CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -CONCYT-

SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -SENACYT- FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -FONACYT-

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

INFORME FINAL

DETERMINACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS, A PARTIR DE UNA MEZCLA DE AGUA DE LAVADO DE CAFÉ Y GLICERINA OBTENIDA DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DE BIODIESEL PARA UNA

PLANTA ARTESANAL

PROYECTO FODECYT No. 20-2008

ERICK GIOVANNI ESTRADA PALENCIA Investigador Principal

GUATEMALA, OCTUBRE DEL 2009.

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AGRADECIMIENTOS:

La realización de este trabajo, ha sido posible gracias al apoyo financiero dentro del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología, -FONACYT-, otorgado por La Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología -SENACYT- y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología -CONCYT-.

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OTROS AGRADECIMIENTOS A la empresa Guatebiodiesel por proveer las instalaciones fisicas para el montaje de laboratorio y ejecución de la parte experimental del proyecto, por proveer asesoria repecto del uso de equipo y elaboración de biodigestores y proveer insumos para los analisis químicos respectivos. A la escuela de química de la Facultad de Ciencias Quimicas y Farmacia especialmente al departamento de Quimica Orgánica, Lic. Diana Pinagel por facilitar los permisos necesrios para ejecutar la parte admisnistrativa del proyecto y facilitar espacio fisico en los diferentes laboratorios.

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Tabla de contenido PARTE I………………………………………………………………………………. 9 I.1 Introducción…………………………………………………………………… 9 I.2 Planteamiento del problema…………………………………………………… 11 I.2.1 Antecedentes en Guatemala…………………………………………………… 12

I.2.1.1 Producción de biodiesel en Guatemala…………………………………12 I.2.1.2 Cultivo de café y generación de desechos…………………………….. 12 I.2.1.3 Aplicaciones de la glicerina……………………………………………... 13

I.2.2 Justificación del trabajo de investigación…………………………………….. 14 I.3 Objetivos………………………………………………………………………. 15 I.3.1 Objetivos……………………………………………………………………... 15

I.3.1.1 General………………………………………………………………… 15 I.3.1.2 Específicos…………………………………………………………….. 15

I.4 Metodología…………………………………………………………………… 16 I.4.1 Localización…..……………………………………………………………… 16 I.4.2 Las Variables………………………………………………………………… 16 I.4.2.1 Variables Dependientes………………………………………………… 16 PARTE II……………………………………………………………………………... 19 II.1 Marco teórico…………………………………………………………………….. 19 A. El biogás…………………………………………………………………………… 19 B. Tipos de biodigestores…………………………………………………………… 19 B.1 Pozos sépticos……………………………………………………………….. 19 B.2 Biodigestor de flujo discontinuo……………………………………………. 20 B.3 Biodigestor de domo fijo (chino)……………………………………………. 20 C. Propiedades del biogás…………………………………………………………... 21 D. Factores que afectan la producción de gas……………………………………… 22 E. Tipo de materia prima…………………………………………………………… 22

E.1 Temperatura del sustrato…………………………………………………… 24 E.2 Velocidad de carga volumétrica……………………………………………. 25 E.3 Tiempos de retención………………………………………………………. 25 E.4 Valor de acidez (pH)……………………………………………………….. 26 E.5 Contenido de sólidos………………………………………………………... 27 E.6 Inclusión de inoculantes……………………………………………………. 27 E.7. Agitación - mezclado……………………………………………………… 28 E.8 Inhibidores………………………………………………………………….. 28

F. Café en Guatemala………………………………………………………………. 29 F.1 La Cosecha…………………………………………………………………. 30

G. Proceso de producción de café………………………………………………….. 31 PARTE III……………………………………………………………………………... 33 III.1 Resultados……………………………………………………………………... 33 III.2 Discusión de Resultados………………………………………………………. 39

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PARTE IV.……………………………………………………………………………. 42 IV.1 Conclusiones…………………………………………………………………... 42 IV.2 Recomendaciones……………………………………………………………... 44 IV.3 Referencias bibliográficas…………………………………………………….. 45 IV.4 Anexos………………………………………………………………………… 46 PARTE V……………………………………………………………………………… 55 V.1 Informe financiero……………………………………………………………... 55 V.2 Cronograma de actividades…………………………………………………….

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RESUMEN Se realizó la fermentación anaeróbica de dos sustratos de origen orgánico como lo

son el agua de lavado de pulpa de café y la glicerina residual de biodiesel. Mediante el empleo de biodigestores de flujo discontinuos se obtuvo la producción de biogas, el cual fue atrapado mediante el empleo de bolsas plásticas adaptadas a los biodigestores. Para el análisis del biogas generado, se tuvo el análisis por medio de cromatografía de gases, con la cual se logro definir la presencia del gas metano, de forma cualitativa y semicuantitativa, lo cual se obtuvo por medio de pruebas de ignición. El agua de lavado de pulpa de café tiene mayor potencial de ser utilizado como sustrato para un biodigestor, no así siendo el caso de la glicerina residual de la producción de biodiesel, posiblemente debido al hecho de ser un producto de desecho que por tener una concentración muy alta de sales inorgánicas inhibe el proceso de fermentación anaeróbica.

Previo a la fabricación de biodigestor, se procedio a diseñar diferentes minibiodigestores con la intención de encontrar la proporción ideal de agua de lavado de café y glicerina que generaría la mayor cantidad de biogas. Se utilizarón varios materiales para el diseño, pero no todos dieron buenos resultados. Una vez se encontro el minibiodigestor más adecuado se procedio a hacer la fermentación con diferentes relaciones masa:masa manteniendo factores como la temperatura, el volumen, la agitación, el pH y la cantidad de inoculo constantes.

Se logró observar variación en cuanto a la producción de biogas, en los diferentes minibiodigestores ya que algunos llenarón el contenedor de gas en poco tiempo y otros ni siquiera generarón dioxido de carbono en la etapa inicial de fermentación aerobica. Con base a las observaciones del primer experimento se determino que sustrato o combinación de proporciones generaba la mezcla ideal para optimizar el proceso de generación de gas metano.

Se construyó un biodigestor de mayor capacidad, utilizando como referencia los datos obtenidos con anterioridad, utilizando un manometro para monitorear las libras de presión de biogas generado, y se realizaron monitoreos constantes de combustión con el gas que se generó en el biodigestor de mayor escala, obteniendo resultados satisfactorios.

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ABSTRACT We performed the anaerobic fermentation with two organic substrates such as

coffee pulp wash water and residual glycerine of the biodiesel industry. By using discontinuos flow biodigesters, we have productionof biogas, which was trapped by the use of plastic bags adapted to the biodigesters. This determination is not quantitative. For the analysis of biogas generated, we used gas chromatography with which set the methane presence, and conclude his presence, as well we see by tests of ignition, which was positive. The coffee pulp wash water has greater potential to be used as a substrate for a biodigester, but not being the case of glycerine residual of biodiesel, possibly due to the fact be a waste product, and you may have a high concentration of inorganic salts that can inhibit the fermentation process. Before biodigester construction, we made different kind of little digesters with the purpose to find ideal proportion of the coffee pulp wash water and glycerine generate high quantity of biogas. Using many materials for the design, but not at all works. When finally found the best proportion, we started fermentation controlling, temperature, volume, stir, pH and quantity of substrate. In the experiment, we watch different quantity of biogas in different little digesters, wich some are filled and others stilled empty. In base of observations of the first experiment, we determined what substrate or proportion combinations generate high concentration of methane, then we built a biodigester in macroscale using previous data, with a manometer for checking the biogas pressure and checking constantly the combustion, having success.

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PARTE I I.1 INTRODUCCIÓN

Actualmente la generación de biocombustibles a generado gran revuelo e interes, posiblemente por la problemática energética mundial o por intereses de otra indole, actualmente se producen grandes cantidades de bioetanol, biogas y biodiesel a nivel mundial, teniendo como consecuencia el empleo de grandes cantidades de materiales, ya sean de tipo natural como de tipo químico (reactivos y/o aditivos) para que la producción de estas nuevas fuentes energéticas pueden ser empleadas de manera mundial, y no simplemente por los sectores que pueden producirlos y por ende tiene un acceso mas libre a ellos.

En la producción de biodiesel, donde se emplea generalmente aceite de cocina

usado, se obtiene como subproducto principal la glicerina, del proceso de transesterificación que se lleva a cabo en su síntesis, dicho subproducto no tiene un uso rentable actualmente. En Guatemala se estima que se producen mensualmente aproximadamente 2,000 galones, que sin embargo no tienen una forma favorable y beneficiosa para su descarte.

Por otro lado Guatemala es un productor de café competitivo, y esta actividad

genera el agua de lavado de pulpa de café, el cual es uno de los principales desechos de los ingenios de café. Este es producido en grandes cantidades, representando un desecho contaminante a los ecosistemas adyacentes a estas industrias, que al igual que la glicerina residual de la producción de biodiesel, no presenta aplicaciones energéticamente favorables.

La idea primordial de este proyecto es combinar estos desechos y evaluar la

factivilidad de fermentarlos anaeróbicamente, empleando un sistema de inoculación bacterial, con la intención de generar biogás, que le de un valor agregado a estos desechos, y darles un uso mas amigable con el medio ambiente. El biogás presenta metano en su composición, el cual es un gas combustible con propiedades muy similares al propano, por lo que puede ser empleado en sistemas de calefacción y cocimiento de bajo poder.

Se realizó la fermentación anaeróbica de dos sustratos de origen orgánico como lo

son el agua de lavado de café y la glicerina residual de biodiesel, dentro de un sistema de biodigestion o biodigestor. Se tuvo una evolución tanto en el diseño de los biodigestores como en el sistema de captura del gas producido, al igual que una mejoría gradual en las condiciones para la producción de biogas.

