digestión
anaerobia no era exitosa.
Tras la observación anterior, los autores decidieron hacer personalmente el cargue según las
indicaciones iniciales, se añadieron 1 balde de heces de vaca por cada balde de heces caninas,
para un total de 13 baldes de heces de vaca (ver figura 71).
Figura 70. Mezcla 3:1 para el cargue del biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
Figura 71. Cargue del biodigestor.
Fuente: (Ibid.)
Las heces de vaca se añadieron como inoculo para potencializar el proceso de digestión
anaerobia ya que estas cuentan con una población de bacterias metanogénicas de las cuales
carecen las heces caninas. (Acuña & Angel, 2008).
En las figuras 72, 73 y 74 se observa los diferentes momentos de la digestión anaerobia en el
biodigestor.
Figura 72. Aspecto del biodigestor tras el segundo día de carga.
Fuente: (Ibid.)
02468
101214161820222426
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59
Carg
a
acu
mu
lad
a e
n e
l
bio
dig
esto
r
Días
CARGUE DEL BIODIGESTOR
Heces caninas Heces caninas + Inóculo
Figura 73. Aspecto del biodigestor tras añadir el inoculo (día 33).
Fuente: (Ibid.)
Figura 74. Aspecto del biodigestor tras un mes y medio de carga (día 45).
Fuente: (Ibid.)
4.4.2. Comportamiento de la temperatura.
Para monitorear la temperatura del biodigestor se ubicó al interior del umbráculo un
termómetro de mercurio con escala graduada de 0 a 50 °C, los datos se tomaron cada dos
días y se presentan en la figura 75. Como se puede evidenciar los cambios de temperatura
varían considerablemente, oscilando de una temperatura máxima de 32°C (3:00 pm) a una
temperatura mínima de 18 °C (6:00 pm), como se mencionó anteriormente durante el proceso
de cargue y toma de datos el personal de la veterinaria fueron los encargados, debido a sus
horarios laborales no se realizaron tomas de datos en la noche pero se presume que la
temperatura continuó disminuyendo por debajo de 18°C.
Figura 75. Comportamiento diario de la temperatura. Fuente: (Ibid.)
El comportamiento diario de la temperatura se mantuvo a lo largo de los meses de junio y
julio.
4.4.3. Comportamiento del pH.
El pH se midió utilizando tiras de papel universal, estas se sumergían en una muestra de la
mezcla que se extraía del interior de la bolsa con un mecanismo que se ilustra en la figura
76. La toma de datos se realizó cada 2 días y los resultados se muestran en la figura 77.
02468
10121416182022242628303234
9:0
0
9:3
0
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
15
:30
16
:00
16
:30
17
:00
17
:30
18
:00
Tem
per
atu
ra (°C
)
Hora (h)
COMPORTAMIENTO DIARIO
DE LA TEMPERATURA
Figura 76. Sistema de extracción de muestras de pH.
Fuente: (Ibid.)
Figura 77. Comportamiento del pH
Fuente: (Ibid.)
Como se puede observar en la figura 95 el pH se mantuvo en 4 (condición ácida) durante 53
días y solo comenzó a aumentar hacia el final del tiempo de retención. Los datos presentados
cuentan con un alto nivel de incertidumbre puesto que el uso de tiras de papel universal no
permite obtener datos precisos del comportamiento del pH.
0
1
2
3
4
5
6
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67
pH
Tiempo (días)
Comportamiento del pH.
pH
4.4.4. Prueba de llama.
El biogás, como se ha mencionado anteriormente, está compuesto en su mayoría por CH4 y
CO2. Para tener una prueba de llama positiva el biogás debe contener como mínimo un 55%
de CH4 (gas combustible) (Varnero, 2012, pág. 16), de lo contrario no se presentaría llama.
En la prueba de llama que se realizó, cumplido el tiempo de retención (60 días), se observó
la presencia de CO2 (gas comburente) que solo empujó la llama de ignición. Lo anterior
permite concluir que el contenido de CH4 presente en el biogás está por debajo del 55%, en
otras palabras, la producción de biogás no es exitosa.
Ya que el nivel de pH comenzó a subir es posible que el proceso de digestión anaerobia
alcance la metanogénesis y se pueda obtener biogás.
