18. Energía

Características técnico económicas de un biodigestor de tipo

tubular empleado en la agricultura familiar

MORENO, Claudio; VARGAS, Federico

Universidad Nacional de Asunción

Resumen

La agricultura familiar paraguaya es el sector rural más importante en

cuanto al número de personas que afecta. Se caracteriza por ser un

sistema productivo diversificado que combina la producción agrícola

con la cría de animales menores y utilización de leña o gas licuado de

petróleo como principal fuente de energía en el hogar. Estas fuentes

de energía, en la actualidad, presentan un costo elevado y difícil acceso

debido a las distancias y escases. El trabajo busca describir las

características técnicas y económicas de un biodigestor tipo tubular

utilizado en la Compañía Paso Jhú, distrito de Piribebuy. Los

biodigestores son recipientes herméticos que permiten la digestión

anaeróbica de la materia orgánica para la generación de metano

mezclado con dióxido de carbono y otros gases. El biodigestor

analizado es el de tipo manga o tubular con un volumen de 1800 litros,

una longitud de 5 metros y un diámetro de 1,5 metros. Este biodigestor

es capaz de absorber una carga diaria de 50 kilogramos de estiércol

bobino fresco para la producción de 1.800 litros de biogás por día. El

costo total de la instalación de la tecnología es de U$S 380

PALABRAS CLAVE: Agricultura familiar, energía, biogás

Introducción

La agricultura familiar es el sector más importante, en cuanto a

población, en las zonas rurales del Paraguay. Este sector además es el

más conserva las costumbres y tradiciones del pueblo paraguayo. De

ahí radica la importancia de emprender acciones que permitan su

fortalecimiento.

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La agricultura familiar minifundista paraguaya se caracteriza por

una producción agrícola diversificada orientada al auto consumo y un

excedente para la renta, así como la cría de animales como alternativas

para la producción y también como formas de ahorro de capital. La

principal fuente de energía utilizada para la producción son la animal y

la humana, por otro lado las fuentes de energías más utilizadas en el

hogar lo constituyen la leña y el gas licuado de petróleo.

El presente trabajo tiene por objeto describir las características

técnicas y económicas de un biodigestor tipo tubular utilizado en la

Compañía Paso Jhú, distrito de Piribebuy, a través de la caracterización

técnica del biodigestor y el establecimiento de los costos de la

instalación de la tecnología.

Esta idea surge ante la necesidad de encontrar alternativas a las

fuentes de energía ya que cada vez es más difícil el acceso a las mismas

debido a los altos costos y la disminución de su existencia. Además el

biodigestor se constituye en una alternativa válida para el tratamiento

de las excretas y otras materias orgánicas generadas en las fincas

rurales.

La Agricultura Familiar constituye el principal nucleó cultural y

productivo del Paraguay rural, ya este tipo de agricultura mantiene viva

las tradiciones y costumbres de las familias rurales paraguayas y

consolida la seguridad alimentaria de sus miembros y comunidades.

Sus principales características son el uso intensivo de la fuerza de

trabajo familiar, diversificación de la producción agrícola, cría de

animales y producción orientada al auto consumo y un excedente para

la renta (Palau Viladesau, 1996).

El Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) define a la AF

como emprendimiento rural con mano de obra familiar, no contrata un

número mayor de 20 trabajadores temporales y no utiliza más de 50

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ha. en la Región Oriental. Esta investigación se centra en las

Agricultura Familiar Minifundista, considerada como la agricultura

familiar practicada en extensiones de tierra de entre 0,1 a 10 ha. con

producción agrícola diversifica y cría de animales (Almada & Barril,

2007).

Según datos del Censo Agropecuario de 2008 la agricultura

familiar representa el 84% de los establecimientos rurales existentes

en el país y constituyen el 4% de la superficie cultivada. Comparando

estos datos con los del censo de 1991 se puede decir que la cantidad

de fincas que practican AF va disminuyendo. Dentro de este importante

sector rural paraguayo un 35,1% de los establecimientos posee

superficies menores de 5 ha. (Gattini, 2011).

Los principales problemas que enfrenta este sector es pequeñas

superficies de explotación, degradación de los recursos naturales (agua

y suelo), tecnologías inadecuadas, bajos precios de sus productos, falta

de acceso a créditos y mercados, alto costo de los insumos agrícolas

(Palau Viladesau, 1996).

La economía de la agricultura familiar no se encuentra

sustentada en la producción de un rubro sino en un sistema de finca

diversificada. Sus principales características económicas son

producción de auto consumo, utilización de materiales existentes en

finca, las actividades que generan el ingreso monetario son muy

diversas (explotación de recursos naturales, producción de cultivos de

rentas, remesas) y mano de obra familiar. Por ello la base del éxito

económico de la agricultura familiar se sustenta en la diversidad

(Instituo de Bienestar Rural, 1998).

La principal fuente energía en las familias rurales es el fuego para

el cual se utiliza leña. Según estudios realizados en zonas del distrito

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de Ybicui las necesidades, en promedio, de leña son de 20 hasta 30

metros cúbicos (m3) por familia y año (Grulke, 2003).