Un biodigestor es un sistema económico, diseñado para el aprovechamiento

funcional del proceso de la digestión anaerobia, el cual es realizado por bacterias especificas, que sobreviven en condiciones extremas, procedentes principalmente del estiércol, que transforman la materia orgánica principalmente en biogás. Para el análisis del biogas generado, se tuvo el análisis por medio de cromatografía de gases, con la cual se

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logro definir la presencia metano, lo cual concluyo los indicios de su presencia, lo cual se obtuvo por medio de pruebas de ignición.

El agua de lavada de pulpa de café tiene mayor potencial de ser utilizado como

sustrato para un biodigestor, no así siendo el caso de la glicerina residual de la producción de biodiesel. El agua de lavado de pulpa de café, por tener una gran concentración de material orgánico, tanto en descomposición como en disolución en su fase acuosa, que generalmente pueden ser utilizados por los microorganismos, esto se ve reflejado en una considerable producción de biogas dentro del biodigestor,

La glicerina residual de la producción de biodiesel no fue un sustrato ideal,

posiblemente debido al hecho de ser un producto de desecho de una reacción química, y que pueda tener una concentración muy alta de sales inorgánicas empleadas en el proceso de producción, que puedan inhibir el proceso de fermentación anaeróbica.

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I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 Antecedentes en Guatemala 1.2.1.1 Producción de biodiesel en Guatemala Existen hoy cuatro empresas que producen biodiesel en Guatemala aunque en pequeña escala, y una empresa que produce aceite de palma tratado para uso en motores. Las empresas son Guatebiodiesel, ubicada en Ciudad de Guatemala con capacidad para producir de 1.500 a 2.000 galones/día de biodiesel (5.680 a 7.570 litros/día); Octagon, ubicada en Ciudad de Guatemala con capacidad de 3.000 galones/día de biodiesel (11.300 litros/día); la Fuerza Verde, también ubicada en Ciudad de Guatemala con capacidad para producir 50 galones/día (190 litros/día) de biodiesel; la Comunidad Nueva Alianza, ubicada en El Palmar, Quetzaltenango con capacidad para 50 galones/día (190 litros/día) de biodiesel y la Helios, ubicada en Zacapa (Oriente) y con capacidad para producir 290 galones/día (1.090 litros/día) de aceite de palma tratado para uso en motores (no hace la transesterificación). Desde el punto de vista del proceso de producción, las cuatro empresas que producen biodiesel realizan la neutralización de la materia prima (cuando se emplean aceites usados o grasa animal). La reacción de transesterificación la hacen en una sola etapa la Fuerza Verde, la Comunidad Nueva Alianza y Octagon, mientras que la Guatebiodiesel hace la reacción en dos etapas. Para purificación del producto emplean lavado con agua y posteriormente secan el biodiesel. A excepción de la Octagon, las demás empresas aún no hacen la recuperación del metanol por motivos de escala de producción actual. El subproducto de la reacción, la fase de glicerina que contiene aún impurezas, agua y metanol, no es tratada y no tiene mercado en Guatemala. Los productores afirman que están almacenando esta fase pero una solución definitiva para este problema debe aún ser desarrollada. 1.2.1.2 Cultivo de café y generación de desechos El beneficio del café que requiere el empleo de beneficio tradicional se estima el uso de entre 40 y 60 litros de agua para la obtención de 1 Kg. de café pergamino seco en las volúmenes importantes de agua. Con los métodos de actividades de transporte, despulpe, fermentación, clasificación y lavado. En cuanto al cultivo del café, es imperativa la adopción de tecnologías que minimicen el uso del agua en los procesos de beneficio, y paralelo a esto evitar la descarga del agua de lavado de café a cuerpos de agua como ríos y lagos. Con relación al vertimiento de las aguas de beneficio a las corrientes de agua, se ha planteado la filosofía de que "la disminución en los volúmenes de agua vertida equivale a una disminución en la contaminación generada" así no se opere directamente en la descontaminación de las corrientes. Existen otras opciones que favorecen a la disminución del consumo de agua en las plantas de beneficios de café, como es la recirculación del agua en el propio beneficio y

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purificación de las aguas residuales por diferentes métodos ya sea para su vertimiento como para la recirculación, entre otras. En el plano teórico (la posibilidad de disminuir sensiblemente el consumo de agua por la adopción de una nueva tecnología eficiente en el uso del agua) y en el plano legal, está la posibilidad real de ejercer un control sobre la contaminación de aguas en las cuencas hidrográficas de influencia cafetera; Todo dependerá de la capacidad institucional del Ministerio de la Agricultura y de las autoridades ambientales para alcanzar éste propósito. Tradicionalmente la pulpa del café que resulta del beneficio ha sido depositada a las corrientes de agua, lo que genera un aumento considerable de la demanda bioquímica de oxígeno, aumento de la carga de sólidos totales, incremento en la temperatura del agua, generación de olores y pérdida de la calidad visual. Se trata de una forma de contaminación severa del agua que se da en las épocas de cosecha y que imposibilita su aprovechamiento para acueductos, afecta la fauna acuática y limita los usos recreativos. Sin embargo los residuales sólidos que se generan, que están constituido fundamentalmente por la parte del fruto llamada pulpa, contienen cantidades apreciables de lignina, celulosa, hemicelulosas, azúcares, elementos inorgánicos tales como: Na, K, P, entre otros, lo que propicia que la pulpa del café pueda tener diversos usos en dependencia de los fines propuesto en un determinado contexto social. El país procesa actualmente aproximadamente 64 mil toneladas del fruto del café por zafra cafetalera lo que representa, teniendo en cuenta el alto por ciento del fruto que no se utiliza, altos volúmenes de residuales sólidos generados, y su uso se limita fundamentalmente a la obtención de una pequeña cantidad de abono orgánico. Obtener biogas a partir de este desecho pordria beneficiar a los mismos productores, ya que dispondrian de energía, la cual le daría el valor agregado a estos desechos. 1.2.1.3 Aplicaciones de la glicerina La glicerina cruda obtenida en la industria del biodiesel, posee el gran inconveniente de estar compuesta por una serie de componentes miscibles entre sí y de propiedades químicas muy diferentes (metanol, potasio, agua, ácidos grasos libres y glicerina). Por esta razón la glicerina sigue siendo el gran problema de las plantas de biodiesel. A continuación algunos de los usos y aplicaciones: 1. Incineración de la glicerina en quemadores especiales para la combustión completa, evitando así la formación de acroleínas cancerígenas. Su finalidad es la producción de electricidad por ciclo de vapor. Es evidente el poder calorífico que la glicerina posee, pero la heterogeneidad de los componentes que la acompañan en su forma cruda tras la producción de biodiesel, hacen de su uso directo un parámetro limitante. Si bien se puede separar la glicerina mediante spliting (acidificación) para obtener una pureza en torno al 80%, este método conllevaría nuevos gastos asociados a los de las tecnologías de combustión. Lo ideal, como en los siguientes procesos, sería utilizar la glicerina cruda directamente, aprovechando el poder calorífico de otros componentes como el metanol,

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pero con un sistema eficiente de retiradas de cenizas generadas por los minerales inorgánicos originados. 2. Producción de biopolímeros plásticos por la fermentación anaerobia de la glicerina cruda en forma de PHA y PLA. De esta forma, cabe la posibilidad de usar la glicerina como fuente de carbono en bacterias lácticas o productoras de PHA, con la intención de que mediante mejora genética permitan el uso directo de glicerina cruda. 3. Producción de diesel sintético o mineral, mediante cracking catalítico por despolimerización. (sistema KDV). Este método consiste en la despolimerización mediante catalito, a bajas temperaturas y presiones, para la producción de un diesel mineral, de mejores propiedades que el diesel convencional, ya que se mejoran factores como el índice de cetano, el contenido de azufre y con la ventaja sobre el biodiesel de 1ª generación de no usar cultivos de uso alimentario. Otros procesos como la biogasificación, gasificación, procesos Fisher-Tropsch..., se están desarrollando en la actualidad pero únicamente a nivel I+D. La purificación de la glicerina hasta grado farmacéutico no es rentable con las tecnologías actuales, por eso nadie ha intentado si quiera atreverse a realizar esta vía. La glicerina cruda sigue siendo un problema real que limita la ya muy mermada capacidad de las plantas de biodiesel, que se mantienen con vida todavía. Esperemos que los cultivos energéticos de uso no alimentario, así como las tecnologías de segunda generación den un respiro para poder afrontar los gastos que tiene la valorización de la glicerina. Y por último la fermentación anaerobica para la producción de gas metano que podria presentar una alternativa viable.

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1.2.2 Justificación del trabajo de investigación

La presente investigación se realiza con el fin de encontrar fuentes de energía renovables y alternativas, debido a la problemática energética mundial. Se realizará la fermentación anaeróbica de la mezcla de agua de lavado de café y glicerina residual de biodiesel, los cuales son desechos industriales que no tienen un uso determinado, y en la mayoría de los casos no se cuenta con metodología rentable para su descarte, más allá de agravar la contaminación ambiental en los cuerpos acuáticos adyacentes a sus fuentes de producción.

El proceso de generación de biogás, es realizado por las bacterias metanogénicas. La

producción de metano se da bajo condiciones exactas, ya que estas bacterias son muy susceptibles a cambios físicos que se den en su medio; al igual que se debe de encontrar los sustratos del metabolismo en la forma una metabólicamente activa. Los usos de biogás son variados, pero principalmente es utilizado como combustible de bajo poder calorífico. Los biodigestores son los reactores con los cuales se dan las condiciones propicias para el metabolismo de las bacterias, y posterior producción de biogás. Debido a que ambas sustancias son de origen orgánico pueden ser consideradas como sustratos para la fermentación anaeróbica, pero no hay estudio concreto acerca de la utilización de la mezcla de ambos para este fin; y así de esta manera aprovechar los desechos industriales que constituyen en un foco de contaminación y darle un valor agregado a los mismos.

