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Análisis de la factibilidad de un proyecto de un microgeneración utilizando biogás de una granja avícola

  1. 1. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 1 INDICE DE CONTENIDOS LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... 6 LISTA DE TABLAS............................................................................................................. 7 LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................ 8 RESUMEN............................................................................................................................ 9 ABSTRACT........................................................................................................................ 10 1 Objetivo general .................................................................................................. 11 1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 11 1.2 ALCANCE............................................................................................................ 11 1.3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................. 11 2 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA..................................................................... 11 2.1 CONCEPTOS DE BIOGÁS................................................................................. 11 2.2 COMPOSICIÓN DE BIOGÁS............................................................................. 12 2.3 PRIMEROS USOS DEL BIOGÁS....................................................................... 12 2.4 CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS. ................................................................ 13 2.5 RENDIMIENTOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS......................................... 13 2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EMPLEO BIOGÁS .................................. 14 2.7 CONCLUSIONES................................................................................................ 15 3 Estado del arte ..................................................................................................... 16 3.1 ENFOQUE NACIONAL DEL ECUADOR SOBRE LA PRODUCCION DE BIOGAS .............................................................................................................................. 16 3.2 EXPERIENCIA EM EL ECUADOR EM LA PRODUCCION DE BIOGAS .... 16 3.2.1 ESTUDIO DE MERCADO................................................................................ 16 3.3 ENFOQUE FAVORABLE PARA LOS PROYECTOS DE BIOGÁS................ 17 3.4 EVOLUCIÓN DE COSTOS POR LA UTILIZACIÓN DE BIOGÁS PROVENIENTE DE UNA FUENTE DE SUSTANCIAS ORGÁNICAS DE DESPERDICIO. .................................................................................................................. 17 4 CONDICIONES DE DISEÑO Y SELECCIÓN ................................................. 18 4.1 REQUERIMIENTOS ........................................................................................... 18
  2. 2. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 2 4.2 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE RESIDUOS ORGÁNICOS...................... 18 4.2.1 ESTIÉRCOL ....................................................................................................... 19 4.2.2 ORÍN.................................................................................................................... 19 4.2.3 MATERIA PRIMA PARA CARGA................................................................. 19 4.2.4 SÓLIDOS TOTALES......................................................................................... 19 4.2.5 SÓLIDOS TOTALES......................................................................................... 19 4.2.6 MASA DE AGUA PARA MEZCLA................................................................. 20 4.2.7 CARGA................................................................................................................ 20 4.3 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN..................................................... 20 4.3.1 Temperado Semihúmedo. .................................................................................. 20 4.4 VOLUMEN DEL DIGESTOR............................................................................. 21 4.5 CÁLCULO DE LA POSIBLE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS ............................ 21 4.6 RIESGOS EN LA OPERACIÓN ......................................................................... 21 5 Generadores a Biogás.......................................................................................... 22 6 RECOMENDACIONES ..................................................................................... 23 7 Bibliografía.......................................................................................................... 24
  3. 3. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Nombre de la figura 1 …….……….…………………………………………………………………………. 22pág Figura 1. Nombre de la figura 1 …….……….…………………………………………………………………………. 25pág
  4. 4. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 7 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Nombre de la Tabla 1 …….……….………………………………………………………………………….…18pág Tabla 1. Nombre de la Tabla 1 …….……….………………………………………………………………………….…23pág
  5. 5. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 8 LISTA DE ANEXOS ANEXO A. Diagrama de la construcción……………………………………….……….………………………...25pág. ANEXO B. Caculos de posible biogás que se puede obtener…….……….……………………………..26pág. ANEXO C. Caculos de posible biogás que se puede obtener…….……….……………………………..27pág. ANEXO D. Caculos de posible biogás que se puede obtener…….……….……………………………..28pág.
