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INGENIERÍA INDUSTRIAL
FACULTAD DE INGENIERÍATÉCNICA PROFESIONAL EN OPERACIÓN DE PROCESOS DE PRODUCCIÓN.
ESTADO ACTUAL DE LA OBTENCIÓN DE GAS METANO A PARTIR DE BIODIGESTORES EN EL EJE CAFETERO COLOMBIANO
TRABAJO DE GRADO - MODALIDAD DE OPCIÓN DE GRADO
AGUIRRE OSSA FRANCISCO JAVIER
DIRECTOR TIERRADENDRO CRUZ JORGE ESAU
Bogotá D.C.2018
NOTA DE SALVEDAD DE RESPONSABILIDAD INSTITUCIONAL
“La Fundación Universitaria San Mateo NO se hace responsable de los conceptos emitidos en el presente documento, el departamento de investigaciones velará por el rigor metodológico de la
investigación”.
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 15
CAPITULO I 16
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 16
I. Presentación del problema de Investigación 16
II. Justificación 20
III. Objetivos 21
A. Objetivo General 21
B. Objetivos Específicos 21
CAPITULO II 22
ESTADO DEL ARTE 22
¿QUÉ ES UN BIODIGESTOR? 26
CAPITULO III 37
MARCO TEÓRICO 37
CAPITULO IV 45
DISEÑO METODOLÓGICO 45
IV. Tipo de investigación 45
V. Población 45
VI. Técnicas e instrumentos de recolección de datos 46
CAPITULO V 47
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 47
VII. Resultados del objetivo específico No. 1 47
VIII. Resultados del objetivo específico no. 2 48
PROCESO GENERAL DE GAS METANO Y BIOABONO A TRAVÉS DE BIODIGESTORES. 52
IX. Resultados del objetivo específico No. 3 54
CAPÍTULO VI. 56
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 56
BIBLIOGRAFÍA 58
36) Campos Cuní, Bernardo. (2011). Metodología para determinar los parámetros de diseño y construcción de
biodigestores para el sector cooperativo y campesino. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 20(2), 37-41.
Recuperado en 04 de agosto de 2018, de http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2071-
00542011000200007&lng=es&tlng=es. 59
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figura No. 1 Mapa de carreteras Dpto. de Caldas…………………………………………………………………………………….…13Figura No.2 Mapa de carreteras Dpto. del Quindío…………….…………………………………………………………………..……14Figura No. 3 Mapa de carreteras Dpto. de Risaralda……….……………………………………………………………………………15Figura No. 4 Kilogramos de CH4 por especie………………………………………………………………………………………………21Figura No. 5 Equivalencia de un metro cúbico de metano…………………………………………………………………….………22 Figura No. 6 Biodigestor Discontinuo…………………………………………………………………………………………………………24Figura No. 7 Biodigestor Batch……………………………………………………………………………………………………………...…25Figura No. 8 Reactor Hindú………………………………………………………………………………………………….…………………27Figura No. 9 Reactor Tipo Chino………………………………………………………………………………………………………………28Figura No. 10 Reactor Tubular…………………………………………………………………………………………………………………29Figura No. 11 Fases Descomposición anaerobia….………………………………………………………………………………………32Figura No. 12 Fases Biodigestor del Instituto San Clemente….………….………………………………………………………………36 Figura No. 13 Biodigestor Finca la Ciria..….…………………………………………………………………………………………………38 Figura No. 14 Comparativo entre Biodigestores..….………………………………………………………………………………………43 Figura No. 15 Producción sistema Batch….…………………………………………………………………………………………………44 Figura No. 16 Producción campana móvil………....………………………………………………………………………………………45Figura No. 17 Producción por Campana Fija……....………………………………………………………………………………………44Figura No. 18 Producción por sistema Tubular……..………………………………………………………………………………………47Figura No. 19 Diagrama de Flujo…………..………....………………………………………………………………………………………49Figura No. 20 Resumen descomposición anaerobia……………..………………………………………………………………………50
RESUMEN
PALABRAS CLAVE: biodigestor, bioabono, efluente, anaerobia, gas metano
En estas líneas se presentan los biodigestores como una fuente de energía renovable, limpia y completamente
amigable con el medio ambiente. Se hace una comparación entre cuatro tipos de digestores que fueron material
de consulta, y se concluye cual puede ser el más recomendable para el Eje Cafetero Colombiano.
Acorde con la información recopilada de diferentes repositorios, artículos científicos, revistas, periódicos, tesis de
grado, proyectos innovadores, se describe la necesidad de buscar y utilizar nuevas fuentes de energía calorífica
para los hogares campesinos diferentes a la proveniente de árboles. Se describen los procesos de descomposición
anaerobia, se ilustra por medio de diagramas de flujo y operaciones el proceso de obtención de gas metano a
través de biodigestores y se determina cuál biodigestor es el más apropiado para esta zona de Colombia.
ABSTRACT
KEY WORDS: biodigester, bioabdomon, effluent, anaerobic, methane gas
In these lines, biodigesters are presented as a source of renewable energy, clean and completely friendly to the
environment. A comparison is made between cuatero types of digesters that were reference material, and it is
concluded which may be the most recommended for the Eje Cafetero Colombiano.
In accordance with the information gathered from different repositories, scientific articles, magazines, newspapers,
theses, innovative projects, the need to search and use new sources of heat energy for peasant homes different
from that provided by trees is described. The anaerobic decomposition processes are described, the process of
obtaining methane gas through biodigesters is illustrated by means of flow diagrams and operations, and it is
determined which biodigester is the most appropriate for this area of Colombia.
INTRODUCCIÓN
Actualmente los países en vía de desarrollo no cuentan con redes de gas natural en la zona rural.
Hablando puntualmente de Colombia, sólo cuenta con suministro de gas natural en su casco urbano, apenas se
están instalando las redes de gas natural en los municipios y corregimientos. En la zona rural es común ver
fogones a base de combustión vegetal conocidos popularmente como fogones de leña.
Este ha sido un legado de generación en generación, y a causa de dicho legado, extensiones de bosques se han
talado para servir de suministro energético a los hogares campesinos, alterando el microclima, pues lo que antes
eran bosques, ahora son terrenos de cultivos y pastizales para cría y seba de bovinos.
Si bien parece una práctica inofensiva a medida que aumenta la población crece la necesidad de material vegetal
que sirva de combustible, esto acelera la deforestación y con ella la disminución de la capa de ozono a partir del
incremento de los gases tipo invernadero, además se incrementan las enfermedades respiratorias resultado del
humo proveniente de esta clase de fogones.
Es aquí donde aparecen los biodigestores como una fuente de energía renovable, limpia y amigable con el medio
ambiente.
Además de producir gas metano facilitando las labores de las mujeres quienes son más expuestas al humo de la
combustión vegetal, aporta un efluente rico en nutrientes para cultivos y pastizales, libre de químicos, conocido
como bioabono.
CAPITULO I
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
I. Presentación del problema de Investigación
La sociedad moderna en pro de mejorar las condiciones de vida de sus habitantes, obtuvo avances significativos en
la ciencia, la medicina, las artes, la tecnología y demás, pero en busca de calidad de vida descuidó su entorno
natural. Desde ya se puede apreciar un aumento de temperatura en el planeta, esto a causa del efecto
invernadero.