La industria de biocombustibles, especificamente la de elaboración de biodiesel

tiene el inconveniente de no tener un uso especifico para la glicerina obtenida como subproducto de reacción. Este proyecto tiene como proposito confirmar la factivilidad de utilizarlo como sustrato en la digestión anaerobica para la sintesis de biogas metano.

También se pretende conbinar este desecho con agua de lavado de café para

complementar los macronutrientes necesarios para la fermentación anaerobica, tomando en cuenta que este proceso genera grandes cantidades de desechos organicos e inorganicos con elevados valores de demanda quimica de oxigeno, constituyendose como una practica poco amigable con el medio ambiente.

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I.3 OBJETIVOS I.3.1 Objetivos

I.3.1.1 General Producir Biogás a partir del Agua de pulpa de café y glicerina

I.3.1.2 Específicos

1. Optimización de las condiciones en el proceso de la fermentación (pH, temperatura,

agitación, concentración de sustratos).

2. Determinar la cantidad de biogás, producido en un biodigestor de flujo discontinuo,

utilizando como sustrato: Agua de Pulpa de Café y glicerina.

3. Utilizar productos de desecho industrial para la generación de energías renovables.

4. Complementar la composición química de el agua de pulpa de café con la glicerina por

medio de mezclas para lograr la mejor relación C:N para favorecer el proceso de

fermentación

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I.4 METODOLOGIA I.4.1 Localizacion El trabajo de investigación se desarrollo en la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia de la Universidad de San Carlos de Guatemala (Campus central zona 12) Información geográfica: Latitud: 14°35.240' Norte. Longitud: 90°33.385' Oeste. Altura: 1583 m.s.n.m. Temperatura máxima: 28ºC Temperatura minima: 14ºC Temperatura promedio: 23ºC I.4.2 Las Variables I.4.2.1 Variables dependientes

a) Agua de lavado de café

� Se procedio a la colecta de pulpa de café, la cual fue proveida por un beneficio de café ubicado en Amatitlán, posteriormente se hace una infución en agua agregando aproximadamente 35% de material vegetal seco, y dejando sumergido durante 24 horas para extraer los principios hidrosolubles, y tener una muestra representativa del agua de lavado de café in situ.

b) Glicerina Residual de Biodiesel

� Se toma una muestra de glicerina cruda, que es un subproducto de la elaboración de biodiesel en la planta de guatebiodiesel ubicada en Palín Escuintla.

c) Titulación:

� Se realiza una dilución de la glicerina cruda sin neutralizar, se mide un volumen de 100ml y se adicionan 5 gotas del indicador fenolftaleina.

� Se afora una bureta con ácido clorhidrico normalizado, y se procede a la neutralización de la glicerina.

� Este proceso se realiza por triplicado

d) Neutralización:

� Con los valores obtenidos de la titulación se calcula el volumen de HCl concentrado que se tiene que agregar a la glicerina cruda para su neutralización.

e) Determinación de metales en glicerina y agua de lavado de café:

� Este analisis se realizo en un espectrometro de rayos x

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� Encender el equipo y verificar las condiciones iniciales de operación

� Se seca la muestra en lampara de infrarojo para eliminar solvente, aproximadamente 200microlitros

� Se monta la muestra en una celda y se introduce al monticulo del

espectrometro.

� Se inica el escaneo de la muestra, para cuatificar los elementos metalicos presentes en cada muestra

f) Fabricacion de minibiodigestores A continuación se muestra un esquema que ejemplifica la forma en que se dispucieron los minibiodigestores con la diferencia que en este proyecto se utilizarón distintos mecanismos de captación de gases. Grafica No. 1 Esquemas de los biodigestores

Fuente: Datos Experimentales. g) Monitoreo de los minibiodigestores

� A cada uno de los minibiodigestores se les realizan diariamente los siguientes analisis:

� Control de temperatura, la cual se regluariza con un baño de María con agua, que se mantiene a 50 grados centigrados, utilizando una estufa electrica con reostato

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� Control de agitación, para homogenizar el contenido de cada uno de los

biodigestores se somenten a agitación manual.

� Control del pH, eventualmente se registran al inicio y al final de cada fermentación el grado de ácidez, que confirma la formación de ácido acetico como intermediario de la fermentación bacteriana

� Monitoreo diario de la cantidad de biogas formado en las dos etapas de la

fermentación en la aerobica que es cuando se produce dioxido de carbono y la anaerobica que es cuando se produce metano.

� Pruebas de combustión, para confirmar la identidad del gas formado

Analisis de biogas por cromatografía de gases

� Abrir las llaves de gases

� Encender el cromatografo

� Crear un ususario

� Ingresar las condiciones optimas de operación Las condiciones instrumentales óptimas para la cuantificación de CH4 fueron las siguientes: temperatura del inyector: 230°C, temperatura del detector: 230°C, horno: condición isotérmica a 200°C, volumen de inyección: 200 µL, gas de arrastre: nitrógeno a un flujo de 30 mL/min, tiempo de análisis: 1,8 min.

� Inyectar la muestra de biogas

� Interpretación de cromatogramas

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PARTE II

II.1 MARCO TEÓRICO A. El Biogás La producción de biogás, es un proceso que se lleva a cabo en condiciones anaeróbicas (sin presencia de oxigeno), también llamada fermentación anaeróbica. Esta se puede llevar a cabo a partir de una gran variedad de desechos orgánicos, y provee una gran cantidad ventajas tanto a nivel ecológico, como a nivel económico. Esta estas ventajas se pueden describirse las siguientes:

� Es una forma de obtención de un combustible domestico para comunidades donde el combustible es escaso y de difícil acceso.

� Reduce la contaminación ambiental, evitando malos olores. � Produce un residuo inodoro (biofertilizante), que puede ser utilizado como

fertilizante, el cual contiene grandes cantidades de fósforo, potasio y nitrógeno (N, P, K).

� Evita la propagación de enfermedades, minimizando vectores de transición tales como moscas, ratas, cucarachas etc.

� Utilización de desechos domésticos y agrícolas. � Evita la tala de bosques en áreas donde se utiliza leña como combustible. � No hay consumo de energía. � Presenta un sistema de separador de sólidos y gases que evita un proceso de

decantación secundaria. � Se requiere de un área mínima. Por ello se plantea como una de las soluciones energéticas (electricidad, gas propano,

derivado del petróleo y leña, para sectores o comunidades donde el acceso a algún tipo de combustible es muy costo o inaccesible. (Ramírez, 2004; Montanaro, 2007)

B. Tipos de biodigestores Hay muchos tipos de biodigestores pero los más comúnes son el dosel flotante (indio) y el domo fijo (chino) . La aceptabilidad pobre de muchos de estos biodigestores ha sido principalmente debida a los costos altos, la dificultad de instalación y problemas en la consecución de las partes y repuestos. (Pérez, 1985; Vamero, 2007) B.1 Pozos sépticos:

Es el más antiguo y sencillo digestor anaeróbio que se conoce, utilizado normalmente para la disposición de aguas residuales domésticas. Se cree que de allí deriva el uso potencial de los gases producidos por la fermentación anaeróbica, para el uso doméstico. (Pérez, 1985; Vamero, 2007)

Para la correcta operación de estos pozos es requisito indispensable aislar las aguas servidas que caen en él, de las que contienen jabón o detergentes. El efecto de los jabones y en especial los detergentes, inhibe la acción metabólica de las bacterias, razón por la que

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los pozos se colmatan con rapidez y dejan de operar, haciendo necesario destaparlos frecuentemente para recomenzar la operación. (Pérez, 1985)

Cuando no es posible separar las aguas negras de las jabonosas, como en el alcantarillado urbano, es necesario hacer un tratamiento químico con Polímeros a esta agua a fin de solucionar el problema antes de iniciar la fermentación anaeróbica. (Pérez, 1985)

B.2 Biodigestor de flujo discontinuo: Este biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero después

reemplazado por fibra de vidrio reforzado en plástico (FRP) para superar el problema de corrosión. Normalmente se construye la pared del reactor y fondo de ladrillo, aunque a veces se usa refuerzo en hormigón. Se entrampa el gas producido bajo una tapa flotante que sube y se cae en una guía central. La presión del gas disponible depende del peso del poseedor de gas por el área de la unidad y normalmente varía entre 4 a 8 cm de presión de agua. El reactor se alimenta semi-continuamente a través de una tubería de entrada. Ref. (Pérez, 1985) B.3 Biodigestor de domo fijo (Chino)

Este reactor consiste en una cámara de gas-firme construida de ladrillos, piedra u hormigón. La cima y " fondos son hemisféricos y son unidos por lados rectos. La superficie interior es sellada por muchas capas delgadas de mortero para hacerlo firme. La tubería de la entrada es recta y extremos nivelados. Hay un tapón de la inspección a la cima del digestor que facilita el limpiado. Se guarda el gas producido durante la digestión bajo el domo y cambia de sitio algunos de los volúmenes del digestor en la cámara del efluente, con presiones en el domo entre 1 y 1.5 m de agua. Esto crea fuerzas estructurales bastante altas y es la razón para la cima hemisférica y el fondo. Se necesitan materiales de alta calidad y recursos humanos costosos para construir este tipo de biodigestor. Más de cinco millones de biodigestores se ha construido en China y ha estado funcionando correctamente (FAO, 1992) pero, desgraciadamente, la tecnología no ha sido tan popular fuera de China.

Esta instalación tienen como ventaja su elevada vida útil (pueden llegar como promedio a 20 años), siempre que se realice un mantenimiento sistemático.

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Gráfica No. 2. Esquema del digestor chino

Esquema del digestor chino: 1. tubería de salida del gas; 2. Sello removible; 3. Tapa móvil; 4. Entrada; 5. Tanque de desplazamiento; 6. Tubería de salida; 7.

