Biodigestores:Una estrategiapara mitigar el
cambio climáticoy generar
responsabilidad
social, ambientaly política
Manual de construccióny operación de biodigestortipo hindú y flujo continuo
Autores
Revisión
Fotografías
Reconocimientos Videos Pablo Muñoz - Editor y Diego Robles - Camarógrafo
Diseño y diagramaciónIdentidad Gráfica®
Identidad Gráfica®Impresión
“Experiencia Biodigestores, tecnología limpiapara mitigar el cambio climático”
Diana Domínguez Gómez- CARE ECUADOR Jorge Granja Ruales - UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE (UTN)Robinson Guachagmira y Luis Robalino Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI)
Carolina Mancheno, CARE EcuadorFernando Unda, CARE EcuadorGalo Varela, Universidad Técnica del Norte
Diana Domínguez GómezJorge Granja RualesRobinson Guachagmira Luis Robalino
Tiraje200 ejemplares
Primera ediciónCARE Ibarra-EcuadorAgosto, 2010
CARE Ecuador / Claudia Futterknecht (Directora)
Programa de Cambio ClimáticoPrograma Ambiente, Economía y SociedadProyecto “De la Nieve al Manglar”
AGRADECIMIENTOS A Green Empowerment por financiar la iniciativa; a la Universidad Técnica del Norte (UTN) y su club ecológico Allpha Mashikuna (amigos de la tierra) por aceptar el reto de la investigación aplicada; a las iniciativas turísticas privadas “Hacienda La Merced” y “Bosques de Paz”; al Ilustre Municipio de Antonio Ante y; a la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag; todos ellos por contribuir
con su experiencia y sumarse al proyecto de investigación propuesto por CARE y la UTN.
Procesos capacitación durante la investigación
Capacitación con Universidades Técnica del Nortey Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra
Talleres con universidades, organizaciones desegundo grado y gobiernos locales de Imbabura.
Intercambio de experiencias en manejode biodigestores Bolivia-Ecuador
Capacitación con departamentos ambientalesde los municipios de Antonio Ante e Ibarra.
PRESENTACIÓN
Julio, 2010
Programa Ambiente, Economía y SociedadCARE Ecuador
Universidad Técnica del NorteFICAYA
La investigación e implementación de alternativas que permitan generar energías amigables con el ambiente, forman parte de los esfuerzos que CARE y la Universidad Técnica del Norte (UTN) impulsan, en la lógica de apoyar la construcción de cadenas productivas que vinculen desarrollo económico, seguridad alimentaria y producción limpia, es el resultado de la reflexión del compromiso individual y social para contribuir a la mitigación de los efectos del cambio climático a partir de acciones de responsabilidad social, ambiental, económica, cultu-ral y política.
Estrategias determinantes para CARE y la UTN en la facilitación de mecanismos que contribu-yan a consolidar un modelo de desarrollo sustentable, son la participación y la construcción de redes con la sociedad civil, con entidades del gobierno nacional (como rectoras de la política pública) y con organismos de la cooperación internacional. Es así que los avances y retos presentados en el diseño, implementación y monitoreo de biodigestores fue posible sistematizarlos gracias al financiamiento de Green Empowerment; al involucramiento directo de las familias y comunidades, al diálogo constructivo con entidades como las Dirección Regional del Ministerio de Ambiente de Morona Santiago, el gobierno autónomo descentrali-zado de Antonio Ante, la Junta Parroquial de Peñaherrera del Cantón de Cotacahi, entre otros. Un socio principal fue la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) a través de su proyecto financiado por el Fondo de Pequeñas Donaciones del FMAM (SGP), cuyos integrantes se involucraron no solo de manera decidida en esta actividad, sino que además contribuyeron a que los aprendizajes identificados sean sistematizados en el presen-te documento.
El texto que se pone en su consideración constituye a la vez un manual o guía técnica para la construcción de biodigestores como una alternativa para la generación de energía aplicable en los espacios de uso doméstico y en actividades productivas desde una mirada de identifi-cación de aprendizajes sociales e institucionales. Un elemento clave de este proyecto fue la sistematización permanente del camino recorrido desde el diseño, hasta la construcción y obtención de biogás y biol.
En este contexto, el presente documento es un esfuerzo de investigación y reflexión partici-pativa que rescata las experiencias desarrolladas en las provincias de Imbabura y Morona Santiago. Así mismo se brinda una visión técnica y operativa global en relación a los usos, características y potencialidades que ofrecen los diferentes tipos de biodigestores investiga-dos: modelo hindú (7), flujo continuo (2 en investigación y 8 en construcción) y horizontal (3).
Esperamos que este aporte pueda ser complementado y mejorado en el quehacer de familias y comunidades, cuyo trabajo cotidiano generan condiciones de equidad que construyen, en la práctica, la utopía posible del país intercultural e inclusivo.
CONTENIDO
AgradecimientosPresentación1. IntroducciónLugares de investigación
2. Contexto de la investigación
3. Aspectos técnicosUsos de biogás y biolComposición y características del biogásComposición: uso y características del biol de ensayos Criterios a considerar en el diseño de un biodigestorVentajas y desventajas de los biodigestores
4. Biodigestor familiar tipo hindúEstructura del biodigestor modelo hindúConstrucción del biodigestor hindúPasos gráficos para construcción del biodigestor hindú Excavación del pozoLimpieza y fundición de la base del pozoArmado de malla y molde metálicoFundición del pozo y cámaras de entrada y salida del biodigestorConstrucción de campana y colocación de contra pesosColocación de campanaColocación de sellos de seguridadComposición de sustratosToma de muestras para análisis de pH y temperatura
5. Biodigestores de flujo continuoMateriales e insumos requeridosPreparación de la fosaImplementación del tanque de entrada y tanque de salida (área de carga y descarga)Preparación de la funda plásticaColocación del dispositivo de salida del biogásColocación de la funda plásticaVálvula de seguridadColocación del filtroInflado y llenado del agua de la fundaControl de nivel de aguaAlimentación del biodigestorPrimera utilización del biogásProtección, manejo y mantenimiento del biodigestorEsquema de biodigestor flujo continuo
Bibliografía
6. Lecciones aprendidasLecciones técnicasLecciones socioeconómicas
Glosario
12
3
57781112
141516171818181920202121
23
262627272828292929303031313232
33
343435
36
1
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
1. INTRODUCCIÓN
Con el pasar del tiempo se hace evidente la necesidad de utilizar energías alternativas que
contribuyan al saneamiento ambiental y mitigación al cambio climático, que permitan por
medio de su implementación, alcanzar tecnologías de bajo costo y fácil aplicación.
Es importante reflexionar que las energías basadas en el uso de recursos naturales no
renovables no son una opción sostenible a largo plazo, por lo que hoy en día la población tiene
la obligación moral de entender la importancia del uso y tratamiento de energías alternativas.
Un tipo de energía alternativa es el uso de la materia orgánica (estiércol de ganado, gallina,
chanchos, humanos, residuos de hierba verde, etc.) como una solución energética local,
regional y global. Para ello se desarrollan y difunden procesos eficientes y sencillos, como por
ejemplo, la degradación anaerobia lograda a través del biodigestor en el cual se produce
biogás (metano) y fertilizantes líquidos y sólidos.
Es así que, con la finalidad de brindar mayor información para el desarrollo y uso de energías
alternativas, CARE y la Universidad Técnica del Norte (UTN) aúnan esfuerzos para realizar
trabajos de investigación y desarrollar mayor conocimiento referente a biodigestores
amigables con el ambiente, mínimo impacto visual y acondicionado al medio social.
A este esfuerzo se suma la Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI) quienes
manejan una tecnología alternativa muy adecuada a su zona. En la provincia de Morona
Santiago la alianza institucional se la realizó con la Dirección Regional de Ministerio del
Ambiente y porcicultores de la parroquia de Tayusa, General Proaño y Sevilla Don Bosco. En la
provincia de Imbabura, la mayoría de estas investigaciones se encuentran, en empresas
turísticas privadas; las mismas que buscan ofertar un turismo diferente, responsable con el
ambiente y la sociedad, emprendiendo así el reto de utilización de energías alternativas en
cada una de sus empresas. Entre estas organizaciones se han implementado biodigestores
para realizar estudios como: cantidad y calidad del biogás, de biol (fertilizante) y sobre todo
el nivel de aceptación y compromiso por parte de la sociedad para aplicar estas tecnologías.