La universidad de Concepción en Chile, en su programa de doctorado en Ciencias Ambientales, afirma que el
principal cambio ya presente en el planeta, se encuentra en la atmósfera, esto en la composición de los gases que
la forman, como lo son los gases de efecto invernadero como el CO2, Metano (CH4) y óxido nitroso (N20),
encargados de proteger la tierra de una temperatura global de 30º bajo cero. Pero si estos gases se incrementan,
automáticamente se sube la temperatura de la tierra, esto es causado entre muchos factores por la tala de árboles
que son los encargados de absorber el CO2 y al ser quemados liberan gases invernadero, entre ellos el óxido
nitroso. (C.C.Global, 2014, p.5).
Sumado a lo anterior la quema de combustibles derivados del petróleo, contribuyen en atrapar la radiación solar,
incrementando el nivel del mar por el deshielo de los polos, inundando ciudades costeras. (C.C.Global, 2014, p.6).
¿Cómo pueden cocinar los hogares campesinos donde no hay redes de gas natural?, es la pregunta central de este
escrito. Las necesidades energéticas obligan a talar árboles para combustible de fogones de leña, pero ¿será
posible reemplazar el tradicional fogón de leña por otra fuente calorífica que no contamine el medio ambiente con
el humo que emana, que proteja la salud de quienes operan estas estufas y que no precise de árboles para su
operatividad?.
Respuestas a interrogantes como estos son halladas en las fuentes de energía renovables, asequibles para aquellas
zonas que topográficamente se hace casi imposible su acceso y que se están apartadas del casco urbano. Para
este grupo de población donde las redes de gas natural no llegará por el momento, va dirigido este trabajo.
El Doctor e Ingeniero Agrónomo Salvador Calvet Sanz en su investigación sobre Contaminación Atmosférica,
Mitigación y Adaptación a través de la Nutrición, pronostica un incremento de 2 y 6 grados en la temperatura media
de la tierra para el año 2.100.. (Sanz, 1991. p.9).
No es de extrañar el cambio que hoy presentan los periodos de lluvia en Colombia, vemos que los meses ya no se
predicen como antes, en meses de verano, de la nada se presentan fuertes aguaceros mientras que en otros
lugares de Colombia la sequía es tan fuerte como la ocurrida en 2.014 en los departamentos del Meta y Casanare,
donde la muerte de flora y fauna quedó registrado en un artículo de la Universidad Católica de Colombia que
documenta la muerte de chigüiros, babillas, ganado, tortugas y venados, todo a causa de la sequía (Palacio
Sánchez, K. G., Ávila, R., & Rolando, Y. 2014, p.2).
Es de cuestionarse por qué de esta sequía en un país tan rico hídricamente como lo es Colombia, en estos
departamentos está presente la extracción de petróleo, en este proceso se hacen perforaciones que profundizan
aún más las fuentes subterráneas. (Palacio Sánchez, K. G., Ávila, R., & Rolando, Y. 2014, p.3).
No dimensionamos la huella que estamos marcando para las futuras generaciones, pues en este desconocimiento
creíamos erróneamente que los recursos naturales son ilimitados y se podían gastar sin el más mínimo reparo. Si
no hacemos un alto en el camino y empezamos a producir a partir del uso de energías renovables, las futuras
generaciones sólo conocerán de los recursos naturales por los libros de historia.
En lo expuesto al momento, se presentan los biodigestores como una opción acertada para la generación de gas
metano que suple las necesidades de energía calorífica y a su vez protege las quebradas y ríos donde terminan los
desechos de establos y porquerizas, disminuyendo la emisión de gas metano proveniente de su estiércol,
aprovechando los residuos orgánicos de bovinos y porcinos en las granjas Colombianas, explícitamente en la región
Andina, Departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda, Municipios de Guática, Quinchía y Santa Ana y en el
Corregimiento de San Clemente (Risaralda).
Allí las condiciones topográficas no permiten de momento el suministro de redes de gas natural en la zona rural,
pues el costo es muy alto ya que hablamos de montañas que conforman la Cordillera Central de los Andes, donde
pasarán muchos años para que el gas natural llegue a los hogares campesinos.
MAPA DE CARRETERAS DEPARTAMENTO DE CALDAS.
Fuente: Ministerio de Transporte - Instituto Nacional de Vías - INVÍAS 2014
Fig. No. 1. Mapa de carreteras Dpto. de Caldas.
MAPA DE CARRETERAS DEPARTAMENTO DEL QUINDÍO.
Fuente: Ministerio de Transporte - Instituto Nacional de Vías - INVÍAS 2014
Fig. No. 2. Mapa de carreteras Dpto. del Quindío.
MAPA DE CARRETERAS DEPARTAMENTO DE RISARALDA.
Fuente: Ministerio de Transporte - Instituto Nacional de Vías - INVÍAS 2014
Fig. No. 3. Mapa de carreteras Dpto. de Risaralda.
II. Justificación
En la actualidad el avance tecnológico crece a pasos agigantados, el deterioro de los recursos naturales es notable
y ya enciende alarmas, la capa de ozono cada vez es más frágil, aumentan los gases efecto invernadero, árboles
son talados para suplir la necesidad de combustible en los hogares campesinos.
A raíz de ésta necesidad surge este proyecto, que busca presentar a los biodigestores como fuentes alternativas de
energía económica, limpia, clasificados como energías renovables al igual que la solar térmica, solar fotovoltaica,
eólica, geotérmica e hidráulica.
Que sea fácil de manipular por la población rural, que proteja su integridad y aporte a su calidad de vida mejorando
los procesos de cocción de sus alimentos, salvaguardando la salud de los gases que emanan los vegetales durante
su combustión, gases que por lo general atacan en mayor número a mujeres y niños, presentes en la vivienda en
horas en donde está activo el fogón de leña.
Además se busca enseñar el efluente que resulta del proceso de descomposición anaeróbico, el cual es un abono
orgánico o bioabono, rico en nutrientes que se puede destinar como alimento para pastizales y cultivos.
III. Objetivos
A. Objetivo General
Evaluar el estado actual de la obtención de gas metano a partir de biodigestores en el Eje Cafetero Colombiano, comparando cuatro tipos de reactores más utilizados en Colombia.
B. Objetivos Específicos
● Evaluar por medio de un cuadro comparativo cuatro tipos de biodigestores, señalando el más eficiente para
el Eje Cafetero Colombiano.
● Ilustrar el proceso de obtención de gas metano para cada reactor, a través de diagramas de
procedimiento, precisando cuántos días se demora cada digestor en proporcionar gas metano.
● Esquematizar por medio de una gráfica las cuatro etapas de descomposición anaerobia, señalando los
procesos internos presentes dentro de todo tipo de biodigestor.