Almacenamiento de gas; 8. Materia orgánica. Fuente: Quindio, Q. 2005. Biodigestores una alternativa a las autosuficiencias energetica y de biofertilizantes. Fundacion habitat. Colombia. C. Propiedades del Biogás

Dependiendo del tipo de residuos orgánicos con lo que se trabaje se tiene la cantidad de biogás producido. Esta resumida en la siguiente tabla:

Tabla No. 1: Relación entre Volumen de Biogás producido, y la Materia Orgánica (MO) utilizada.

Tipos de residuos orgánicos Volumen de Biogas [m3/kgMO]

Desechos agroindustriales agrícolas: cervecerías, fabricantes de jugos y extractos de frutas, aceites 0,42 - 0,50

Gallinaza (estiércol de aves, pollos , patos etc.) 0,65 - 0,70

Purines agrícolas (estiércol de cerdo, de ganado) 0,22 - 0,55

Residuos “verdes” de jardinería y agrícolas 0,35 - 0,46

Residuos alimenticios y piensos 0,32 - 0,80

Residuos de mataderos y procesadoras de pescado 0,34 - 0,71 Residuos de separadores de grasa (gastronomía, restaurantes) 0,70 - 1,30

Residuos orgánicos domésticos 0,40 - 0,58 Fuente: Ramirez, C. 2004. Producción de Biogas a partir de la cachaza en un asentamiento cañero.

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Es posible realizar una serie de comparaciones con otro tipo de gases que también son utilizados como combustible. Tabla No. 2 Comparación de Propiedades Físicas del Biogás y otros gases Utilizados como combustible. Propiedad: Biogás Gas natural Propano Metano Poder calorífico (kWh/m3) 6 10 26 10 Peso esp. (kg/m3) 1.2 0.7 2.01 0.72 Encendido (grados) 700 650 470 600 Volumen de explosión (%) 6-12 4.4-15 1.7-11 4.4-16 Fuente: Ramirez, C. 2004. Producción de Biogas a partir de la cachaza en un asentamiento cañero. D. Factores que afectan la producción de gas

La actividad metabólica involucrada en el proceso metanogénico se ve afectada por diversos factores. Debido a que cada grupo de bacterias intervinientes en las distintas etapas del proceso responde en forma diferencial a esos cambios no es posible dar valores cualitativos sobre el grado que afecta cada uno de ellos a la producción de gas en forma precisa. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

Entre los factores más importantes están:

• Tipo de sustrato (nutrientes disponibles) • Temperatura del sustrato; la carga volumétrica • Tiempo de retención hidráulico • Nivel de acidez (pH) • Relación Carbono/Nitrógeno • Concentración del sustrato; el agregado de inoculantes • Grado de mezclado • Presencia de compuestos inhibidores del proceso.

E. Tipo de materia prima

Las materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro a los excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, alimenticias en general), restos de cosechas y basuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas. (Castañeda, 1984)

El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores). (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

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Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechos industriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestos enumerados o bien un post tratamiento aeróbico. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

Las sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado, compostado) a fin de liberar las sustancias factibles de ser transformadas de las incrustaciones de lignina. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

En lo atinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependerá fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

Los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentan grandes diferencias. Esto es debido al sinnúmero de factores intervinientes que hacen muy difícil la comparación de resultados. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

Como norma se deberá tomar en cuenta que a raíz de estar trabajando en un medio biológico sólo los promedios estadísticos de una serie prolongada de mediciones serán confiables siempre y cuando figuren las condiciones en las cuales fueron realizadas las pruebas. (Castañeda, 1984; Montanaro, 2007)

En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies animales son variables de acuerdo fundamentalmente al peso y al tipo de alimentación y manejo de los mismos. Cuando se encare un proyecto específico se recomienda realizar una serie de mediciones en el lugar donde se emplazará el digestor. (Castañeda, 1984; Montanaro) A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércol producido por distintos tipos de animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando como referencia el kilogramo de sólidos volátiles. (Castañeda, 1984)

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Tabla No. 3. Tabla comparativa de los tipos de estiércol, en base a su producción de metano.

ESPECIE PESO VIVO Kg

ESTIERCOL/día l/kg.S.V. %CH4

Cerdos 50 4,5 - 6 340 - 550 65 - 70

Vacunos 400 25 -40 90 - 310 65

Equinos 450 12 - 16 200 - 300 65

Ovinos 45 2,5 90 - 310 63

Aves 1.5 0,06 310 - 620 60

Caprinos 40 1,5 110 - 290 -

Fuente: Montanaro, R. 2007. Producción de biogas en granjas porcinas en confinamiento Córdoba – Argentina. E.1 Temperatura del sustrato

Para que se inicie el proceso se necesita una temperatura mínima de 4º a 5º C y no se debe sobrepasar una máxima de alrededor de 70ºC . Se realiza generalmente una diferenciación en tres rangos de temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan en cada una de ellas (Varnero, 2007)

Tabla No. 4. Rango de temperaturas en las cuales los tipos de bacterias tienen mayor vida media.

BACTERIAS RANGO DE TEMPERATURAS SENSIBILIDAD Psiccrofílicas menos de 20ºC ± 2ºC/hora Mesofílicas entre 20ºC y 40ºC ± 1ºC/hora Termofílicas más de 40ºC ± 0,5ºC/hora

Fuente: Varnero, M. 2007. Producción de biogas y abonos en chile. Proyeccion basada en materias primas y temperaturs atmosfericas.

La actividad biológica y por lo tanto la producción de gas aumenta con la temperatura. Al mismo tiempo se deberá tener en cuenta que al no generar calor el proceso la temperatura deberá ser lograda y mantenida mediante energía exterior. El cuidado en el mantenimiento también debe extremarse a medida que aumentamos la temperatura, dada la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas. (Montanaro, 2007; Varmeno, 2007)

Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger un determinado rango de temperaturas para el funcionamiento de un digestor ya que a pesar de incrementarse la eficiencia y producción de gas paralelamente aumentará los costos de instalación y la complejidad de la misma. (Montanaro, 2007)

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Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termofílicas poseen generalmente sistemas de calefacción, aislamiento y control los cuales son obviados en digestores rurales económicos que trabajan a bajas temperaturas. (Montanaro, 2007)

La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debe permanecer la biomasa dentro del digestor para completar su degradación (Tiempo de retención Hidráulica, TRH). A medida que se aumenta la temperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuencia se necesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad de biomasa. (Montanaro, 2007)

E.2 Velocidad de carga volumétrica

Con este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor. Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida que se incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención. (Varnero, 2007)

Existen diferentes formas de expresar este parámetro siendo los más usuales los siguientes: kg de material/día; kg de materia seca/día; kg de sólidos volátiles/día todos expresados por metro cúbico de digestor. (Montanaro, 2007; Varmeno, 2007)

Las cantidades de sólidos y sólidos volátiles se extraen afectando a las cantidades en Kg. de material cargado con los porcentajes de sólidos o sólidos volátiles que se obtiene por análisis. (Porcentaje de sólidos sometiendo al sustrato a desecación, 105ºC hasta peso constante y extrayendo el siguiente coeficiente: (peso húmedo - peso seco)/peso húmedo. El porcentaje de sólidos volátiles se obtiene sometiendo la muestra seca a la mufla, 560ºC durante tres horas y extrayendo el siguiente coeficiente: (Varnero, 2007)

Un factor importante a tener en cuenta en este parámetro es la dilución utilizada, debido a que una misma cantidad de material biodegradable podrá ser cargado con diferentes volúmenes de agua. (Montanaro, 2007)

E.3 Tiempos de retención

Este parámetro sólo puede ser claramente definido en los “sistemas discontinuos o batch” donde el T.R. coincide con el tiempo de permanencia del sustrato dentro del digestor. (Montanaro, 2007)

En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retención se define como el valor en días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria. (Varmeno, 2007)

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De acuerdo al diseño del reactor, el mezclado y la forma de extracción de los efluentes pueden existir variables diferencias entre los tiempos de retención de líquidos y sólidos debido a lo cual suelen determinarse ambos valores. (Montanaro, 2007)

El T.R. está íntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo. (Montanaro, 2007)

La selección de una mayor temperatura implicará una disminución en los tiempos de retención requeridos y consecuentemente serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen de material. (Montanaro, 2007)

La relación costo beneficio es el factor que finalmente determinará la optimización entre la temperatura y el T.R., ya varían los volúmenes, los sistemas paralelos de control, la calefacción y la eficiencia. (Varmeno, 2007)

Con relación al tipo de sustrato, generalmente los materiales con mayor proporción de carbono retenido en moléculas resistentes como la celulosa demandará mayores tiempos de retención para ser totalmente digeridos. (Varmeno, 2007)

El límite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de las bacterias metanogénicas debido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad de bacterias que se encuentran en el líquido. Esta extracción debe ser compensada por la multiplicación de las bacterias que pertenecen dentro del reactor. (Quindio, 2005; Ramírez, 2004)

Tabla No. 5. Tiempos de retención de varios tipos de estiércol.

MATERIA PRIMA T.R.H. Estiércol vacuno líquido 20 – 30 días Estiércol porcino líquido 15 – 25 días Estiércol aviar líquido 20 – 40 días

Fuente: Varnero, M. 2007. Producción de biogas y abonos en chile. Proyeccion basada en materias primas y temperaturs atmosfericas.

Por esta razón en los últimos años se han buscado diseños de cámaras de digestión que procuran lograr grandes superficies internas sobre las cuales se depositan como una película las bacterias u otros sistemas que logran retener a las metanogénicas pudiéndose lograr de este modo T.R. menores. (Montanaro, 2007)

E.4 Valor de acidez (pH)

Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en valores que oscilan entre 7 y 8,5. Debido a los efectos buffer que producen los compuestos bicarbonato-dióxido de carbono (CO2 -HCO3) y Amonio-Amoníaco (NH4-NH3) el proceso en sí mismo tiene capacidad de regular diferencias en el pH del material de entrada. (Montanaro, 2007)

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Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte deterioro del equilibrio entre las bacterias de la faz ácida y la metanogénica provocado por severas fluctuaciones en alguno de los parámetros que gobiernan el proceso. (Montanaro, 2007)

E.5 Contenido de sólidos

La movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve crecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de sólidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y producción de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de producciones de gas importantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de sólidos.