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
2
Hostería “Bosques de Paz” El Limonal
Asociación de CampesinosAgroecológicos de Intag (ACAI)
Hostería La Merced Baja “Zuleta”
Camal Antonio Ante
Comunidad Chaupi Guarangui
Lugares de investigación:biodigestoresimplementados
Granja La Pradera UTN
3
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
2. CONTEXTO DE LAINVESTIGACIÓN
El Plan Nacional del Buen Vivir 2009-2013 del Ecuador menciona que es “…un reto recuperar la calidad
ambiental en las zonas urbanas, especialmente en términos de calidad del aire y del agua,…el mejoramiento de
los estándares ambientales de las industrias y las grandes inversiones, así como de los pequeños productores
que, sin un control efectivo, ponen en riesgo la salud de las comunidades rurales, especialmente por
contaminación de productos químicos usados en la agricultura.
Es así como los biodigestores en el Ecuador han tenido aceptación, no tanto, como una opción rentable
inmediata, pues, mientras se mantenga el subsidio del Estado al gas esta alternativa no puede competir en
costos; pero sí ha respondido como una atractiva oferta para reducir el grave problema de contaminación del
sistema de ríos que cruzan por las ciudades pequeñas y medianas del País, especialmente donde las
Municipalidades no dispone de incentivos que viabilicen mejores prácticas de manejo de residuos como parte
de un esquema normativo municipal de control de la contaminación.
2.1. UbicaciónLa investigación fue en la provincia de Imbabura a diferentes altitudes y temperaturas, con la finalidad de
contar con parámetros ambientales al momento de tener un prototipo de biodigestores para cada una de éstas
zonas. A continuación se detallan las características de la provincia de Imbabura así como los lugares en los
cuales se realizó la implementación.
La provincia de Imbabura se encuentra al norte del País, limitada por:
NORTE: Carchi y Esmeraldas;
SUR: Provincia de Pichincha;
ESTE: Sucumbíos y Napo;
OESTE: Provincia de Esmeraldas
Su capital es Ibarra misma que se encuentra a una altitud: 2214 m.s.n.m Imbabura posee una variedad de pisos
climáticos que van desde el mesotérmico húmedo y semihúmedo pasando por el mesotérmico seco, hasta el
páramo sobre los 3.500 metros de altitud, con temperaturas entre los 8°C. y los 28°. (Fuente:
http://www.edufuturo.com/imprime.php?c=2327)
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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Figura 1. Ubicación
Los lugares en los cuales se ubicó la investigación se caracterizan por tener ganado vacuno y porcino cuyos
desechos o excretas en algunos casos no tienen tratamiento lo que produce un alta contaminación ambiental
ya que son liberados directamente al caudal de los ríos y quebradas. De ahí que el biodigestor se convierte en
una opción para dar tratamiento a este tipo de contaminación.
En Morona Santiago se implementaron biodigestores de modelo horizontal que aún se encuentran en proceso
de investigación.
En el caso de Morona Santiago al momento de esta publicación, CARE con el apoyo y el liderazgo de la oficina
regional del Ministerio del Ambiente Regional, se desarrolla el proceso de investigación e implementación de
3 biodigestores, con la finalidad de dar los primeros pasos en la regularización de calidad ambiental con
agricultores que tiene porquerizas y que están afectando ambientalmente con los desechos provenientes de
ésta actividad productiva.
El interés por parte de los propietarios no sólo se basa en el manejo adecuado de los desechos sino también en
la producción de biol y en la generación de energía alternativa; esto en consideración al alto costo mensual que
significa la compra de fertilizantes químicos para sus pastos y el uso de energía para abrigar a lechones.
Lugar de investigación Cantón Cant.
Camal Municipal Antonio AnteHostería Bosques de Paz Ibarra- Parroquia La Carolina Hostería La Merced Baja Ibarra
Ibarra
- ZuletaGranja La Pradera (UTN) Antonio AnteComunidad Chaupi
Universidad Católica delEcuador Sede Ibarra (ECAA)
GuarangíIbarra; Unión de Organizaciones Campesinas Cochapamba
Intag
Morona Santiago Macas
Total biodigestores
Cotacachi; Asociación de Campesinos Agroecológicos de Intag (ACAI)
1112
1
1
3
8
18
PROVINCIA DE IMBABURA
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Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Un biodigestor es una cámara hermética e impermeable en la que se depositan desechos orgánicos (estiércol o
material vegetal) para producir en su interior una degradación anaeróbica de la cual se obtiene biogás y
fertilizante líquido y sólido en menores cantidades.
El mecanismo básicamente consiste en alimentar el biodigestor con materiales orgánicos (estiércol) y agua
cruda por período de 35 a 45 días aproximadamente durante los cuales, se produce el proceso bioquímico y la
acción bacteriana, desarrollándose estas dos simultánea y gradualmente, todo esto en condiciones ambientales
y químicas favorables, en esta acción se descompone la materia orgánica hasta producir biol y biogás (metano)
para luego ser usado como combustibles (generación de calor y/o electricidad entre otros).
La digestión anaerobia se produce a partir de polímeros naturales y en ausencia de compuestos inorgánicos,
realizada en las siguientes tres fases:
3.1 ¿QUÉ ES UN BIODIGESTOR?
3. ASPECTOSTÉCNICOS
(Marty, 1984)
Hid
rólis
is a
nerobia
3) Metanogénica
2) Acetogénesis y
deshidrogenación
1) Hidrólisis y fermentación La materia orgánica se descompone por acción de un grupo de
bacterias hidrolíticas anaerobias que hidrolizan las moléculas
solubles en agua, como grasas, proteínas y carbohidratos, y las
transforman en monómeros y compuestos simples solubles.
Los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos se
degradan produciendo ácido acético, CO2 e hidrógeno que son
los sustratos de las bacterias metanogénicas.
Se produce metano a partir de CO2 e hidrógeno, por la acción de
la actividad de bacterias metanogénicas
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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La degradación anaerobia es producida por bacterias metanogénicas (en su tercera fase) que participan en la
descomposición de desechos orgánicos en un ambiente húmedo, sin oxigeno y con una temperatura adecuada
(aproximadamente 35°C, a menor temperatura se requiere de más tiempo para producir la digestión
anaerobia). También se requieren de otros parámetros como:
Hermetismo.- ambiente completamente hermético.
Relación carbono/nitrógeno (C/N) La relación óptima de la materia orgánica C/N es 30:1; con una relación
(10:1) existe pérdidas de nitrógeno asimilable reduciendo la calidad del material digerido. Con una relación
(40:1) es demasiado amplia por lo que se inhibe el crecimiento debido a falta de nitrógeno.
Presión .- La presión manométrica óptima es de 6 cm de agua dentro del biodigestor.
Tiempo de retención (TR). – Es el tiempo que se demora desde el momento de la carga hasta la obtención de
biol de buena calidad. En algunos casos el TR va desde los 35 hasta los 75 dependiendo de la temperatura.
Tiempo corto de retención = mayor cantidad de biogás, biol de baja calidad. Tiempos largos de retención =
baja cantidad de biogás, con biol de buena calidad
pH.- El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Los valores óptimos de operación oscilan
entre 6.7 y 7.5 con límites de 6.5 a 8.0 (Hayes et al., 1979).
La estabilidad del proceso anaerobio depende de los factores mencionados arriba, siendo los principales la
temperatura y el pH del material biodegradado, aspectos que en el campo son de fácil obtención, control y
manejo.