CAPITULO II
ESTADO DEL ARTE
La puesta en marcha de biodigestores no es un tema nuevo, pero sí un tema que no avanza lo suficiente si
tomamos en cuenta los beneficios que ofrecen, en gran medida este retraso se debe al desconocimiento de los
mismos. Las ventajas que ofrecen son muchas; con la producción de gas metano y abono orgánico, se logra
fertilizar de forma natural cultivos y pastizales, permite a las cocinas trabajar con gas metano, ofreciendo calidad
de vida, especialmente para las amas de casa y se protegen bosques que terminan como combustible de los
fogones de leña.
Sumado a los anteriores beneficios está la parte de prevención, en este caso la salud de aquellas personas que
están en contacto directo e indirecto con los fogones a base de combustión vegetal, por lo general mujeres y niños
presentes en las horas en que está en funcionamiento el fogón de leña, que terminan con enfermedades
respiratorias, muchos de los cuales nunca fumaron pero sí tuvieron contacto con fogones de combustión a base de
madera (leña como se les conoce popularmente). Dice el Dr. Rogelio Pérez, en su trabajo presentado al Instituto
Nacional de Enfermedades Respiratorias, que se estima la muerte anual de menores de cinco años en quince
millones, de estas son el 98% en países en vías de desarrollo (Pérez-Padilla, J. R., Regalado-Pineda, J., & Morán-
Mendoza, A. O, 1999, p.22).
En la mayoría de países en vía de desarrollo, entre ellos Colombia, aún no cuenta con redes de gas natural en la
zona rural, debito a esto es común ver fogones de leña en los hogares campesinos. Afirma Juan Fernando Ramírez
Quirama y Adolfo León Taborda que el 76% de madera termina en combustible de los fogones a base de leña
(Ramírez Quirama, J. F., & León Taborda Vergara, A, p. 101 2014).
Estos fogones para su combustión dependen directamente de la quema de árboles. Por lo general se hace la
colecta de la leña cerca al sitio donde se ubica la vivienda. En la revista Scielo, Quiroz -Carranza señalan el proceso
de recolección y los impactos que tiene en el ecosistema la recolección de leña para fogones, donde denota que si
se aprovechan las ramas caídas de los árboles no se altera la estructura y función del bosque, más si ya implica la
recolección de madera corte de ramas verdes, si afecta la estructura del microclima del bosque, pues abre claros
en la espesura de éste. (Quiroz-Carranza, J., & Orellana, R. 2010). Parra (citado por Quiroz-Carranza, 2010) afirma:
si en vez de ramas se corta todo el árbol, es daño es peor, pues en lugar de éste aparecen herbáceas inútiles,
conocidas como maleza, esto lleva a un escalamiento destructivo del bosque.
Con el incremento natal de la sociedad, sus necesidades aumentan, y una de ellas, la energía calorífica. En sus
inicios el hombre se proveyó de ramas de árboles para obtener fuego, y con éste, tener calor para las viviendas y
combustible para la cocción de sus alimentos. Todo estaba en equilibrio, la demanda era baja y permitía la
renovación de los árboles, pero al aumentar la población, aumentó la demanda y la capacidad de renovación de los
bosques se redujo al punto de aparecer la deforestación y con esta el cambio climático que hoy vivimos.
El aumento de la población humana es mayor en comparación con los árboles, sumado que en la región del Eje
Cafetero está presente la Multinacional SMURFIT KAPPA CARTÓN COLOMBIA, dedicada a la producción de cartón
corrugado, pulpa y papel. Ellos cultivan grandes extensiones en eucalipto y pino, estos al llegar a la altura y grosor
estimados convenientes son talados y transportados a las plantas de procesamiento ubicadas en Bogotá,
Barranquilla, Medellín y Yumbo.
Con los desperdicios que deja su ramaje, los campesinos de esta región obtienen carbón vegetal para su
comercialización, dando alivio a su economía, pero afectando la recolección de combustible para el fogón de leña, a
causa de esto la leña escasea y por ende se ven en la obligación de talar árboles nativos.
Al momento se ha tratado la necesidad de una fuente de combustión para los fogones diferente a la vegetal, y es
aquí donde los biodigestores son los grandes protagonistas.
Como ya se especificó las vías de acceso en la zona rural del Eje Cafetero son montañosas y no cuentan con los
servicios de gas natural, en su lugar se utiliza el gas propano, transportado por caballos o al hombro de personas
por largos trayectos, en pipetas de 40 libras en adelante, exponiendo la integridad física de quien lo compra y
generando sobrecostos en su adquisición pues en este año 2018 una pipeta como esta en el municipio Guática,
departamento de Risaralda, cuesta $50.000.
Afirma el Doctor e Ingeniero Agrónomo Salvador Calvet Sanz que el gas metano que resulta de la digestión de los
bovinos contribuye al efecto invernadero (Sanz, 1991. p.7). . Esto es algo poco conocido, por lo general cuando
hablamos de efecto invernadero, relacionamos la quema de hidrocarburos, más no se hace relación con el estiércol
que se produce a diario por la explotación bovina y porcina, donde esta materia fecal se utiliza como abono
orgánico para nutrir pastizales.
Erróneamente se cree, que por ser material orgánico, se contribuye al equilibrio del ecosistema, usándolo como
abono, desconociendo los procesos químicos que interactúan en la descomposición del mismo, los gases que se
generan y se liberan al medio ambiente donde son depositados, y cómo afectan de forma directa el cambio
climático del planeta, más aún, la energía que se desperdicia.
Si bien, el tema de biodigestores no es nuevo, es algo, como se afirma al inicio de estas líneas, que no avanza lo
suficiente, vamos a demostrar a medida que se desarrollan estas líneas como ayudaría en gran manera el
aprovechamiento de estos gases que se generan en la descomposición de las heces fecales, dando como resultado
una fuente de energía que proveerá calidad de vida al núcleo familiar al contar con la comodidad de obtener gas
metano producido dentro de su granja y adicional a esto la obtención de abono orgánico libre de gases que
deterioran la capa de ozono, con mínima carga microbacteriana y minimizando la acidificación del suelo conocido
como la eutrofización (Sanz, 1991. p.9)
Lo anterior señala que la explotación ganadera aunque no es la fuente principal de producción de gases de efecto
invernadero, este primer puesto lo tiene la producción de energía, es de tener en cuenta, pues contribuye con un
10% al cambio climático, (Sanz, 1991. p.9) que de ser aprovechado, proporcionaría bienestar a la humanidad
conservando la capa de ozono con menos emisiones de estos gases.
En la siguiente tabla presentada en 2010 para Conservación Internacional, reporta los kilogramos de metano que
producen anualmente por cabeza las siguientes especies de ganado.
Fig. No. 4. Kg de CH4 por Especie. (Quevedo M, A. 2017)
Se puede considerar que el incremento en la temperatura del planeta no es causa exclusivamente por los
hidrocarburos, la ganadería también da su 10% de aporte significativo. La tabla anterior detalla los kilos que
produce una res anualmente de gas metano, y vemos que son 57 kilos por animal, multiplicados por las cabezas de
haciendas ganaderas, podemos tener una idea de todo el gas metano producto de la explotación ganadera.
En la revista colombiana pecuaria En Línea se informa que la ganadería aporta con un muy significativo 18% al
calentamiento global, considerado los índices de gas metano producidos por animales domésticos, (Carmona, J. C.,
Bolívar, D. M., & Giraldo, L. A, 2005, p.50).