En este punto tampoco existen reglas fijas; mediciones realizadas utilizando mezclas de estiércoles animales en agua han determinado que para digestores continuos el porcentaje de sólidos óptimo oscila entre el 8% y el 12%.

E.6 Inclusión de inoculantes

El crecimiento bacteriano dentro de los digestores sigue desde su arranque la curva típica graficada en la siguiente

Grafica No. 3. Grafica del tamaño poblacional de bacterias vrs. unidades de tiempo.

Fuente: Quindio, Q. 2005. Biodigestores una alternativa a las autosuficiencias energetica y de biofertilizantes. Fundacion habitat. Colombia.

En la figura pueden distinguirse claramente tres etapas: La de arranque (I), la de estabilización (II) y la de declinación (III).

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La primera etapa puede ser acortada mediante la inclusión de un determinado porcentaje de material de otro digestor rico en bacterias que se encuentran en plena actividad. Esto es particularmente importante en los digestores discontinuos que deben ser arrancados frecuentemente. (Quindio, 2005)

Al llegarse en forma más rápida a la estabilización puede incrementarse la producción de gas por kg. de estiércol. (Quindio, 2005)

Los dos factores a tener en cuenta en la inoculación de un digestor es la proporción en que se agrega y la edad del mismo. Cuanto mayor sea la proporción y menor la edad mayor será la eficacia. (Quindio, 2005)

E.7. Agitación - mezclado

Los objetivos buscados con la agitación son: remoción de los metabolitos producidos por las bacterias metanógenas, mezclado del sustrato fresco con la población bacteriana, evitar la formación de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar la formación de espacios “muertos” sin actividad biológica. (Perez, 1985; Quindio, 2005)

En la selección del sistema, frecuencia e intensidad de la agitación se deberán realizar las siguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra un equilibrio simbiótico entre varios tipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cuál el metabolito de un grupo específico servirá de alimento para el siguiente implicará una mema en la actividad biológica y por ende una reducción en la producción de gas. (Quindio, 2005)

Como conclusión en la elección de un determinado sistema se tendrá siempre presente tanto los objetivos buscados como el prejuicio que puede causar una agitación excesiva debiéndose buscar un punto medio óptimo. (Quindio, 2005)

Existen varios mecanismos de agitación utilizados desde los más simples que consisten en un batido manual o el provocado por la entrada y salida de los líquidos hasta sofisticados equipos que involucran agitadores a hélice, recirculadores de sustrato e inyectores de gas. (Quindio, 2005)

E.8 Inhibidores

La presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes en determinadas concentraciones pueden inhibir e incluso interrumpir el proceso fermentativo. (Sánchez, 2001)

Cuando es demasiado alta la concentración de ácidos volátiles (más de 2.000 ppm para la fermentación mesofílica y de 3.600 ppm para la termofílica se inhibirá la digestión. También una elevada concentración de Nitrógeno y Amoníaco destruyen las bacterias metanogénicas. (Sánchez, 2001)

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Tabla. No. 6. Inhibidores, y concentraciones a las cuales afectan al crecimiento bacteriano.

INHIBIDORES CONCENTRACION INHIBIDORA

SO4 5.000 ppm

NaCl 40.000 ppm

Nitrato (según contenido de Nitrógeno) 0,05 mg/ml

Cu 100 mg/l

Cr 200 mg/l

Ni 200-500 mg/l

CN (Después que se han domesticado las bacterias metanogénicas a 2-10 mg/ml).

25 mg/l

ABS (Detergente sintético) 20-40 mg/l

Na 3.500-5.500 mg/l

K 2.500-4.500 mg/l

Ca 2.500-4.500 mg/l

Fuente: Sánchez, E; et.al. 2001. Effect of substrate concentration and temperature on the anaerobic digestion of piggery waste in a tropical climate.Process Biochemistry.

En el cuadro se dan valores de concentraciones de ciertos inhibidores comunes. Valores que se deben tomar como orientativos, puesto que las bacterias intervinientes pueden con el tiempo adaptarse a condiciones que en un principio las afectaba marcadamente. (Sánchez, 2001)

F. Café en Guatemlala El café en Guatemala es un cultivo de más de 150 años de historia. Con tantos años

en la actividad económica de Guatemala, no es de extrañarse que por mucho tiempo este cultivo haya sido, no sólo el más importante producto agronómico de Guatemala, sino también uno de los productos más importantes en la actividad económica de este país. De esa cuenta, el café ha dado empleo a más del 15% de los guatemaltecos, ha representado el 15% del PIB (Producto Interno Bruto) y ha sido generador de cerca del 30% de las divisas que ingresan al país. (Van Praag, 2004)

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Tabla No.7. Producción porcentual de café por departamento de la Republica de Guatemala. Departamento Porcentaje producción

total Por ciento producido por

pequeños pord.

San Marcos 18.9 14.8

Quetzaltenanago 10.3 6.1

Suchitepequez 8.4 4.8

Solota 4.0 72.4

Retalhuleu 3.2 18.9

Guatemala 7.0 21.9

Chimaltenangp 6.1 11.6

Escuintla 3.8 14.3

Sacatepequez 2.3 22.3

El progreso 0.3 11.9

Santa Rosa 15.8 13.6

Jalapa 1.6 18.0

Jutiapa 1.1 39.0

Huehuetenango 7.0 35.6

Quiche 0.9 27.6

Alta Verapaz 6.3 210.0

Zacapa 1.7 34.6

Baja Verapaz 0.8 28.1

Chiquimula 0.4 59..4

Fuente: Van Praag, E. 2004. Asistencia para desarrollar un servidor de mapas en internet para el mercado y certificación de café especiales en Guatemala. Guatemala. F.1 La cosecha

El período total de cosecha de café se sitúa entre los meses de setiembre y abril, dependiendo de la altitud. De setiembre a diciembre se cosecha en las zonas bajas (hasta 1.000 metros), de noviembre a enero en alturas intermedias (hasta 1.400 metros) y de enero a abril se realiza la de mayor altura (más de 1.400 metros). Durante la cosecha, los productores realizan al menos cuatro cortes, de los cuales en el primero y el último se concentran los granos con mayores problemas de calidad. En los cortes intermedios, cosechan solo grano maduro. Parece ser que en los últimos años se ha registrado un deterioro en la selección de los granos cosechados.

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Entre las causas principales éste, se han indicado las siguientes: i) Los intermediarios pagan por volumen y no ponen tanta atención a la calidad del café recibido. ii) Incremento en la demanda de mano de obra por la expansión del área cultivada. iii) Aumento de la competencia en la compra de café.

El café cosechado en pequeñas propiedades parece ser el que tiene más problemas de calidad por heterogeneidad del grano. Algunos productores medianos y grandes mantienen la tradición de producir café de buena calidad. (Camacho, 2007) G. proceso de producción de café

Mediante el método de beneficio húmedo del café se obtiene un café de alta calidad física y de la bebida. Este proceso es fundamental para que el grano presente una buena apariencia y una calidad adecuada para su exportación. (Camacho, 2007)

Este método se emplea en cafetales extensos. Su empleo requiere grandes cantidades de agua y los consiguientes equipos de bombeo. Las principales etapas son la recolección selección, despulpe, secado. (Camacho, 2007)

Etapas principales en el beneficio húmedo del café.

Recolección.

La recolección de café se le denomina "panaleo" o "corte". El café cereza es cortado a mano y luego transportado en sacos hasta los beneficios húmedos. Para garantizar la calidad del producto, se hace una selección final de los frutos de café. Con esta labor se desechan frutos todavía verdosos, y así se asegura que sólo sean procesados los frutos que tienen el punto óptimo de maduración. (Camacho, 2007)

Despulpe.

En esta etapa los frutos cereza de café son despojados de la pulpa o epicarpio. A fin de optimizar tanto el uso del agua como de energía, así como para mejorar el tratamiento de las aguas residuales y los subproductos orgánicos del café, hoy día se está promoviendo la conversión de beneficios tradicionales a beneficios húmedos ecológicos. Ello cumple el

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doble propósito de ayudar a la preservación del medio ambiente, y de no degenerar las cualidades intrínsecas del café. (Camacho, 2007)

Secado.

Esta operación se lleva a cabo en extensos patios, aprovechando la energía solar y generalmente termina el proceso en las llamadas maquinas secadoras. (Camacho, 2007)

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PARTE III

III.1 RESULTADOS Tabla No.8. Resultados Fermentación se logran apreciar los resultados de la fermentación preliminar de los sustratos qu e se utilizan para las pruebas de obtención de biogas.

No. Contenedor

Agua destilada

(ml)

Agua de lavado de café

(ml)

Agua peptonada (sustrato patrón)

Glicerina desecho de biodiesel

(ml)

Formación de CO2

Diametro recolector (cm)

pH final

1 100 0 0 0 4.5 7

2 100 0 0 300 N.A. 7

3 100 300 0 0 N.A. 5

4 100 0 300 0 N.A 7

5 100 240 0 60 2.5 5

6 100 180 0 120 N.A. 5

7 100 120 0 180 N.A. 7

8 100 60 0 240 N.A. 7

9 100 128 125 0 2,5 7 Fuente: proyecto Fodecyt 20-2008 Observaciones: N.A. : No apreciable (esto no quiere decir que no se formó). Tabla No. 9. Análisis fisicoquímico del agua de lavado de pulpa de café Tabla No. 2 Propiedades Químicas del agua de lavado de pulpa de café

ANALISIS REALIZADO

Demanda Química de Oxígeno: 3,120 mg/L

Demanda Biológica de Oxígeno: 14.1 mg/L

Nitrogeno Total: 0.4mg/L

Fósforo Total: 1.18 mg/L

pH: 7.17

Conductividad: 146.7 µS/cm

Fuente: Fodecyt 20-2008 Experimental por medio de método colorimétrico Spectroquant. Se tomo registro de los diferentes paramentros que caracterizan al agua de lavado de café, indispensables para saber que ajustes deben realizarse para optimizar el proceso de fermentación. Ya que parametros como el grado de ácidez pueden favorecer o no el crecimiento y desarrollo de bacterias metanogenicas.

