Manual de Construccion y Operacion de biodigestor tipo hindu y flujo continuo

Manual de construcción y operación de biodigestor tipo hindú y flujo continuo

Biodigestores: Una estrategia para mitigar el cambio climático y generar responsabilidad social, ambiental y política

“Experiencia Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el cambio climático” Autores

Diana Domínguez Gómez- CARE ECUADOR Jorge Granja Ruales - UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE (UTN) Robinson Guachagmira Guachagmira y Luis Robalino Asociación de Campesinos Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) (ACAI)

Revisión

Carolina Mancheno, CARE Ecuador Fernando Unda, CARE Ecuador Galo Varela, Universidad Técnica del Norte

Fotografías Diana Domínguez Gómez Jorge Granja Ruales Robinson Guachagmira Luis Robalino CARE Ecuador / Claudia Futterknecht (Directora) Programa de Cambio Climático Programa Ambiente, Economía y Sociedad Proyecto “De la Nieve al Manglar”

Reconocimientos Videos

Pablo Muñoz - Editor y Diego Robles - Camarógrafo

Diseño y diagramación Identidad Gráfica®

Impresión

Identidad Gráfica® Tiraje 200 ejemplares Primera edición CARE Ibarra-Ecuador Agosto, 2010

“Experiencia Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el cambio climático” Autores

Diana Domínguez Gómez- CARE ECUADOR Jorge Granja Ruales - UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE (UTN) Robinson Guachagmira Guachagmira y Luis Robalino Asociación de Campesinos Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) (ACAI)

Revisión

Carolina Mancheno, CARE Ecuador Fernando Unda, CARE Ecuador Galo Varela, Universidad Técnica del Norte

Fotografías Diana Domínguez Gómez Jorge Granja Ruales Robinson Guachagmira Luis Robalino CARE Ecuador / Claudia Futterknecht (Directora) Programa de Cambio Climático Programa Ambiente, Economía y Sociedad Proyecto “De la Nieve al Manglar”

Reconocimientos Videos

Pablo Muñoz - Editor y Diego Robles - Camarógrafo

Diseño y diagramación Identidad Gráfica®

Impresión

Identidad Gráfica® Tiraje 200 ejemplares Primera edición CARE Ibarra-Ecuador Agosto, 2010

AGRADECIMIENTOS A Green Empowerment por financiar la iniciativa; a la Universidad Técnica del Norte (UTN) ( UTN) y su club ecológico Allpha Mashikuna (amigos de la tierra) por aceptar el reto de la investigación aplicada; a las iniciativas turísticas privadas “Hacienda La Merced” y “Bosques de Paz”; Paz”; al Ilustre Municipio de Antonio Ante y; a la Asociación de Campesinos Agroecológicos Agroecológicos de Intag; todos todos ellos por contribuir con su experiencia y sumarse al proyecto de investigación propuesto por CARE y la UTN.

Procesos capacitación durante la investigación

Capacitación con Universidades Técnica del Norte y Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra

Capacitación con departamentos ambientales Capacitación de los municipios de Antonio Ante e Ibarra.

Intercambio de experiencias en manejo de biodigestores Bolivia-Ecuador

Talleres con universida universidades, des, organizaciones de segundo grado y gobiernos locales de Imbabura.

PRESENTACIÓN La investigación e implementación de alternativas que permitan generar energías amigables con el ambiente, forman parte de los esfuerzos que CARE y la Universidad Técnica del Norte (UTN) impulsan, en la lógica de apoyar la construcción de cadenas productivas que vinculen desarrollo económico, seguridad alimentaria y producción limpia, es el resultado de la reflexión del compromiso individual y social para contribuir a la mitigación de los efectos del cambio climático a partir de acciones de responsabilidad social, ambiental, económica, cultural y política. Estrategias determinantes para CARE y la UTN en la facilitación de mecanismos que contribuyan a consolidar un modelo de desarrollo sustentable, son la participación y la construcción de redes con la sociedad civil, con entidades del gobierno nacional (como rectoras de la política pública) y con organismos de la cooperación internacional. Es así que los avances y retos presentados en el diseño, implementación y monitoreo de biodigestores fue posible sistematizarlos gracias al financiamiento de Green Empowerment; al involucramiento directo de las familias y comunidades, al diálogo constructivo con entidades como las Dirección Regional del Ministerio de Ambiente de Morona Santiago, el gobierno autónomo descentrali zado de Antonio Ante, la Junta Parroquial de Peñaherrera del Cantón de Cotacahi, entre otros. Un socio principal fue la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) a través de su proyecto financiado por el Fondo de Pequeñas Donaciones del FMAM (SGP), cuyos integrantes se involucraron no solo de manera decidida en esta actividad, sino que además contribuyeron a que los aprendizajes identificados sean sistematizados en el presente documento. El texto que se pone en su consideración constituye a la vez un manual o guía técnica para la construcción de biodigestores como una alternativa para la generación de energía aplicable en los espacios de uso doméstico y en actividades productivas desde una mirada de identificación de aprendizajes sociales e institucionales. Un elemento clave de este proyecto fue la sistematización permanente del camino recorrido desde el diseño, hasta la construcción y obtención de biogás y biol. En este contexto, el presente documento es un esfuerzo de investigación y reflexión participativa que rescata las experiencias desarrolladas en las provincias de Imbabura y Morona Santiago. Así mismo se brinda una visión técnica y operativa global en relación a los usos, características y potencialidades que ofrecen los diferentes tipos de biodigestores investigados: modelo hindú (7), flujo continuo (2 en investigación y 8 en construcción) y horizontal (3). Esperamos que este aporte pueda ser complementado y mejorado en el quehacer de familias y comunidades, cuyo trabajo cotidiano generan condiciones de equidad que construyen, en la práctica, la utopía posible del país intercultural e inclusivo. Julio, 2010

Programa Ambiente, Economía y Sociedad CARE Ecuador

Universidad Técnica del Norte FICAYA

CONTENIDO Agradecimientos Presentación 1. Introducción Lugares de investigación

1 2

2. Contexto de la investigación

3

3. Aspectos técnicos Usos de biogás y biol Composición y características del biogás Composición: uso y características del biol de ensayos Criterios a considerar en el diseño de un biodigestor Ventajas y desventajas de los biodigestores

5 7 7 8 11 12

4. Biodigestor familiar tipo hindú Estructura del biodigestor modelo hindú Construcción del biodigestor hindú Pasos gráficos para construcción del biodigestor hindú Excavación del pozo Limpieza y fundición de la base del pozo Armado de malla y molde metálico Fundición del pozo y cámaras de entrada y salida del biodigestor Construcción de campana y colocación de contra pesos Colocación de campana Colocación de sellos de seguridad Composición de sustratos Toma de muestras para análisis de pH y temperatura

14 15 16 17 18 18 18 19 20 20 21 21 23

5. Biodigestores de flujo continuo Materiales e insumos requeridos Preparación de la fosa Implementación del tanque de entrada y tanque de salida (área de carga y descarga) Preparación de la funda plástica Colocación del dispositivo de salida del biogás Colocación de la funda plástica Válvula de seguridad Colocación del filtro Inflado y llenado del agua de la funda Control de nivel de agua Alimentación del biodigestor Primera utilización del biogás Protección, manejo y mantenimiento del biodigestor Esquema de biodigestor flujo continuo

26 26 27 27 28 28 29 29 29 30 30 31 31 32 32

Bibliografía

33

6. Lecciones aprendidas Lecciones técnicas Lecciones socioeconómicas

34 34 35

Glosario

36

Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo

1.