Con el aumento de la población se hace necesario incrementar fuentes de abastecimiento que suplan sus
necesidades, motivo por el cual se talan bosques que dan paso a pastizales para cría y ceba de bovinos. Desde el
punto de vista alimentario es una necesidad que se debe suplir, pero desde el enfoque ambiental, es una amenaza
que avanza a pasos agigantados. Al crecer la población, aumenta la demanda de alimentos y con esta demanda
aumentan las cabezas de ganado y los kilos de gas metano que impactan el ecosistema.
Se hace indispensable que en la explotación ganadera y porcina se establezca un método de manejo del estiércol,
pues allí está presente el gas metano y con cifras considerables tanto para la atmósfera como los suelos.
De aquí la necesidad de utilizar biodigestores que aminoren los kilos de gas metano resultado de la digestión de
bovinos y porcinos, explotándolo como fuente de energía.
¿Qué es un Biodigestor?
Entendemos por biodigestor una recámara hermética donde se depositan, en este caso, heces fecales de bovinos y
porcinos, para su fermentación por microorganismos anaeróbicos y obtener de este proceso gas metano y
bioabono.
Además de su uso para producir llama en fogones, se utiliza como combustible para vehículos de transporte,
motores o turbinas para generar energía eléctrica, y en calderas para producir calor.
Cualquier tipo de excremento puede ser utilizado para generar gas metano por medio de la degradación anaerobia
en biodigestores, pero es más alta ésta producción al combinar heces fecales de porcinos, aviar y bovinos. De igual
forma se obtendrá un abono con más cantidad de nutrientes. (Zuluaga Bernal, C. A, p.13 2007).
Nos dice la revista RedAgrícola de Chile en un artículo de Marzo de 2017 que: “Valor energético: un m3 de biogás
con un 60% de metano y un 40% de CO2 equivale a 0,7 litros de gasolina; 2,4 kW-hora de electricidad; 0,6 m3 de
gas natural o 1,3 kg de madera”. RedAgrícola (marzo, 2017)
Fig. No.5. Equivalencias de un metro cúbico de bioabono (RedAgrícola marzo, 2017)
Esteban Camilo Medrano Espinosa nos dice en su tesis de grado presentada a la Universidad Santo Tomás que un
metro cúbico de biogás equivale a medio litro de petróleo. (Medrano Espinosa, E. C, 2017, p50).
Los biodigestores hacen parte de las energías renovables al igual que la solar térmica, solar fotovoltaico, eólico,
geotérmico e hidráulica. Se les dice energías renovables porque su regeneración es incesante, con ciclos que se
regeneran por lo que se estiman como inagotables. (Oviedo-Salazar, J. L., Badii, M. H., Guillen, A., & Serrato, O. L,
2015, p3).
Para López Jerves un biodigestor es un contenedor cerrado (López Jerves, G. N, 2012, p.5)
Cesar Andrés Zuluaga Bernal nos dice en su trabajo de grado presentado a la Universidad de la Salle en Bogotá en
2007 que los biodigestores son fosas en las cuales se produce gas metano, producto de la fermentación
anaeróbica.
(Zuluaga Bernal, C. A, p.12-13 2007)
Para los capitanes Milton Sánchez y Germán Pazmiño un biodigestor es, según trabajo de grado presentado a la
escuela Politécnica del Ejército en Ecuador: Depósitos herméticos donde son depositadas heces fecales de animales
las cuales al estar desprovistas de oxígeno en lo que se conoce como digestión anaeróbica da como resultado gas
metano y biol, un abono con excelentes características como fertilizante. (Mena, S., Vinicio, M., & Pazmiño Garzón,
G. A, 2007, p.57)
David Ricardo Pachón y Jaime Andrés Pérez nos dicen que dentro del biodigestor intervienen microorganismos que
fermentan el material orgánico en condiciones donde no hay presencia de oxígeno (Ricardo, P. D., & Jaime, P.
Revisión Estado Del Arte Biodigestor.)
Clasificación de Biodigestores.
Los biodigestores de acuerdo al modo de operación clasifican en discontinuos y los continuos.
BIODIGESTOR DE FLUJO DISCONTINUO
Fig. No. 6 Biodigestor Discontinuo (Nava, J. M. G., & Gavira, A. E. V. 2017)
La gráfica nos muestra un modelo simple de biodigestor de flujo discontinuo, este consta de:
● Tapa donde se ingresa el material orgánico.
● Cilindro contenedor de la mezcla orgánica.
● Tubería de Extracción de gas.
● Campana de almacenamiento de gas.
● Tapa de extracción de material orgánico.
Con estos biodigestores se tratan residuos orgánicos sólidos en su mayoría y debido a esto son más extensos los
periodos que el material orgánico debe permanecer dentro del contenedor para evitar taponamiento de los
conductos de salida y alimentación. (Suarez Marenco, M. K., & Quiroga Quiroz, L. V, p.48 2016)
Esta clase de biodigestor es ideal para manejar grandes contenidos de sólidos (Cartagena, R. A., Olmedo, C. G., &
Gómez, A. R. 2013). Tiene como desventaja que la producción de gas no es permanente, tan pronto deja de
producir gas se debe abrir y retirar el material allí presente para luego ser reemplazado por nuevo material.
(Nacaza, C., Reinaldo, K., Cahuatijo, M., & Javier, G, p.29 2010).
Por la desventaja que presentan lo más recomendable es tener a disposición mínimo de tres a cuatro biodigestores
en diferentes etapas del proceso para mitigar en un determinado periodo de tiempo un posible desabastecimiento.
(López Jerves, G. N, 2012, p. 8).
DIGESTOR BATCH (DE LOTE O RÉGIMEN ESTACIONARIO)
Fig. No 7 Biodigestor Batch (Garzón Cuji, M. F.2011)
Este tipo de digestor se carga una sola vez, es un tanque hermético con una salida de gas y una salida de material
orgánico, tan pronto deja de producir gas se evacúa por completo y se vuelve a cargar. (Soria Fregoso, M. D. J.,
Ferrera Cerrato, R., Etchevers Barra, J., Alcántar González, G., Trinidad Santos, J., Borges Gómez, L., & Pereyda
Pérez, G, p.4 2001).
DIGESTOR CONTINUO.
Como su nombre lo indica es continua la producción de biogás, igual es continua la entrada materia orgánica cada
tres días, según Sarah Barrero Torrella (Torrella, S. B. 2008, p. 3) y salida de bioabono. En esto radica su ventaja,
que siempre se cuenta con el suministro de gas y fertilizante.
DIGESTOR DE CAMPANA MOVIL HINDÚ.
Están enterrados, son verticales fabricados con ladrillo, la campana puede ser en fibra de vidrio u otro material que
proteja de fugas, se cargan por gravedad una vez al día. (Garzón Cuji, M. F, p.13 2011).
Para proteger de la corrosión se utiliza fibra de vidrio en tambor donde se alojarán el material orgánico (Zuluaga
Bernal, C. A, p.14 2007).