4.4.5. Prueba diagnóstica y evaluación del aula de aprendizaje.
La prueba diagnóstica y la evaluación (ver anexos 13 y 14) fueron aplicadas al personal de
la veterinaria Max Kennels ( 3 personas) en dos sesiones, antes y después de la
capacitación. Las respuestas obtenidas se transcribieron fielmente y se organizaron en la
tabla 19
Tabla 19. Matriz de respuestas.
Tipo de
prueba No. de pregunta
Respuestas
Persona 1 Persona 2 Persona 3
Prueba
Diagnostica
¿Qué entiende
por energías
renovables?
Energías que
ayudan al medio
ambiente
Energías que no
contaminan
tanto
Las energías renovables se
aprovechan de una fuente
inagotable como el sol
¿Cuáles tipos de energía ha escuchado hablar?
Energía Solar e
hidroeléctrica
Energía Solar,
geotérmica,
eólica e
hidroeléctrica
Energía Solar, geotérmica,
eólica e hidroeléctrica
¿Sabe que es un
biodigestor?
No sé qué es un biodigestor
No. Si. Dispositivo que
transforma estiércol en
energía.
¿Sabe que es
biomasa?
No. No. No.
¿Considera que
es factible
obtener energía
eléctrica a partir
de heces caninas?
Si por que las
heces no se usan
para nada
No sé. No sé si se puedan usar
para generar energía pero si
se puede sería de mucha
ayuda
Prueba de
Evaluación
¿Tiene más
conocimiento
Si. La biomasa es
un tipo de energía
renovable
básicamente es
todo lo que tiene
Se puede usar en
los
biodigestores,
algunas de ellas
se puede usar
La biomasa es una fuente
de energía inagotable que
en general la energía
proviene del sol por medio
sobre uso de la
biomasa?
que ver con la
vegetación, como
la madera o
desechos
agrícolas
como abono en
la tierra
de la fotosíntesis en los
vegetales
¿Qué es un
biodigestor?
Es un tanque cerrado que se le hecha biomasa y genera biogás y bioabono
Es un tanque
cerrado y
hermético que al
agregarle
biomasa
produce biogás
Un tanque hermético que transforma biomasa en biogás y biol
¿Cuáles son los
productos que el
biodigestor
produce y para
que se pueden
utilizar?
el biogás se
puede usar en la
estufa de una
cocina y el
bioabono para
regar en los
cultivos
el biogás es un
gas parecido al
gas natural y se
puede usar en la
estufa de un
hogar o en un
calentador de
agua a gas
el biogás se puede utilizar
para cualquier aplicación
donde se usa el gas natural
y el biol es un bioabono
liquido mejor que los
abonos químicos y que se
puede regar en las plantas
¿Cuáles son los
factores más
importantes para
que funcione
bien un
biodigestor?
pH, sólidos y
tiempo de
retención
Una temperatura
alta, el pH, los
sólidos totales y
volátiles y el
tiempo de
retención
La temperatura, un pH
neutro, el tiempo de
retención según el tipo de
biomasa
¿Qué material
puede procesar un
biodigestor?
Madera, estiércol
de animales y
desechos
agrícolas
Estiércol de
animales y
desechos
agrícolas
Aguas residuales, estiércol
de animales y desechos
agrícolas
Nombre las partes
principales de un
biodigestor.
Estufa, Tanque de
entrada, bolsa,
salida del biogás,
invernadero y
tanque de salida
Tanques, Bolsa,
Zanja,
Invernadero,
salida de gas
Quemador, tanque de
entrada, Zanja, tubo de
entrada Tanque, salida del
biogás, invernadero, tubo
de salida y tanque de salida
4.5. Etapa de análisis.
La presente etapa se sustenta en los datos presentados en las figuras 71, 75, 77 y las
observaciones de la prueba de llama. A continuación se analizan los productos del biodigestor
4.5.1. Biogás.
La prueba de llama evidenció que el porcentaje de CH4 presente en el biogás no supera el
55%.
Hay diferente razones por las que no hubo una producción de CH4,
Por circunstancias ajenas a los autores el cargue del biodigestor quedo a cargo de la
veterinaria, esto obligo a capacitar al personal para que lo realizará. Basados en las
experiencias internacionales (Okoroigwe & Ibeto, 2010), los autores indicaron cargar
una mezcla 1:1 de heces caninas y heces de vaca para garantizar el arranque del
biodigestor. Lo anterior no fue acatado por el personal quienes realizaron 13 cargues
durante un mes utilizando solamente heces caninas, (ver figura 71) lo cual es inapropiado
puesto que estas no poseen una cantidad considerable de bacterias metanogénicas. Tras
este tiempo se observó que no había presencia de gas al interior del biodigestor lo cual
indicaba que la digestión anaerobia no era exitosa.