INTRODUCCIÓN

Con el pasar del tiempo se hace evidente la necesidad de utilizar energías alternativas que contribuyan al saneamiento ambiental y mitigación al cambio climático, que permitan por medio de su implementación, alcanzar tecnologías de bajo costo y fácil aplicación. Es importante reflexionar que las energías basadas en el uso de recursos naturales no renovables no son una opción sostenible a largo plazo, por lo que hoy en día la población tiene la obligación moral de entender la importancia del uso y tratamiento de energías alternativas. Un tipo de energía alternativa es el uso de la materia orgánica (estiércol de ganado, gallina, chanchos, humanos, residuos de hierba verde, etc.) como una solución energética local, regional y global. Para ello se desarrollan y difunden procesos eficientes y sencillos, como por ejemplo, la degradación anaerobia lograda a través del biodigestor en el cual se produce biogás (metano) y fertilizantes líquidos y sólidos. Es así que, con la finalidad de brindar mayor información para el desarrollo y uso de energías alternativas, CARE y la Universidad Técnica del Norte (UTN) aúnan esfuerzos para realizar trabajos de investigación y desarrollar mayor conocimiento referente a biodigestores amigables con el ambiente, mínimo impacto visual y acondicionado al medio social. A este esfuerzo se suma la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) quienes manejan una tecnología alternativa muy adecuada a su zona. En la provincia de Morona Santiago la alianza institucional se la realizó con la Dirección Regional de Ministerio del Ambiente y porcicultores de la parroquia de Tayusa, General Proaño y Sevilla Don Bosco. En la provincia de Imbabura, la mayoría de estas investigaciones se encuentran, en empresas turísticas privadas; las mismas que buscan ofertar un turismo diferente, responsable con el ambiente y la sociedad, emprendiendo así el reto de utilización de energías alternativas en cada una de sus empresas. Entre estas organizaciones se han implementado biodigestores para realizar estudios como: cantidad y calidad del biogás, de biol (fertilizante) y sobre todo el nivel de aceptación y compromiso por parte de la sociedad para aplicar estas tecnologías.

1


Lugares de investigación: biodigestores implementados

Hostería La Merced Baja “Zuleta”

Hostería “Bosques de Paz” El Limonal

Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI)

Granja La Pradera UTN

Comunidad Chaupi Guarangui

Camal Antonio Ante 2


2.

CONTEXTO DE LA INVESTIGACIÓN

El Plan Nacional del Buen Vivir 2009-2013 del Ecuador menciona que es “…un reto recuperar la calidad ambiental en las zonas urbanas, especialmente en términos de calidad del aire y del agua,…el mejoramiento de los estándares ambientales de las industrias y las grandes inversiones, así como de los pequeños productores que, sin un control efectivo, ponen en riesgo la salud de las comunidades rurales, especialmente por contaminación de productos químicos usados en la agricultura. Es así como los biodigestores en el Ecuador han tenido aceptación, no tanto, como una opción rentable inmediata, pues, mientras se mantenga el subsidio del Estado al gas esta alternativa no puede competir en costos; pero sí ha respondido como una atractiva oferta para reducir el grave problema de contaminación del sistema de ríos que cruzan por las ciudades pequeñas y medianas del País, especialmente donde las Municipalidades no dispone de incentivos que viabilicen mejores prácticas de manejo de residuos como parte de un esquema normativo municipal de control de la contaminación.

2.1. Ubicación

La investigación fue en la provincia de Imbabura a diferentes altitudes y temperaturas, con la finalidad de contar con parámetros ambientales al momento de tener un prototipo de biodigestores para cada una de éstas zonas. A continuación se detallan las características de la provincia de Imbabura así como los lugares en los cuales se realizó la implementación. La provincia de Imbabura se encuentra al norte del País, limitada por: NORTE: SUR: ESTE: OESTE:

Carchi y Esmeraldas; Provincia de Pichincha; Sucumbíos y Napo; Provincia de Esmeraldas

Su capital es Ibarra misma que se encuentra a una altitud: 2214 m.s.n.m Imbabura posee una variedad de pisos climáticos que van desde el mesotérmico húmedo y semihúmedo pasando por el mesotérmico seco, hasta el páramo sobre los 3.500 metros de altitud, con temperaturas entre los 8°C. y los 28°. (Fuente: http://www.edufuturo.com/imprime.php?c=2327)

3


Figura 1. Ubicación

PROVINCIA DE IMBABURA

Lugar de investigación

Cantón

Cant.

Camal Municipal Hostería Bosques de Paz H os te ría La Mer ce d B aj a Granja La Pradera (UTN) Comunidad Chaupi Guarangí Intag

Antonio Ante Ibarra- Parroquia La Carolina I ba rr a- Zuleta Antonio Ante Ibarra; Unión de Organizaciones Campesinas Cochapamba Cotacachi; Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI)

1 1 1 2

Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra (ECAA)

Ibarra

1

Macas

3 18

Morona Santiago

Total biodigestores

1 8

Los lugares en los cuales se ubicó la investigación se caracterizan por tener ganado vacuno y porcino cuyos desechos o excretas en algunos casos no tienen tratamiento lo que produce un alta contaminación ambiental ya que son liberados directamente al caudal de los ríos y quebradas. De ahí que el biodigestor se convierte en una opción para dar tratamiento a este tipo de contaminación. En Morona Santiago se implementaron biodigestores de modelo horizontal que aún se encuentran en proceso de investigación. En el caso de Morona Santiago al momento de esta publicación, CARE con el apoyo y el liderazgo de la oficina regional del Ministerio del Ambiente Regional, se desarrolla el proceso de investigación e implementación de 3 biodigestores, con la finalidad de dar los primeros pasos en la regularización de calidad ambiental con agricultores que tiene porquerizas y que están afectando ambientalmente con los desechos provenientes de ésta actividad productiva. El interés por parte de los propietarios no sólo se basa en el manejo adecuado de los desechos sino también en la producción de biol y en la generación de energía alternativa; esto en consideración al alto costo mensual que significa la compra de fertilizantes químicos para sus pastos y el uso de energía para abrigar a lechones.

4


3.

ASPECTOS TÉCNICOS

3.1 ¿QUÉ ES UN BIODIGESTOR? Un biodigestor es una cámara hermética e impermeable en la que se depositan desechos orgánicos (estiércol o material vegetal) para producir en su interior una degradación anaeróbica de la cual se obtiene biogás y fertilizante líquido y sólido en menores cantidades. El mecanismo básicamente consiste en alimentar el biodigestor con materiales orgánicos (estiércol) y agua cruda por período de 35 a 45 días aproximadamente durante los cuales, se produce el proceso bioquímico y la acción bacteriana, desarrollándose estas dos simultánea y gradualmente, todo esto en condiciones ambientales y químicas favorables, en esta acción se descompone la materia orgánica hasta producir biol y biogás (metano) para luego ser usado como combustibles (generación de calor y/o electricidad entre otros). La digestión anaerobia se produce a partir de polímeros naturales y en ausencia de compuestos inorgánicos, realizada en las siguientes tres fases:

a i b o r e n a s i s i l ó r d i H

1) Hidrólisis y fermentación

2) Acetogénesis y deshidrogenación

3) Metanogénica

La materia orgánica se descompone por acción de un grupo de bacterias hidrolíticas anaerobias que hidrolizan las moléculas solubles en agua, como grasas, proteínas y carbohidratos, y las transforman en monómeros y compuestos simples solubles.

Los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos se degradan produciendo ácido acético, CO2 e hidrógeno que son los sustratos de las bacterias metanogénicas.