  6. 6. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 9 RESUMEN En la siguiente investigación analiza la factibilidad para la implementación de micro biodigestores en la parroquia del cantón Guacaleo de la parroquia de Jadan para la generación de electricidad en las granjas pequeñas así como para la utilización de para la calefacción. A su vez analizar cuanto de gas podría generar un galpón de 1800 pollos. Para esta investigación se analiza si sostenible de la utilización del biogás proveniente de los desechos de estiércol de los galpones, si la inversión de los biodigestores que son amigables con el medio ambiente porque estos captura el metano y otros gases de efecto invernadero el gas es filtrado y este se puede utilizar para la generación de electricidad con los generadores de biogás que existen en el mercado actual. Palabras clave: Investigación sobre la generación eléctrica atreves de biomas
  7. 7. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 10 ABSTRACT The following study examines the feasibility of implementing micro biodigesters in the parish of the canton Guacaleo Parish Jadan for electricity generation in small farms and for using for heating. In turn analyze how much gas could generate a shed 1,800 chickens. For this research examines whether sustainable utilization of biogas from waste manure sheds, if the investment of biodigesters that are friendly to the environment because they capture methane and other greenhouse gases gas is filtered and this can be used for electricity generation with biogas generators that exist in the market today. Keywords: Research on electricity generation dare biome
  8. 8. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 11 1 OBJETIVO GENERAL La siguiente investigación del análisis de factibilidad de un proyecto de micro generación utilizando biogás en una Granja avícola es analizar la rentabilidad del proyecto. 1.1OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Analizar la generación de electricidad a través del Biogás  Aprovechamiento del biogás que genere el estiércol de los pollos, para la utilizar el biogás para la se puede generar electricidad.  Disminuir los costos operativos para que sea sostenible el proceso de Crianza.  Desde estudio que se realizará ver las la problemáticas y compartir la experiencia de este análisis de este proyecto para que los productores de granjas tengan conocimiento de que se puede producir de manera sostenible. 1.2ALCANCE El Análisis de la Factibilidad del Proyecto tomando en cuenta los siguientes aspectos:  El análisis se realizara para un galpón de 1800 pollos.  Tiempo que tomar la siguiente investigación es de unos 5 meses.  La siguiente investigación que se llevara a cabo estará situado en la parroquia de Jadan la cual pertenece al cantón de guacaleo.  Desarrollo Metodológico para el análisis de la viabilidad de un proyecto de micro generación de electricidad. 1.3JUSTIFICACIÓN El proyecto del análisis de un micro generación en una granja avícola se da por la necesidad de dar conocer que se puede de generar electricidad con los desechos orgánicos de la granja. A si como para dar conocer que se puede genera biogás atreves de los desechos orgánicos y este biogás se puede utilizar también para calefacción de la granja. 2 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 2.1CONCEPTOS DE BIOGÁS  Se produce por la descomposición anaeróbica de los RSU dispuestos.  La cantidad y composición dependen de las características de los residuos sólidos.  El aumento en la cantidad de materia orgánica equivale a un aumento en la generación de biogás.  La producción de biogás se acaba cuando se termina la descomposición.
  9. 9. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 12 2.2COMPOSICIÓN DE BIOGÁS  Metano (CH4) – 50% a 60%  Dióxido de Carbono (CO2) – 40% a 50%  Compuestos Orgánicos No- Metálicos (NMOCs)– Trazas  Poder Calorífico – 4166 kcal/Nm³  Contenido de Humedad – Saturado METANO (CH4)  Incoloro  Inodoro e Insípido  Más ligero que el aire  Relativamente insoluble en agua ƒ Altamente explosivo – Límite Inferior de Explosividad = 5% en el aire. – Limite Superior de Explosividad = 15% en el aire. 2.3 PRIMEROS USOS DEL BIOGÁS Los primero indicios de la utilización de biogás data antes del XX cuando era quemando para dar iluminación en Inglaterra, sin embargo con la explotación del petróleo crudo y sus derivados a gran escala, a partir de los años 1930 el uso del biogás se dejó a un