La recolección de leña cada vez más se torna una actividad

costosa, tanto en recursos monetarios como en tiempo, debido a sus

escases y a las distancias que hay recorrer para encontrar la suficiente

cantidad. Debido a esto en el sector rural del Paraguay, en especial en

comunidades no tan alejadas de los centros urbanos, se empezó a

utilizar el Gas Licuado de Petróleo (GLP) como complemento a la leña.

El biogás como alternativa

Con la aplicación de biodigestores para la producción de biogás

se solucionan dos grandes problemas del sector rural: por un lado

puede constituirse en un sistema de tratamiento para los desechos

orgánicos y a su vez como alternativa energética al gas licuado de

petróleo (GLP) y la leña. El biodigestor es un sistema que transforma

la materia orgánica en biogás y fertilizantes a través de la fermentación

metanógenica. Este gas puede ser utilizado para cocinar, iluminar o

calentar las viviendas. Las tres limitantes para la producción de biogás

son la disponibilidad de agua, la cantidad de ganado que posea la

familia y la apropiación de la tecnología (Botero & Preston, 1987)

(Guevara, 1996) (Instituto de Ingeniería Rural, 2009) (Martí Herrero,

2008).

El biogás es el resultado de la degradación anaeróbica de la

materia orgánica. Está compuesto por en un 60 a 70% por metano

(CH4), entre un 30 a 40% por dióxido de carbono (CO2), y pequeñas

cantidades de monóxido de Carbono (CO), hidrogeno (H2), nitrógeno

(N2), oxígeno (O2), ácido sulfhídrico (H2S). Está composición depende

de las condiciones en que es procesado. Para su formación ocurren

diversas reacciones bioquímicas en donde participan microorganismos

de diferentes tipos. El proceso de producción de biogás ocurre en tres

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etapas en el primero donde ocurre una producción intensiva de ácidos

(dióxidos de carbono – CO2, ácido sulfhídrico, ácidos orgánicos,

bicarbonatos); el segundo periodo comprende la digestión de los ácidos

orgánicos y compuestos nitrosos y una producción de dióxido de

carbono (en pequeñas cantidades), nitrógeno e hidrogeno,

bicarbonatos y compuestos amoniacales y ácido sulfhídrico; y en la

última etapa ocurre la producción de grandes cantidades de gas (en

especial metano y pequeñas cantidades de CO2) y nitrógeno (Guevara,

1996) (Instituto de Ingeniería Rural, 2009) (Martí Herrero, 2008).

El biodigestor del tipo tubular es una estructura cilíndrica de

polietileno (es preferible que sea de color negro) de diámetro variable

instalado en una fosa. La entrada y salida de los efluentes se da a

través de caños de PVC amarrados con ligas de goma y la salida del

biogás se da a través de conexiones plásticas en forma directa y

manteniendo el sistema bajo la misma presión (entre 8 y 13 cm. de

altura para la columna de agua). Esta presión se logra a con la

colocación de una válvula de seguridad construida a partir de una

botella plástica (Instituto de Ingeniería Rural, 2009) (Martí Herrero,

2008).

Metodología

Tipo de estudio. La investigación es un estudio de caso único del tipo

exploratoria-descriptiva porque abarca un tema muy poco desarrollado

en el Paraguay, además busca describir las principales características

del biodigestor tubular utilizado (Hernandez, Fernández, & Baptista,

2003). Posee un enfoque cualitativo porque busca comprender los

fenómenos en su contexto local, sin alterar las características del área

de estudio, y considerando las interpretaciones que realizan los

pobladores o afectados (Hernandez, Fernández, & Baptista, 2003). Los

elementos cuantitativos están representados por los cálculos

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realizados para la caracterización técnica y económica del biodigestor

de manga tubular.

Localización. La presente investigación fue realizada en la

Compañía Paso Jhú del distrito de Piribebuy, distante a 4 kilómetros

(km) del casco urbano de la ciudad y a unos 90 km de la ciudad de

Asunción.

Población de estudio. Está compuesta por un biodigestor

instalado en una finca campesina de la Compañía de Paso Jhú, distrito

de Piribebuy.

Técnicas de recolección de datos. Las técnicas de recolección

de datos primarios fueron: la observación realizada a fin de reconocer

las características de las fincas campesinas, y mediciones de campo

para obtener las características técnicas y económicas.

La recolección de la información se realizó durante los mayo a

junio del año 2014.

Variables

Tabla 1. Operacionalización de las variables

Objetivo Variables Indicador

Caracterización

técnica del

biodigestor

Características del

biodigestor

Volumen del

biodigestor

Tasa de producción de

biogás Tiempo de retención

Tasa de carga

orgánica

Rango de temperatura

Tipo de sustrato

utilizado

Establecimiento de

los costos de la instalación de la

tecnología

Costos de un

biodigestor tipo tubular Generación de energía

Ahorro energético

Materiales utilizados

Cantidad de horas trabajadas

Ahorro de energía

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Los indicadores para la caracterización técnica del biodigestor se

basan en lo sugerido por Martí (2008).

