MANUAL INFORMATIVO

Elabore su propio biodigestor de bajo costo Basado en el manual elaborado por Raúl Botero Botero y Thomas R. Preston

2005 Tabla de Contenido

Pág.

1 Objetivo................................................................................. 4 2 Introducción.......................................................................... 5 3 La destrucción de los ecosistemas......................................... 6

3.1 USO DE LEÑA ..........................................................................7 3.2 INCENDIOS.............................................................................7

4 El Biodigestor ........................................................................ 8 4.1 BIOGÁS ..................................................................................8 4.2 FUENTES DE GAS METANO:.......................................................8 4.3 PRINCIPIO OPERACIONAL .........................................................9 4.4 TIPOS DE BIODIGESTOR:..........................................................9

4.4.1 De Flujo Discontinuo................................................................9 4.4.2 Flujo Continuo. .......................................................................9

5 Microbiología de la producción de Biogás ............................ 10 6 Condicionantes de la producción de biogás ......................... 13 7 Análisis de la producción de biogás según substratos ......... 14 8 Materiales necesarios para la instalación ............................ 14 9 Metodología de instalación del Biodigestor.......................... 15 10 Factores a considerar en el funcionamiento del Biodigestor. .............................................................................. 16

10.1 VALORES DE PH EN LA FASE LÍQUIDA. ..................................... 16 10.2 RELACIÓN CARBONO: NITRÓGENO EN LAS EXCRETAS................ 16 10.3 RANGOS DE TEMPERATURA. ................................................... 16 10.4 SUMINISTRO DE EXCRETAS AL BIODIGESTOR........................... 17 10.5 PROPORCIÓN ENTRE EXCRETAS Y AGUA................................... 17 10.6 TIEMPO DE RETENCIÓN Y CANTIDAD DE EXCRETAS. .................. 17 10.7 PROTECCIONES AL BIODIGESTOR. .......................................... 17

11 Dimensiones del biodigestor y su producción.............. 19 12 Estimación de beneficios económicos del biodigestor ............................................................................... 20 13 Ventajas del Biodigestor ............................................. 22 14 Bibliografía Citada....................................................... 22

Lista de Cuadros Cuadro 1. Incendios del 90 al 2004 en Nicaragua. .......................................6 Cuadro 2. Composición química del Biogás.................................................8 Cuadro 3. Estimación de beneficios económicos en dos biodigestores de

diferente tamaño......................................................................... 20

Lista de Figuras Figura 1. Avance de la frontera agrícola en los 90´s. ...................................6 Figura 2. Incendios en Nicaragua. .............................................................7 Figura 3. Proceso microbiológico de la producción de Biogás. ...................... 12 Figura 4. Methanobrevibacter smithii bacteria productora de metano ........... 12 Figura 5. Colonias de metanobacters. ...................................................... 13 Figura 6. Producción de metano según substrato utilizado. ......................... 14 Figura 7. Esquema del biodigestor .......................................................... 19 Figura 8. Esquema de análisis económico del Biodigestor. .......................... 21

1 OBJETIVO Informar al participante acerca de la producción de biogás a bajo costo utilizando materiales y técnicas sencillas.