En la figura 75 se observó que hubo cambios drásticos de temperatura que oscilaron entre
32°C y 18°C, como se mencionó anteriormente la toma de datos estuvo supeditada al
horario laboral del personal de la veterinaria por lo que no se tiene registro de la
temperatura en horas de la noche. Sin embargo, se presume que la temperatura continúo
disminuyendo por debajo de los 18°C.Teniendo en cuenta la literatura, estos cambios de
temperatura provocaron que las bacterias metanogénicas murieran por lo que la
producción de biogás no fue exitosa.
Debido a que el cargue no se inició según las indicaciones de los autores, no se contó con
un dato inicial de pH que permitiera saber si la mezcla era acida, neutra o básica.
La figura 77 muestra los datos de pH reportados por el personal de la veterinaria durante
el tiempo de retención, la mezcla se mantuvo en el régimen acido durante 53 días, a partir
del día 54 el pH aumento un punto.
Por otro lado, la bibliografía sobre el uso de biodigestores no es amplia y se centra en
procesos de diseño y construcción que omiten o explican de manera básica los asuntos
químicos relacionados con esta tecnología. Lo anterior, sumado a que el biodigestor se
cargó inapropiadamente desde el inicio, explica por qué no se previó utilizar una solución
buffer. Además, la solución buffer se sugirió por parte del tutor y de la encargada del
laboratorio de química una vez se iniciaron los exámenes de laboratorio para analizar el
biofertilizante, ya en este momento no era adecuado utilizar el buffer porque para
manipular los niveles de pH en un biodigestor se debe agregar la solución desde la carga
inicial.
En relación con la experiencia positiva desarrollada por Okoroigwe & Ibeto , se permite
aclarar que las condiciones ambientales son totalmente diferentes ya que el rango de
temperatura de trabajo oscilo de 38 °C a 46 °C. Además, este proyecto se realizó a mediana
escala y conto con un monitoreo riguroso del pH y la temperatura
4.5.2. Biol o bioabono.
Tras esperar el tiempo de retención (60 días) la presión del biogás hizo que comenzará a
salir biol por el tubo de salida, situación prevista desde un inicio. El biol pasó por el
proceso de digestión anaerobia pero al no generarse metano no se tiene certeza de si el biol
está listo para ser usado como abono.
Para garantizar que este producto del biodigestor puede usarse confiablemente, se realizó
un proceso de caracterización que permitiera comparar las propiedades del biol producido
con la tabla 20 de propiedades del biol presentada en el manual del biol (Sistema
Biobolsa., 2017).
Tabla 20. Características de biol bovino y de cerdo.
Muestra K (%) Mg (%) Cu
(mg.kg-1) Co
(mg.kg-1) Fe
(mg.kg-1) Mn
(mg.kg-1) Zn
(mg.kg-1)
Bovino 0,06 0,032 0,1 0,1 3,9 0,5 0,5
Cerdo 0,04 0,013 0,2 0,1 1,6 0,8 0,6
Muestra pH C.E
(ms.cm-1) Densidad (g.cm-3)
NT (%)
P2O5 (%)
ST (%)
Bovino 6,91 6,7 1 0,25 0,17 2,86
Cerdo 7,29 10,3 0,97 0,41 0,05 0,48
Donde C.E. – Conductividad eléctrica; NT – Nitrógeno total; P2O5 – Pentóxido de fósforo; ST – Sólidos
totales.
Fuente: (Sistema Biobolsa., 2017, pág. 4)
Para el proceso de caracterización se tomó una muestra y se trasladó a los laboratorios de
química de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica, donde
se realizaron pruebas de cenizas, porcentaje de humedad, punto de ebullición, densidad y
pH del biol.