lado por mucho tiempo. Debido a la crisis de los 1970 el uso del gas se intensifico y hoy en día representa una forma de sustentabilidad para campesinos y ganaderos en muchas partes del mundo, principalmente en china, india, EEUU., Holanda, Gran Bretaña, Suiza, Italia, Filipinas y Alemania. El biogás es un producto proveniente de ciertos fenómenos naturales que pueden darse sin la intervención del hombre. La principal característica para que este gas se produzca es que de be estar en ausencia de oxígeno. El hombre de biogás, se deriva principalmente por que proviene de la biodegradación de materia orgánica a través de procesos anaerobios, este sistema se lleva a cabo por la interacción de los microorganismos en el interior de la materia orgánica. Este biogás está compuesto principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) y por otros gases en menor proporción, Este gas posee un poder calorífico suficiente como para sustituir otro combustible. El biogás puede emplearse en la generación de energía eléctrica, calefacción, cocción de alimentos, evaporación de agua, hornos, estufas secadores, calderas y otros sistemas de combustión. Otro beneficio de la biodegradación de materia orgánica es que el darse a través de fenómenos controlados y medios dispositivos puede, no solo, generarse biogás como para sustituir otros combustibles fósiles sino que además, se logra una bioremediación natural al ambiente de manera acelerada. La biogeneración produce un residuo orgánico prácticamente inerte, el cual posee características similares a los fertilizantes de origen químico, sin embargo, el biofertilizante obtenido es de cero costos si se considera que es un subproducto. Con un poder calórico que va entre 18,000kJ/kg a 25,000kJ/kg, en algunos casos y dependiendo el origen de la materia orgánica, este valor puede, aproximarse a los 30,000kJ/kg. Sin embargo, Los sistemas de filtrado y eliminación del CO2 hacen que el poder calórico aumente y se llegue a tener un gas con alto poder calórico similar al del gas natural.
  10. 10. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 13 2.4 CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS. El biogás presente algunas características que deben ser tomadas muy en cuenta cuando se presenta sustituir este energético por uno convencional, ya que sus propiedades lo hacen exclusivo en su uso, y deben de tomarse en cuenta las modificaciones a los quemadores y/o motores donde se lleva a cabo la combustión, salvo las micro turbinas las cuales están diseñadas para trabajar con biogás. En cuanto a la sustitución se refiere, se debe tomar en cuenta también, que el biogás es un gas equivalente y solo se puede sustituir comparativa mente con el energético a remplazar, por lo que el biogás no tiene un costo de extracción, transporte y distribución que pueda comercializarlo (hasta el momento). Este costo económico como energético que pueda comercializarlo (hasta el momento). Este costo tanto económico como energético que tomara el biogás de vera de provenir de un es que mide equivalencias, como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 1 Equivalencias del Biogás a hacia otros energéticos 2.5 RENDIMIENTOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS En cuanto a la producción de biogás, se debe tomar en cuenta que la producción depende de variables tales como:  Temperatura ambiente  Temperatura interna del biodigestor  Altura del lugar  Material de alimentación (sustancia orgánica)  Relación de solido/liquido  Acidez  Tóxico  Agitación Delas cuales solo dos de ella se consideran fáciles de controlar, tales como, la temperatura interna del biodigestor y la relación de solido/liquido. Por otra parte, las demás variables difícilmente se pueden cambiar, por lo que se toman como constantes en la evolución de un