2 INTRODUCCIÓN Nuestros antepasados quemaron grandes áreas de bosque con el fin de limpiar el suelo y trabajar la tierra procurándose su alimentación y vivienda. También a partir de esto obtenían madera para la construcción de hogares y combustible como leña. En los tiempos antiguos era factible este tipo de prácticas por la poca población humana y la regeneración natural del bosque superaba la tasa de destrucción. Actualmente la población mundial esta creciendo muy aceleradamente destruyendo y limitando los recursos naturales (Botero y Preston 1987). El suministro de leña esta disminuyendo. La agricultura, ganadería, tala de los bosques y la baja escala de reforestación están afectando esta fuente energética de la cual depende más de una tercera parte de la población rural de bajos ingresos del mundo (CATIE 1984 citado por Botero y Preston). Por otro lado, esta el constante problema de los incendios forestales que disminuyen los recursos. Por último, la utilización de leña destruye la salud de las familias que inhalan constantemente humo. Los costos crecientes y la disponibilidad limitada de las fuentes minerales de energía adicionados a la dificultad de su distribución en el medio rural y los altos costos de los fertilizantes químicos hacen necesario desarrollar métodos más eficaces y de bajo costo para el reciclaje de excretas y la producción de combustible y fertilizante en los sistemas agropecuarios (Botero y Preston 1987). La familia campesina puede mejorar su bienestar y proteger al ambiente a través del biodigestor. Ya no tiene que recolectar leña y la cocción no produce humo nocivo para la salud. La eliminación del uso de leña para la cocción de los alimentos reduce la deforestación. La utilización del abono orgánico producido por el biodigestor permite incrementar los rendimientos en todo tipo de cultivos y acuicultura; produciendo alimentos nutritivos y variados para autoconsumo y excedentes para la venta, permitiendo así una mejor nutrición, aumento de los ingresos y del bienestar de las familias campesinas (Botero sf). Debido a esto se realiza este documento con el fin de fomentar el uso de biodigestores.

3 LA DESTRUCCIÓN DE LOS ECOSISTEMAS La tasa de deforestación anual es alta e incontrolada. Entre 70 000 y 100 000 hectáreas son deforestadas año con año. El avance de la frontera agrícola modifica el uso de la tierra. La suma de ambos problemas genera una alarma e invitación a la búsqueda de soluciones tecnológicas que reduzcan la presión sobre la flora nativa. Cuadro 1. Incendios del 90 al 2004 en Nicaragua. Fuente: Centro Humbolt, 2005. Figura 1. Avance de la frontera agrícola en los 90´s. Fuente: La evolución de frontera en el sudeste de la frontera. Matilde Mordt 2002.

3.1 Uso de leña

Cerca de la mitad de la población del mundo y alrededor del 90 % en las zonas rurales, aún utilizan leña para cocinar y calentarse en los hogares. Quemar la leña emite grandes cantidades de contaminantes al aire generando grandes impactos a la salud. Las enfermedades respiratorias agudas son causa de muerte en alrededor de 4.1 millones de niños, donde la leña es culpable de 1.2 millones. El Banco Mundial considera que alrededor de 700 millones de mujeres y niños están expuestos a concentraciones críticas de contaminantes producidos por la leña. Los elementos tóxicos generados son monóxido de carbono, alta cantidad de partículas en suspensión y sustancias como benceno, 1,3-butadieno, formaldehídos.

3.2 Incendios

Figura 2. Incendios en Nicaragua. Fuente: Alcaldía Nueva Guinea.

4 EL BIODIGESTOR El biodigestor es una tecnología que aprovecha algunos de los recursos que el hombre desecha de su finca para generar energía. Se utiliza excretas (heces y orina) de animales domésticos (bovinos, búfalos, equinos, porcinos, etc.) y de humanos. Estas se pueden convertir en “BIOGAS” (metano, CO2 y otros) y “Efluente” que es fuente de combustible y abono orgánico.

4.1 Biogás

El biogás es una mezcla de gases y su composición depende del tipo de residuo orgánico utilizado para su producción y de las condiciones en que se procesa. Este tiene varios usos pero debe purificarse si se usa como combustible en motores: el gas carbónico se elimina al hacer burbujear el biogás en agua; el ácido sulfídrico, burbujeándolo en una solución de soda cáustica ó en agua que contenga sulfato de cobre disuelto, también pasándolo por una trampa de limadura de hierro o esponjillas de alambre. Introducir pequeñas cantidades de aire (3 a 5% del volumen del depósito para el biogás) reduce hasta en un 95% el ácido sulfídrico producido. La humedad se elimina haciendo circular el biogás entre cloruro de calcio. Los principales componentes del Biogás, son los siguientes: Cuadro 2. Composición química del Biogás