Se produce metano a partir de CO2 e hidrógeno, por la acción de la actividad de bacterias metanogénicas

(Marty, 1984)

5


La degradación anaerobia es producida por bacterias metanogénicas (en su tercera fase) que participan en la descomposición de desechos orgánicos en un ambiente húmedo, sin oxigeno y con una temperatura adecuada (aproximadamente 35°C, a menor temperatura se requiere de más tiempo para producir la digestión anaerobia). También se requieren de otros parámetros como: Hermetismo.- ambiente completamente hermético. Relación carbono/nitrógeno (C/N) 1 La relación óptima de la materia orgánica C/N es 30:1; con una relación (10:1) existe pérdidas de nitrógeno asimilable reduciendo la calidad del material digerido. Con una relación (40:1) es demasiado amplia por lo que se inhibe el crecimiento debido a falta de nitrógeno. TABLA 1. RELACIÓN CARBONO NITRÓGENO EN DIFERENTES SUSTRATOS Sustrato Papel Caña de maíz Pajas (trigo, cebada, avena, centeno Cascarilla de arroz Hojas frescas Residuos de frutos follaje abundante follaje en plena floración follaje maduro Rastrojo de leguminosas Estiércol de bovinos Residuos de panza (camal) Estiércol de equinos Estiércol de porcinos Desechos de humanos

Relación Carbono/Nitrógeno 150-200/1 150/1 60-128/1 95/1 40-80/1 40/1 10/1 20/1 50/1 10-15/1 18-40/1 20-30/1 18-25/1 16-20/1 5-20/1

Fuente: http://www.manualdelombricultura.com/wwwboard/messages2/2272.html http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.26.21r.html http://organicsa.net/relacion-cn-en-el-compost.html

2

Presión .- La presión manométrica óptima es de 6 cm de agua dentro del biodigestor. Tiempo de retención (TR). – Es el tiempo que se demora desde el momento de la carga hasta la obtención de biol de buena calidad. En algunos casos el TR va desde los 35 hasta los 75 dependiendo de la temperatura. Tiempo corto de retención = mayor cantidad de biogás, biol de baja calidad. Tiempos largos de retención = baja cantidad de biogás, con biol de buena calidad pH.- El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Los valores óptimos de operación oscilan entre 6.7 y 7.5 con límites de 6.5 a 8.0 (Hayes et al., 1979). La estabilidad del proceso anaerobio depende de los factores mencionados arriba, siendo los principales la temperatura y el pH del material biodegradado, aspectos que en el campo son de fácil obtención, control y manejo. 1 La relación carbono-nitrógeno es una de las más importantes, ya que tanto el carbono como el nitrógeno son elementos básicos para la nutrición de los organismos, para una correcta fermentación deben encontrarse en las proporciones idóneas 25-40/1. (C/N). Esta relación muestra la fracción de carbono orgánico frente a la de nitrógeno. Si al terminar un proceso y tras la fermentación se tiene un valor C/N alto, indica que no ha sufrido una descomposición comple ta. 2 Consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido, generalmente mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el líquido busca su propio nivel ya que se ejerce 1 atm en cada uno de los extremos. Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el líquido se eleva en el tubo abierto hasta que las presiones se igualan. La diferencia entre los dos niveles del líquido es una medida de la presión manométrica. Fuente: http://sites.google.com/site/cientificogenial/presion-manometrica

6


3.2 USOS DE BIOGÁS Y BIOL (FERTILIZANTE) El biogás y biol son el resultado de la descomposición de la materia orgánica dentro del biodigestor (sin presencia de oxígeno); el biol por lo general contiene nutrientes fácilmente asim ilados por las plantas; en tanto que el biogás puede ser utilizado en la generación de calor entre otros. El biogás y biol (fertilizante) pueden ser utilizados de la siguiente forma: APLICACIONES DEL BIOGÁS Y BIOABONO

Fertilizante (biol)

Biogás

Generación de calor

Generación de electricidad

Quemadores Lámparas de combustión calefacción cocina

Motores de combustión interna

Fertilizante líquido

Fertilizante sólido (Mínimas cantidades)

3.3. COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS Se llama biogás a la mezcla constituida por metano (CH4) aproximadamente entre un 55% a un 70%, de dióxido de carbono entre 25-45% y de otros gases que se encuentran en pequeñas cantidades como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Tabla 2. Composición y características del biogás Características del biogás Proporciones % Volumen

CH4 Metano 50-70

CO2 Anhídrido Carbónico 27-44

H2 S Sulfuro de hidrógeno 1,5 a 2

OTROS

3

Fuentes:http://www.textoscientificos.com/energia/biogashttp://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap5.pdfhttp://www.biodisol.com/biocombustibl es/biogas-que-es-el-biogas-digestion- anaerobia-caracteristicas-y-usos-del-biogas-energias-renovables-biocombustibles Elaboración: Propia

Tabla 3. Rendimiento de biogás 1 m3 de biogás equivale a: Alcohol 1,1 litros Gasolina 0,8 litros Gas-oil 0,65 litros Gas natural 0,76 m3 Carbón de piedra 1,5 kg. Madera 1,3 kg. Fuente: Presentación Jaime Marti, Bolivia, 2010

7


3.4. COMPOSICIÓN, USOS Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOL: ENSAYOS Durante el proceso de investigación se tomó una muestra de los resultados de biol obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 4. Datos generales de lugares de muestreo Lugar

El Limonal; Hostería Bosques de Paz Zuleta: Hostería Hacienda La Merced

Sustratos de carga 70% de material verde y 30% de estiércol equino. 100 % estiércol de ganado vacuno.

Temperatura Ambiente 18– 24°C

Temperatura interna biodigestor 26-28°C

Altitud

1213 m.s.n.m

10-15°C

15-17°C

2800 m.sn.m

3.4.1 Análisis Físico Tabla 5. Análisis físico de muestras de biol.

8

Parámetro

Unidades

pH Conductividad Temperatura Turbidez Densidad Sólidos Totales (ST) Sólidos Volátiles totales (SVT) Sólidos Fijos Totales (SFT)

s/cm °C NTU g/ml mg/L mg/L mg/L

Resultado La Merced 6.76 7.23 17.90 Fuera de escala 1.00 9535.00 4810.00 4725.00

Resultado Bosques de Paz 7.15 1575 21.6 57.7 0.99 4790 2110 2680


3.4.2 Análisis Químico Tabla 6. Análisis químico de biol Unidades

Resultado La Merced

Resultado Bosques de Paz

Nitritos (NO 2 )

mg/L

0.832

0.230

Nitratos (NO 3 )

mg/L

9.746

27.47

Amonio (NH 4 )

mg/L

3.0

2.04

%

0.0136

2.97 x 10-3

Potasio (K)

mg/L

540

80.0

Fosfatos (PO 4 )

mg/L

25.17

12.59

Hierro Total

mg/L

1.41

0.55

Hierro Fe 2+

mg/L

1.20

0.40

Hierro Fe 3+

mg/L

0.21

0.15

Cobre (Cu)

mg/L

1.22

0.65

Calcio (Ca)

mg/L

41.0

49.0

Manganeso (Mn)

mg/L

0.53

Menor a 2.0

Boro (B)

mg/L

Menor 0,05

0.044

Sulfato (SO4)

mg/L

97.0

14.0

Parámetro

Nitrógeno Total (N T)

3.4.3 Análisis Microbiológico Tabla 7. Análisis microbiológico de biol. Muestra

Corresponde

M1

Biol

E. Coli (UFC/ml) La Merced 30

E. Coli (UFC/ml) Bosques de Paz 1.0

Coliformes Totales (UFC/ml)

Valores Norma*

MNPC

200 nmp/100ml

Fuente: Análisis de biol; Laboratorio Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra.

9


En la Hostería Bosques de Paz se pudo realizar una investigación en plántulas de cítricos Tangelo que estaban prácticamente muertas; el ensayo consistió en evaluar el nivel de recuperación o no de éstas a través de la utilización del biol obtenido de su biodigestor. En la siguiente tabla y en las fotografías se observan los resultados que estas plantas tuvieron al ser fertiliz adas tres veces a la semana con 50 cc de biol más 50 cc de agua en cada una durante tres semanas.

Tabla 8. Ensayo: Recuperación de plántulas de cítrico tangelo Cultivo

Cítrico Tangelo

Muestra total

Plantas recuperadas

100%

92%

Plantas muertas

8%

Fuente: Elaboración propia

De igual forma se observó la excelente recuperación que existe en plantas de papaya y tomate riñón que presentaban problemas al momento de iniciar con su fructificación; ahora se nota frutos fuertes y vigorosos. El nivel de fertilización es óptimo en cultivos como pastos, frutales de ciclo largo, especies forestales; en un sistema de fertilización basal.