Este digestor posee una campana, cuando está arriba se debe a que tiene suficiente gas y cuando baja es porque
se ha consumido, además proporciona la ruptura de la nata que se forma por la sedimentación de la materia
orgánica facilitando la salida del gas hacia el reactor. (Villafuerte López, M. I., Achig, R., & Rodrigo, E, p.42 2007).
Fig. No 8. Reactor tipo Hindú (Villafuerte López, M. I., Achig, R., & Rodrigo, E, p.30 2007).
DIGESTOR DE CÚPULA FIJA CHINO
Es una recámara de gas firme la cual se construye con piedra o ladrillos, aquí la superficie y el fondo son
semiesféricos unidos por los lados. Tiene un tapón en la parte superior que facilita su limpieza y sirve para su
inspección. El gas que resulta de la degradación se guarda bajo el domo. Tiene larga vida útil, aproximadamente
20 años, dependiendo del mantenimiento periódico que se le preste. (Zuluaga Bernal, C. A, p.15 2007).
Se fabrican con bloques prefabricados, ladrillos o se cava el pozo por lo general en forma cilíndrica donde se
recubren las paredes y el piso con cemento ligero. (Garzón Cuji, M. F, p.14 2011).
Es un digestor esférico con una campana estática, cuando tiene suficiente gas éste desplaza la materia orgánica al
tanque de compensación, cuando el gas es mínimo, la materia fermentada vuelve al tanque, por esto su presión es
variable.
Fig. No 9. Reactor tipo Chino (Villafuerte López, M. I., Achig, R., & Rodrigo, E, p.32 2007).
DIGESTOR TUBULAR
Consiste en una bolsa llena de materia orgánica, fácil de transportar, muy económico el gas se almacena en la
parte de arriba, esto hace que la bolsa se infle lentamente. Lo primero que se hace es la zanja para posterior fijar
el digestor con los tubos de suministro y descargue. Es muy probable que sufra rupturas por ser plástico, su vida
útil se limita a tres años aproximadamente, donde se hace necesario hacer cambio de materiales con los que se
construyó. (Zuluaga Bernal, C. A, p.19 2007).
Se cava una zanja en su construcción y sobre ésta se asienta el biodigestor. (Soria Fregoso, M. D. J., Ferrera
Cerrato, R., Etchevers Barra, J., Alcántar González, G., Trinidad Santos, J., Borges Gómez, L., & Pereyda Pérez, G,
p.356 2001).
También se le conoce como digestor de salchicha por su forma, en sus inicios se fabricaba con polietileno, pero en
la actualidad lo más aconsejable es la geomembrana en PVC por su larga duración en comparación con el
polietileno, y en caso de presentarse daños en su instalación, la geomembrana permite con parches hacer
correcciones. (Garzón Cuji, M. F, p.16 2011)
El tiempo recomendado de retención del sustrato dentro de digestor es de 25 días. (Pedraza, G., Chará,
J., Conde, N., Giraldo, S., & Giraldo, L.2002).
Fig. No 10. Reactor tipo Tubular. (Pedraza, G., Chará, J., Conde, N., Giraldo, S., & Giraldo, L.2002).
PROCESOS QUÍMICOS QUE INTERVIENEN EN LA OBTENCIÓN DE GAS METANO A TRAVÉS DE BIODIGESTORES.
Para obtener biogás, el cual es confiable su combustión si el 50% es metano (Sosa, R., Chao, R., & Río, D. J, p.11
1999), a través de biodigestores interviene la descomposición anaerobia (sin presencia de oxígeno), encargada de
fermentar la materia orgánica que ingresa al reactor. En la descomposición anaerobia intervienen tres fases:
hidrólisis, acidogénesis y metanogénesis. (Flotats Ripoll, X., Campos Pozuelo, E., Palatsi Civit, J., & Bonmatí Blasi, A,
p.2 2001).
Las etapas involucradas en la degradación anaerobia tienen un excelente desarrollo en PH neutro, inferior a 6.0 o
superiores a 8.0 no favorecen el crecimiento microbiano lo que causa efectos inhibitorios en el crecimiento de las
bacterias, formando amoniaco libre, el cual es tóxico a las bacterias que intervienen en la metagénesis (CRUZ RUIZ,
A. L.
F. R. E. D. O, p.17 2014).
ETAPA HIDRÓLISIS.
La materia orgánica disuelta proveniente de la hidrólisis es convertida por una población microbiana heterogénea
en alcoholes y ácidos orgánicos de cadena corta. Los compuestos que son insolubles las exoenzimas los convierten
en compuestos orgánicos solubles que son la fuente de carbono, indispensable para la siguiente fase. (CRUZ RUIZ,
A. L. F. R. E. D. O, p.12-13 2014).
En esta etapa por acción de las enzimas (bacterias hidrolíticas-acidogénicas) descomponen los carbohidratos,
proteínas y lípidos (Moguel, K. C. C., & Canepa, J. R. L, p.90 2014) en azúcares y alcoholes (Montes Carmona, M. E,
p.22 2008).
ETAPA ACIDOGÉNESIS.
Los compuestos orgánicos solubles provenientes de la etapa anterior son transformados en alcoholes, ácidos
grasos, dióxido de carbono e hidrógeno. En esta etapa es la producción de hidrógeno y por la acumulación de los
ácidos grasos se presenta disminución en el PH. (CRUZ RUIZ, A. L. F. R. E. D. O, p.17 2014).
En esta fase los azúcares y lípidos obtenidos en la etapa anterior se transforman en ácidos grasos volátiles. (Montes
Carmona, M. E, p.23 2008). Como el ácido butírico o butanol y acético. (Moguel, K. C. C., & Canepa, J. R. L, p.91
2014)
ETAPA ACETOGÈNESIS.
El material proveniente de la acidogénesis es transformado en hidrógeno, CO2 y ácido acético. (CRUZ RUIZ, A. L. F.
R. E. D. O, p.14 2014).
Intervienen las bacterias homoacetogénicas capaces de transformar compuestos multi o monocarbonados en ácido
acético. (Sosa, R., Chao, R., & Río, D. J, p.8 1999).
ETAPA METANOGÉNESIS.
Esta etapa se da la producción de gas metano a partir de los metanógenos, en este caso dos tipos, los
acotoclásticos y la hidrogenotróficos, por estas bacterias se convierte en mezcla de dióxido de carbono y metano el
ácido acético, el hidrógeno y el dióxido de carbono. (CRUZ RUIZ, A. L. F. R. E. D. O, p.15 2014).
Por la acción de las bacterias metanogénicas acetoclásicas que transforman el ácido acético y las methanosarcina y
methanothrix, que transforman el ácido acético en metano (Moguel, K. C. C., & Canepa, J. R. L, p.92 2014), en esta
etapa finaliza la fermentación anaeróbica. (Montes Carmona, M. E, p.24 2008).
Fig. No. 11. Fases de la Descomposición anaerobia (CRUZ RUIZ, A. L. F. R. E. D. O, p.15 2014)
CAPITULO III
MARCO TEÓRICO
PROTOCOLO DE KIOTO.