Componente Demanda química % Aproximado Metano CH4 60-70

Gas Carbónico CO2 30-40 Hidrógeno H2 1 Nitrógeno N2 0,5

Monóxido de Carbono CO 0,1 Oxígeno O2 0,1

Ácido Sulfídrico H2S 0,1 Fuente: Guerrero y Pérez, 2001

4.2 Fuentes de Gas Metano:

El gas metano (Componente principal del Biogás) se origina tanto de recursos no renovables, a partir de la destilación de petróleo, como de fuentes renovables como la descomposición anaeróbica de la materia orgánica. La descomposición de esta materia orgánica también da como resultado la formación de otros gases como el hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, sin embargo si se regulan las condiciones de la descomposición se logra obtener una mayor cantidad de gas metano.

4.3 Principio operacional

El biogás se produce en un recipiente cerrado o tanque denominado biodigestor el cual puede ser construido con diversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plástico. Los biodigestores, de forma cilíndrica o esférica poseen un ducto de entrada a través del cual se suministra la materia orgánica (por ejemplo, estiércol animal o humano, las aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y un ducto de salida en el cual el material ya digerido por acción bacteriana abandona el biodigestor. Los materiales que ingresan y abandonan el biodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en biogás.

4.4 Tipos de Biodigestor:

Hay dos tipos genéricos de biodigestores, clasificados de acuerdo a la forma de llenado en biodigestores de flujo discontinuo (bache) y flujo continuo.

4.4.1 De Flujo Discontinuo

Los biodigestores de flujo discontinuo o bache corresponden a aquellos diseños cuyo llenado con influente (mezcla de agua y materia orgánica) es hecho en un solo momento y son vaciados luego de un tiempo prudencial, una vez que el material interno (influyente) se ha degradado y ha generado el gas, momento en que deben ser llenados de nuevo. Dentro de este tipo de biodigestores, el más utilizado es el de barril, en especial para trabajos de investigación o en lugares donde no hay disponibilidad constante de materia orgánica y agua.

4.4.2 Flujo Continuo.

Al tipo de biodigestores de flujo continuo pertenecen aquellos que como su nombre lo indica permiten la entrada y salida constante de fluido (para el caso, líquidos). Hoy existen muchos diseños y formas según su estructura, entre los cuales se destacan: De estructura sólida fija: Son aquellos armados en una sola estructura que por regla general es hecha en materiales rígidos (concreto, bloques o ladrillos). Debido a la alta presión que pueden alcanzar en su interior y a la constante variación de la misma, se recomienda su construcción bajo tierra en suelos estables y firmes, evitar cualquier tipo de grieta o fisura en la estructura e impermeabilizar la misma (en su interior) para no permitir el escape de líquidos y gases. Estos factores hacen obligatorio el uso de mano de obra altamente calificada para su diseño y construcción.

De estructura sólida móvil: Los biodigestores de este grupo tienen dos estructuras: la primera al igual que en los de estructura sólida fija, va enterrada y hecha en concreto, bloques o ladrillos; la segunda en la mayoría de los casos es una campana de acero que "flota" sobre la primera estructura. Los biodigestores de este grupo son los únicos que logran mantener una presión constante del gas que generan, pero requieren una inversión bastante alta en la hechura de la estructura, de la campana, y en el mantenimiento de la misma para controlar su corrosión. De estructura flexible Los altos presupuestos requeridos para la construcción de biodigestores e estructuras sólidas, impiden que las personas con pocos recursos económicos tengan oportunidad de instalar uno de estos diseños, razón que motivó en Taiwan, en los años 60s, la idea de hacer las cámaras de digestión en materiales flexibles (membranas de nylon y neopreno) que aun eran costosas. En los 70s fue usado un residuo de menor costo proveniente de las refinerías de aluminio, y veinte años después se recurrió al PVC y al polietileno, material vigente hoy principalmente en América Latina. En términos generales, la estructura de la cámara de digestión consiste en un cilindro hecho en alguna membrana impermeable a los gases y líquidos (nylon, caucho, PVC, polietileno) que es depositado en forma horizontal en una fosa excavada en el suelo. Aunque este modelo trabaja a presiones bastantes bajas, no funciona con residuos orgánicos fibrosos y la duración del cilindro es de unos cinco a 10 años (aunque de fácil reemplazo). Es el modelo menos costoso en su construcción, pues su precio máximo es la décima parte que el modelo menos costoso en otras versiones. 5 MICROBIOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