La relación carbono-nitrógeno es una de las más importantes, ya que tanto el carbono como el nitrógeno son elementos básicos para la nutrición de los organismos, para
una correcta fermentación deben encontrarse en las proporciones idóneas 25-40/1. (C/N). Esta relación muestra la fracción de carbono orgánico frente a la de nitrógeno. Si
al terminar un proceso y tras la fermentación se tiene un valor C/N alto, indica que no ha sufrido una descomposición completa.
Sustrato Relación Carbono/Nitrógeno
Papel 150-200/1Caña de maíz 150/1Pajas (trigo, cebada, avena, centeno 60-128/1Cascarilla de arroz 95/1Hojas frescas 40-80/1Residuos de frutos 40/1follaje abundante 10/1follaje en plena floración 20/1follaje maduro 50/1Rastrojo de leguminosas 10-15/1Estiércol de bovinos 18-40/1Residuos de panza (camal) 20-30/1
1
1
Consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido, generalmente mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el líquido busca su propio nivel ya
que se ejerce 1 atm en cada uno de los extremos. Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el líquido se eleva en el tubo abierto hasta que las
presiones se igualan. La diferencia entre los dos niveles del líquido es una medida de la presión manométrica.
Fuente: http://sites.google.com/site/cientificogenial/presion-manometrica
2
Estiércol de equinos 18-25/1 Estiércol de porcinos 16-20/1 Desechos de humanos 5-20/1
Fuente: http://www.manualdelombricultura.com/wwwboard/messages2/2272.html
http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.26.21r.html
http://organicsa.net/relacion-cn-en-el-compost.html
2
TABLA 1. RELACIÓN CARBONO NITRÓGENO EN DIFERENTES SUSTRATOS
7
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
El biogás y biol son el resultado de la descomposición de la materia orgánica dentro del biodigestor (sin
presencia de oxígeno); el biol por lo general contiene nutrientes fácilmente asimilados por las plantas; en tanto
que el biogás puede ser utilizado en la generación de calor entre otros.
El biogás y biol (fertilizante) pueden ser utilizados de la siguiente forma:
3.2 USOS DE BIOGÁS Y BIOL (FERTILIZANTE)
Se llama biogás a la mezcla constituida por metano (CH4) aproximadamente entre un 55% a un 70%, de
dióxido de carbono entre 25-45% y de otros gases que se encuentran en pequeñas cantidades como hidrógeno,
nitrógeno y sulfuro de hidrógeno.
Fuentes:http://www.textoscientificos.com/energia/biogashttp://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap5.pdfhttp://www.biodisol.com/biocombustibl
es/biogas-que-es-el-biogas-digestion- anaerobia-caracteristicas-y-usos-del-biogas-energias-renovables-biocombustibles Elaboración: Propia
3.3. COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS
1 m3 de biogás equivale a:Alcohol 1,1 litrosGasolina 0,8 litrosGas-oil 0,65 litrosGas natural 0,76 m3
Carbón de piedra 1,5 kg.Madera 1,3 kg.Fuente: Presentación Jaime Marti, Bolivia, 2010
Características del biogás
CH4
Metano CO2
Anhídrido Carbónico
H S 2
Sulfuro de hidrógeno
OTROS
Proporciones % Volumen
50-70 27-44 1,5 a 2 3
Tabla 2. Composición y características del biogás
Tabla 3. Rendimiento de biogás
APLICACIONES DEL
BIOGÁS Y BIOABONO
Biogás Fertilizante (biol)
Generación de calor Generación de
electricidadFertilizante líquido
Fertilizante sólido
(Mínimas cantidades)
Quemadores Lámparas
de combustión
calefacción cocina
Motores de
combustión interna
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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Durante el proceso de investigación se tomó una muestra de los resultados de biol obteniendo los siguientes
resultados:
3.4. COMPOSICIÓN, USOS Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOL: ENSAYOS
Lugar Sustratos de carga
Temperatura Ambiente
Temperatura interna
biodigestor
Altitud
El Limonal; Hostería Bosques de Paz
70% de material verdey 30% de estiércol equino.
18– 24°C 26-28°C 1213 m.s.n.m
Zuleta: Hostería Hacienda La Merced
100 % estiércol de ganado vacuno.
10-15°C 15-17°C 2800 m.sn.m
Tabla 4. Datos generales de lugares de muestreo
Tabla 5. Análisis físico de muestras de biol.
Parámetro Unidades ResultadoLa Merced
ResultadoBosques de Paz
pH - 6.76 7.15Conductividad s/cm 7.23 1575Temperatura °C 17.90 21.6Turbidez NTU Fuera de escala 57.7Densidad g/ml 1.00 0.99Sólidos Totales (ST) mg/L 9535.00 4790Sólidos Volátiles totales (SVT) mg/L 4810.00 2110Sólidos Fijos Totales (SFT) mg/L 4725.00 2680
3.4.1 Análisis Físico
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Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Parámetro Unidades ResultadoLa Merced
ResultadoBosques de Paz
Nitritos (NO2 ) mg/L 0.832 0.230
Nitratos (NO3 ) mg/L 9.746 27.47
Amonio (NH4 ) mg/L 3.0 2.04
Nitrógeno Total (NT) % 0.0136 2.97 x 10-3
Potasio (K) mg/L 540 80.0
Fosfatos (PO4 ) mg/L 25.17 12.59
Hierro Total mg/L 1.41 0.55
Hierro Fe2+ mg/L 1.20 0.40
Hierro Fe3+ mg/L 0.21 0.15
Cobre (Cu) mg/L 1.22 0.65
Calcio (Ca) mg/L 41.0 49.0
Manganeso (Mn) mg/L 0.53 Menor a 2.0
Boro (B) mg/L Menor 0,05 0.044
Sulfato (SO4) mg/L 97.0 14.0
Muestra Corresponde E. Coli (UFC/ml)
La Merced
E. Coli (UFC/ml)
Bosques de Paz
Coliformes Totales (UFC/ml)
Valores Norma*
M1 Biol 30 1.0 MNPC 200 nmp/100ml
3.4.2 Análisis Químico
3.4.3 Análisis Microbiológico
Fuente: Análisis de biol; Laboratorio Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra.
Tabla 6. Análisis químico de biol
Tabla 7. Análisis microbiológico de biol.
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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En la Hostería Bosques de Paz se pudo realizar una investigación en plántulas de cítricos Tangelo que estaban
prácticamente muertas; el ensayo consistió en evaluar el nivel de recuperación o no de éstas a través de la
utilización del biol obtenido de su biodigestor.
En la siguiente tabla y en las fotografías se observan los resultados que estas plantas tuvieron al ser fertilizadas
tres veces a la semana con 50 cc de biol más 50 cc de agua en cada una durante tres semanas.
De igual forma se observó la excelente recuperación que existe en plantas de papaya y tomate riñón que
presentaban problemas al momento de iniciar con su fructificación; ahora se nota frutos fuertes y vigorosos.
El nivel de fertilización es óptimo en cultivos como pastos, frutales de ciclo largo, especies forestales; en un
sistema de fertilización basal.
Nota: No es recomendable realizar aplicaciones a productos de consumo directo como por ejemplo lechugas,
rábanos, cilantro, otras; por el nivel de contaminación de E. Coli.
Cultivo Muestra total
Plantas recuperadas
Plantas muertas
Cítrico Tangelo 100% 92% 8%
Fuente: Elaboración propia
Cultivos que mejoraron su nivel de fructificación y desarrollo de follaje
Tabla 8. Ensayo: Recuperación de plántulas de cítrico tangelo
Biol obtenido en el biodigestor de Bosques de Paz Plántulas de Tangelo antes del ensayo Plántulas recuperadas tratadascon biol después de 3 semanas
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Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Aporte de estiércol diario por especie
Ganado kg de estiércol fresco producido por cada 100 Kg. de peso del animal
Cerdo 4Bovinos 8Caprino 4Conejos 3Equino 7Humano adulto 0,4 Kg. por adultoHumano niño 0,2 Kg. por niño
Estiércol diario
Animales Número Peso kg/Animal
Peso vivo total kg
Estiércolgenerado/100kg/día
Estiércol totalkg/día
Vacas 3 300 900 8 72*Cerdas madres
1 100 100 4 4
Lechones 9 2 18 4 0,72Cerdos-crías 8 15 120 4 4,8Cerdos en estado de venta
6 50 300 4 12
Total 93,523 vacas: 72 Kg24 cerdos: 21,52 Kg*Pero en ganado estabulado todo el día
3.5. CRITERIOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR:
Los siguientes aspectos a tener en cuenta en el diseño, planificación y construcción de un biodigestor son:
La siguiente tabla es una base con la cual se puede realizar los cálculos necesarios para conocer el número de
animales requerido para tener una cantidad determinada de biogás.