Nota: No es recomendable realizar aplicaciones a productos de consumo directo como por ejemplo lechugas, rábanos, cilantro, otras; por el nivel de contaminación de E. Coli.

Biol obtenido en el biodigestor de Bosques de Paz

Plántulas de Tangelo antes del ensayo

Plántulas recuperadas tratadas con biol después de 3 semanas

Cultivos que mejoraron su nivel de fructificación y desarrollo de follaje

10


3.5. CRITERIOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR: Los siguientes aspectos a tener en cuenta en el diseño, planificación y construcción de un biodigestor son:

Nivel de participación y responsabilidad por parte de los propietarios que van a implementar un biodigestor. Que la familia cuente con toda la información técnica para la implementación y manejo de un biodigestor. Compromisos de la familia: tiempo para el mantenimiento, recursos económicos para la compra de materiales de construcción, mano de obra, área disponible para la construcción. Necesidades correctamente identificadas para la implementación del biodigestor, por ejemplo: sanitaria, energética (biogás), fertilizantes, otros. Disponibilidad de materia prima, desechos pecuarios o domésticos. Visión integral de la gestión ambiental y producción agropecuaria de su actividad productiva. Diseño de prototipo configurados o adaptados a cada una de sus realidades locales. La siguiente tabla es una base con la cual se puede realizar los cálculos necesarios para conocer el número de animales requerido para tener una cantidad determinada de biogás.

Tabla 9. Datos base para calcular cantidad del biogás requerido Aporte de estiércol diario por especie Ganado Cerdo Bovinos Caprino Conejos Equino Humano adulto Humano niño

kg de estiércol fresco producido por cada 100 Kg. de peso del animal 4 8 4 3 7 0,4 Kg. por adulto 0,2 Kg. por niño

Estiércol diario Animales

Número

Peso kg/ Animal

Vacas 3 300 Cerdas 1 100 madres Lechones 9 2 Cerdos-crías 8 15 Cerdos en 6 50 estado de venta Total 3 vacas: 72 Kg 24 cerdos: 21,52 Kg *Pero en ganado estabulado todo el día

Peso vivo total kg

Estiércol total kg/día

900 100

Estiércol generado/ 100kg/día 8 4

18 120 300

4 4 4

0,72 4,8 12

72* 4

93,52

11


Tabla 10. Producción de biogás Animales

Litros de biogás producido/día/Kg . de estiércol cargado diariamente

Biogás requerido (litros)

Cerdo 51 Bovino 35,3 Nota: Cada kg de estiércol de vaca producirá 35,3 litros de biogas

Estiércol necesario (kg) 1160 1160

22,75 32,86

¿Cuántos animales son necesarios para producir este biogás? Animales Cerdo Vacas

Estiércol necesario 22,75 32,86

Estiércol/100 Kg /día

Peso vivo necesario 4 8

568 Kg (11 chanchos) 419 Kg (1 vaca y un ternero) Fuente: Presentación Jaime Marti, Bolivia, 2010

3.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIODIGESTORES

Entre las ventajas de los biodigestores se pueden apuntar las siguientes:

Disminución de la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la leña para cocinar. Esta es una opción factible para comunidades aisladas o alejadas de los circuitos de distribución del gas comercial. El biogás presenta menos riesgo a la seguridad familiar en relación al gas de uso doméstico. Reducción del trabajo de los campesinos, principalmente de mujeres y niños debido a que dejan de buscar leña en lugares lejanos. Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos , producción de energía eléctrica, transporte automoto r y otros). Producción de biol o biabono rico en nutrientes, ecológico y económico, además no contamina el ambiente en comparación con los fertilizantes químicos sintetizados. Mejoramiento de las condiciones de saneamiento ambiental a través de la reutilización y transformación de los desechos orgánicos, como las excretas de animales (generalmente vacunos) contaminantes del ambiente y fuente de enfermedades para seres humanos y animales. Fomenta la unión familiar a través de la educación e involucramiento de todos sus integrantes, principalmente de adultos mayores, niños, niñas y de personas con capacidades diferentes a través del intercambio de responsabilidades para el mantenimiento del biodigestor. Complementa y promueve un modelo de gestión integral sustentable de la finca y del manejo de sus recursos naturales. En el Ecuador actualmente existe un subsidio al precio del gas, esto hace que no se considere la obtención de energía proveniente de otras fuentes alternativas s in embargo; el biol obtenido del biodigestor compensa económicamente toda su inversión además que permite mantener un sistema de producción libre de contaminantes. 12


En cuanto a las desventajas se puede apuntar las siguientes:

Requiere de un trabajo diario y constante, sobre todo para la carga de la materia orgánica. Dependiendo del modelo, requieren de mucho cuidado sobre todo cuando son construidos con plásticos, ya que éstos pueden ser fácilmente cortados y quedar inutilizados. Otros modelos pueden ser también de costos elevados aunque de mayor duración. Los beneficios de los biodigestores no han sido lo suficientemente difundidos.

Dentro de las desventajas es posible identificar dificultades técnicas resultantes de la construcción de biodigestores:

El biodigestor debe encontrarse cercano a la zona donde se recoge la materia orgánica o sustrato; y a la zona en la cual se realiza su consumo. Debe mantenerse una temperatura constante y cercana a los 35 ºC. Es posible que como subproducto se obtenga ácido sulfhídrico (H 2S), el cual es tóxico y corrosivo y causa malos olores. En caso de no contar con las medidas de seguridad se puede correr el riesgo de causar explosión.

13


4.

BIODIGESTOR FAMILIAR TIPO HINDÚ (Cúpula flotante)

“Experiencia: MANUAL DE CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN” El biodigestor tipo hindú al momento de esta publicación se implementó en cinco lugares de la Provincia de Imbabura: En el Camal de Antonio Ante, Hostería Bosques de Paz, Hacienda La Merced, y la Granja La Pradera de la UTN; todos ellos fueron construidos con la finalidad de realizar diferente tipos de investigaciones como: a) determinar el sustrato ideal para cada piso altitudinal, b) determinar un modelo prototipo3, c) disminuir el impacto visual al momento de implementar este tipo de tecnologías.

Biodigestor modelo Hindú, Bosques de Paz El L imonal

Dos biodigestores más del mismo modelo se está implementando en la Comunidad de Chaupi Guaranguí y en la Pontificia Universidad Católica Sede Ibarra (PUCESI). El biodigestor hindú de esta investigación está diseñado con las siguientes características: Volumen: 2400 litros Carga diaria: 10-15 kg de materia orgánica y 30-45 litros de agua. Producción de biogás equivalente: 5kg/mes de gas doméstico. Producción de biol (fertilizante): 30-40 litros de biol diaria después de 35-45 días Altura: 2,65 metros Diámetro:1,30 metros Vida útil: 15 años

Al momento de la redacción del presente documento, los biodigestores aún se encuentran en fase de investigación, por lo que los resultados de esta primera fase son preliminares. A continuación se detalla el proceso de construcción y manejo de los biodigestores modelo Hindú que la UTN y CARE ECUADOR implementaron con la finalidad de realizar en su primera fase las investigaciones anteriormente mencionadas. 3

Por motivo de investigación el biodigestor se lo diseñó en menores dimensiones a las recomendadas en la literatura y, considerado para aquellas familias que cuenten con animales en cantidades menores (10 cabezas de ganado y/o hasta 15 chanchos),

14


4.1. ESTRUCTURA DEL BIODIGESTOR MODELO HINDÚ CÚPULA FLOTANTE: Consiste en una estructura vertical que dispone de una campana flotante y dos tanques: uno para la carga de materia orgánica y otro para la descarga de biol; bajo el principio de vasos comunicantes, a esto se suma una cámara hermética en la cual se genera condiciones de degradación anaeróbicas de la materia orgánica; para formar biogás y bio abono (líquido conocido como biol).