La fermentación anaeróbica es el principal proceso bioquímico productor de biogás. Consiste en la descomposición o degradación del estiércol o cualquier otro tipo de desecho orgánico por la acción de bacterias en un ambiente carente de oxígeno durante el cual libera una mezcla de gas metano (60 – 70%) y dióxido de carbono (30 – 40%). Durante la fermentación el material orgánico se fragmenta y cuando sale del digestor se vuelve más líquido. La fermentación anaeróbica consiste en tres fases para la producción de gas. La primera fase es un periodo de licuefacción. Enzimas extracelulares de ciertas bacterias tales como celulosas, lipasa, proteasa, etc., hidrolizan externamente la materia orgánica. Así, por ejemplo, los polisacáridos son metabolizados a mono y disacáridos, las proteínas a polipéptidos y aminoácidos, las grasas a glicerol y ácidos grasos. En otras palabras, la

materia orgánica sólida es transformada en materia soluble (TEC, 1985). La segunda fase o período de acidogénesis. Los productos de la primera fase penetran las células bacterianas, donde por medio de endoenzimas son transformadas a compuestos micromoleculares tales como ácidos grasos, alcohol, etc. Las fases de licuefacción y acidogenesis son procesos consecutivos y se conocen como periodo no productor de metano. En esta etapa la materia orgánica compleja es convertida en sustancias que pueden ser usadas por las bacterias productoras de metano (TEC, 1985). La ultima fase es la conocida como periodo productor de metano. En él los sustratos producidos son transformados a metano por la acción de un grupo particular de bacterias que requieren de un ambiente estrictamente anaeróbico, son muy sensibles al oxigeno y a otros tipos de agentes oxidantes (TEC, 1985). El metano se puede producir de 3 maneras mediante el metabolismo bacteriano (TEC, 1985):

1. A partir de ácidos volátiles: Ácido butanoico + agua + dióxido de carbono ácido acético + metano. 2 CH3 CH2 CH2 COOH + H2O + CO2 CH3 COO H2 + CH4

Ácido acético Metano + Dióxido de carbono CH3 COOH CH4 + CO2

2. A partir de alcohol y dióxido de carbono

Propanol + Dióxido de carbono ácido acético + Metano CH3 CH2 CH2 OH + CO2 CH3 COOH + CH4

3. A partir de la reducción del dióxido de carbono

Dióxido de carbono + Hidrógeno Metano + agua CO2 + 4H2 CH4 + 2H2 O

Figura 3. Proceso microbiológico de la producción de Biogás. Figura 4. Methanobrevibacter smithii bacteria productora de metano

M. O. ACIDOSORGANICOS

CH4 + CO2

Bacteriasformadoras

ACIDOS

Formadorasde

METANO

Acidogenicas:ClostridiumLactobacilusActinomycesEscherichia coliStaphylococcus

Metanogencias:MetanobacteriumMetanobacillusMetanococcusMetanosorcina

Licuefaccion

Figura 5. Colonias de metanobacters. 6 CONDICIONANTES DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Ambiente anaeróbico y agua. Los microorganismos principales son anaeróbicos. La descomposición en ambientes aeróbicos produce CO2, y en anaeróbicas produce metano. La proporción de agua y espacio libre es de 70 % solución y 30 % de espacio para el biogás (TEC, 1985). Temperatura apropiada. El biogás puede ser producido a cualquier temperatura entre los 5 y 60 0C. Entre este rango entre mas alta sea mejor será la producción de metano aunque en otros estudios se han demostrado que las temperaturas entre 30 y 35 0C, reúnen las mejores condiciones para buena producción de biogás (TEC, 1985). pH apropiado. El rango de pH óptimo para lograr mayor eficiencia en la producción de biogás va de 6.7 y 7.5 Griffis et al (1980) citado por CICTA (1999). El pH se mantiene en ese rango sólo si el biodigestor opera correctamente. Si se torna muy ácido, la acción de las bacterias metanogénicas se inhibe y aumenta la proporción de gas carbónico en el biogás Taiganides et al (1963) citado por CICTA (1999).