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Tabla No. 10. Análisis fisicoquímico de glicerina de producción de biocombustible ANALISIS REALIZADO

Nitrogeno Total: 132mg/L

Fósforo Total: 3.70 mg/L

pH: 6.93

Conductividad: 12,120 µS/cm Fuente: Fodecyt 20-2008 Experimental por medio de método colorimétrico Spectroquant. Previo a la determinación de los parametros de la glicerina cruda se procede a realizar una neutralización con ácido clorhidrico concentrado, ya que la glicerina cruda sale del proceso de obtención de biodiesel como glicerato. Si no se realiza la neutralización el grado de pH seria muy cercano a 12, por lo que las bacterias perecerian de inmediato al entrar en contacto con el sustrato. Tabla No. 11. Resultados de concentraciones de elementos en glicerina, análisis por Rayos X.

Elemento Area Concentración ppm

K 1495.7675 38.6012

Ca 1223.4573 38.8476

Fe 143.4318 1.4339 Fuente: Fodecyt 20-2008 Fluorescencia en rayos x por reflexión total; software XAR Integra. El elemento potasio se encuentra en una concentración elevada, ya que para sintetizar el biodiesel se emplea como catalítico metanol en medio básico, y se utiliza hidróxido de potasio. Tabla No. 12. Resultados de concentraciones de elementos en agua de lavado de pulpa de café, análisis por Rayos X.

Elemento Area Concentración ppm

K 24736.9727 388.3937

Fe 285.6150 1.7369

Cu 178.4213 1.1432

Zn 170.4722 1.1985

Rb 148.5940 1.6612 Fuente: Fodecyt 20-2008 Fluorescencia en rayos x por reflexión total; software XAR Integra. En el agua de lavado de café se observa una mayor diversidad de elementos ya que el café al estar maduro, libera al agua de lavado diferentes componentes en forma de sales hidrosolubles. También se logra apreciar que el elemento potasio se encuentra en mayor proporción.

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Tabla No. 13. Resultados Fermentación; Segundo Grupo.

No. Contenedor

Agua destilada

(ml)

Agua de lavado de café (ml)

Glicerina desecho de

biodiesel (ml)

Tipo de Estiércol animal

Producto al final de la

fermentación

pH final

1 100 0 0 Cerdo CO2 7

2 100 0 165 Cerdo CO2 7

3 100 300 0 Cerdo CO2 7

4 100 250 50 Cerdo CO2 7

5 100 225 75 Cerdo CO2 7

7 100 150 150 Cerdo CO2 7

8 100 75 225 Cerdo CO2 7

9 100 300 0 Cerdo CO2 7 Fuente: Fodecyt 20-2008

Nota: Todos los biodigestores contienen estiércol de cerdo hasta un 75% de su capacidad.

En este cuadro se pueden observar las relaciones de sustratos que se trabajaron, con la intención de determinar cual de todas las combinaciones presentaba mejores resultados, para la producción de biogas, todo esto en función de la cantidad de biogas formado. Tabla no. 14. Proporciones de Terceros Biodigestores.

Sistema Agua de lavado de

Pulpa de Café Glicerina desecho

de Biodiesel

Tipo de estiércol animal

Cantidad de estiércol animal

1 0 lt 0 lt Cerdo Aprox. 500 gr. 2 1 lt 0 lt Cerdo Aprox. 500 gr. 3 0.85lt 0.15 lt Cerdo Aprox. 500 gr. 4 0.75 lt 0.25 lt Cerdo Aprox. 500 gr. 5 0 lt 0.35 lt Cerdo Aprox. 500 gr. 6 0 lt 0 lt Vaca Aprox. 500 gr. 7 1 lt 0 lt Vaca Aprox. 500 gr. 8 0.85 lt 0.15 lt Vaca Aprox. 500 gr. 9 0 lt 0.35 lt Vaca Aprox. 500 gr.

10 0.75 lt 0.25 lt Vaca Aprox. 500 gr. 11 0.5 lt 0 lt Vaca Aprox. 500 gr. 12 0 lt 0 lt Cerdo Aprox. 500 gr.

Fuente: Fodecyt 20-2008 Nota: todos los contenedor llevan, 0.5 lt de agua medio de dispersión. Esta otra tabla muestra otros biodigestores que se trabajaron con otras proporciones de sustratos, siempre con la intención de encontrar la relación optima, que genere la mayor cantidad de biogas.

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Tabla No. 15. Resultados Fermentación; Cuartos biodigestores. No. micro

biodigestor Agua de lavado de

Pulpa de Café (litros) Glicerina

(litros) Tipo de estiércol

animal Producción

Biogás 1 0 0 Cerdo X 2 1.00 0 Cerdo X 3 0.75 0.025 Cerdo X 4 0.50 0.05 Cerdo X 5 ------ ------ ------ X 6 0 0 Vaca X 7 1.00 0 Vaca X 8 0.75 0.025 Vaca ------ 9 0.50 0.05 Vaca X

10 0.25 0.10 Vaca X Fuente: Fodecyt 20-2008

Nota: Todos los biodigestores contienen estiércol de cerdo hasta un 50% de su capacidad.

En esta tabla ya se incluye un resultado preliminar de formación o no formación del gas Dioxido de Carbono, que es una señal evidente de que la reacción de fermentación se inicio en la etapa aeróbica, en la cual cepas de bacterias aeróbicas inician el proceso de fragmentación de cadenas de gran tamaño a cadenas carbonadas de por lo menos seis unidades. Algunos biodigestores mostraban resultados de manera inmediata, debido a la alta concentración de bacterias en el medio.

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Tabla No. 16. Resultados parciales de Fermentación; Quinto Grupo. Identificación

microbiodigestor Agua de lavado de

Pulpa de Café (litros) Glicerina

(litros) Producción Biogás

(gas producido) G1 0 0.365 Positivo medio (CO2) G2 0 0.178 Positivo medio (CO2) G3 0 0.140 Positivo medio (CO2) G4 0 0.103 Positivo medio (CO2) G5 0 0.065 Positivo medio (CO2) G6 0 0.050 Positivo medio (CO2) G7 0 0.03 Positivo medio (CO2) G8 0 0.020 Positivo lleno (metano) G9 0 0.005 Positivo lleno (metano)

G10 0 0 Positivo medio (CO2) A1 0.375 0 Positivo medio (CO2) A2 0.188 0 Positivo medio (CO2) A3 0.150 0 Positivo medio (CO2) A4 0.113 0 Positivo medio (CO2) A5 0.075 0 Positivo medio (CO2) A6 0.060 0 Positivo medio (metano) A7 0.045 0 Positivo medio (CO2) A8 0.030 0 Positivo medio (CO2) A9 0.015 0 Positivo medio (CO2) A10 0 0 Positivo medio (CO2) M1 0.360 0.010 Positivo medio (CO2) M2 0.225 0.020 Positivo medio (CO2) M3 0.188 0.035 Positivo medio (CO2) M4 0.150 0.050 Positivo medio (CO2) M5 0.113 0.065 Positivo medio (CO2) M6 0.075 0.103 Positivo medio (CO2) M7 0.060 0.140 Positivo medio (CO2) M8 0.045 0.178 Positivo medio (CO2) M9 0.030 0.215 Positivo medio (CO2)

M10 0.015 0.350 Positivo medio (CO2) Fuente: Fodecyt 20-2008 Nota: Todos los biodigestores contienen estiércol de cerdo hasta un 75% de su capacidad. En esta tabla se realizo la prueba en ausencia total de uno de los dos principales sustratos, con la intención de comparar o verificar si uno de los dos sustratos podria se responsable de la inhibición del desarrollo y crecimiento de bacterias metanogenicas, y se observaron algunas diferencias entre estos dos sustratos, porque el agua de labado de café fermentaba de manera más eficiente, provablemente esto se debe a que contiene bacterias especializadas que dadas las condiciones de fermentación parcial, crean un medio adecuado para el crecimiento de las mismas.

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Tabla No. 17. Resultados de producción por volumen en 3. Colector de biogás Volumen producido cm3

Blanco 100 M4 400 A9 600 A4 420 A2 750 A1 1050 G5 250

Fuente: Fodecyt 20-2008 En la tabla No.10 se logra observar el volumen de gas que se formó en un lapso de tiempo de 20 días, el volumen de biogas se registró diariamente. En las siguientes tres tablas se realizaron determinaciones del grado de ácidez y la conductividad electrica de los residuos que se generan despues de la fermentación anaerobica en los biodigestores. Tabla No.18. Análisis de glicerina desecho de producción de biodiesel Biodigestor G-1 G-3 G-10 pH 4.84 5.59 5.53 Conductividad 10.16 µS/cm 5.13 µS/cm 2.41 µS/cm Fuente: Fodecyt 20-2008

Tabla No. 19. Análisis de Agua de lavado de pulpa de café Biodigestor A-1 A-6 A-7 pH 7.25 7.3 6.18 Conductividad 2.89 µS/cm 2.06 µS/cm 2.32 µS/cm Fuente: Fodecyt 20-2008 Tabla No. 20. Análisis de mezcla de ambos sustratos Biodigestor M-1 M-6 M-10 pH 5.19 4.53 2.18 Conductividad 4.65 µS/cm 7.83 µS/cm 11.70 µS/cm Fuente: Datos Experimentales

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III.2 DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Primeramente se realizó un análisis químico a los sustratos (agua de lavado de café y glicerina desecho de biodiesel) a nivel elemental y se determinó que la concentración de inhibidores que puedan estar presentes, y que lleguen a ser un factor en la digestión; estos inhibidores son iones metálicos presentes en cada uno de los sustratos que en concentraciones muy altas pueden impedir todo el proceso de la biodegradación y por lo tanto limitan la formación de biogas. Luego se procedió a la planificación, fabricación y monitoreo de los primeros biodigestores, teniendo nueve micro biodigestores, en los cuales se tuvieron diferentes proporciones de sustratos para tener un parámetro inicial de la proporción de ambos en la cual la formación de biogas es mayor; como indicador de la digestión se tomó en cuenta la presencia de dióxido de carbono y la acidez total en el final de la digestión en fase acidogénica, la cual está dada por la presencia principalmente de ácido acético como producto intermediario entre la degradación de la materia orgánica y la producción de biogas. El diseño inicial de los microbiodigestores no fue el óptimo para llegar hasta la fase metanogénicas.