Para las pruebas de laboratorio se necesitaron los siguientes instrumentos:
Crisol de porcelana
Probeta de 50 ml
Beaker de 600 ml
Termómetro de mercurio 250 °C
Balanza determinadora de Humedad
pHmetro
Plancha calentadora
Mufla
Balanza de precisión
A continuación se describe los procedimientos realizados y los datos obtenidos:
1. Porcentaje de humedad
En un recipiente de aluminio se agregó 17,12g de biol y se colocó en la balanza
determinadora de humedad (ver figura 78), después de 10 minutos de calentamiento
el porcentaje de humedad determinado fue:
Humedad (%) = 72,89 %
Figura 78. Muestra de biol al interior de la balanza determinadora de humedad.
Fuente: Autores
2. Prueba de Cenizas ( solidos totales y solidos volátiles)
Se pesó un crisol de porcelana usando la balanza de precisión (la masa inicial del
crisol fue 𝑀𝑐1 = 29,6293 𝑔), luego lleno la mitad del crisol con biol y se introdujo
en la mufla calentándolo a 600 °C (ver figura 79).
Figura 79. Muestra del biol al interior de la mufla.
Fuente: (Ibid.)
Después de una hora, se procedió a retirar el crisol, se observó que el líquido se
evaporó completamente y se pesó nuevamente en la balanza de precisión (la masa 2
del crisol fue 𝑀𝑐2 = 29,6392𝑔).
El valor de los sólidos totales se determina a partir de la diferencia entre 𝑀𝑐2 y
𝑀𝑐1, así:
𝑆𝑇 = 𝑀𝑐2 − 𝑀𝑐1 (15)
𝑆𝑇 = 29,6392𝑔 − 29,6293𝑔
𝑺𝑻 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟗𝟗𝒈
3. Punto de ebullición:
Se usó un beaker en donde se agregó 300 ml de biol, luego en la plancha de
calentamiento se colocó el beaker con el biol y se puso a calentar a 200 °C (ver
figura 80).
Figura 80. Determinación del punto de ebullición del biol.
Fuente: (Ibid.)
Durante el calentamiento se usó el termómetro para medir la temperatura. Se esperó
hasta que hirviera el biol y se determinó entonces el punto de ebullición (PE):
𝐏𝐄 = 𝟗𝟐 °𝐂
4. Densidad:
Se usó una probeta de 50 ml y se determinó su masa (𝑀𝑝 = 91,71𝑔). Se agregó 50
ml de biol (𝑉𝑏) y después de determinó la masa de la probeta + biol (𝑀𝑝𝑏 = 141,84𝑔). La masa del biol agregado se determina a partir de la diferencia
entre 𝑀𝑝𝑏 y 𝑀𝑝.
𝑀𝑏 = 𝑀𝑝𝑏 − 𝑀𝑝 (17)
𝑀𝑏 = 141,84𝑔 − 91,71𝑔
𝑀𝑏 = 50,13𝑔 Para hallar el valor de la densidad del biol se usa la ecuación (5).
𝜌𝑏𝑖𝑜𝑙 =𝑀𝑏
𝑉𝑏=
50,13𝑔
50 𝑚𝑙
𝝆𝒃𝒊𝒐𝒍 = 𝟏, 𝟎𝟎𝟐𝟔𝟗 𝒈/𝒎𝒍
5. pH:
Usando el montaje anterior se determinó el pH usando el pH metro. El valor
obtenido es:
𝒑𝑯 = 𝟕. 𝟎
Figura 81. pH metro portátil.
Fuente: (Ibid.)
En resumen se presentan los datos obtenidos tras las pruebas de laboratorio en la tabla 21
Tabla 21. Propiedades del biol producido.
pH Densidad
(g/ml) ST (g)
Humedad (%)
Punto de ebullición (°C)
7.0 1, 00269 0, 0099 72,89 92
Al comparar las tablas 20 y 21 se puede observar que el biol producido por los autores
comparados con los 2 bioles de referencia (ver tabla 22) tiene un pH y una densidad similares
a estos. Lo que permite concluir que es un biol factible para ser utilizado como abono.
4.5.3. Aula de aprendizaje.
A partir de la prueba diagnóstica y la prueba de evaluación se evidenció la apropiación de
conocimientos relacionados a los biodigestores. Respuestas a preguntas como la 3 y 4 de la
prueba diagnóstica (ver anexo 13) pasaron de “no sé qué es un biodigestor” a “un biodigestor
es un tanque cerrado y hermético que al agregarle biomasa produce biogás” y “La biomasa
es una fuente de energía inagotable que en general la energía proviene del sol por medio de
la fotosíntesis en los vegetales”. También se evidenció que el personal se familiarizó con las
partes principales de un biodigestor que en promedio acertaron 7 de 11 partes, lo cual es un
resultado significativamente bueno ya que para manipular el biodigestor se necesita un claro
conocimiento de sus componentes y su funcionamiento.