  11. 11. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 14 sistema de generación de biogás y es el diseño de la planta el que adaptar a las variables de su entorno. Por tal razón ninguna planta de biogás se puede construirse de la misma manera aunque así fuera, los rendimientos e la producción de biogás no pueden ser el mismo para diferentes condiciones. La variable que hasta el momento se considera la más importante es la temperatura interna del biodigestor, ya que esta define la cantidad de biogás producido y el tiempo de retención de la materia orgánica dentro del biodigestor (ver Tabla 12). Lo tiempo de referencia puede variar 10 días y 70 días, habiendo con esto que algunos biodigestores pequeños obtenga las mismas eficiencias que biodigestores más grades para la misma cantidad de solidos orgánicos depositados diariamente. La producción del biogás hasta el momento se ha llevado a cabo mediante residuos orgánicos urbanos así como excretas de animales principalmente de granjas y casas, tales como:  Vacuno  Porcino  Conejos  Pollos  Entre otros Sin embargo, existen pocos estudios donde se involucren la generación de biogás a través de excretas de origen humano. A pesar de ello la generación de biogás de esta forma permitiría disminuir los contaminantes vertidos a los afluentes locales, así como los olores producidos por la descomposición en las tuberías del drenaje. La generación de biogás a atravesó excretas humanas disminuiría al mismo tiempo los consumo de gas natural o gas LP en zona habitaciones u hoteles. Por lo que no se descarga su aplicación más extensa en un futuro. El biogás se obtiene atreves de un proceso de digestión anaeróbica la cual se considera la forma más sencilla y segura de dar tratamiento natural que forma parte del ciclo biológico, por lo que los residuos se consideran no contaminante. 2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EMPLEO BIOGÁS Los desechos orgánicos generan biogás a diferentes velocidades, esto debido a su concentración de sus componentes: La generación de biogás pueden estimar de dos maneras generalmente: 1. Cuando los desechos orgánicos se encuentran en recipientes y no recipientes y no fluyen, es decir, los desechos se mantienen estáticos hasta agotar el total de la producción de biogás. 2. Cuando los desechos orgánicos fluyen en un circuito abierto, donde los desechos no se mantienen estáticos. La generación de biogás obtenida es cuando los desechos llegan a su máxima producción y empieza a decaer. Otra característica de este punto es, que el
  12. 12. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 15 flujo de los desechos es continuo y que solo está en el biodigestor un periódico de acuerdo al contenido de los desechos orgánicos. Debido a que el tiempo de residencia de los desechos orgánicos se define de acuerdo a las características e inclemencias del lugar se debe tener un conocimiento previo de las capacidades de generación tomando en cuenta no solo los tiempos de residencia, sino también otros factores como ya se ha mencionado. La ventaja de obtener gas útil de esta manera es disminuir los índices de contaminación a la atmosfera además de disminuir la contaminación de los afluentes enviados a los canales y ríos locales. Así como también aprovechar un energético que se está despreciado. Loa beneficios finales de utilizar estas fuentes de combustibles son varios y diversos entre sí como bien muestran a continuación,  Disminución de cantidad de contaminante a la atmosfera.  Diminución de la concentración de contaminante en los ríos y canales locales.  Disminución de contaminación en los mantos freáticos.  Autosuficiente en el consumo de energía eléctrica.  Autosuficiente en el proyecto en el consumo de energía eléctrica.  Autosuficiencia en el consumo de calor alta rentabilidad en el proyecto.  Biofertilizante de alto nivel nutrimental para los cultivos.  Independencia de los mercados de fertilizantes de origen químico.  Venta de biofertilizante.  Beneficios por el mercado de bono de carbono a través de los Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL).  Tiempo de recuperación de la inversión no mayor de a 3 años en la mayoría de los casos.  Tasa interna de retorno muy atractiva para los inversionistas Algunas desventajas que se pueden presentar a esta tecnología, se encuentran las siguientes;  Modificaciones estructurales in situ.  Disponibilidad de espacio suficiente.  Falta de educación y resistencia a la tecnología propuesta.  Falta de educación y resistencia a la tecnología propuesta.  Falta de leyes y/o reglamentos a nivel nacional o municipal para la introduciendo de esta tecnologías.  Desconocimiento general de esta tecnología.  Falta de organización encargados a difundir, apoyar y llevar a cabo empresas de soporte técnico.  Alto costo inicial. 2.7CONCLUSIONES El biogás se puede obtener a partir de los desechos orgánicos de la combinación del agua este a su vez se pudre produciendo el biogás y este a su vez se produce el biofertilizante que se puede utilizar en los capos de agricultura para la siembra de pastos como de productos agrícolas.