Adicionalmente tiene dos contrapesos, suspendidos desde la campana, para agitar la mezcla interna de materia orgánica. Biodigestor Tipo Hindú de cúpula móvil Adecuado para la producción de biogá s, mínimo impacto visual Fuente: http://www.energianatural.com.ar/biogas02.html

Para permitir el ingreso de la materia orgánica y la salida del bioabono, se dispone de dos tubos PVC que se conectan el tanque de almacenamiento con la zona de carga y descarga.

Figura 1. Estructura de un biodigestor modelo Hindú

Campana flotante Caja de carga

PVC carga

Tanque reactor

Caja de descarga

PVC descarga

Elaboración: Jorge Granja

15


4.2. CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR HINDÚ Para la construcción de un biodigestor modelo hindú con campana flotante se requiere los siguientes materiales: Tabla 11. MATERIALES BIODIGESTORES TIPO HINDÚ Materiales

Unidades

Cantidad

Cemento

quintales

14

Malla electrosoldada, 6 x 150 x unidades 150 Tubos desagüe (6”) metros

3

Tubos desagüe (4”)

3

metros

Tubos de presión de PVC de 20 unidades mm Válvula tigre PVC Bola ” unidades

3

Adaptador macho C/R 63 X 2"

unidades

3

Codo E/C 20 mm X 90°

unidades

4

Tee 20 mm

unidades

1

Manguera bicapa 3/4 "

unidades

2

X unidades

3

unidades

2

unidades

1

Adaptador macho C/R 20 mm unidades X1/2" Tee R/R 1/2" unidades

3 1

Neplo corrido 1/2"

unidades

1

Universal PVC 1/2"

unidades

1

Abrazaderas

unidades

2

Adaptador hembra C/R 20 1/2" Neplo flex "mm Teflón

Cable de acero (alma de acero) metros 3/16 Grillete HG cable 3/16 unidades Tubos de moto para sellar la campa Bombril Aditivo plastificante Campana de acero Arena Ripio Piedra

16

1

2

Entrega de materiales Hostería Bosques de Paz, El Limonal

Entrega de accesorios H ostería Bosques de Paz, El Limonal

10

Herramientas

16

Molde de hierro Tablas de encofrado Palancón Pico Barra de hoyado Carretilla Recipientes plásticos Sierra Escalera Nivel Plomada

Unidades

1

Unidades

1

Unidades Unidades Metros cúbicos Metros cúbicos Sólo si se requiere

1 1 3 2,5


Para la construcción de este modelo en el camal de Antonio Ante, hostería Bosques de Paz, hacienda La Merced, comunidad Chaupi Guranguí y en la granja La Pradera de la UTN, la PUCESI ECAA de la provincia de Imbabura se utilizó los siguientes materiales en base al siguiente presupuesto: Tabla 12. MATERIAL R EQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN BIODIGESTOR PROTOTIPO, tipo HINDÚ (Campana flotante) Materiales de construcción Cemento

Cantidad 14 quintales

Malla electrosoldada, 5 x 150

1u

Aporte Institucional 98,00

Aporte Actor Local

total 98,00

40,00

-

Tubo PVC de 6” 3 metros Tubo PVC de 4” 3 metros

40,00

-

14,00

-

1u

14,00

1u

7,00 7,00

Campana superior flotante

1u

360,00

360,00 Arena y ripio para encofrado

5,50 m3

50,00 50,00

Excavación en roca

2,45 m3

60,00 60,00

Accesorios para tubería de gas

1

45,00 45,00

Imprevistos (Transporte de materiales, otros) TOTAL PRESUPUESTADO (Precios a Junio 2010)

40,00 40,00 604,00

110,00

714,00

Nota 1: La idea es utilizar los agregados disponibles en cada sector Nota 2: El aporte del actor local consistió en la mano de obra para el armado del encofrado común, material pétreo mantenimiento y manejo. Nota 3: Los costos de mantenimiento dependen del trato que se le dé a cada biodigestor; en este caso es imprescindible que al menos cada año se dé una capa de pintura a la campana. También se recomienda poner una cubierta al biodigestor con la finalidad de evitar posibles oxidaciones de la campana.

4.3. PASOS GRÁFICOS PARA CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR HINDÚ

Para el caso “Bosque de Paz”, se conoce que la mezcla total sería: 3 litros de estiércol equino 7 litros de hierbas verdes 10 litros de agua ¿Cuál es el tamaño del biodigestor? Entonces: Se asume que TRH = 30 días; carga total diaria de 20 litros= (3 + 7 + 10) litros Por lo tanto “Tamaño mínimo” = 30 x 20 = 600 litros; esto implica que para el tamaño real de 1600 litros podríamos cargar hasta 3 veces la carga diaria de este ejemplo. Elaboración: Jorge Granja

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a. Excavación del pozo Antes de realizar la excavación del pozo es necesario tener en consideración el tipo de suelo y las posibles fuentes de agua cercanas, en caso de tenerlas es mejor no realizar este trabajo debido a posibles lixiviaciones de líquidos contaminantes.

1,30m de diámetro y 2,65m de profundidad.

Cavar adecuadamente para no tener problemas al ubicar el molde metálico.

b. Limpieza y fundición de la base del pozo La excavación se inicia con la remoción del material en toda el área señalada, es importante recordar el espacio de los canales para la colocación de los tubos de carga y descarga. El pozo debe ser excavado hasta alcanzar la profundidad de 2,65 m, siempre controlando el diámetro, la dimensión correcta es 1,30 m.

Eliminar todos los escombros del fondo del pozo

La base debe ser fundida con una parrilla de hierro. (10cm de espesor)

c. Armado de malla y molde metálico La ejecución del hormigón armado comienza con la colocación de la malla electrosoldada en la base del pozo, siendo la parte más importante durante este proceso, cuidar que la malla esté separada del fondo aproximadamente 5 cm.

18


Una vez vertido el hormigón en la base, se procede a colocar la malla electrosoldada en la pared vertical del pozo. Durante esta colocación, es preciso que la malla vertical esté guiada por las varillas salientes de la base.

La malla de 8mm sirve para dar mayor resistencia al cilindro

d. Fundición del pozo y cámaras de entrada y salida del biodigestor

Caja de carga Tanque reactor

Biodigestor fundido con moldes metálicos

Caja de descarga

Biodigestor en construcción Las paredes deben ser completamente impermeabilizadas

Notas aclaratorias: Es necesario que las paredes del biodigestor estén completamente impermeabilizadas para evitar lixiviaciones o pérdidas de biogás. En las cajas de carga y descarga; el tubo de 4 pulgadas es para el ingreso de materia orgánica y el de 6 para salida de biol. Zona de carga y descarga(nota: luego se corta el tubo para que permita el ingreso o salida de materia orgánica y biol respectivamente)

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e. Construcción de campana y colocación de contra pesos Para la construcción de la campana es necesario realizar el cálculo de su tamaño como se muestra en el siguiente ejemplo:

Para el caso “Bosque de Paz”, se conoce que el tamaño real del pozo es de 1600 litros ¿Cuál es el tamaño de la cámara de gas del biodigestor? Entonces: Cámara de gas = (1/3) x tamaño del biodigestor= (1/3) x 1600 litros = 530 litros Elaboración: Jorge Granja

Es indispensable la colocación de los contrapesos en la campana ya que estos permitirán estabilizarla, también tienen la función de agitar la materia orgánica que se encuentra dentro del biodigestor; de no contar con estos se corre el riesgo de que se forme una “nata superficial” de la materia orgánica en la parte más alta del pozo que impide la salida del biogás hacia la campana.

Contrapesos dispuestos desde la campa para agitar la mezcla internamente en el biodigestor

f. Colocación de campana Se requiere que alrededor de la campana se coloque un tubo de llanta de motocicleta internamente relleno de arena y aserrín con el objetivo de tener un sello entre la campana y el pozo, evitando así fugas de biogás.