Por lo anterior se concluye que el biodigestor sirve como una herramienta didáctica para
procesos de aprendizaje relacionado con energías alternativas.
5. PRESUPUESTO.
5.1. Fuentes de financiación.
Este proyecto se financio por los autores, quienes aportaron dinero, materiales, mano de obra
y asumieron gastos operativos asociados al proyecto.
5.2. Lista de precios de materiales.
Se presentan los materiales necesarios (tabla 22) para la construcción del biodigestor con su
respectivo precio, los campos marcados con el signo / fueron donados al proyecto por
familiares de los autores.
Tabla 22. Listado de precios de materiales.
LISTADO DE MATERIALES
BOLSA
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Polietileno tubular 16 m 1800 28800
Tubo 6´´ 2 m 22000 44000
Codo 45° 6´´ 2 26000 52000
Cinta Neumática 14 m 100 1400
Tanque (120L) 2 unidades 19000 38000
Silicona líquida 250 ml / /
Subtotal 1 164.200 COP
ZANJA
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Cama de arena 90 Kg / /
Plástico plotter 10m 1000 10000
Geotextil tipo paño 8m 9000 72000
Estacas de madera 2 m / /
Subtotal 2 82.000 COP
UMBRÁCULO
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Madera Eucalipto (4 x 8) 45 m 1600 72000
Madera pino (4 x 4) 38 m 1200 45600
Listón MDF 6 m / /
Plástico invernadero 15 m 9000 135000
Puntillas 3´´ 300 g / 3000
puntillas 1 1/2´´ 600 g 4500
Bisagras 6 1500 9000
Geotextil tipo paño 1 m 9000 9000
Aceite quemado 1 galón 3000 3000
Cabuya 15 m 300 4500
Ganchos de grapadora 30 g 1500 1500
Sistema corredera full station 4 11300 22600
Tornillos golosos 100 g / 4500
Subtotal 3 314.200 COP
RED DE BIOGÁS
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Flanche PVC 1 11500 11500
Válvula de bola 1/2´´ PVC 3 1500 4500
Codo 1/2´´ PVC 6 250 1500
Reducción 2"- 1/2" PVC 2 2700 5400
Reducción 3´´ - 2" PVC 3 3000 6000
Y 3" PVC 1 7500 7500
Unión lisa 3" PVC 1 3000 3000
Tee 1/2" PVC 3 400 1200
Niple 1/2" PVC 2 100 200
Hembra reducción PVC 1 1000 1000
Macho 1/2" PVC 2 200 400
Hembra 1/2" PVC 2 200 400
Tapón de 1/2" PVC 1 400 400
Unión roscada 1/2" PVC 1 500 500
Tapón 1/2" Cromo 1 700 700
Manómetro 1 11000 11000
válvula Fisto 1 10500 10500
Tubo 1/2" PVC 9 m 2000 18000
Tubo 1/2" Cromo 0,1m 2000 2000
Recipiente Plástico 1 / /
Cinta teflón 100 m 1200 2400
Soldadura PVC 120 9000 18000
Limpiador PVC 120 4000 8000
Subtotal 4 114.100 COP
CERCA
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Alambre de puas 135 300 45000
Alambre gallinero 15 2500 37500
Columnas de madera 6 / /
Pasador 1 10000 10000
Grapas 300 g 3000 3000
Subtotal 5 95.500 COP
LISTADO DE HERRAMIENTAS
Nombre Cantidad Precio unitario Precio total
Segueta 1 3000 3000
Serrucho 1 20000 20000
Brocha 1 1500 1500
Flexómetro 1 4500 4500
Nivel de gota 1 3000 3000
Lija 1 1200 1200
Termometro 1 15500 15500
Papel universal 1 7500 7500
Subtotal 6 56.200 COP
5.3. Gastos operativos y servicios.
Tabla 23. Gastos operativos y servicios.