Dentro del Protocolo de Kioto se estima controlar la emisión de seis gases de efecto invernadero, los cuales son el
gas metano (CH4), bióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N20), hidrofluorocarbonos (HFCS), perfluorocarbonos
(PFCS) y hexafluoruro de azufre (SF). (Cuatecontzi, D. H., & Gasca, J. 2004).
El protocolo de Kioto es un tratado internacional ratificado por 191 países incluida la Unión Europea que establece
objetivos sometidos a ley, con el fin de reducir en un 5% la emisión de los gases antes mencionados, por eso se
dice que es el único instrumento jurídico internacional que impone a los países ricos la reducción de gases efecto
invernadero, fue firmado el 11 de diciembre de 1997, entró en vigor en 2005, su primer periodo inició en 2008 y
terminó en 2012, el segundo empezó el 1 de enero de 2013 y finalizará en 2020. En la actualidad Estados Unidos,
el principal país contaminante con gases efectos invernadero se niega a ratificar este protocolo.
PARTES ESENCIALES DE UN REACTOR.
1. TANQUE DE DESCOMPOSICIÓN: Desde este lugar se da todo el proceso de descomposición anaerobia, es
aquí donde permanece por un periodo de tiempo, llamado tiempo de retención, el material orgánico que se será
atacado por la bacterias anaeróbicas para liberar gas, geométricamente puede ser cilíndrico, cuadrado o
rectangular, esto según el tipo de digestor.
El tanque de descomposición lo compone la cúpula, cuya función almacenar el gas en los momentos que no hay
consumo, puesto que la producción de gas es ininterrumpida a lo largo de todo el día. La capacidad de almacenaje
de la cúpula depende del volumen de la cámara de fermentación. (Campos Cuní, B. 2011).
2. LAGUNA DE COMPENSACIÓN: En esta parte del reactor, termina el sustrato resultante del proceso de
digestión donde se puede recoger ya como bioabono, su forma puede ser cuadrada, circular, rectangular y
construirse encima de la cúpula o al lado del tanque de fermentación. (Campos Cuní, B. 2011).
3. REGISTRO DE CARGA: Esta parque del reactor es la encargada de alimentar el tanque de digestión, su tamaño
y forma es variado, dependiendo del diseño y tipo de biodigestor. (Campos Cuní, B. 2011).
4. CONDUCTO DE CARGA: Transporta el material orgánico desde el registro de carga hasta ell tanque de
descomposición. (Campos Cuní, B. 2011).
FÓRMULA PARA CONOCER EL VOLUMEN EL DIGESTORE SEGÚN LA PRODUCCIÓN DIARIA DE MATERIA ORGÁNICA.
Para conocer el volumen del digestor a construir según la cantidad de material orgánico diario con que se va
alimentar decimos que el volumen del digestor es igual a kilos gramos de heces fecales más litros de agua por
tiempo de retención. El tiempo de retención para que se dé la digestión anaerobia varía de 25 a 55 días.
Vd=(kg(execra)+kg(agua))Tr (Campos Cuní, B. 2011).
Con base en esta fórmula se puede ejemplificar que si un campesino tiene en su granja 20 vacas, la cantidad diaria
de heces fecales que producirán éstas son 200 kilos, la relación del estiércol bovino con el agua requerida para el
reactor es de 1:1, los días de retención para este ejemplo son de 30 días. Sustituyendo tenemos:
Vd=(kg(execra)+kg(agua))30
Vd=(200kg(execra)200+kg(agua))30
Vd=12.000 = 12m3
Basados en los 200kg de material orgánico producido por las 20 vacas, el volumen del digestor ha de ser de 12m3 .
GEOMEMBRANA.
La geomembrana es una barrera de muy poca permeabilidad, hecha a base de resinas plásticas, viene en variados
espesores y su presentación es en rollos, se usa para detener el paso de fluidos de cualquier estructura hecha por
el hombre. (Portaluppi, L. 2014).
BIODIGESTORES PRESENTE EN LA ZONA DEL EJE CAFETERO.
Con la ayuda del señor Salomón Perdomo, actual Técnico Operativo en la Institución educativa Instituto Santa Ana,
corregimiento de Guática, municipio de Risaralda, quien amablemente atendió una entrevista vía telefónica se
logró recopilar información de los biodigestores presentes en esta zona del Eje Cafetero Colombiano. En la
institución de Santa Ana aún está la estructura del que fue un biodigestor tubular, el cual no volvió a funcionar pues
no se le siguió retroalimentando, simplemente la institución decidió no usarlo hasta nueva orden.
Es de resaltar que el señor Perdomo trabajó en el Colegio Agropecuario del municipio de Quinchía Risaralda, allí se
encuentra en desuso un biodigestor de Campana Móvil tipo Hindú, del cual dice el Sr. Salomón que este
biodigestor fue construido en mampostería, que su reactor estaba cavado bajo tierra, que tenía una campana móvil
que bajaba y subía según la cantidad del gas presente en el momento. Actualmente este biodigestor fue enterrado
según indicación del rector de turno de la institución educativa, dice el señor Perdomo que no entiende el por qué
se inhabilitó dicho digestor ya que nunca dejó producir gas durante el tiempo que él estuvo presente en ese
colegio.
El señor Salomón Perdomo Méndez también se desempeñó como Técnico Operativo del Instituto San Clemente,
corregimiento de Guática, municipio de Risaralda. Allí se puede apreciar por registro fotográfico un digestor tipo
tubular, el Sr. Salomón resalta que durante el tiempo que habitó en la casa de la Granja del Instituto San Clemente,
la fuente de gas era producida por este digestor, cuenta que el suministro siempre fue satisfactorio, sin olores y
poder calorífico similar al producido por el gas natural.
Fig. No 12. Biodigestor del Instituto San Clemente (Fuente Propia)
En otra entrevista telefónica, esta vez con la señora Flor María Aguirre Ossa, representante Legal de la Asociación
de Prosumidores (Productores-Consumidores) Agroecológicos Seccional Guática Risaralda, se identifica según
registro fotográfico en la finca La Ciria, en el corregimiento de Circasia en el departamento del Quindío otro
biodigestor tubular.
Fig. No 13. Biodigestor Finca la Ciria (Fuente Propia)
En el departamento de Caldas, municipio de Riosucio el tema de los biodigestores está avanzando a grandes pasos,
en entrevista telefónica con el Sr. Gustavo Largo, encargado del área técnica ambiental de ASOCIACION DE
PEQUEÑOS PRODUCTORES DE CAFE ASPROCAFÉ INGRUMÁ nos cuenta que el tema de los biodigestores lo inició la
Asociación Indígena ASPROINCA, luego llegó el programa gubernamental Oportunidades Rurales y para el año
2.010 con la Corporación Autónoma Regional bajo el programa La Ruta Verde 2010 se mejoró el proceso de
fabricación de los biodigestores tubulares, que como se evidenció son los únicos que se trabajan en esta parte de
Colombia, a excepción del Campana Móvil tipo Hindú presente en la Institución Educativa del Colegio Agrario de
Quinchía Risaralda.
El Sr. Gustavo Largo dice que estos biodigestores son los favoritos por su facilidad en la construcción, muy
económicos los materiales comparados con los hechos en mampostería y según él, estos digestores duran más de
6 años teniendo en cuenta que en esta región la temperatura oscila entre 18 a 23 grados Celsius.