  13. 13. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 16 3 ESTADO DEL ARTE 3.1 ENFOQUE NACIONAL DEL ECUADOR SOBRE LA PRODUCCION DE BIOGAS En el artículo 414 de la constitucional de la república Ecuador “el Estado promoverá la eficiencia energética el desarrollo y uso de prácticas y tecnologías ambientales limpias y sanas así como las energías renovables diversificadas, bajo impacto ambiental y que no tengan riesgo como la soberanía alimentaria, el equilibrio ecológico de los ecosistemas ni el derecho el agua” Finalmente el artículo 414 dispone que “el Estado adoptará medidas adecuadas y transversales para la mitigación del cambio climático, mediante la limitación de la emisiones de gases de efecto invernadero, de la deforestación y de la contaminación atmosférica; tomará medidas para la conservación de los bosques y la vegetación, y protegerá a la población en riesgo.” 3.2EXPERIENCIA EM EL ECUADOR EM LA PRODUCCION DE BIOGAS En Ecuador se maneja el concepto de biodigestores hace algunos años. Pero los proyectos que han tomado en cuenta éstos sistemas solo llegan a un nivel artesanal. No se ha explotada las ventajas de la biodigestor (biogás y bioabono) a gran escala y por eso la tecnología que se dispone en el medio es incipiente. Si bien algunas empresas agroindustrial se han comenzado con proyectos de biodigestores grandes (5000 – 11000 m3) su meta no es la producción de energía a partir de biogás, sino más bien un manejo ambiental correcto de sus desechos orgánicos. En otros países como China, India, Alemania y Suiza, los biodigestores llevan años siendo una forma alterativa de obtención de energía y un mecanismo de desarrollo limpio. La tecnología involucrada en estos sistemas ya está desarrollada y puede ser adaptada a nuestra realidad sin mayores dificultades. 3.2.1 ESTUDIO DE MERCADO El estudio permitió determinar la cantidad de materia prima disponible para operar continuamente una planta de generación de energía eléctrica o térmica. Existe mucha biomasa animal y vegetal en nuestro país, pero está diseminada geográficamente y el tamaño promedio de las unidades productivas es pequeño. Sólo contadas empresas podrían desarrollar solas un proyecto de este tipo. Sin embargo se comprobó que el potencial energético en lo que se refiere a biomasa es significativa y con un manejo y recolección adecuado se podría convertir en una nueva fuente de energía muy representativa en la matriz energética actual. Se eligieron dos sitios, los cuales son los más propicios para la instalación de una empresa procesadora de biomasa (E PB): Santo Domingo y El Oro. En el Ecuador, salvo por contadas excepciones, no hay una tradición, cultura y orientación de parte de los productores agrícolas, pecuarios o agroindustriales, para el uso de los desechos resultantes de la producción de sus productos principales. Las excepciones encontradas son las siguientes:  Desechos de producción avícola: la gallinaza es destinada a la fabricación de abonos orgánicos.  Desechos de producción de azúcar: el bagazo de caña, y últimamente la vinaza, son destinados a fines energéticos ya sea por quema directa o por recuperación de biogás.  Desechos de producción maderera y de palma africana: los desechos son utilizados como combustible para generación térmica (posteriormente eléctrica en el caso de las palmicultoras según se conoce).
  14. 14. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 17  Desechos de cría de cerdos: en agroindustrias de gran tamaño, se ha iniciado la instalación de piscinas de descomposición anaeróbica, cuyo objetivo primario es el manejo ambiental de tales desechos.  La leña y el carbón, son combustibles tradicionales de generación térmica de baja intensidad. 3.3ENFOQUE FAVORABLE PARA LOS PROYECTOS DE BIOGÁS Dado que en nuestro país en vías de desarrollo el cual cuenta con un alto potencial en proyectos de transformación de biomasa de acuerdo a su industria, que podría verse beneficiado por el mercado de certificaciones de bonos de carbono antes de 2012, a atravesó de proyectos MDL los siguientes grupos seria beneficiados:  Rellenos Sanitarios (Ciudades, Delegaciones, Municipios, Privados).  Tiraderos Municipales (Públicos o Privados).  De servicios (Hoteles hospitales, escuelas, mercados, restaurantes, entre otros).  Granjas (Puercos, Aves, Vacas lecheras, Borregos, Conejos, Ganado para de cría, etc). 