7 ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS SEGÚN

SUBSTRATOS Figura 6. Producción de metano según substrato utilizado. Los lípidos son los mayores productores de metano. En la figura 6, se puede observar que FATS & OILS son los que presentan mayor rendimiento en la producción de biogás. Debido a esta razón se puede suponer que los monogástricos poseen mayor contenido de lípidos en sus excretas y por ende produzcan mayor metano. 8 MATERIALES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN

• 25 metros de tubular en polietileno transparente calibre 8, de 5 metros de

circunferencia. • 8 baldes circulares plásticos, sin fondo, de 20 litros de capacidad, o 2

alcantarillas de concreto de 12 pulgadas de diámetro. • 2 metros de manguera plástica transparente y flexible de 1¼ pulgadas de

diámetro. • 1 adaptador macho de PVC de 1' • 1 adaptador hembra de PVC de 1' • 1 tee de PVC de 1' de diámetro. • 2 codos de 90 grados de PVC de 1 pulgada de diámetro. • 1 tapón liso de PVC de 1 pulgada • 100 cm de tubería gris de PVC de 1 pulgada de diámetro. • 1 frasco de pegante para PVC. • 50 cm de tubería metálica galvanizada de ½ pulgada de diámetro. • 2 arandelas de acrílico, madera, fibra de vidrio, aluminio o material sintético

firme de 20 cm. de diámetro con un agujero central de 1 pulgada. • 1 frasco plástico transparente, sin tapa, de 2 a 5 litros de capacidad. • 2 empaques circulares de neumático usado de 25 x 25 cm.

Relative Biogas Yield (& Energy Potential)Biomass

Feedstock0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Manures 100 %

Whey 200 %

Crop & Green Waste 300 - 600 %

Food Processing 600 - 900 %

Fats & Oils1,600 -2,400 %

• 10 correas de neumático usado de 5 cm de ancho por 2 m de largo. • 8 sacos vacíos de polipropileno. • Una alambrina o esponjilla metálica de lavar ollas. 9 METODOLOGÍA DE INSTALACIÓN DEL BIODIGESTOR

Se excava la fosa en tierra. Se acondiciona la bolsa de polietileno, dejándola doble. Se le quita el fondo a los baldes plásticos. Se preparan dos tubos plásticos, formado cada uno por el encajado de

cuatro baldes. Con los sacos, amarrados con las correas de neumático, se cubren los bordes de los extremos de cada tubo plástico, o de cada alcantarilla de cemento.

Se hace un orificio en la bolsa doble para colocar la válvula de salida para el gas.

Se arma y coloca la válvula de salida del biogás, ajustando los adaptadores macho y hembra, los dos empaques de neumático usado y las dos arandelas.

Se coloca la bolsa doble de polietileno dentro de la fosa. Ambos extremos de la bolsa se introducen en los tubos plásticos o

alcantarillas y se amarran y sellan, utilizando para ello correas de neumático usado.

Se arma la válvula de seguridad, pegando niples, el codo y la tee e introduciéndola dentro del frasco plástico.

Se inserta en ambos extremos la manguera plástica que une las válvulas de salida y de seguridad.

Se introduce una manguera de jardín usada, en el escape de un motor de combustible y su otro extremo se introduce dentro de la bolsa interna de polietileno.

Se infla la bolsa con el humo de un motor para evitar las arrugas. Se llena parcialmente la bolsa con agua y excretas para empezar el

proceso.