Colocación de la campana y el tubo sellante

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g. Colocación de sellos de seguridad La válvula de gas es colocada con la finalidad de evacuar biogás acumulado y no utilizado, evitando así posi bles explosiones, es necesario recordar que en el sellos de seguridad se debe incluir el bombril o estropajo húmedo para capturar el ácido sulfhídrico, causante de posibles malos olores.

Justo en la “T” se coloca el bombril o estropajo

h. Composición de Sustratos A continuación se presenta un cálculo bastante básico para la mezcla en relación de sustratos.

Determinación simple del tamaño del biodigestor. Ejemplo de cálculo Para el caso “Bosque de Paz”, las hierbas mezcladas (hm) tienen un relación C/N = 35 y para el estiércol equino (ee) se ha estimado una relación C/N = 20. Para la mezcla ideal C/N = 30 ¿Cuál es la composición de la mezcla? Entonces: Xhm* 35 + Yee*20 = 30 X*(35-20) = 30-20 donde: Xhm = % de hierbas verdes y Yee = % de estiércol equino Por lo tanto: Xhm = 67 % Xhm = 70 % de hierbas mezcladas Yee = 30 % de estiércol equino Elaboración: Jorge Granja

21


Para el caso “Bosque de Paz”, las hierbas verdes (hm) se ha estimado un TS = 24 % y para el estiércol equino (ee) se ha estimado un TS= 40 %. Para la dilución ideal de sólidos totales < 15 % ¿Cuál es la adición de agua? Entonces: Por lo tanto “Agua” = 125 % Mínimo = 100% (es decir el volumen similar al total de la mezcla de materia orgánica, 10 litros de materia orgánica + 10 litros de agua) Sin embargo; una vez realizado el ensayo con el cálculo recomendado no se obtuvieron los mejores resultados en cuanto a pH y homogenización del sustrato: por lo que se realizaron ensayos hasta conseguir la mezcla óptima; quedando: Que la proporción óptima es 1 a 3-4 es decir: 1 kg de sustrato + 3 o 4 litros de agua

Bosques de Paz:

Material verde (14 Kg) y estiércol de caballo (6 Kg), agua (80 litros)/ día

Camal de Antonio Ante

Rumen de ganado vacuno (20 Kg) y agua (60 litros)/ día

22

Hacienda La Merced:

Estiércol de ganado vacuno (20 Kg), agua (60 litros)/ día

Granja La Pradera UTN

Estiércol de ganado (300 Kg) y agua (990litros)/ semana


i. Resultados basado en la siguiente tabla de Retención Tabla 13. Tiempo de retención hidráulico (TRH) recomendado en base al sustrato

MATERIA ORGÁNICA

TRH (días)

Estiércol vacuno líquido.

20 - 30 días

Estiércol porcino líquido.

15 - 25 días

Estiércol aviar líquido.

20 - 40 días Obtención de biol

Fuente: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL; “Diseño y construcción de un biodigestor para pequeñas y medianas granjas”, Ecuador 2010

Como resultado se tiene el biogás que permite una combustión pausada, el mismo que genera combustión para aproximadamente 40 minutos para una hornilla de cocina doméstica. Otro resultado producto del biodigestor es el biol (Las características del mismo se puede observar en el capítulo I: COMPOSICIÓN, USOS Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOL: ENSAYOS)

Llama generada de biodigestor

j. Toma de muestras para análisis de pH y temperatura Los datos fueron tomados al menos dos veces por semana; el proceso consistió en verificar pH y temperatura; una vez tomado los datos se realizaron las respectivas correcciones al sustrato de ser necesario: Con pH bajo (4-6) es necesario incorporar un puñado de cal en el biodigestor y proceder a agitar la campana; caso contrario se requiere incrementar agua en la mezcla hasta obtener una relación 5-1 (sustrato-agua para incrementar el pH).

23


Durante la investigación los ensayos arrojaron los siguientes resultados que, según la bibliografía está dentro de los parámetros aceptables. De tener valores diferentes se corre el riesgo de no generar biogás, o que las características del biol no sean de buena calidad; por lo que es necesario realizar las correcciones en el sustrato que se mencionó anteriormente

Tabla 14. Resultadas de pH en algunos lugares de investigación Lugar

Hacienda La Merced - Zuleta Hostería Bosques de Paz - El Limonal Camal Antonio Ante - Atuntaqui Granja experimental La Pradera UTN - Chaltura

24

pH

6,6 - 7,19 7,03 – 7,40 7,16 – 7,20 7,16 – 7,32


5.

BIODIGESTOR DE

FLUJO CONTINUO

En la zona de Intag y en base a su propia realidad social, económica y cultural se implementan biodigestores de flujo continuo, esto como parte de un proceso de formación en la implementación de granjas integrales con enfoque agroecológico. Bajo esta mirada se considera que este tipo de biodigestor cumple con las características que requiere la zona. Con este modelo se ha logrado conseguir 4 horas de gas al día, dos horas para la mañana y dos horas para la tarde y, aproximadamente 40-60 litros diarios de biol (fertilizante). Al momento los integrantes de la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) son quienes están a cargo de la implementación e investigación de este modelo con apoyo de CARE Ecuador y la UTN. Es necesario conocer que en un biodigestor de flujo continuo se produce un proceso de biodigestión similar a un largo estómago o intestino en el que se digieren los excrementos; por un lado se lo alimenta y por el otro se obtiene abono orgánico y biogás.

Biodigestor flujo continuo de familias de la zona de I ntag

Este proceso se conoce como biodigestión y se produce dentro de una funda plástica de doble capa. Dentro del sustrato líquido las bacterias y microorganismos descomponen la materia orgánica en condiciones anaeróbicas (sin aire) generando biogás.

La materia que se pone en el biodigestor, fluye a lo largo de la funda plástica doble hasta llegar al otro lado, en el recorrido se va transformando y se pierde su mal olor por lo que el abono que resulta no es desagradable al olfato. El biodigestor, es una tecnología económica y fácil de construir permitiendo el aprovechamiento y reciclaje de recursos que se tiene en la finca.

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5.1. MATERIALES E INSUMOS REQUERIDOS

Los materiales básicos para la construcción de biodigestores de flujo continuo son los siguientes:

Tabla 15. BIODIGESTOR FLUJO CONTINUO Material Cantidad 2

Tee E/c 32 mm PVC

2

Buje E/c PVC 32 mm x 25mm

1

Adaptador salida de tanque 1"

1

Codo E/C 32 mm X90°

1

Codo E/C 32 mm X45°

1

Adaptador hembra 25 x 1/2 PP

1

Tapón macho R

1

Neplo Flex de 3/4

1

Tapón macho 3/4 R

1

Adaptador macho de 32 mm X1

1

Adaptador hembra de 32 mm 3/4 RR

0,5

Metros de tubo 20 mm

27

Metros de plástico amarillo verdoso calibre 10 Metros de zarán para protección de biodigestor Costales reciclados o plásticos reciclados para cubrir el hoyo

40 25

Costo total aproximado: 200 USD Los materiales citados son para la construcción del biodigestor considerados hasta antes de llegar a la conexión de la cocina. Materiales para cocina desde las llaves Cantidad

Material

4

Codos Hg de 1/2 X90

5

Elevador Hg de 1/" X 20 cm

1

Tee Hg de

3

Válvulas bola bronce

2

Neplos Flex de

2

Abrazaderas de

2

Neplos corrido Hg de

2

Neplos Hg de

X10

Costo total aproximado: 200 USD Estos materiales son desde el inicio de las llaves hasta la hornilla. Nota 1: La vida útil de este biodigestor es de hasta 8 años siempre y cuando se de el mayor cuidado al plástico, por lo que la vida útil se resume en el cuidado que se dé al plástico. Nota 2: Los costos de mantenimiento varía de acuerdo a la pieza que haya que cambiar costos que son mínimos a excepción del plástico, en este caso es el rubro más costoso. Nota 3: A los costos de implementación es necesario sumarle transporte, mano de obra sobre todo de la excavación entre otros.