Además agrega que el tiempo estimado según su experiencia del material orgánico dentro de este tipo de
biodigestores es de 25 días.
Cuando hablamos de productividad metaónica nos estamos refiriendo al gas producido por el biodigestor en
relación con la cantidad de materia orgánica y tiempo de retención.
Según entrevista con el Sr. Largo, en la parte de Riosucio Caldas, especialmente en la zona del resguardo indígena,
se está trabajando el tema del aprovechamiento de la pulpa del café, la cual es una fuente contaminante en la zona
cafetera.
La forma en que están tratando este foco de contaminación es utilizando la descomposición anaerobia en las fincas
cafeteras donde no hay animales que generen heces fecales, estas a su vez son reemplazadas por la pulpa que
deja el proceso de moler el grano de café. Además de producir gas por medio de la pulpa de café, evitar malos
olores en la granja, se disminuye el desarrollo de zancudos transmisores de dengue y paludismo presentes en las
fincas donde los residuos del café son arrojados a la intemperie.
CAPITULO IV
DISEÑO METODOLÓGICO
IV. Tipo de investigación
PROPÓSITO.
Por medio de la investigación básica se buscó evaluar los biodigestores presentes en el Eje Cafetero Colombiano, a
través de la recopilación de material informativo en repositorios, artículos científicos, revistas, periódicos, tesis de
grado, proyectos innovadores, buscando incrementar el conocimiento de la fabricación de estos biodigestores y el
aporte a la sociedad, especialmente a la población rural donde aún no hay redes de gas natural que suplan sus
necesidades cotidianas.
LUGAR.
Mediante la investigación documental se recolecta información, se selecciona y se elabora un estado del arte,
buscando siempre presentar de forma clara el impacto que genera la tala de árboles como fuente de combustión
para fogones de leña, los beneficios de los biodigestores, sus procesos de degradación dentro del reactor, las
etapas anaerobias que allí se presentan, el diseño y fabricación de los cuatro digestores consultados.
ALCANCE.
A través de la investigación argumentativa se da una visión general del estado actual de la obtención de gas
metano a partir de biodigestores en los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda.
V. Población
Desde el inicio de este trabajo, se enfatizó en la población campesina, la cual por temas topográficos no cuenta con
servicio de gas natural en sus hogares, esto los lleva a suplir esta necesidad por medio de la quema de madera en
los fogones de leña, ocasionando enfermedades respiratorias y aumentando el efecto invernadero a causa de la
tala de árboles.
VI. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Por medio de la investigación básica se recopiló información suficiente para determinar los biodigestores que
actualmente son utilizados en la obtención de gas metano. Adicional a esta recopilación, se entrevista por vía
celular a tres personas que tienen que ver con digestores en los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda,
logrando así la evaluación del estado actual de la obtención de gas metano en el eje cafetero colombiano.
CAPITULO V
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓNEl objetivo general de esta investigación se fundamentó en evaluar cuatro tipos de biodigestores para la obtención
de gas metano y el estado actual de la producción de dicho gas en el Eje Cafetero Colombiano.
Subsiguiente a las fuentes que se citaron y las entrevistas realizadas se presentan a continuación los resultados
obtenidos durante el desarrollo del presente trabajo escrito.
VII. Resultados del objetivo específico No. 1
Se evaluaron por medio de un cuadro comparativo cuatro tipos de biodigestores, comparando cinco características
que abarcan desde el proceso de puesta en marcha hasta los mantenimientos futuros de cada reactor. Los
aspectos evaluados son:
1. Suministro de gas y bioabono.
2. Vida útil.
3. Material orgánico recomendado.
4. Mantenimiento.
5. Costo en el proceso de fabricación.
La evaluación se lleva a cabo asignando una nota para cada aspecto a medir, se trabaja un rango de 3 a 5 donde
cada nota se estima así:
● 3 Poco Satisfactorio.
● 4 Medianamente Satisfactorio.
● 5 Satisfactorio.
Según el valor del rango de notas hace la sumatoria de cada digestor donde se aprecian los siguientes resultados:
● 26 Puntos para el Biodigestor Tubular.
● 23 Puntos para el Biodigestor de Cúpula Fija.
● 22 Puntos donde hay un empate entre los Biodigestores de Sistema Batch y Campana Móvil tipo Hindú.
Fig. No 14. Comparativo entre Biodigestores (Fuente Propia)
Según el resultado del cuadro comparativo, el reactor aconsejable es el tipo tubular o salchicha. Evaluando el
estado actual de la obtención de gas metano en el Eje Cafetero Colombiano, se aprecia que este es el biodigestor
que más se utiliza en esta región de Colombia, y como el cuadro lo muestra, es el más económico tanto en su
puesta en marcha como en los mantenimientos futuros, produce gas todo el tiempo y en caso de ser necesario
aplicar correctivos en su estructura, son valores muy bajos los que se invierten.
VIII. Resultados del objetivo específico No. 2
Con base en las fuentes de información consultadas se grafica el proceso de obtención de gas metano para cada
uno de los cuatros reactores evaluados a través de diagramas de procedimientos. La transformación de material
orgánico en gas metano puede decirse que es la misma para todo tipo de biodigestor, pero si se presentan unas
mínimas variaciones que a continuación se describen según el reactor utilizado.
PRODUCCIÓN DE GAS METANO A TRAVÉS DE UN BIODIGESTOR TIPO BATCH.
En el siguiente diagrama de operaciones podemos ver cómo se da el proceso de producción de gas metano por
medio de un biodigestor de lote conocido como tipo batch. Aquí los pasos a seguir son:
❖ Se procede a la carga del digestor.
❖ Tan pronto está lleno el cilindro contenedor se cierra herméticamente.
❖ Se obtiene gas metano lo que dure el proceso de descomposición.
❖ En aproximación 120 días dura cerrado herméticamente el biodigestor, transcurrido este tiempo se evacúa
el efluente.
❖ Nuevamente se vuelve a cargar el digestor.
Fig. No 15. Producción Sistema Batch (Fuente Propia)
Lo anterior diagrama muestra que este tipo de biodigestores sólo necesita de dos tareas después de construido,
como lo son el cague y descargue. Durante el proceso de descomposición que dura aproximadamente 120 días, no
precisa de ninguna otra intervención por parte de operarios, transcurrido el periodo estimado de producción de
biogás y bioabono, sólo requiere un mínimo de tiempo para el cargue del material orgánico y descargue del
bioabono. Esta es su gran ventaja en comparación con los otros tres tipos de reactores evaluados, los cuales si
necesitan constantemente la intervención de empleados que los retroalimenten.
Su desventaja está en que la producción de gas no es constante y tan pronto deja de producir se debe descargar y
cargar nuevamente, dando inicio a todo el proceso de descomposición. Para evitar desabastecimiento es
obligatorio tener otros reactores en diferentes periodos de cargue que mitiguen la falta de gas.
PROCESO DE CAMPANA MÓVIL TIPO HINDÚ.