Nivel de participación y responsabilidad por parte de los propietarios que van a implementar un biodigestor.
Que la familia cuente con toda la información técnica para la implementación y manejo de un biodigestor.
Compromisos de la familia: tiempo para el mantenimiento, recursos económicos para la compra de
materiales de construcción, mano de obra, área disponible para la construcción.
Necesidades correctamente identificadas para la implementación del biodigestor, por ejemplo: sanitaria,
energética (biogás), fertilizantes, otros.
Disponibilidad de materia prima, desechos pecuarios o domésticos.
Visión integral de la gestión ambiental y producción agropecuaria de su actividad productiva.
Diseño de prototipo configurados o adaptados a cada una de sus realidades locales.
Tabla 9. Datos base para calcular cantidad del biogás requerido
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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Entre las ventajas de los biodigestores se pueden apuntar las siguientes:
Tabla 10. Producción de biogás
Animales Litros de biogásproducido/día/Kg. de
estiércol cargado diariamente
Biogás requerido (litros)
Estiércol necesario (kg)
Cerdo 51 1160 22,75Bovino 35,3 1160 32,86Nota: Cada kg de estiércol de vaca producirá 35,3 litros de biogas
¿Cuántos animales son necesarios para producir este biogás?
Animales Estiércol necesario
Estiércol/100 Kg /día
Peso vivo necesario
Cerdo 22,75 4 568 Kg (11 chanchos)Vacas 32,86 8 419 Kg (1 vaca y un
ternero)Fuente: Presentación Jaime Marti, Bolivia, 2010
3.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIODIGESTORES
Disminución de la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la leña para cocinar. Esta es una opción
factible para comunidades aisladas o alejadas de los circuitos de distribución del gas comercial.
El biogás presenta menos riesgo a la seguridad familiar en relación al gas de uso doméstico.
Reducción del trabajo de los campesinos, principalmente de mujeres y niños debido a que dejan de buscar
leña en lugares lejanos.
Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción de energía eléctrica, transporte automotor
y otros).
Producción de biol o biabono rico en nutrientes, ecológico y económico, además no contamina el ambiente
en comparación con los fertilizantes químicos sintetizados.
Mejoramiento de las condiciones de saneamiento ambiental a través de la reutilización y transformación de
los desechos orgánicos, como las excretas de animales (generalmente vacunos) contaminantes del ambiente
y fuente de enfermedades para seres humanos y animales.
Fomenta la unión familiar a través de la educación e involucramiento de todos sus integrantes,
principalmente de adultos mayores, niños, niñas y de personas con capacidades diferentes a través del
intercambio de responsabilidades para el mantenimiento del biodigestor.
Complementa y promueve un modelo de gestión integral sustentable de la finca y del manejo de sus
recursos naturales.
En el Ecuador actualmente existe un subsidio al precio del gas, esto hace que no se considere la obtención
de energía proveniente de otras fuentes alternativas sin embargo; el biol obtenido del biodigestor compensa
económicamente toda su inversión además que permite mantener un sistema de producción libre de
contaminantes.
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Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
En cuanto a las desventajas se puede apuntar las siguientes:
Requiere de un trabajo diario y constante, sobre todo para la carga de la materia orgánica.
Dependiendo del modelo, requieren de mucho cuidado sobre todo cuando son construidos con plásticos, ya
que éstos pueden ser fácilmente cortados y quedar inutilizados. Otros modelos pueden ser también de
costos elevados aunque de mayor duración.
Los beneficios de los biodigestores no han sido lo suficientemente difundidos.
Dentro de las desventajas es posible identificar dificultades técnicas resultantes de la construcción de
biodigestores:
El biodigestor debe encontrarse cercano a la zona donde se recoge la materia orgánica o sustrato; y a la zona
en la cual se realiza su consumo.
Debe mantenerse una temperatura constante y cercana a los 35 ºC.
Es posible que como subproducto se obtenga ácido sulfhídrico (H2S), el cual es tóxico y corrosivo y causa
malos olores.
En caso de no contar con las medidas de seguridad se puede correr el riesgo de causar explosión.
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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El biodigestor tipo hindú al momento de esta
publicación se implementó en cinco lugares de la
Provincia de Imbabura: En el Camal de Antonio
Ante, Hostería Bosques de Paz, Hacienda La
Merced, y la Granja La Pradera de la UTN; todos
ellos fueron construidos con la finalidad de
realizar diferente tipos de investigaciones como:
a) determinar el sustrato ideal para cada piso
altitudinal, b) determinar un modelo prototipo ,
c) disminuir el impacto visual al momento de
implementar este tipo de tecnologías.
4.BIODIGESTOR FAMILIAR TIPOHINDÚ (Cúpula flotante)
“Experiencia: MANUAL DE CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN”
Dos biodigestores más del mismo modelo se está implementando en la Comunidad de Chaupi
Guaranguí y en la Pontificia Universidad Católica Sede Ibarra (PUCESI).
El biodigestor hindú de esta investigación está diseñado con las siguientes características:
Al momento de la redacción del presente documento, los biodigestores aún se encuentran en
fase de investigación, por lo que los resultados de esta primera fase son preliminares.
A continuación se detalla el proceso de construcción y manejo de los biodigestores modelo
Hindú que la UTN y CARE ECUADOR implementaron con la finalidad de realizar en su primera
fase las investigaciones anteriormente mencionadas.
3
Por motivo de investigación el biodigestor se lo diseñó en menores dimensiones a las recomendadas en la literatura y, considerado para aquellas familias que cuenten con
animales en cantidades menores (10 cabezas de ganado y/o hasta 15 chanchos),
3
Volumen: 2400 litros
Carga diaria: 10-15 kg de materia orgánica y 30-45 litros de agua.
Producción de biogás equivalente: 5kg/mes de gas doméstico.
Producción de biol (fertilizante): 30-40 litros de biol diaria después de 35-45 días
Altura: 2,65 metros
Diámetro:1,30 metros
Vida útil: 15 años
Biodigestor modelo Hindú, Bosques de Paz El Limonal
15
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Consiste en una estructura vertical que dispone de una
campana flotante y dos tanques: uno para la carga de
materia orgánica y otro para la descarga de biol; bajo el
principio de vasos comunicantes, a esto se suma una
cámara hermética en la cual se genera condiciones de
degradación anaeróbicas de la materia orgánica; para
formar biogás y bio abono (líquido conocido como biol).
Adicionalmente tiene dos contrapesos, suspendidos desde
la campana, para agitar la mezcla interna de materia
orgánica.
Para permitir el ingreso de la materia orgánica y la salida del
bioabono, se dispone de dos tubos PVC que se conectan el
tanque de almacenamiento con la zona de carga y descarga.