Procesamiento y análisis de los datos. El procesamiento de

los datos cualitativos se realizó a través de esquemas y tablas. Para

determinar la tasa de producción de biogás del biodigestor se utilizó la

fórmula sugerida por Martí (2008) que consiste en la utilización de un

número mágico que surge a partir de los conceptos de solidos totales

y solidos volátiles.

Resultados y Discusión

Características Técnicas del biodigestor. El biodigestor analizado

esta hecho de una bolsa plástica de PVC de 250 micrones con una

forma cilíndrica o tubular, un volumen total de 8,8 m3. El biodigestor

se encuentra situado a una altura de 265 metros sobre el nivel del mar.

Durante la realización de la investigación las variaciones de

temperatura se situaron entre los 26,55 °C y 19,05°C obteniéndose

una variación térmica de 7,5°C. El biodigestor cuenta con un techo

protector trasparente de plástico PVC de 300 micrones.

Tabla 1. Características técnicas del biodigestor tubular utilizado por

las familias de la compañía Paso Jhú.

Tasa de Carga diaria 50,8 kg de estiércol y 150 litros de agua

Producción de biogás diario 1,80 m3

Producción de fertilizante diario 203,33 litros

Tiempo de retención 30 días

Temperatura ambiente 19,05°C a 26,55°C

Volumen liquido (70% del total) 6,1 m3

Volumen gaseoso (30% del total) 2,7 m3

Volumen total 8,8 m3

Ancho de rollo 2,5 m

Longitud del biodigestor y de la

zanja

5 m

Longitud del plástico 7 m

Plástico total 14 m

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Ancho inferior de la zanja 1,2 m

Ancho superior de la zanja 1,5 m

Profundidad de la zanja 0,90 m

Costos de instalación de un biodigestor. Para la construcción e

instalación de un biodigestor tubular se requiere de Gs. 1.082.950

(U$S 252) para la adquisición de los materiales requeridos; la mano

de obra necesaria es de 10 jornales, considerando un jornal mínimo de

Gs. 55.000, el costo de la mano de obra alcanza los 550.000 Gs. (U$S

128); el costo total asciende U$S 380.

Considerando la producción diaria de biogás (1,80 m3) las familias

rurales se están ahorrando 2,34 kilogramos de leña; 1,3 m3 de gas

natural o 3,96 kw/h de electricidad.

Conclusión

La agricultura familiar minifundista se caracteriza por ser un

sistema de producción diversificado que combina la producción agrícola

con la cría de animales por lo que el biodigestor se adapta a este

sistema y permite una mayor eficiencia en la producción a través del

aprovechamiento de los desechos generados en el sistema.

Las principales fuentes de energía del sistema para la producción

son la humana y la animal; y para el hogar la leña y el GLP. Ambas

fuentes de energía para el hogar presentan difícil acceso y un costo

elevado por lo que se requiere de alternativas.

El biogás surge como alternativa porque su acceso es mucho

mayor ya que puede ser producido en la propia finca a través de un

biodigestor y utilizando los residuos orgánicos generados en las

actividades productivas y tareas cotidianas.

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El biodigestor tubular o manga estudiado en el presente trabajo

tiene un volumen total de 8,8 m3 para una producción de 1,80 m3 de

biogás y de 203,33 litros de fertilizante.

El costo total de instalación del sistema es de U$S 380 y permite

el remplazo de 2,34 kilogramos de leña; 1,3 m3 de gas natural o 3,96

kw/h de electricidad.

Bibliografía

Almada, F., & Barril, A. (2007). La agricultura familiar en los países del

cono sur. Asunción: IICA.

Botero, R., & Preston, T. (1987). Biodigestor de bajo costo para la

producción de combustible y fertilizante a partir de excretas.

Cali: CIPAV.

Gattini, J. (2011). Competitividad de la agricultura familiar en

Paraguay. Asunción: CADEP.

Grulke, M. (2003). Forestería Campesina en la Región Oriental del

Paraguay: Un estudio de caso referente a opciones técnicas e

impactos económicos de actividades forestales en fincas de

pequeños agricultores. Eschborn: GIZ.

Guevara, A. (1996). Fundamentos básicos para el diseño de

biodigestores anaeróbicos rurales: producción de gas y

saneamiento de efluentes. Lima: OPS.

Hernandez, R., Fernández, C., & Baptista, P. (2003). Metodología de la

Investigación. Buenos Aires: McGraw-Hill.

Instituo de Bienestar Rural. (1998). Cultivar arraigo campesino.

Asunción: Instituto de Bienestar Rural.

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Instituto de Ingeniería Rural. (2009). Energías renovables: su

implementación en la agricultura familiar de la Argentina. Buenos

Aires: INTA.

Martí Herrero, J. (2008). Biodigestores familiares: Guía de diseño y

manual de instalación. La Paz: GIZ.

Palau Viladesau, T. (1996). La agricultura familiar en el Paraguay: un

retrato en sepia. En T. Palau Viladesau, La agricultura paraguaya

al promediar los 90s: situación, conflictos y perspectivas.

Asunción.