Ya tomando en cuenta esto, se procedió a la elaboración de los segundo biodigestores,

empleando envases de vidrio con capacidad de 600ml, los cuales fueron adaptados a un sistema de captura de gas por medio de bolsas empleadas para suero, como receptor de captura del gas formado; los envases se pintaron de color negro maté, para que la retención del calor solar fuera mejor, y para que el sistema, media vez permaneciera en presencia de sol, tuviera una temperatura apropiada para la proliferación de bacterias, y así la formación de biogás fuera mejor. Cuando se dio por concluido el periodo de digestión, ninguno de los sistemas dio una producción de biogas favorable, y solo se dio la formación de CO2.

Debido a esto se realizó otra colecta, iniciando el tercer sistema de biodigestión, pero

se realizo la inclusión de estiércol de vaca a la investigación, así se tendría una fuente opcional de bacterias metanogénicas. Debido a que se mantuvo un monitoreo diario de los sistemas, manteniéndolos en un área soleada, y para mejorar las condiciones de reacción en los sistemas se colocaron dentro de una caja fabricada con tubo PVC y forrada con plástico negro, con lo cual la temperatura durante el medio día se mantiene alrededor de los 40 ºC, y en la noche la temperatura llega a estar por debajo de los 21 ºC. de esta manera se obtuvo una mejoría en la producción de biogas, y para comprobar la presencia de biogás, se realizaron pruebas de ignición al gas obtenido en los diferentes biodigestores; ya que como el biogás es mayormente metano (gas natural), y este tiene la propiedad de ser inflamable, por lo cual con el empleo de un mechero de baja combustión, se observaba al mezclar la llama con el gas obtenido de la fermentación si este combustionaba, lo cual es considerado como una prueba positiva; en el caso contrario, se obtendría la sofocación de la llama, ya que una alta presencia de CO2 en una llama, esta es apagada ya que este gas no combustiona.

El cuarto sistema de biodigestión se realizó con el empleo de envases plásticos con

capacidad de 4 Litros, los cuales fueron adaptados a un sistema de captura de gas por medio de bolsas empleadas para suero, como receptores del gas formado. Para la optimización de las condiciones de reacción se implemento un baño María, empleando una caja metálica, la cual tiene 75 cm de largo, 50 cm ancho y 25 cm de alto, que en su interior caben alrededor

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de 10 microbiodigestores de la capacidad antes mencionada. La utilización del baño de maría es para lograr mantener una temperatura adecuada para el desarrollo de bacterias, y así la producción de biogás sea mayo; la temperatura de los sistemas se ha mantenido entre 40-50 ºC, la cual es la temperatura óptima para la obtención de biogás. Para comprobar la presencia de biogás, se realizaron pruebas de ignición al gas obtenido en los diferentes biodigestores. En tres días de fermentación se ha obtenido biogás en el microbiodigestor número 9, el cual fue detectado al realizar la prueba de ignición. Se mantuvo durante aproximadamente un mes los sistemas entre 40-50 ºC, tiempo en el cual se obtuvo digestión y producción de gas. Dentro de los microbiodigestores que produjeron gas, se realizó la prueba de ignición, dando positivo en algunos microbiodigestores; pero conforme se mantuvo mayor tiempo de fermentación, se obtuvo mayor producción de biogás; exceptuando en al microbodigestor número 8. Dentro de los resultados positivos con la prueba de ignición, se tuvo la oportunidad de realizar la caracterización empleando Cromatografía de Gases, en la unidad de Análisis Instrumental de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, con la cual se confirmo la presencia de gas metano, el cual es el componente mayoritario del biogás. Se obtuvieron cromatogramas, en los cuales se observa la presencia de biogás, como producto de la fermentación. Por último se inicio la biodigestión dentro de 30 micro-biodigestores, siendo el quinto sistema de biodigestión, empleando envases plásticos con capacidad de un litro, en los cuales se mezclaron diferentes proporciones entre glicerina, agua de lavado de café y estiércol de vaca; los cuales fueron adaptados a una bolsa de otro polímero plástico para la captura del gas; a cada mezcla se le agregaron aproximadamente 250 gr de estiércol de vaca semifresco. Se mantuvo los sistemas entre 40-50 ºC, medio en el cual ya se han obtenido los primeros resultados, en un lapso menor a una semana. Dentro de varios microbiodigestores hubo producción de gas; a los cuales se realizó la prueba de ignición, dando positivo en algunos microbiodigestores; pero en la mayoría de sistemas de mezcla, el resultado de la prueba de ignición fue negativa. A los biodigestores se les midieron parámetros iniciales; como lo son pH (potencial de hidrógenos), TDS (sólidos totales en suspensión) y conductividad (capacidad de conducir electricidad) siendo aceptables para ambos sustratos, (agua de lavado de pulpa de café, glicerina residual y para las mezclas de ambos). Se realizan pruebas de ignición a los sistemas micro-biodigestores del biogás que se encuentran significativamente repletas de las cuáles solo eran representativas las que utilizaban agua de lavado de pulpa de café como sustrato, incluso el micro-biodigestor A-2 excedió la presión límite de producción. Los sistemas con producción positiva de gas, fueron evaluados, dando positivo la prueba de ignición, obteniendo un gas inflamable.

En los sistemas de micro-biodigestión con gas, que dieron positivo a la prueba de ignición, se inyectan en un cromatógrafo de gases utilizando una columna capilar apolar de 100 metros de longitud (AT-PETRO) con las condiciones:

- Temperatura máxima: 350 grados Celsius. - Diámetro interno de la columna: 0.25 mm. - Capa interna de fase estacionaria: 0.50 micrometros.

Comparando el tiempo de retención de cada gas analizado contra el presentado por el estándar metano sintetizado, siendo un método eficaz para la comprobación de la presencia de metano en el biogás.

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Posterior a los micro-biodigestores, se procedió a colectar aproximadamente 10 galones de cerdasa (estiércol de cerdo) para el biodigestor a nivel de planta artesanal; dicho biodigestor consta de un tonel metálico de 55 galones (210 litros) de capacidad al cual se le hizo la adaptación de un manómetro de 15 PSI de presión, para el control de la presión interna. Se agregaron al biodigestor aproximadamente 10 galones de agua de lavado de pulpa de café diluidos en 10 galones de agua y se procedió al proceso de fermentación anaeróbica, con su respectivo monitoreo de presión y drenaje de dióxido de carbono. El sistema se mantuvo con monitorio diario, con el cual se realizaba una revisión de la presión interna, al igual que prueba de ignición diaria. Se mantuvo generación de presión constante, pero esta era dada a la presencia del dióxido de carbono generado, lo cual se comprobaba con un resultado negativo en la prueba de ignición. Luego de mantener el sistema durante 5 semanas, se obtuvo durante las últimas dos resultados levemente positivos en la prueba de ignición, ya que se obtenía una pequeña llama, pero la concentración de metano no era lo suficiente para mantener la flama, pero da indicios de presencia de biogás. La condición limitante fue la temperatura del digestor a nivel de planta artesanal, la cual fue de temperatura ambiente (23°C), la cual varió de acuerdo a la hora y el cima diario (caluroso, lluvioso, frío).

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PARTE IV. IV.1 CONCLUSIONES 1. Se produjo Biogás a partir del agua de lavado de pulpa de café y glicerina. 2. Se lograron optimizar las condiciones del proceso de fermentación para la obtención de

máxima producción de biogás bajo el sistema desarrollado. 3. Se determinó la cantidad de biogás producido en un biodigestor de flujo discontinuo, a

partir de agua de lavado de pulpa de café y glicerina por medio de volumen y caracterización cualitativa en cromatografía de gases.

4. Se logró una producción de biogás útil a partir de la utilización de desechos de origen

industrial. 5. El agua de lavado de pulpa de café tiene mayor potencial de ser utilizado como sustrato

para un biodigestor, no siendo este el caso de la glicerina residual de la producción de biodiesel.

6. La glicerina residual de la producción de biodiesel no es un sustrato ideal, posiblemente

debido al hecho de ser un producto que requiere neutralización ácida y el pH no sea el optimo para el desarrollo de las bacterias metanogénicas, y que pueda tener una concentración muy alta de sales inorgánicas que puedan inhibir el proceso de fermentación anaeróbica.

7. Todo sistema de biodigestión tiene el potencial de generar biogas, pero esto puede ser

fomentado y hasta acelerado mediante el calentamiento de los sistemas a una temperatura alrededor de los 40°C.

8. Las bacterias metanogénicas empiezan a producir biogas una vez se a consumido el aire

presente en cada uno de los biodigestores, hasta que este elemento se elimina se inicia la fermentación anaeróbica.

9. Las bolsas que comúnmente se utilizan como contenedores de sueros, presentaron los

mejores resultados para el almacenamiento de biogas obtenido de los diferentes contenedores ya que son 100% herméticos y resistentes a la presión ejercida por el gas, y a las condiciones atmosféricas extremas.