26

Materiales para la construcción de biodigestores flujo continuo


El costo de estos materiales asciende aproximadamente de 200 USD, que pueden variar dependiendo de la distancia entre la chanchera, el biodigestor y la cocina, así como también por el uso de bloques, ladrillos o piedra del lugar.

a. Preparación de la fosa Tomando como referencia, un biodigestor de 10 metros de largo, se debe excavar o construir una fosa con las siguientes medidas. 10 metros de longitud 0,80 metros de profundidad 0,90 metros de ancho en la parte superior 0,80 metros o (80 centímetros) en la parte inferior o base El piso debe estar a nivel Se debe cuidar que en la fosa no hay piedras ni rocas puntiagudas o raíces de plantas arbustos y árboles en la superficie lateral y de la base de la fosa, que esto podría romper el plástico que posteriormente será colocado.

b. Implementación del tanque de entrada y tanque de salida (área de carga y descarga) En los extremos de la fosa se procede a excavar un hueco cuadrado de 1 metro de ancho por 1 metro de largo y un metro de profundidad, luego se arman los tanques (en un extremo para la carga de materia orgánica y en el otro para la descarga del biol) que pueden ser fundidos o hechos con bloques, también se puede usar tanques redondos prefabricados (como se muestra en las gráficas) en los cuales se colocan tubos de cemento de 20 cm de diámetro (de uso en las alcantarillas) para que facilite la circulación de mezcla de estiércol y agua. 27


c. Preparación de la funda plástica Una vez que se cuenta con todos los materiales, se prepara la funda (plástico tubular, calibre 8-10) de 24 metros, se corta en la mitad quedando dos fundas tubulares (“mangas”) de 12 metros cada una, luego se introduce una funda dentro de la otra, los quiebres (costuras) de las fundas deben coincidir para que formen una sola funda doble. Al final queda una “salchicha” o “chorizo” grueso de 12 metros de largo que será colocada y acoplada a los tubos de cemento en cada extremo de la fosa de 10 metros. De los dos metros de plástico que aparentemente sobra, se procura que a cada extremo quede 1 metro para el amarrado posterior.

d. Colocación del dispositivo de salida del biogás La ubicación de la salida del biogás se hace aproximadamente a 2 metros de la zona de carga, y sobre el quiebre superior del plástico se hace un corte circular un poco más pequeño del diámetro de la rosca del adaptador. El adaptador se introduce en el orificio realizado anteriormente y luego se sujeta fuertemente para lograr un cerrado hermético usando arandelas y empaques de caucho, (por lo general los cauchos son de tubos de llanta de carro que ya no se utilizan).

Dispositivo de salida del biogás

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e- Colocación de la funda plástica (“salchicha”) dentro de la fosa Los extremos de funda se amarran con correas de neumáticos de carro reutilizado en los tubos de cemento de los tanques de entrada y salida (área de carga y descarga) la funda debe quedar bien extendida, con los quiebres inferior y superior alineados en el centro de la fosa. A continuación se hace un amarre temporal en el extremo del tubo de cemento que queda en el interior de los tanques de entrada y salida. Este cierre en los extremos de los tanques se lo hace con la finalidad de facilitar el inflado y posterior ingreso de agua en la funda plástica.

f. Válvula de seguridad Se coloca con una “T” de 32 mm, en el tramo entre el biodigestor y la cocina (casa), a unos 2 metros de la funda (“salchicha”). Su función es formar un sello de agua para que el exceso del biogás acumulado y no utilizado pueda salir, evitando que la funda estalle por la presión del biogás.

g. Colocación del filtro A un metro de distancia de la válvula de seguridad, se coloca una “T” de PVC de 32mm con reducción a 1/2 (media), con la finalidad de ubicar un filtro que contiene una esponjilla de hierro (estropajo), que reacciona y funciona en contacto con la humedad atrapando partículas de gases (anhídrido sulfúrico, sulfuros en general, entre otros) que son responsables del mal olor. Esta esponjilla debe ser cambiada cada mes o dos meses aproximadamente (cuando esté muy oxidada). 29


Filtro Válvula de seguridad

Dispositivo de salida del gas El bombril o estropajo debe estar húmedo al momento de ser instalado, con la finalidad que éste reaccione con el ácido sulfhídrico, disminuyendo así los malos olores provenientes del gas.

h. Inflado y llenado de agua de la funda (“salchicha”) Asegurándose que los extremos de los tubos de cemento (tipo alcantarilla) estén sellados, se procede a llenar la funda con aire proveniente de un compresor, una vez que la funda está completamente inflada se aprovecha para revisar que no haya fugas debido a malos amarres o rupturas del plástico. En otros casos también se puede usar el aire generado de una bomba de fumigar a motor dando muy buenos resultados. Una vez que se descarta fuga de aire o ruptura del plástico se procede a ingresar la primera carga (aproximadamente 8 caretillas de estiércol mezclado con 24 carretillas de agua) a la funda, llenando primero el tanque de entrada o carga, este paso puede durar algunas horas, tiempo en el cual se debe controlar para evitar la posibilidad de fugas.

Inflado de la funda con bomba

i. Control del nivel de agua La funda se llena de la mezcla anteriormente mencionada en un 60% de su capacidad total de tal manera que sobre pase o tape completamente los tubos de alcantarilla, para evitar que el biogás tenga salida o escape por los extremos. Control de nivel de agua

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j. Alimentación del biodigestor Al siguiente día de la instalación se continúa con la carga o alimentación del biodigestor, colocando en adelante todos los días la mezcla de estiércol y agua. Para el biodigestor de 10 metros de longitud se debe colocar al menos dos baldes de 20 litros de excremento fresco más 6 baldes de agua, de manera práctica en la mayoría de casos, las familias cuentan con una chanchera con cuatro o cinco animales permanentes, que es limpiada todos los días, el producto de este lavado se introduce directamente al tanque de entrada. Otras familias utilizan el estiércol de ganado vacuno, dando muy buenos resultados

k. Primera utilización del biogás El biogás y biol estarán listos 30 días después de la primera carga, este será el momento de instalar la cocina artesanal (no cocina convencional). El biogás es llevado al sitio requerido (cocina) a través de tuberías de PVC o manguera negra de 32 mm (1 pulgada) y al llegar a la cocina se acopla a la hornilla construida con tubería metálica de ½ pulgada, realizando las conexiones con llaves de paso igualmente de ½ pulgada. Todos los días se dispondrá de 3 horas en la mañana y 3 horas en la tarde de biogás y de 40-60 litros de biol aproximadamente. Por la disponibilidad de biogás durante los 365 días del año y durante varios años, este tipo de instalaciones se denomina biodigestores tubulares de flujo continuo. Es necesario mencionar que aproximadamente dos veces por semana es preciso realizar masajes al biodigestor con la finalidad de romper la nata superficial que se forma de la degradación del estiércol (similar a la que se forma en un charco de agua sucia) para que el biogás se libere con facilidad.

Combustión con biogás

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l. Protección, manejo y mantenimiento del biodigestor Dadas las características frágiles del plástico una vez instalado el biodigestor, una de las primeras medidas inmediatas e importantes es la construcción de un cerramiento y techo para el biodigestor protegiéndolo principalmente de gallinas, perros, seres humanos, etc.

Biodigestor con protección

También hay que realizar limpiezas en forma periódica, para evitar el crecimiento de plantas y arbustos cercanos al biodigestor que pueden poner en riesgo el plástico, en el supuesto que no se tenga estos cuidados lamentablemente se pueden dar casos de ruptura del plástico.

Para tener una mejor evacuación del biol se requiere que al menos una a dos veces por semana, se realicen masajes suaves a la funda del biodigestor.