Biodigestor Tipo Hindú de cúpula móvil Adecuado para la producción de biogás, mínimo impacto visualFuente: http://www.energianatural.com.ar/biogas02.html
l
Campana flotante Caja de descarga
Tanque reactor PVC descarga
Caja de carga
PVC carga
4.1. ESTRUCTURA DEL BIODIGESTOR MODELO HINDÚ CÚPULA FLOTANTE:
Figura 1. Estructura de un biodigestor modelo Hindú
Elaboración: Jorge Granja
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
16
Para la construcción de un biodigestor modelo
hindú con campana flotante se requiere los
siguientes materiales:
Herramientas
Molde de hierro
Tablas de encofrado
Palancón
Pico
Barra de hoyado
Carretilla
Recipientes plásticos
Sierra
Escalera
Nivel
Plomada
Tabla 11. MATERIALES BIODIGESTORES TIPO HINDÚMateriales Unidades Cantidad
Cemento quintales 14
Malla electrosoldada, 6 x 150 x 150
unidades 1
Tubos desagüe (6”) metros 3
Tubos desagüe (4”) metros 3
Tubos de presión de PVC de 20 mm
unidades 2
Válvula tigre PVC Bola ” unidades 3
Adaptador macho C/R 63 X 2" unidades 3
Codo E/C 20 mm X 90° unidades 4
Tee 20 mm unidades 1
Manguera bicapa 3/4 " unidades 2
Adaptador hembra C/R 20 X 1/2"
unidades 3
Neplo flex "mm unidades 2
Teflón unidades 1
Adaptador macho C/R 20 mmX1/2"
unidades 3
Tee R/R 1/2" unidades 1
Neplo corrido 1/2" unidades 1
Universal PVC 1/2" unidades 1
Abrazaderas unidades 2
Cable de acero (alma de acero) 3/16
metros 10
Grillete HG cable 3/16 unidades 16
Tubos de moto para sellar la campa Unidades 1Bombril Unidades 1Aditivo plastificante Unidades 1Campana de acero Unidades 1Arena Metros
cúbicos3
Ripio Metros cúbicos
2,5
Piedra Sólo si se requiere
4.2. CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR HINDÚ
Entrega de materiales Hostería Bosques de Paz, El Limonal
Entrega de accesorios Hostería Bosques de Paz, El Limonal
17
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Elaboración: Jorge Granja
Tabla 12. MATERIAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN BIODIGESTOR PROTOTIPO, tipo HINDÚ (Campana flotante)
Materiales de construcción CantidadAporte
InstitucionalAporte
Actor Local totalCemento 14 quintales 98,00
- 98,00
Malla electrosoldada, 5 x 150 1 u40,00 -
40,00
Tubo PVC de 6” 3 metros 1 u14,00 -
14,00
Tubo PVC de 4” 3 metros 1 u7,00
7,00
Campana superior flotante 1 u360,00
360,00
Arena y ripio para encofrado 5,50 m3
50,00 50,00
Excavación en roca 2,45 m3
60,00 60,00
Accesorios para tubería de gas 145,00
45,00
Imprevistos (Transporte de materiales, otros) 40,00
40,00
TOTAL PRESUPUESTADO (Precios a Junio 2010) 604,00 110,00 714,00
Nota 1: La idea es utilizar los agregados disponibles en cada sector
Nota 2: El aporte del actor local consistió en la mano de obra para el armado del encofrado común, material pétreo mantenimiento y manejo. Nota 3: Los costos de mantenimiento dependen del trato que se le dé a cada biodigestor; en este caso es imprescindible que al menos cada año se dé una capa de pintura a la campana. También se recomienda poner una cubierta al biodigestor con la finalidad de evitar posibles oxidaciones de la campana.
Para la construcción de este modelo en el camal de Antonio Ante, hostería Bosques de Paz, hacienda La Merced,
comunidad Chaupi Guranguí y en la granja La Pradera de la UTN, la PUCESI ECAA de la provincia de Imbabura se
utilizó los siguientes materiales en base al siguiente presupuesto:
Para el caso “Bosque de Paz”, se conoce que la mezcla total sería:
3 litros de estiércol equino
7 litros de hierbas verdes
10 litros de agua
¿Cuál es el tamaño del biodigestor?
Entonces:
Se asume que TRH = 30 días; carga total diaria de 20 litros= (3 + 7 + 10) litros
Por lo tanto “Tamaño mínimo” = 30 x 20 = 600 litros; esto implica que para el
tamaño real de 1600 litros podríamos cargar hasta 3 veces la carga diaria de este
ejemplo.
4.3. PASOS GRÁFICOS PARA CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR HINDÚ
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
18
a. Excavación del pozo Antes de realizar la excavación del pozo es necesario tener en consideración el tipo de suelo y las posibles
fuentes de agua cercanas, en caso de tenerlas es mejor no realizar este trabajo debido a posibles lixiviaciones
de líquidos contaminantes.
La excavación se inicia con la remoción del material en toda el área señalada, es importante recordar el espacio
de los canales para la colocación de los tubos de carga y descarga. El pozo debe ser excavado hasta alcanzar la
profundidad de 2,65 m, siempre controlando el diámetro, la dimensión correcta es 1,30 m.
La ejecución del hormigón armado comienza con la colocación de la malla electrosoldada en la base del pozo,
siendo la parte más importante durante este proceso, cuidar que la malla esté separada del fondo
aproximadamente 5 cm.
b. Limpieza y fundición de la base del pozo
c. Armado de malla y molde metálico
Eliminar todos los escombros del fondo del pozo La base debe ser fundida con una parrilla de hierro. (10cm de espesor)
1,30m de diámetro y 2,65m de profundidad. Cavar adecuadamente para no tener problemas al ubicar el molde metálico.
19
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Una vez vertido el hormigón en la base, se procede a colocar la malla electrosoldada en la pared vertical del
pozo. Durante esta colocación, es preciso que la malla vertical esté guiada por las varillas salientes de la base.
Caja de descarga
Caja de cargaTanque reactor
d. Fundición del pozo y cámaras de entrada y salida del biodigestor
La malla de 8mm sirve para dar mayor resistencia al cilindro
Biodigestor en construcción
Biodigestor fundido con moldes metálicos
Las paredes deben ser completamenteimpermeabilizadas
Zona de carga y descarga(nota:luego se corta el tubo para que permitael ingreso o salida de materia orgánica
y biol respectivamente)
Es necesario que las paredes del biodigestor estén
completamente impermeabilizadas para evitar
lixiviaciones o pérdidas de biogás.
En las cajas de carga y descarga; el tubo de 4 pulga-
das es para el ingreso de materia orgánica y el de 6
para salida de biol.
Notas aclaratorias:
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
20
Para la construcción de la campana es necesario realizar el cálculo de su tamaño como se muestra en el
siguiente ejemplo:
Es indispensable la colocación de los contrapesos en la campana ya que estos permitirán estabilizarla, también
tienen la función de agitar la materia orgánica que se encuentra dentro del biodigestor; de no contar con estos
se corre el riesgo de que se forme una “nata superficial” de la materia orgánica en la parte más alta del pozo
que impide la salida del biogás hacia la campana.
e. Construcción de campana y colocación de contra pesos
Se requiere que alrededor de la campana se coloque un tubo de llanta de motocicleta internamente relleno de
arena y aserrín con el objetivo de tener un sello entre la campana y el pozo, evitando así fugas de biogás.
f. Colocación de campana
Elaboración: Jorge Granja
Para el caso “Bosque de Paz”, se conoce que el tamaño real del pozo es de 1600 litros
¿Cuál es el tamaño de la cámara de gas del biodigestor?
Entonces:
Cámara de gas = (1/3) x tamaño del biodigestor= (1/3) x 1600 litros = 530 litros
Contrapesos dispuestos desde la campapara agitar la mezcla internamenteen el biodigestor
Colocación de la campana y el tubo sellante
21
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
La válvula de gas es colocada con la finalidad de evacuar biogás acumulado y no utilizado, evitando así posibles
explosiones, es necesario recordar que en el sellos de seguridad se debe incluir el bombril o estropajo húmedo
para capturar el ácido sulfhídrico, causante de posibles malos olores.
g. Colocación de sellos de seguridad
A continuación se presenta un cálculo bastante básico para la mezcla en relación de sustratos.
h. Composición de Sustratos
Elaboración: Jorge Granja
Justo en la “T”se coloca
el bombril oestropajo
Determinación simple del tamaño del biodigestor.
Ejemplo de cálculo
Para el caso “Bosque de Paz”, las hierbas mezcladas (hm) tienen un relación C/N =
35 y para el estiércol equino (ee) se ha estimado una relación C/N = 20.
Para la mezcla ideal C/N = 30 ¿Cuál es la composición de la mezcla?