10 FACTORES A CONSIDERAR EN EL FUNCIONAMIENTO DEL BIODIGESTOR.

10.1 Valores de pH en la fase líquida.

El rango de pH óptimo para lograr mayor eficiencia en la producción de biogás va de 6.7 y 7.5 (Griffis et al 1980). El pH se mantiene en ese rango sólo si el biodigestor opera correctamente. Si se torna muy ácido, la acción de las bacterias metanogénicas se inhibe y aumenta la proporción de gas carbónico en el biogás (Taiganides et al 1963). Las causas por las que se puede acidificar la fase líquida contenida dentro del biodigestor son: • Cambio excesivo de la carga. • Permanencia por largo tiempo sin recibir carga • Presencia de productos tóxicos en la carga. • Cambio amplio y repentino de la temperatura interna. La alta acidez se puede corregir al adicionar agua con cal a la fase líquida.

10.2 Relación Carbono: Nitrógeno en las Excretas.

El carbono contenido en el estiércol es el elemento que las bacterias convierten en metano (CH4). El nitrógeno es utilizado para la multiplicación bacteriana y como catalizador en el proceso de producción de biogás; niveles altos de N pueden llegar a detener la generación de metano. El contenido de carbono en el estiércol bovino es excesivo, al igual que el contenido de nitrógeno en el estiércol porcino (alimentados con dietas de alto nivel proteico). De allí la posibilidad y ventaja de alimentar al biodigestor con las excretas mezcladas de varias especies animales, lo que permite balancear su contenido de nutrientes e incrementar así la eficiencia del proceso de producción de biogás

10.3 Rangos de Temperatura.

La tasa de fermentación anaeróbica de los sólidos orgánicos y su conversión parcial en biogás están directamente relacionadas con la temperatura interna de operación. Aunque el proceso se lleva a cabo en un amplio rango de temperatura que va de 15 a 60 grados centígrados, la mayor eficiencia de conversión se obtiene en los rangos de temperatura mesofílicos (30 ºC a 40ºC) y termofílicos (55ºC a 60ºC). La mayoría de las bacterias metanogénicas digieren la materia orgánica más eficientemente en el rango mesofílico que puede ser alcanzado por la fase líquida, no solamente por efecto de la temperatura ambiental sino también por la temperatura interna. Esta se incrementa debido a la generación de calor ocurrida durante la fermentación de la materia orgánica (proceso exotérmico); por esta razón, a medida que disminuye la temperatura ambiental por efecto de la altura sobre el nivel del mar, es conveniente recolectar el agua del lavado de las instalaciones pecuarias para la alimentación del biodigestor, bien durante las horas más cálidas del día o utilizando calentadores solares para ello.

10.4 Suministro de Excretas al Biodigestor.

Para obtener producción diaria de biogás es necesario alimentar el biodigestor con la misma frecuencia. Si el lavado de las instalaciones para el alojamiento de animales se realiza diariamente, es conveniente que el desagüe de los pisos esté en conexión directa con el biodigestor y que posea un interruptor manual para desviar y evitar la entrada de exceso de agua del lavado, mezclada con las excretas.

10.5 Proporción entre Excretas y Agua.

Las excretas sólidas (estiércol) contienen en promedio 15-20% de materia seca. Deben ingresar al biodigestor como una suspensión en agua del 3 al 4% de materia seca; esto significa en términos prácticos una mezcla de cuatro partes de agua por una parte de estiércol fresco. Se pueden utilizar hasta diez partes de agua por una de estiércol, según el número y especie de animales; por ejemplo, el estiércol de cerdo es más metanogénico que el de otras especies animales.

10.6 Tiempo de Retención y Cantidad de Excretas.

El tiempo de retención para la digestión anaeróbica de la materia orgánica diluida es de 50 días; en clima caliente (> 30 ºC) se baja a 40 ó 30 días. La cantidad diaria de excretas para alimentar el biodigestor se calcula dividiendo el volumen de su fase líquida entre 50 días de retención. Para un biodigestor de 10 m de longitud y 1.27 m de diámetro, el volumen de líquido total es 9 m3 , que al ser divididos en 50 días de retención de un requerimiento diario de 0.180 m3 180 lt) de volumen líquido. Si se asume que la cantidad por día es sólo agua pura se puede decir que el biodigestor necesita 180 kg., que divididos en 5 (4 partes de agua y 1 de estiércol) dan un requerimiento de 36 kg./día de estiércol fresco y 144 lt/día de agua.