3.4 EVOLUCIÓN DE COSTOS POR LA UTILIZACIÓN DE BIOGÁS PROVENIENTE DE UNA FUENTE DE SUSTANCIAS ORGÁNICAS DE DESPERDICIO. Se cocedera que la evaluación de costos y la comparativa con el energético que el biogás sustituya, es algo que aún no puede evaluarse de forma íntegra y total, ya que los beneficios de sustituir un energético de origen fósil por uno de origen renovable no tiene manera de cuantificarse debido a que los beneficios de sustentabilidad no pueden evaluarse con costo tangibles. De igual manera, los costos de los biofertilizante obtenidos no pueden equiparse en su totalidad con n los fertilizantes utilizado en las tierras de cultivo, mostrarían a futuro los verdaderos valores reflejos en la producción de las tierras y la tierras y la calidad de los cultivos obtenidos. De alguna manera, a los biofertilizante se les puede dar un valor aproximado ya que se dice el biofertilizante brinda mejores características que los fertilizantes de origen químico. Por otro lado, no se contabiliza un avaluación de situación de fuentes energéticas convencionales por el biogás, ya que el biogás provienen de una fuente de sustancias orgánica que de otra forma se descompondrían de manera natural, la cual es en sí misma un foco de infección un fuente de malos olores y su de degradación es más tardad al aire libre Estos Beneficios que presentan un biodigestor al digerir sustancias no se puede cuantificar, ya que se desconoce cuántas y que tipo de enfermedades en las personas ocasionada por este focos de infecciones. El mal olor, de la misma manera , no tiene un valor económico estipulado, siendo que el efluente obtenido (biofertilizante) por un biodigestor es casi inodoro, libre de más de 80% de las sustancias patógenas, entre ellas hueva de moscas y otras forma de vida dañina para el ser humano. Por el análisis de factibilidad de un proyecto de sustitución por medio de biogás no es un análisis total y sin embargo, los resultados, así como se obtenido sigue siendo más favorables para una tecnología renovable de este tipo que seguir utilizando tecnologías convencionales.
  15. 15. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 18 4 CONDICIONES DE DISEÑO Y SELECCIÓN Esta sección presenta algunas condiciones que deben tenerse en cuenta para la selección preliminar de un sistema de producción de biogás. 4.1REQUERIMIENTOS Los principales requerimientos para un buen diseño de estos sistemas incluyen: a) El diseño debe ser simple tanto para la construcción como para la operación y mantenimiento. b) Materiales. Se deben utilizar materiales que estén disponibles localmente. Se debe emplear un tipo de material resistente a la corrosión, con propiedades de aislamiento efectivas. c) Duración. La construcción de una planta de biogás requiere cierto grado de práctica. Una planta de corta vida podría ser económicamente rentable pero puede no ser reconstruida una vez su vida útil termine. Sería necesario construir plantas más durables, pero esto puede aumentar los costos en la inversión. d) Se deben implementar dispositivos de seguridad. e) Utilizar el mínimo de equipo mecánico y eléctrico. f) Implementar control ambiental en la disposición y uso del efluente. g) Un sistema de producción de biogás ideal debe ser de bajo costo tanto como sea posible (en términos del costo de producción por unidad de volumen de biogás). Particularmente y dependiendo de la escala del sistema para el diseño se tendrá en cuenta . a) Recepción apropiada de residuos e instalaciones de carga. b) Digestor, tanque de carga, dispositivos de mezcla, almacenamiento de biogás, tanque de descarga y calderas para proveer calor al digestor (si se requiere). c) Equipo de transporte que puede incluir tubería, válvulas, tea, descarga de calor, tubería para remover el agua condensada d) Utilización del biogás: Equipos de combustión y/o de generación eléctrica. 4.2CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE RESIDUOS ORGÁNICOS Con el potencial de residuos producidos por animal y su peso vivo promedio, puede estimarse la cantidad de desechos orgánicos producidos diariamente en la finca y los requerimientos de adición de agua para mezcla y homogenización. Cuando no es posible obtener datos exactos sobre ésta en kg./día, puede estimarse utilizando la siguiente tabla. Tabla 2: Valores y características del estiércol de algunos animales.