Entonces:
Xhm* 35 + Yee*20 = 30 X*(35-20) = 30-20
donde:
Xhm = % de hierbas verdes y
Yee = % de estiércol equino
Por lo tanto:
Xhm = 67 % Xhm = 70 % de hierbas mezcladas
Yee = 30 % de estiércol equino
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
22
Bosques de Paz: Hacienda La Merced:
Estiércol de ganado vacuno (20 Kg), agua (60 litros)/ día
Camal de Antonio Ante Granja La Pradera UTN
Para el caso “Bosque de Paz”, las hierbas verdes (hm) se ha estimado un TS = 24 % y para el
estiércol equino (ee) se ha estimado un TS= 40 %.
Para la dilución ideal de sólidos totales < 15 % ¿Cuál es la adición de agua?
Entonces:
Por lo tanto “Agua” = 125 % Mínimo = 100% (es decir el volumen similar al total de la mezcla
de materia orgánica, 10 litros de materia orgánica + 10 litros de agua)
Sin embargo; una vez realizado el ensayo con el cálculo recomendado no se obtuvieron los
mejores resultados en cuanto a pH y homogenización del sustrato: por lo que se realizaron
ensayos hasta conseguir la mezcla óptima; quedando:
Que la proporción óptima es 1 a 3-4 es decir: 1 kg de sustrato + 3 o 4 litros de agua
Material verde (14 Kg) y estiércol de caballo (6 Kg),agua (80 litros)/ día
Rumen de ganado vacuno (20 Kg) yagua (60 litros)/ día
Estiércol de ganado (300 Kg) y agua (990litros)/ semana
23
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Los datos fueron tomados al menos dos veces por semana; el proceso consistió en verificar pH y temperatura;
una vez tomado los datos se realizaron las respectivas correcciones al sustrato de ser necesario:
Con pH bajo (4-6) es necesario incorporar un puñado de cal en el biodigestor y proceder a agitar la campana;
caso contrario se requiere incrementar agua en la mezcla hasta obtener una relación 5-1 (sustrato-agua para
incrementar el pH).
Como resultado se tiene el biogás que permite una
combustión pausada, el mismo que genera combustión para
aproximadamente 40 minutos para una hornilla de cocina
doméstica.
Otro resultado producto del biodigestor es el biol (Las
características del mismo se puede observar en el capítulo I:
COMPOSICIÓN, USOS Y CARACTERÍSTICAS DEL BIOL:
ENSAYOS) Llama generada de biodigestor
Obtención de biol
MATERIA ORGÁNICA TRH (días)
Estiércol vacuno líquido. 20 - 30 días
Estiércol porcino líquido. 15 - 25 días
Estiércol aviar líquido. 20 - 40 días
i. Resultados basado en la siguiente tabla de Retención
j. Toma de muestras para análisis de pH y temperatura
Fuente: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL;“Diseño y construcción de un biodigestor para pequeñas
y medianas granjas”, Ecuador 2010
Tabla 13. Tiempo de retención hidráulico (TRH) recomendadoen base al sustrato
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
24
Tabla 14. Resultadas de pH en algunos lugares de investigación
Lugar pHHacienda La Merced - Zuleta 6,6 - 7,19Hostería Bosques de Paz - El Limonal 7,03 – 7,40Camal Antonio Ante - Atuntaqui 7,16 – 7,20 Granja experimental La Pradera UTN - Chaltura 7,16 – 7,32
Durante la investigación los ensayos arrojaron los siguientes resultados que, según la bibliografía está dentro
de los parámetros aceptables. De tener valores diferentes se corre el riesgo de no generar biogás, o que las
características del biol no sean de buena calidad; por lo que es necesario realizar las correcciones en el
sustrato que se mencionó anteriormente
25
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
5. BIODIGESTOR DEFLUJO CONTINUO
La materia que se pone en el biodigestor, fluye a lo largo de la funda plástica doble hasta llegar
al otro lado, en el recorrido se va transformando y se pierde su mal olor por lo que el abono
que resulta no es desagradable al olfato. El biodigestor, es una tecnología económica y fácil de
construir permitiendo el aprovechamiento y reciclaje de recursos que se tiene en la finca.
En la zona de Intag y en base a su propia realidad social,
económica y cultural se implementan biodigestores de
flujo continuo, esto como parte de un proceso de forma-
ción en la implementación de granjas integrales con enfo-
que agroecológico. Bajo esta mirada se considera que este
tipo de biodigestor cumple con las características que
requiere la zona.
Con este modelo se ha logrado conseguir 4 horas de gas al
día, dos horas para la mañana y dos horas para la tarde y,
aproximadamente 40-60 litros diarios de biol (fertilizante).
Al momento los integrantes de la Asociación de Campesi-
nos Agroecológicos de Intag (ACAI) son quienes están a
cargo de la implementación e investigación de este modelo
con apoyo de CARE Ecuador y la UTN.
Es necesario conocer que en un biodi-
gestor de flujo continuo se produce
un proceso de biodigestión similar a
un largo estómago o intestino en el
que se digieren los excrementos; por
un lado se lo alimenta y por el otro se
obtiene abono orgánico y biogás.
Este proceso se conoce como biodi-
gestión y se produce dentro de una
funda plástica de doble capa. Dentro
del sustrato líquido las bacterias y
microorganismos descomponen la
materia orgánica en condiciones
anaeróbicas (sin aire) generando
biogás.Biodigestor flujo continuo de familias de la zona de Intag
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
26
Los materiales básicos para la construcción de biodigestores de flujo continuo son los siguientes:
Tabla 15. BIODIGESTOR FLUJO CONTINUO
Cantidad Material
2 Tee E/c 32 mm PVC
2 Buje E/c PVC 32 mm x 25mm
1 Adaptador salida de tanque 1"
1 Codo E/C 32 mm X90°
1 Codo E/C 32 mm X45°
1 Adaptador hembra 25 x 1/2 PP
1 Tapón macho R
1 Neplo Flex de 3/4
1 Tapón macho 3/4 R
1 Adaptador macho de 32 mm X1
1 Adaptador hembra de 32 mm 3/4 RR
0,5 Metros de tubo 20 mm
27 Metros de plástico amarillo verdoso calibre 10
40Metros de zarán para protección de biodigestor
25Costales reciclados o plásticos reciclados para cubrir el hoyo
Costo total aproximado: 200 USDLos materiales citados son para la construcción del biodigestor considerados hasta antes de llegar a la conexión de la cocina.
Materiales para cocina desde las llavesCantidad Material4 Codos Hg de 1/2 X90
5 Elevador Hg de 1/" X 20 cm
1 Tee Hg de
3 Válvulas bola bronce
2 Neplos Flex de
2 Abrazaderas de
2 Neplos corrido Hg de
2 Neplos Hg de X10
Costo total aproximado: 200 USDEstos materiales son desde el inicio de las llaves hasta la hornilla.Nota 1: La vida útil de este biodigestor es de hasta 8 años siempre y cuando se de el mayor cuidado al plástico, por lo que la vida útil se resume en el cuidado que se dé al plástico.Nota 2: Los costos de mantenimiento varía de acuerdo a la pieza que haya que cambiar costos que son mínimos a excepción del plástico, en este caso es el rubro más costoso. Nota 3: A los costos de implementación es necesario sumarle transporte, mano de obra sobre todo de la excavación entre otros.
5.1. MATERIALES E INSUMOS REQUERIDOS
Materiales para la construcción debiodigestores flujo continuo
27
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
El costo de estos materiales asciende aproximadamente de 200 USD, que pueden variar
dependiendo de la distancia entre la chanchera, el biodigestor y la cocina, así como también
por el uso de bloques, ladrillos o piedra del lugar.
En los extremos de la fosa se procede a excavar un
hueco cuadrado de 1 metro de ancho por 1 metro
de largo y un metro de profundidad, luego se
arman los tanques (en un extremo para la carga de
materia orgánica y en el otro para la descarga del
biol) que pueden ser fundidos o hechos con
bloques, también se puede usar tanques redondos
prefabricados (como se muestra en las gráficas) en
los cuales se colocan tubos de cemento de 20 cm
de diámetro (de uso en las alcantarillas) para que
facilite la circulación de mezcla de estiércol y agua.
b. Implementación del tanque de entrada y
tanque de salida (área de carga y descarga)
Tomando como referencia, un biodigestor de 10 metros
de largo, se debe excavar o construir una fosa con las
siguientes medidas.