10.7 Protecciones al Biodigestor.

El biodigestor debe ser techado con materiales rústicos y de producción local (guadua, bambú, cogollo de caña, hoja de palma, caña brava, etc) para: 1. Disminuir la condensación interna de humedad. 2. Impedir la entrada de los rayos ultravioletas del sol que queman el polietileno y disminuyen su vida útil. 3. Evitar la caída de objetos que rompan el plástico. La fosa debe ser protegida con una cerca alrededor para evitar la caída accidental de personas o animales sobre la bolsa del biodigestor, lo que podría ocasionar su rompimiento.

En zonas de ladera es recomendable: 1. Cavar zanjas alrededor de la fosa, para evitar que en las lluvias se llene con

el agua escurrida. 2. Sembrar una barrera viva de materiales con raíces suaves (pastos de corte,

caña de azúcar) a lo largo de las zanjas, para disminuir la fuerza de las aguas de lluvias.

3. Establecer una cobertura vegetal (maní forrajero arachis pintoi) alrededor de la fosa para evitar su enmalezamiento.

4. No sembrar árboles cerca de la fosa puesto que sus raíces pueden llegar a perforar la bolsa.

No se debe permitir la entrada al biodigestor de basuras, arena, cemento, piedra, trozos de madera, hojas o tallos de forraje y estiércol muy fibroso, puesto que puede taparse y a largo plazo llenarse el fondo con sedimentos que disminuirían la vida útil de la bolsa. Por lo tanto es necesario colocar una trampa para sólidos o desarenador, como parte del canal de conducción de las excretas y una malla sobre el extremo por el que ingresan las excretas al biodigestor. En ningún caso deberá ser introducido estiércol (seco ni fresco) en cantidades excesivas, ni sin dilución previa en agua, pues se aumentaría la densidad de la fase liquida formando una capa sólida (nata) en la superficie y se impediría el flujo normal del sistema. En caso de presentarse la solidificación o acumulación excesiva de sólidos en el fondo del biodigestor, éstos pueden ser expulsados mediante la introducción (por la caja de carga), de una manguera que conduzca abundante agua a presión durante 2 ó 3 horas, dejando salir el efluente. Advertencia. En áreas inundables o en suelos con alto nivel freático, es necesario construir la fosa para el biodigestor sobre la superficie del suelo; una forma eficiente y de bajo costo para hacerlo, es mediante jarillones hechos con sacos llenos de arcilla mezclada con cemento o cal viva molida (6 partes de suelo por 1 parte de cemento o cal) colocados sobre el suelo a manera de trinchera o hilada de ladrillos, con las mismas medidas internas a la fosa excavada. Por acción del agua de lluvia y el sol, los sacos con la mezcla se solidifican en corto tiempo. Al utilizar insecticidas, detergentes o desinfectantes en el lavado de los alojamientos para los animales, las aguas usadas no deben ingresar al biodigestor en un período inferior a tres días después de la aplicación, para evitar que su efecto destruya las bacterias productoras de biogás (metanogénicas).

11 DIMENSIONES DEL BIODIGESTOR Y SU PRODUCCIÓN

TOTAL: 16 m3

Fase Líquida: 12 m3 Almacenamiento para el gas: 4 m3

FOSA

1,5 m. de ancho.

1,3 m. ancho.

1,3 m. de profundidad. 8 metros de largo de la fosa. Piso a nivel sin declive. Figura 7. Esquema del biodigestor Por la composición del biogás este puede funcionar como cualquier otro gas combustible. Un metro cúbico de biogás es igual a cada una de las siguientes equivalencias: 6 horas de luz con un foco de 60 a 100 watts, a 0,7 litros de gasolina, poner en marcha un motor de 1 HP durante 2 horas o dar fuerza para mover un camión de 3 toneladas a una distancia de 2,8 km. De acuerdo al poder calorífico que es de 6 kwh/m3 equivale aproximadamente a medio litro de diesel.