TRANSPORTE
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Bogotá - Tunja - Bogotá 30 20000 600000
Tunja - Oicatá - Tunja 98 2000 196000
Transporte de material (Tunja -
Oicatá) 4 20000 60000
Subtotal 7 856.000 COP
ALIMENTACIÓN
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Desayuno 115 2500 287500
Almuerzo 115 5000 575000
Comida 115 3000 345000
Subtotal 8 1’207.500 COP
SERVICIOS
Nombre Cantidad Precio
unitario Precio total
Mano de obra - Excavación 2 120000 120000
Subtotal 9 120.000 COP
5.4.Presupuesto consolidado.
Tabla 24. Presupuesto consolidado.
CONSOLIDADO
Subtotal 1 - Zanja 164200
Subtotal 2 - Bolsa 82000
Subtotal 3 - Umbráculo 314200
Subtotal 4 - Red de Biogás 114100
Subtotal 5 - Cerca 95500
Subtotal 6 - Herramientas 56200
Subtotal 7 - Transporte 856000
Subtotal 8 - Alimentación 1207500
Subtotal 9 - Servicios 120000
Gastos Totales 3’009.700 COP
CONCLUSIONES.
1. Con el fin de garantizar la producción de biogás, las heces caninas deben mezclarse
con un inoculo rico en bacterias metanogénicas, el cual puede ser estiércol fresco de
bovino o lodos de una planta de tratamiento de aguas residuales.
2. El sistema de calefacción (umbráculo) utilizado para aislar térmicamente el
biodigestor permitió un rango de temperatura de trabajo que oscilo entre 18 °C y 32
°C, pese a lo anterior el umbráculo, el biodigestor no logra aprovechar la energía solar
al 100% pues no cuenta con un sistema de control que mitigue los cambios bruscos
de temperatura.
Como se ha mencionado la temperatura es un factor determinante para la velocidad
de crecimiento de las bacterias anaerobias, por lo tanto los cambios bruscos de
temperatura desestabilizan este proceso y afectan la producción de biogás.
3. Los resultados de los exámenes de laboratorio el biol producido a partir de la
mezcla 1:1 de heces caninas y bovinas sirve como un fertilizante líquido para
abonar la tierra.
4. El biodigestor construido en la veterinaria Max Kennels es una herramienta
didáctica efectiva para procesos de aprendizaje relacionado con energías
alternativas, ya que en los resultados de la prueba diagnóstica y de la prueba de
evaluación hechas al personal se ve claramente que el nivel de conocimientos
relacionado a los biodigestores aumentó.
5. En las condiciones actuales de funcionamiento el biodigestor procesa 5,8𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜
de heces caninas y producir 24426 𝐿
𝑎ñ𝑜 de biol.
RECOMENDACIONES
Las siguientes premisas se proponen como mejoras a los diseños que se plantearon en el
presente documento. Estas se originan tras las experiencias de campo y los análisis realizados
acumuladas a lo largo del proyecto. Por falta de tiempo y recursos, los autores no
implementaron estas mejoras pero se enuncian ya que se proyecta continuar trabajando en el
proyecto.
1. Para garantizar que el biodigestor construido aumente el porcentaje de CH4 presente
en el biogás, es necesario realizar los siguientes ajustes:
1. Vaciar el contenido de la bolsa.
2. Repetir el proceso de carga utilizando primero el inóculo (heces de vaca o cerdo)
en una relación 1:1 con heces caninas.
3. Monitorear adecuadamente el pH y controlarlo por medio de soluciones buffer
en caso de ser necesario desde la primera carga.
4. Una vez se obtenga una prueba de llama positiva, se propone cargar el
biodigestor exclusivamente con heces caninas.
2. Para el estudio de biomasas no tradicionales, como las heces caninas, en biodigestores
de carga continua tipo bolsa, se debe contar con un sistema que permita medir con
precisión el pH. Se debe evitar el uso del papel universal y si es posible utilícese un
pH metro portátil.
3. Para biodigestores tipo bolsa se recomienda diseñar un sistema de agitación al interior
de la bolsa. Esto con el fin de disolver las natas que se forman en la superficie de la
mezcla. Dicho sistema ayudara a aumentar la producción de biogás y permitirá, si es
necesario, controlar el pH por medio de soluciones buffer.
4. Al momento de construir la bolsa se recomienda contar con una entrada y una válvula
para medir la temperatura y pH al interior de la bolsa.
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