10 metros de longitud
0,80 metros de profundidad
0,90 metros de ancho en la parte superior
0,80 metros o (80 centímetros) en la parte
inferior o base
El piso debe estar a nivel
Se debe cuidar que en la fosa no hay piedras ni rocas
puntiagudas o raíces de plantas arbustos y árboles en la
superficie lateral y de la base de la fosa, que esto podría
romper el plástico que posteriormente será colocado.
a. Preparación de la fosa
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
28
Dispositivo de salida del biogás
Una vez que se cuenta con todos los materiales, se
prepara la funda (plástico tubular, calibre 8-10) de 24
metros, se corta en la mitad quedando dos fundas
tubulares (“mangas”) de 12 metros cada una, luego se
introduce una funda dentro de la otra, los quiebres
(costuras) de las fundas deben coincidir para que
formen una sola funda doble. Al final queda una “salchi-
cha” o “chorizo” grueso de 12 metros de largo que será
colocada y acoplada a los tubos de cemento en cada
extremo de la fosa de 10 metros. De los dos metros de
plástico que aparentemente sobra, se procura que a
cada extremo quede 1 metro para el amarrado posterior.
c. Preparación de la funda plástica
La ubicación de la salida del biogás
se hace aproximadamente a 2
metros de la zona de carga, y sobre
el quiebre superior del plástico se
hace un corte circular un poco más
pequeño del diámetro de la rosca
del adaptador. El adaptador se intro-
duce en el orificio realizado anterior-
mente y luego se sujeta fuertemente
para lograr un cerrado hermético
usando arandelas y empaques de
caucho, (por lo general los cauchos
son de tubos de llanta de carro que
ya no se utilizan).
d. Colocación del dispositivo
de salida del biogás
29
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
A un metro de distancia de la válvula de seguridad, se coloca una “T” de PVC de 32mm con
reducción a 1/2 (media), con la finalidad de ubicar un filtro que contiene una esponjilla de
hierro (estropajo), que reacciona y funciona en contacto con la humedad atrapando partículas
de gases (anhídrido sulfúrico, sulfuros en general, entre otros) que son responsables del mal
olor. Esta esponjilla debe ser cambiada cada mes o dos meses aproximadamente (cuando esté
muy oxidada).
Los extremos de funda se
amarran con correas de
neumáticos de carro reutiliza-
do en los tubos de cemento
de los tanques de entrada y
salida (área de carga y descar-
ga) la funda debe quedar bien
extendida, con los quiebres
inferior y superior alineados
en el centro de la fosa.
A continuación se hace un
amarre temporal en el extre-
mo del tubo de cemento que
queda en el interior de los
tanques de entrada y salida.
Este cierre en los extremos de
los tanques se lo hace con la
finalidad de facilitar el inflado
y posterior ingreso de agua
en la funda plástica.
Se coloca con una “T” de 32
mm, en el tramo entre el
biodigestor y la cocina (casa),
a unos 2 metros de la funda
(“salchicha”). Su función es
formar un sello de agua para
que el exceso del biogás
acumulado y no utilizado
pueda salir, evitando que la
funda estalle por la presión
del biogás.
g. Colocación del filtro
f. Válvula de seguridad
e- Colocación de la funda plástica (“salchicha”) dentro de la fosa
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
30
La funda se llena de la mezcla anteriormente
mencionada en un 60% de su capacidad total de tal
manera que sobre pase o tape completamente los
tubos de alcantarilla, para evitar que el biogás
tenga salida o escape por los extremos.
Asegurándose que los extremos de los tubos de
cemento (tipo alcantarilla) estén sellados, se
procede a llenar la funda con aire proveniente de
un compresor, una vez que la funda está comple-
tamente inflada se aprovecha para revisar que no
haya fugas debido a malos amarres o rupturas del
plástico. En otros casos también se puede usar el
aire generado de una bomba de fumigar a motor
dando muy buenos resultados.
Una vez que se descarta fuga de aire o ruptura del
plástico se procede a ingresar la primera carga
(aproximadamente 8 caretillas de estiércol
mezclado con 24 carretillas de agua) a la funda,
llenando primero el tanque de entrada o carga,
este paso puede durar algunas horas, tiempo en
el cual se debe controlar para evitar la posibilidad
de fugas.
Control de nivel de agua
Filtro
Válvula de seguridad
Dispositivo de salida del gas
h. Inflado y llenado de agua de la funda (“salchicha”)
i. Control del nivel de agua
Inflado de la funda con bomba
El bombril o estropajo debe estar húmedo al momento de ser instalado, con la finalidad que éste reaccione con el ácido sulfhídrico, disminuyendo así los malos olores provenientes del gas.
31
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Al siguiente día de la instalación se continúa con la carga o alimentación del biodigestor, colocando en adelante
todos los días la mezcla de estiércol y agua. Para el biodigestor de 10 metros de longitud se debe colocar al
menos dos baldes de 20 litros de excremento fresco más 6 baldes de agua, de manera práctica en la mayoría
de casos, las familias cuentan con una chanchera con cuatro o cinco animales permanentes, que es limpiada
todos los días, el producto de este lavado se introduce directamente al tanque de entrada. Otras familias
utilizan el estiércol de ganado vacuno, dando muy buenos resultados
El biogás y biol estarán listos 30 días después de la primera carga, este será el momento de instalar
la cocina artesanal (no cocina convencional). El biogás es llevado al sitio requerido (cocina) a través
de tuberías de PVC o manguera negra de 32 mm (1 pulgada) y al llegar a la cocina se acopla a la
hornilla construida con tubería metálica de ½ pulgada, realizando las conexiones con llaves de paso
igualmente de ½ pulgada.
Todos los días se dispondrá de 3 horas en la mañana y 3 horas en la tarde de biogás y de 40-60 litros
de biol aproximadamente. Por la disponibilidad de biogás durante los 365 días del año y durante
varios años, este tipo de instalaciones se denomina biodigestores tubulares de flujo continuo.
Es necesario mencionar que aproximadamente dos veces por semana es preciso realizar masajes al
biodigestor con la finalidad de romper la nata superficial que se forma de la degradación del estiércol
(similar a la que se forma en un charco de agua sucia) para que el biogás se libere con facilidad.
j. Alimentación del biodigestor
k. Primera utilización del biogás
Combustión con biogás
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
32
Dadas las características frágiles del plástico una vez
instalado el biodigestor, una de las primeras medidas
inmediatas e importantes es la construcción de un
cerramiento y techo para el biodigestor protegiéndolo
principalmente de gallinas, perros, seres humanos, etc.
También hay que realizar limpiezas en forma periódica,
para evitar el crecimiento de plantas y arbustos
cercanos al biodigestor que pueden poner en riesgo el
plástico, en el supuesto que no se tenga estos cuidados
lamentablemente se pueden dar casos de ruptura del
plástico.
Para tener una mejor evacuación del biol se requiere que al menos una a dos veces por semana, se realicen
masajes suaves a la funda del biodigestor.
l. Protección, manejo y mantenimiento del biodigestor
Esquema de biodigestor flujo continuo
Biodigestor con protección
ESQUEMA DE BIODIGSTORES IMPLEMENTADOS EN INTAG
Cámara de biogás
33
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
Botero, B.M. y R.P. Thomas. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y fertilizante a
partir de excretas. Manual para su instalación, operación y utilización. Centro Internacional de Agricultura
Tropical. Cali, Colombia. Bremner, J.M. 1965. Total nitrogen. pp. 1149-1178. In:
Marti, J. 2008, Guía de diseño y manual de instalación de biodigestores familiares, Bolivia, pp21,27,33,36
Marti, J. 2010, Apuntes taller biodigestores, Bolivia.