  16. 16. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 19 4.2.1 ESTIÉRCOL Dónde: E =Estiércol en kilogramos por día NA =Número de animales por una especie (vacas, cerdos, caballos, humanos, etc.) PVP = Peso vivo promedio por animal PE = Producción de estiércol por animal por día en porcentaje de peso vivo. 4.2.2 ORÍN Donde, O = Orín día en kilogramos (se asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo) NA = Número de animales por una especie PVP = Peso vivo promedio por animal PO = Producción de orín por animal por día en porcentaje de peso vivo (se asume que 1 litro de orín pesa 1 kilogramo). 4.2.3 MATERIA PRIMA PARA CARGA Dónde: MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. E = Estiércol en kilogramos por día O = Orín en kilogramos por día. 4.2.4 SÓLIDOS TOTALES Dónde: %ST = Porcentaje de sólidos totales contenidos en la materia prima para carga MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. %EST = Porcentaje de sólidos en el estiércol. E = Estiércol en kilogramos por día. 4.2.5 SÓLIDOS TOTALES Dónde: ST = Cantidad de sólidos contenidos en la materia prima para carga, en kilogramos por día. %ST = Porcentaje de sólidos en la carga o materia prima, el cual debe ser inferior al 10%.
  17. 17. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 20 MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. 4.2.6 MASA DE AGUA PARA MEZCLA Solamente se calcula cuando el porcentaje de sólidos totales (%ST) es superior al 10%. Dónde: MH2O = Masa de agua para mezcla que disminuye hasta un 10% los sólidos orgánicos contenidos en la materia prima, en kilogramos por día. ST = Cantidad de sólidos orgánicos contenidos en la materia prima para carga, en kilogramos por día. MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. 4.2.7 CARGA Dónde: C = carga diaria para alimentar el digestor en kilogramos por día o litros por día (sea asume que un litro pesa un kilogramo). MPC = Materia prima para carga en kilogramos por día. MH2O = Masa de agua para mezcla que disminuye hasta un 10% los sólidos orgánicos contenidos en la materia prima, en kilogramos por día. 4.3 CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN El posible tamaño del digestor (volumen del digestor) es determinado por el tiempo de retención (TR) y por la carga diaria. Se recomienda escoger el TR apropiado de acuerdo a la temperatura promedio del sitio en el cual va a operar, utilizando la relación generada en la Dónde: TR= Tiempo de retención en días Ln= Logaritmo natural T°C= Temperatura promedio en grados centígrados del sitio donde se instalará el biodigestor. 4.3.1 Temperado Semihúmedo. Forman parte de este clima los valles interandinos comprendidos entre los 1200 y 2500 m de altura y ciudades como Ibarra, Paute, Gualaceo, Loja. Tiene escasa pluviosidad que no pasa de los 1000 mm. La temperatura varía entre 15 y 20 ºC.
  18. 18. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 21 4.4 VOLUMEN DEL DIGESTOR Dónde: Vd = Volumen del digestor, en litros C = Carga diaria para alimentar el digestor en litros por día TR = Tiempo de retención en días. 1,2 = Volumen adicional para el almacenamiento del biogás 4.5 CÁLCULO DE LA POSIBLE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Dónde: PG = Gas producido en litros por día MPC = Estiércol en kilogramos por día SO = Porcentaje de materia orgánica del estiércol según la especie. P = Producción aproximada de m3 de gas/1 kg de masa orgánica seca total 4.6 RIESGOS EN LA OPERACIÓN Una buena práctica requiere una planeación y manejo cuidadosos para asegurar que el beneficio de los productos de la digestión anaerobia, incluyendo la producción sostenible de energía, sea acorde con el manejo sensitivo y efectivo del sistema. Como en todo desarrollo industrial agrícola o pequeño, la operación del esquema tendrá algún riesgo de impacto ambiental negativo. Todos estos aspectos necesitarán ser direccionados con el fin de obtener permisos y para que puedan ser realizados bajo las condiciones planeadas. Algunos de estos impactos, y por lo tanto cualquier actividad de mitigación, pueden ser despreciables en esquemas pequeños. Sin embargo, incluso los sistemas a mayor escala pueden compararse más fácilmente con otros desarrollos agrícolas que con instalaciones industriales. En general, y especialmente en esquemas a mayor escala, se necesita atención en los siguientes aspectos:  Emisiones al aire. Existe el potencial de emisiones de metano (gas de efecto invernadero) a la atmósfera por fugas del sistema. Es importante asegurar la combustión eficiente ya que el monóxido de carbono (por riesgos a la salud humana), los óxidos de nitrógeno (precursor de la lluvia ácida) y los componentes orgánicos volátiles (contaminantes tóxicos del aire) son liberados a niveles inaceptables sí el biogás no se quema completamente.  