Fig. No 16. Producción por sistema campana móvil (Fuente Propia)
El proceso de descomposición en el Digestor de Campana Móvil Tipo Hindú dura aproximadamente 30 a 60 días en
empezar a producir gas metano, esto referente a la puesta en funcionamiento del mismo, Estos digestores son
llamados continuos, lo que quiere decir que el suministro es constante y su caga diaria. Si bien es cierto que se
debe cargar todos los días, no demora mucho esta actividad, y se hace al momento de lavar los establos, galpones
y porquerizas.
Tiene como ventaja que su campana es móvil y al momento de disminuir la producción el biodigestor, esta se
desplaza hacia abajo sirviendo como indicador, además cuando baja rompe la nata formada por la sedimentación
de la materia orgánica, liberando el gas que se encuentre debajo de esta capa. Este desplazamiento de la
campana aumenta la presión del gas. En comparación con los otros tres reactores, es el que mayor presión tiene.
DIGESTOR DE CÚPULA FIJA CHINO.
Muy similar al biodigestor de campana móvil, sólo que este como lo indica su nombre la campana es fija,
desmejorando la presión y haciendo más lenta la liberación del gas que está debajo de la capa de nata producto de
la sedimentación del material orgánico, por ello se estima que después de su puesta en marcha se obtiene gas
transcurridos 45 a 90 días. Al igual que el tubular y el campana móvil, su producción es constante por lo que no
necesita de otro reactor para satisfacer la demanda interna de gas y bioabono de la granja.
Fig. No 17. Producción por sistema campana fija(Fuente Propia)
DIGESTOR TUBULAR
La producción de gas metano por medio de digestores tubulares se da así:
● Se construyen dos cajas, una para entrada del material orgánico y otra para salida del efluente.
● Se instala un tubo que conecta al establo, galpón o porqueriza con la caja de entrada.
● La materia orgánica ingresa al plástico que hace de reactor, allí se dará el proceso de descomposición.
● Por el tubo extractor, sale el gas metano proveniente de la descomposición.
● El efluente sale a la caja de salida.
● Se estima de 20 a 55 días el tiempo en producir gas el digestor al momento de cargarse por primera vez.
Fig. No 18. Producción por sistema tubular (Fuente Propia)
La mayor ventaja en comparación con los tres anteriores, es que después de su puesta en marcha es el que más
rápido genera gas metano, su costo de fabricación es menor y el suministro es constante. Su desventaja radica en
que la presión del gas no es la mejor en comparación con el campana móvil. Por lo demás es el que más se
construye en la región del Eje Cafetero Colombiano.
PROCESO GENERAL DE GAS METANO Y BIOABONO A TRAVÉS DE BIODIGESTORES.
El diagrama de flujo sintetiza como se produce gas metano por medio de biodigestores, si bien se trataron cuatro
tipos de biodigestores se puede decir que el proceso aplica para todos, ya sea continuo o discontinuo, las fases de
descomposición van a ser las mismas y el proceso como tal es el siguiente:
● Según criterio personal se construye el biodigestor con el que se va a producir gas y bioabono.
● Posterior a la construcción del digestor se hace un cargue total al tanque reactor donde se desarrollará la
descomposición.
● De acuerdo con el tipo de digestor varían los días en dar inicio a la producción del gas.
● En el caso de los digestores discontinuos sólo se hace un cague y se cierra herméticamente, por el contrario
los continuos requieren de un cargue periódico.
● Por la tubería extractora sale el gas metano a las cocinas o cilindros de almacenamiento.
● Por la caja extractora saldrá el efluente listo para ser utilizado como abono.
Fig. No 19. Diagrama de Flujo. Obtención de gas (Fuente Propia)
IX. Resultados del objetivo específico No. 3
De la información consultada y citada en este escrito, se resume en forma gráfica las cuatro etapas que intervienen
en la descomposición anaerobia, las bacterias presentes en cada fase y los compuestos que resultan durante este
proceso hasta llegar a la cuarto etapa donde el producto final es gas metano. Es notorio que si no se da la
descomposición anaerobia no se puede obtener gas metano, aquí la importancia de proveer las condiciones
necesarias para el desarrollo de las bacterias que hacen posible la transformación del material orgánico. La
temperatura es de las más importantes, pues estas bacterias se desarrollan mejor en temperaturas superiores a los
25 grados Celsius, igual el PH debe ser neutro para que la acidez o la alcalinidad no disminuya la proliferación de
las mismas.
Fig. No 20. Resumen descomposición anaerobia (Fuente Propia)
CAPÍTULO VI.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Luego de recopilada, clasificada, sintetizada y analizada la información y según los resultados obtenidos por el
cuadro comparativo y los diagramas de operaciones donde se evaluaron los cuatro tipos de biodigestores tratados
en este proyecto, se aprecia que el biodigestor más satisfactorio por su fácil montaje, bajo costo en materiales y
mantenimientos futuros, que proporciona un suministro constante de gas y bioabono es el tipo tubular, lo cual
concuerda con las entrevistas efectuadas a la Sra. Flor María Aguirre Ossa, al Sr. Salomón Perdomo Méndez y al Sr.
Gustavo Largo, quienes recomiendan este tipo de digestor y en la actualidad es el más construido en el Eje
Cafetero Colombiano.
Al graficar el proceso de obtención de gas metano para cada reactor por medio de diagramas de procedimiento,
queda registrado que el digestor tubular es el más rápido en producir gas, aproximadamente 20 a 55 días de su
puesta en funcionamiento, contrario al sistema batch que requiere en aproximación de 120 días.
Para producir un bioabono rico en nutrientes y gas metano a menor tiempo se recomienda cargar el biodigestor con
heces fecales de bovinos, porcinos y aves. Esta recomendación es el producto de consulta en varias fuentes que
concluyen en combinar el material orgánico de estos tres tipos de animales, con el fin de acelerar la
descomposición anaerobia, producir un bioabono con más nutrientes, dando como resultado suelos más
productivos.
Al señalar los procesos internos presentes dentro de los biodigestores se concluyen que la descomposición
anaerobia se desarrolla mejor en temperaturas superiores a los 25 grados Celsius. En pisos térmicos superiores a
los 2.000 m, lo ideal es proteger el biodigestor a través de un invernadero para regular que no haya descenso en su
temperatura, logrando así estabilidad de las bacterias anaerobias, favoreciendo su constante producción. Este
invernadero también sirve de protección a los reactores tubulares, expuestos al contacto de perros, gatos, aves, y
demás animales que habitan en la granja, los cuales pueden perforar su membrana.
Referente al PH se considera que cuando un reactor no produce lo suficiente y la temperatura es la optima, el PH
está muy por encima o muy por debajo del rango ideal que va de 6 a 8, inferior o superior a este rango produce un
efecto inhibitorio de las bacterias que impiden su desarrollo.
Como recomendación general, crear un modelo matemático que permita cuantificar qué cantidad de gas produce
un biodigestor, ya que las fuentes de donde se obtuvo información no son muy claras en este tema y no
concuerdan entre sí, además las personas entrevistas llegaron a la misma respuesta y es que no tenían un modelo
de medición que les permitiera saber cuánto gas producen lo digestores con los que trabajan.
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