Marty, B. 1984. Microbiology of anaerobic digestion. In: A.M. Bruce, A. Kouzeli-Katsiri y P.J. Newman.Anaerobic
digestion of sewage sludge and organic agricultural wastes. Elsevier. New York. pp. 72-8
Soria F., M., J. Tun S., A. Trejo R. y R. Terán S. 1994. Producción de hortalizas en la península de Yucatán.
ACAI-PPD, Cartilla: Producción de biogás en fincas campesinas del valle de Intag, un aporte a la construcción de
Cotacachi - Ecuador
http://biodigestores.org/
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/ENERGIA22/HTML/articulo04.htm
http://www.unesco.org.uy/phi/libros/fontana.pdf
http://www.ecrsolar.com/imagenes/pdf/energias_alternativas_es.pdf
http://www.upc.edu/grecdh/pdf/2008_JMH_Guia_biodigestores.pdf
http://www.energianatural.com.ar/biogas02.html
http://www.sepade.cl/proyectos/biodigestor.php
http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p4-metanogenesis.pdf
http://www.aqualimpia.com/PDF/Biogas%20estiercol%20de%20cerdo.pdf
http://www.aqualimpia.com/PDF/Biogas%20estiercol%20de%20cerdo.pdf
http://imagenes.tupatrocinio.com/img-bbdd/documentos/biodigestores.doc
http://www.manualdelombricultura.com/wwwboard/messages2/2272.html
http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.26.21r.html
http://sites.google.com/site/cientificogenial/presion-manometrica
http://organicsa.net/relacion-cn-en-el-compost.html
http://www.textoscientificos.com/energia/biogas
http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap5.pdf
http://www.biodisol.com/biocombustibles/biogas-que-es-el-biogas-digestion-anaerobia-caracteristicas-y-usos
Bibliografía
Manual de construcción y operación de Biodigestor tipo Hindú y flujo continuo
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A continuación se comparten las lecciones aprendidas en el diseño, planificación, implementación, monitoreo
y evaluación del proceso de investigación en biodigestores.
La implementación de biodigestores permite mitigar de alguna forma los impactos ambientales generados
por residuos orgánicos de animales a nivel peri urbano y rural. Como ejemplo se cuenta con un prototipo
en el Camal Antonio Ante, lo que ha permitido disminuir en un porcentaje la contaminación directa y a su
vez se obtiene un sub producto apto para el uso en agricultura como biofertilizante.
El principal inconveniente que se encontró fue la fuga de biogás que se presenciaba en el espacio que
quedaba entre la campana y el pozo; situación que fue superada al sellar este espacio con un material, de
fácil acceso, reciclable, y de muy buen funcionamiento como lo es el llenar tubos de llantas de motocicletas
viejas rellenas de arena y aserrín, de tal forma que se continúa manteniendo la flexibilidad que se requiere
de la campana.
Uno de los principales problemas de manejo que se tiene en los biodigestores modelo Hindú es la carencia
de un sistema de agitación de la mezcla del sustrato; por lo que la aplicación de contrapesos que da
estabilidad a la campana y al mismo tiempo agita la mezcla internamente permitió recuperar la capacidad
productiva del biodigestor.
Si bien es cierto, se cuenta con un diseño general de los diferentes tipos de biodigestores sin embargo; fue
necesario realizar las respectivas modificaciones que dependen de cada uno de los lugares (temperatura,
sustrato, otros) así como de los materiales zonales; de ahí que es necesario revisar periódicamente las
instalaciones, con el objetivo de eliminar posibles daños que puedan provocar mal funcionamiento del
biodigestor.
Es importante revisar periódicamente la válvula de seguridad cuando el biogás no sea utilizado para reducir
el riesgo de potenciales fugas y explosiones ya que es un biogás inflamable, por lo que es importante la
concientización de los involucrados en el manejo responsable del biodigestor.
Los biodigestores deben ser implementados en lugares que cuenten con un proceso agroecológico,
sistémico y diario (granja, finca agrícola o pecuaria, otras) ya que su mantenimiento y manejo como carga,
descarga y agitación se requiere que sean operaciones diarias.
Es necesario que se rediseñe constantemente el modelo Hindú (en cuanto al tamaño) ya que al ser un
prototipo de estudio no se cuenta con los niveles de biogás requeridos para combustión de cada familia,
sin embargo; la cantidad de bioabono al igual que su calidad es exactamente la requerida.
Se requiere de mayor investigación en el uso del bioabono para cada uno de los cultivos; así como la
promoción de un sistema asociativo de producción y comercialización que permita mejorar los ingresos
económicos familiares en caso de tener excedentes de bioabono.
Posterior a todos los ensayos realizados se pudo observar que la utilización de sustratos cuya mezcla
contenía material verde funciona en biodigestores de flujo continuo no así en el hindú ya que toda la
celulosa tiende a flotar provocando un aprisionamiento de la campana dejándola sin movilidad y sin salida
de biogás.
Es imprescindible contar con un hábito de agitación básica en la campana que evite la formación de una
capa más gruesa que impida la salida del biogás
6. LECCIONESAPRENDIDAS
Lecciones técnicas:
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La utilización del bioabono apoya a consolidar procesos agroecológicos a nivel de parcelas familiares o
grandes extensiones, favoreciendo al ambiente en la disminución de uso de pesticidas.
Se disminuyó la contaminación de acequias, quebradas y ríos cercanos a los lugares en los cuales se
implementó los biodigestores por la utilización de excretas; el resto de materia orgánica generada por la
actividad productiva se da un tratamiento previo antes de dar uso en suelos agrícolas.
La interacción institucional es fundamental dentro de estos procesos ya que esto genera una
responsabilidad privada y pública; en este caso el relacionamiento se lo mantuvo a nivel de gobiernos
autónomos descentralizados, organizaciones no gubernamentales, empresas privadas, asociaciones de
agricultores y universidades por lo que se vieron grandes aprendizajes que permiten conocer el nivel de
compromiso de cada uno.
El impacto social vinculado al uso de esta tecnología es de relevante importancia, ya que se generó una
visión más amplia frente al uso de energías alternativas, en este caso del biodigestor, y por ende en el
manejo de sus productos (biogás y bioabono).
Al lograr un biol de buenas características, se produce un ahorro de aproximadamente 120 USD/mes/ha
(en cultivo de cítricos) por dejar de comprar fertilizante sintetizados; éste valor depende de cada cultivo.
Al inicio del ensayo había una fuerte motivación de los involucrados por realizar investigaciones que les
eran desconocidas; una vez obtenidos los primeros resultados, su participación se torna más activa y
dinámica, motivándoles a continuar con otras investigaciones.
Es importante la participación directa de autoridades, ya que esto permite impulsar un proceso político
dinámico que dinamiza la investigación en el uso y manejo de biodigestores, con el objetivo de tomar
decisiones oportunas que mejoren la calidad ambiental de su cantón.
Lecciones socioeconómicas:
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Anaeróbicos: es un término técnico que significa vida sin aire
Agua cruda: Agua sin ningún tipo de tratamiento, libre de cloro u otros elementos desinfectantes
Ácido sulfhídrico o sulfuro de hidrógeno: es un ácido inorgánico de fórmula H2S. Este biogás es
más pesado que el aire, es inflamable, incoloro, tóxico y su olor es el de la materia orgánica en
descomposición, como los huevos podridos.
Oxidación anaeróbica: oxidación de amonio, proceso microbiano combinando amonio y nitrito
Organismo anaeróbico: es un organismo que no requiere oxígeno para crecer.
Digestión anaerobia: es el proceso en el cual microorganismos descomponen
material biodegradable en ausencia de oxígeno.
Bacterias metanogénicas: Son bacterias anaerobias que producen grandes cantidades de metano
como producto principal de su metabolismo energético.
Glosarios
Imbabura - Ecuador CARE email: [email protected]
UTN jgra
njar
uale
s@gm
ail.c
om
Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el
cambio climático
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Biodigestores, tecnología limpia para mitigar el
cambio climático
BiodigestorModelo Hindú
BiodigestorModelo
Flujo Continuo
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