10. La metodología empleada para la caracterización del gas metano, mediante

cromatografía de gases, presentó excelentes resultados ya que tanto el detector como la columna resultaron idóneos, generando cromatogramas claros y de gran definición y sobre todo evidenciando los picos característicos y en el rango que reporta la bibliografía.

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11. El uso de un serpentin de cobre, alrededor del biodigestor a escala de planta piloto mantiene una temperatura constante de por lo menos 40 grados, que es lo optimo para el desarrollo de las bacterias metanogénicas. Logrando un mayor desarrollo de biogas.

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IV.2 RECOMENDACIONES 1. Se recomienda utilizar el mismo sistema implementado con otros sustratos. 2. Se recomienda una caracterización cuantitativa por cromatografía de gases utilizando

un estándar de metano. 3. Se debería de comprobar el uso con otros desechos de origen industrial para la

producción de biogás. 4. La industria del café podría aprovechar el agua de lavado de pulpa de café para la

producción de energía por biogás. 5. Mejorar el sistema de recolección del biogas, a manera que este sea mucho más

eficiente, y pueda soportar el hecho que un biodigestor produzca una gran cantidad de gas.

6. Utilizar como inoculo de bacterias metanogenicas, cultivos puros para garantizar la

vitalidad de la cepa, la cantidad de microorganismos presentes en el biodigestor, y aumentar la provabilidad de desarrollo de las bacterias especificas para la producción de metano.

7. Utilizar un estadar de gas metano, para incrementar la confiabilidad de los resultador

por cromatografía de gases, ya que se utilizo un estandar sintetico obtenido a partir de acetato de calcio.

8. Someter a la glicerina a un proceso termico ó de aireación con la intención de eliminar

algún remanente de metanol utilizado como catalitico en la elaboración de biodiesel, y así garantizar la ausencia del mismo, ya que resulta perjudicial para las bacterias metanogenicas que son eliminadas con este bacterisida potente.

9. Monitorear la temperatura del biodigestor con termometros situados dentro del sistema,

para tener un registro más exacto de la variación de la temperatura con respecto al tiempo, ya que el biodigestor a escala de planta piloto estaba instalado a la interperie, y por el material del mismo, no mantenia una temperatura constante.

10. Considerar el incluir con los sustratos de glicerina y agua de lavado de café, un sustrato

complementario que sea rico en carbohidratos, para garantizar que la bacterias metanogenicas tengan disponibilidad de material facilmente degradable en la fase anaerobica.

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IV.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Camacho, Carlos. 2007. Caracterización de la cadena del café de Guatemala.

Disponible en: www.grupochorlavi.

2. Castañeda, Herbert. 1984. Estudio comparativo entre diferentes digestores de alta productividad empleados en procesos de fermentación utilizando jugo de pulpa de café como sustrato. Universidad San Carlos de Guatemala. (tesis de graduación, facultad de ingeniería) Guatemala. p.72 (p.27-35).

3. Montanaro, Roberto. 2007. Producción de biogas en granjas porcinas en confinamiento Cordoba – Argentina. Disponible en: http://www.engormix.com Fecha de consulta 11 de septiembre.

4. Perez, Francisco. 1985. Metodología para la elaboración de un estudio de factibilidad técnico- económico para la construcción de biodigestores en una comunidad. Universidad San Carlos de Guatemala. (tesis de graduación, Facultad de Ingeniería). Guatemala p. 86 (p. 23 – 34).

5. Quindio, Quinbaya. 2005. Biodigestores una alternativa a las autosuficiencias energetica y de biofertilizantes. Fundacion habitat. Colombia. p. 33 (p 3- 31).

6. Ramírez, Conrado. 2004. Producción de Biogás a partir de la cachaza en un asentamiento cañero. Disponible en: http://www.energia.holguin.cu Fecha de consulta: 3 de septiembre 2007.

7. Sanchez E, Weiland P, Martin A. 2001. Effect of substrate concentration and temperature on the anaerobic digestion of piggery waste in a tropical climate.Process Biochemistry. pág 489. (p.237-241).

8. Van Praag, Eric. 2004. Asistencia para desarrollar un servidor de mapas en internet para el mercado y certificación de café especieles en Guatemala. Guatemala. p. 12 (p. 4–8).

9. Varnero, María. 2007 Producción de biogas y abonos en chile. Proyeccion basada en materias primas y temperaturas atmosféricas. Disponible en: http://www.methanetomarkets.org.

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IV.4 ANEXOS

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ANEXO 1 Grafica 4. Espectro IR resultante del análisis realizado a la glicerina neutralizada

Fuente: Fodecyt 20-2008

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ANEXO 2 Grafica 5. rayos X agua lavado cafe

Fuente: Fodecyt 20-2008 Grafica 6. rayos X glicerina

Fuente: Fodecyt 20-2008

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ANEXO 3 FOTOGRAFIAS DE MUESTREO, PRUEBAS Y PROCESO DE BIODIGESTION EN DIVERSAS CONDICIONES Fotografía 1 Fotografía 2 Entrada de Granja Experimental Primeros Micro-biodigestores luego de 45 días Unidad Porcina de fermentación.

Fotografía 3 Fotografía 4 Segundos Micro-biodigestores luego Terceros Micro-biodigestores, conteniendo de 50 días de fermentación. mezclas de estiércol de cerdo, agua de lavado de café y glicerina

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Fotografía 5 Fotografía 6 Los Investigadores Byron Lopez y Vista del sistema implementado para la Gerardo Pineda, colocando y asegurando producción y recolección de biogás los microbiodigestores

Fotografía 7 Fotografía 8 Realización del análisis de Sólidos Investigador Byron Lopez realizando Totales en agua de lavado de café monitoreo a los biodigestores

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Fotografía 9 Fotografía 10 Biodiestores, en los cuales ya se hizo Investigador Byron Lopez y Lic. Erick empleo de estiércol de vaca y de cerdo Estrada realizando monitoreo a los biodigestores

Fotografía 9 Fotografía 10 Caja de PVC empleada como aislante Sistema para la síntesis de metano térmico para los biodigestores

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Fotografía 11 Fotografía 12 Caja metálica, la cual es utilizada como Investigador Gerardo Pineda revisando Baño de Maria para la biodigestión. Los sistemas de biodigestión.

Fotografía 13 Fotografía 14 Cuarto sistema de biodigestión.

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Fotografía 15 Fotografía 16 Realización de prueba de llama a Investigador Gerardo Pineda realizando biogás obtenido en biodigestión. las mezclas de los sistemas de biodigestión.

Fotografía 17 Fotografía 18 Quinto sistema de biodigestión. Investigador Gerardo Pineda

introduciendo sustratos dentro del biodigestor.

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Fotografía 19 Fotografía 20 Investigador Gerardo Pineda y Lic. Erick Vista del biodigestor a nivel de planta Estrada, introduciendo el estiércol animal. artesanal.

Fotografía 21 Fotografía 22 Vista del manometro después de Vista del manometro después de transcurridas 4 semanas. transcurridas 6 semanas.

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PARTE V

V.1 INFORME FINANCIERO

AD-R-0013

DÉCIMA OCTAVA CONVOCATORIA LINEA FODECYT

Nombre del Proyecto:

Determinación y evaluación de la producción de Biogas, a partir de una mezcla de agua de lavado de pulpa de Café y Glicerina obtenida del proceso de elaboración de Biodiesel para una planta artesanal.

Numero del Proyecto: 020-2008

Investigador Principal: LIC. ERICK GIOVVANI ESTRADA PALENCIA

Monto Autorizado: Q237,930.00

Plazo en meses 12 MESES Fecha de Inicio y Finalización: 01/09/2008 al 31/08/2009

TRANSFERENCIA En Ejecuciòn

Menos (-) Mas (+) Grupo Renglon Nombre del Gasto Asignacion

Presupuestaria

Ejecutado Pendiente de

Ejecutar

1 Servicios no personales

181 Estudios, investigaciones y proyectos de factibilidad

Q 73,300.00 Q 36,648.00 Q 36,652.00

181 Estudios, investigaciones y proyectos de factibilidad (Evaluación Externa de Impacto)

Q 8,000.00 Q 8,000.00

121 Publicidad y propaganda Q 1,000.00 Q 1,000.00 2 MATERIALES Y SUMINISTROS

214 Productos agroforestales, madera, corcho y sus manufacturas

Q 1,599.57 Q 599.57 Q 1,000.00

249 Otros productos de papel, cartón e impresos

Q 218.50 Q 218.50 Q -

261 Elementos y compuestos químicos Q 30,000.00 Q 10,443.85 Q 20,656.15 Q 1,100.00 262 Combustibles y lubricantes Q 444.06 Q 444.06 Q - 268 Productos plásticos, nylon, vinil y pvc Q 4,000.00 Q 1,329.14 Q 1,362.75 269 Otros productos químicos y conexos Q 166.94 Q 166.94 Q - 283 Productos de metal Q 1,174.93 Q 674.93 Q 500.00 286 Herramientas menores Q 526.77 Q 526.77 Q - 289 Otros productos metálicos Q 67.20 Q 67.20 Q -

295 Útiles menores, médico-quirúrgicos y de laboratorio

Q 6,245.88 Q 6,453.99 Q 208.11

3 PROPIEDAD, PLANTA, EQUIPO E INTANGIBLES

323 Equipo médico, sanitario y de laboratorio

Q 100,000.00 Q 7,188.94 Q 92,811.06

329 Otras maquinarias y equipos Q 100,000.00 Q 100,000.00 Q - GASTOS DE ADMÓN. (10%) Q 21,630.00 Q 21,630.00 Q - Q 237,930.00 Q 110,443.85 Q 110,443.85 Q 96,604.19 Q 142,633.92 MONTO AUTORIZADO Q 237,930.00 Disponibilidad Q 136,325.81 (-) EJECUTADO Q 96,604.19 SUBTOTAL Q 141,325.81 (-) CAJA CHICA Q 5,000.00 27/01/2009 TOTAL POR EJECUTAR Q 136,325.81