Emisiones al suelo y cursos de agua. Los cursos de agua podrían ser afectados por descargas, resultado de un almacenamiento deficiente de la materia prima, de un inapropiado almacenamiento del efluente o derrames del efluente. Se requerirán contenedores en el sitio. Si se presentan derrames accidentales o escapes que afecten los cuerpos de agua, debe notificarse inmediatamente a la autoridad ambiental. Las medidas de prevención de la contaminación de suelos deben tomarse en la etapa de planeación.  Trazas de amoniaco y de ácido sulfhídrico pueden surgir durante la producción del gas, del almacenamiento de las materias primas y en los recipientes de mezcla o tanques transportadores. La exposición a cualquiera de estos gases puede ocasionar enfermedades o la muerte, y los niveles presentes en el biogás pueden variar amplia y
  19. 19. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 22 cíclicamente. El dióxido de carbono, el amoniaco y el ácido sulfhídrico son todos gases tóxicos y están sujetos a regulaciones como sustancias peligrosas para la salud.  Las personas que trabajan con sistemas de biogás deben conocer el riesgo de exposición a estos gases (y a otras sustancias peligrosas como patógenos), y tomar medidas para controlar este riesgo.  Identificar los riesgos en el diseño del sistema, o en la etapa de construcción, que se presenten durante la operación normal o durante el mantenimiento y reparación, hará que la operación subsecuente de la planta sea más fácil. 5 GENERADORES A BIOGÁS Figura. 1: Generadores de eléctricos con biogás
  20. 20. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 23 6 RECOMENDACIONES Se determina que para obtener el biogás depende de la temperatura el lugar donde está ubicado el biodigestor depende de tipo e desecho orgánico el tiempo de duración que este pudrición los elementos. Que para que el gas sea de buena utilidad se recomienda que se tenga por lo menos en el biodigestor uno 22 días ya que en este tiempo se produce la mayor cantidad del biogás el gas es de una calidad mejor. Calculando los datos de acuerdo a las fórmulas que se investigó se da que si se podría obtener una gran cantidad de biogás de las granjas por se tendría que analizar costo beneficio de los biodigestores para determinar si el proyecto es viable de acuerdo al análisis costo beneficio.
  21. 21. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 24 7 BIBLIOGRAFÍA (s.f.). Obtenido de https://www.globalmethane.org/documents/events_land_20100817_conceptos_basic os_sobre_biogas.pdf AENE, U. T. (7 de marzo de 2003). http://www.si3ea.gov.co. Recuperado el 23 de 4 de 2015, de http://www.si3ea.gov.co: http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/energias_alternativas/n ormalizacion/GUIA_PARA_LA_IMPLEMENTACION_DE_SISTEMAS_DE_PRODUCCION_D E_BIO.pdf https://sierraecuador.wordpress.com. (1 de 4 de 2015). https://sierraecuador.wordpress.com/clima/. Recuperado el 23 de 4 de 2015, de https://sierraecuador.wordpress.com: https://sierraecuador.wordpress.com/clima/ Peñafiel, D. C. (13 de octubre de 2011). http://www.fao.org. Recuperado el 22 de Abril de 2015, de http://www.fao.org: http://www.fao.org/docrep/019/as418s/as418s.pdf Romero, I. V. (23 de noviembre de 2011). http://132.248.9.195/ptb2011/abril/0668734/0668734_A1.pdf. Recuperado el 30 de enero de 2015, de WWW.google.com: http://132.248.9.195/ptb2011/abril/0668734/0668734_A1.pdf
  22. 22. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 25 ANEXOS A Figura 2: Diseño de un biodigestor.
  23. 23. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 26 ANEXOS B
  24. 24. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 27 ANEXO C
  25. 25. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 28 ANEXOS D

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