Esquema de biodigestor flujo continuo

ESQUEMA DE BIODIGSTORES IMPLEMENTADOS EN INTAG

Cámara de biogás

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Bibliografía Botero, B.M. y R.P. Thomas. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y fertilizante a partir de excretas. Manual para su instalación, operación y utilización. Centro Internacional de Agricultura Tropical. Cali, Colombia. Bremner, J.M. 1965. Total nitrogen. pp. 1149-1178. In: Marti, J. 2008, Guía de diseño y manual de instalación de biodigestores familiares, Bolivia, pp21,27,33,36 Marti, J. 2010, Apuntes taller biodigestores, Bolivia. Marty, B. 1984. Microbiology of anaerobic digestion. In: A.M. Bruce, A. Kouzeli-Katsiri y P.J. Newman.Anaerobic digestion of sewage sludge and organic agricultural wastes. Elsevier. New York. pp. 72-8 Soria F., M., J. Tun S., A. Trejo R. y R. Terán S. 1994. Producción de hortalizas en la península de Yucatán. ACAI-PPD, Cartilla: Producción de biogás en fincas campesinas del valle de Intag, un aporte a la construcción de Cotacachi - Ecuador http://biodigestores.org/ http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/ENERGIA22/HTML/articulo04.htm http://www.unesco.org.uy/phi/libros/fontana.pdf http://www.ecrsolar.com/imagenes/pdf/energias_alternativas_es.pdf http://www.upc.edu/grecdh/pdf/2008_JMH_Guia_biodigestores.pdf http://www.energianatural.com.ar/biogas02.html http://www.sepade.cl/proyectos/biodigestor.php http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p4-metanogenesis.pdf http://www.aqualimpia.com/PDF/Biogas%20estiercol%20de%20cerdo.pdf http://www.aqualimpia.com/PDF/Biogas%20estiercol%20de%20cerdo.pdf http://imagenes.tupatrocinio.com/img-bbdd/documentos/biodigestores.doc http://www.manualdelombricultura.com/wwwboard/messages2/2272.html http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.26.21r.html http://sites.google.com/site/cientificogenial/presion-manometrica http://organicsa.net/relacion-cn-en-el-compost.html http://www.textoscientificos.com/energia/biogas http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap5.pdf http://www.biodisol.com/biocombustibles/biogas-que-es-el-biogas-digestion-anaerobia-caracteristicas-y-usos

33


6.

LECCIONES APRENDIDAS

A continuación se comparten las lecciones aprendidas en el diseño, planificación, implementación, monitoreo y evaluación del proceso de investigación en biodigestores.

Lecciones técnicas:

34

La implementación de biodigestores permite mitigar de alguna forma los impactos ambientales generados por residuos orgánicos de animales a nivel peri urbano y rural. Como ejemplo se cuenta con un prototipo en el Camal Antonio Ante, lo que ha permitido disminuir en un porcentaje la contaminación directa y a su vez se obtiene un sub producto apto para el uso en agricultura como biofertilizante. El principal inconveniente que se encontró fue la fuga de biogás que se presenciaba en el espacio que quedaba entre la campana y el pozo; situación que fue superada al sellar este espacio con un material, de fácil acceso, reciclable, y de muy buen funcionamiento como lo es el l lenar tubos de llantas de motocicletas viejas rellenas de arena y aserrín, de tal forma que se continúa manteniendo la flexibilidad que se requiere de la campana. Uno de los principales problemas de manejo que se tiene en los biodigestores modelo Hindú es la carencia de un sistema de agitación de la mezcla del sustrato; por lo que la aplicación de contrapesos que da estabilidad a la campana y al mismo tiempo agita la mezcla internamente permitió recuperar la capacidad productiva del biodigestor. Si bien es cierto, se cuenta con un diseño general de los diferentes tipos de biodigestores sin embargo; fue necesario realizar las respectivas modificaciones que dependen de cada uno de los lugares (temperatura, sustrato, otros) así como de los materiales zonales; de ahí que es necesario revisar periódicamente las instalaciones, con el objetivo de eliminar posibles daños que puedan provocar mal funcionamiento del biodigestor. Es importante revisar periódicamente la válvula de seguridad cuando el biogás no sea utilizado para reducir el riesgo de potenciales fugas y explosiones ya que es un biogás inflamable, por lo que es importante la concientización de los involucrados en el manejo responsable del biodigestor. Los biodigestores deben ser implementados en lugares que cuenten con un proceso agroecológico, sistémico y diario (granja, finca agrícola o pecuaria, otras) ya que su mantenimiento y manejo como carga, descarga y agitación se requiere que sean operaciones diarias. Es necesario que se rediseñe constantemente el modelo Hindú (en cuanto al tamaño) ya que al ser un prototipo de estudio no se cuenta con los niveles de biogás requeridos para combustión de cada familia, sin embargo; la cantidad de bioabono al igual que su calidad es exactamente la requerida. Se requiere de mayor investigación en el uso del bioabono para cada uno de los cultivos; así como la promoción de un sistema asociativo de producción y comercialización que permita mejorar los ingresos económicos familiares en caso de tener excedentes de bioabono. Posterior a todos los ensayos realizados se pudo observar que la utilización de sustratos cuya mezcla contenía material verde funciona en biodigestores de flujo continuo no así en el hindú ya que toda la celulosa tiende a flotar provocando un aprisionamiento de la campana dejándola sin movilidad y sin salida de biogás. Es imprescindible contar con un hábito de agitación básica en la campana que evite la formación de una capa más gruesa que impida la salida del biogás


La utilización del bioabono apoya a consolidar procesos agroecológicos a nivel de parcelas familiares o grandes extensiones, favoreciendo al ambiente en la disminución de uso de pesticidas. Se disminuyó la contaminación de acequias, quebradas y ríos cercanos a los lugares en los cuales se implementó los biodigestores por la utilización de excretas; el resto de materia orgánica generada por la actividad productiva se da un tratamiento previo antes de dar uso en suelos agrícolas.

Lecciones socioeconómicas: La interacción institucional es fundamental dentro de estos procesos ya que esto genera una responsabilidad privada y pública; en este caso el relacionamiento se lo mantuvo a nivel de gobiernos autónomos descentralizados, organizaciones no gubernamentales, empresas privadas, asociaciones de agricultores y universidades por lo que se vieron grandes aprendizajes que permiten conocer el nivel de compromiso de cada uno. El impacto social vinculado al uso de esta tecnología es de relevante importancia, ya que se generó una visión más amplia frente al uso de energías alternativas, en este caso del biodigestor, y por ende en el manejo de sus productos (biogás y bioabono). Al lograr un biol de buenas características, se produce un ahorro de aproximadamente 120 USD/mes/ha (en cultivo de cítricos) por dejar de comprar fertilizante sintetizados; éste valor depende de cada cultivo. Al inicio del ensayo había una fuerte motivación de los involucrados por realizar investigaciones que les eran desconocidas; una vez obtenidos los primeros resultados, su participación se torna más activa y dinámica, motivándoles a continuar con otras investigaciones. Es importante la participación directa de autoridades, ya que esto permite impulsar un proceso político dinámico que dinamiza la investigación en el uso y manejo de biodigestores, con el objetivo de tomar decisiones oportunas que mejoren la calidad ambiental de su cantón.

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Glosarios

Anaeróbicos: es un término técnico que significa vida sin aire Agua cruda: Agua sin ningún tipo de tratamiento, libre de cloro u otros elementos desinfectantes Ácido sulfhídrico o sulfuro de hidrógeno: es un ácido inorgánico de fórmula H2S. Este biogás es más pesado que el aire, es inflamable, incoloro, tóxico y su olor es el de la materia orgánica en descomposición, como los huevos podridos. Oxidación anaeróbica: oxidación de amonio, proceso microbiano combinando amonio y nitrito Organismo anaeróbico: es un organismo que no requiere oxígeno para crecer. Digestión anaerobia: es el proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno. Bacterias metanogénicas: Son bacterias anaerobias que producen grandes cantidades de metano como producto principal de su metabolismo energético.

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Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el cambio climático

Biodigestor Modelo Hindú

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Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el cambio climático

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Manual de Construccion y Operacion de biodigestor tipo hindu y flujo continuo

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