12 ESTIMACIÓN DE BENEFICIOS ECONÓMICOS DEL BIODIGESTOR

Cuadro 3. Estimación de beneficios económicos en dos biodigestores

de diferente tamaño Beneficios Valor Caso A Caso B

A. Biogás como fuente de energía

a. Producción neta anual de biogás (m3/año)

693,50 591,30

b. Equivalente neto a la combustión de combustible fósil (litros de diesel)

381,43 325,22

c. Precio comercial por unidad de combustible fósil (US$/litro)

0,42 0,42

d. Ahorro total anual por el usode biogás (b*c)

160,20 136,59

B. Efluente como fertilizante

g. Nitrógeno – US$ 23,10 23,10

h. Fósforo – US$ 148,40 148,40

i. Potasio – US$ 88,75 88,75

k. Beneficios totales derivados del uso del efluente (g+h+i)

260,25 260,25

C. Beneficios directos totales al año (d+k)US$

420,45 396,84

Caso A: 20 días de tiempo de retención (Xuan et al.,1995). Caso B: 50 días de tiempo de retención (Botero y Preston,1986). Datos de un Biodigestor de 7.2 m3 con 5.1 m3 de fase líquida y 1.8 m3 almacenamiento de Biogás. Carga diaria de 26 kg de estiércol con 86.4 kg de agua. La estimación económica demuestra un ahorro de 400 dólares promedio con datos tailandeses en el 2002. Esto demuestra que la inversión inicial no puede exceder esta cantidad para poder ser rentable.

Figura 8. Esquema de análisis económico del Biodigestor.

Límite a nivel de finca

Nivel de límite exterior del sistema

Hidrólisis, fermentación, acetogénesis, dehidrogenación metanogénesis

CH4, CO2, H2, N2, CO, O2, SH2

CO2, H2O

N: 58,4 kg/año P: 36,5 kg/año K: 55,2 kg /año

C: 335,8 kg/año

N: 58,4 kg/año P: 36,5 kg/año K: 55,2 kg/año

7.885 kg de excrementos frescos 591.300-693.500 litros biogas/año

Entrada Salida

13 VENTAJAS DEL BIODIGESTOR La producción de biogás a partir de biodigestores es una práctica excelente mediante la cual se obtienen los siguientes beneficios: 1. Proporciona combustible (biogás) para suplir las principales necesidades

energéticas rurales. 2. Reduce la contaminación ambiental al convertir las excretas que contienen

microorganismos patógenos, larvas, huevos, pupas de invertebrados y semillas de plantas agresivas para los cultivos, en residuos útiles.

3. Producir abono orgánico (bioabono) con un contenido mineral similar al de las excretas frescas, pero de mejor calidad nutricional para las plantas y para el desarrollo del fitoplancton utilizado por algunos peces y crustáceos en su alimentación.

4. La utilización del efluente como bioabono reduce el uso de fertilizantes químicos cuya producción y aplicación tiene consecuencias negativas para el medio ambiente.

5. Reduce el riesgo en la transmisión de enfermedades puesto que al reciclar en conjunto las excretas animales y humanas en biodigestores que operen en rangos de temperatura interna entre 30 y 35ºC, es posible destruir hasta el 95% de los huevos de parásitos y casi todas las bacterias y protozoarios causantes de enfermedades gastrointestinales.

14 BIBLIOGRAFÍA CITADA

Botero, R; Preston, T. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de

combustible y fertilizante a partir de excretas. 20 p. Centro Humbolt. 2005. Monitoreo forestal de Nicaragua hasta el 2004. 5 p. CICTA. 1999. La biomasa y la energía solar (en línea). Consultado el 01 de

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ANEXOS Hoja de fórmulas útiles en la proyección del Biodigestor.

Hoja de cálculo de proyecciones matemáticas del Biodigestor

Valores constantes de las proyecciones matemáticas. Presupuesto promedio del Biodigestor