Articulo publicado en marco del III Congreso Nacional de Ciencias Agrarias organizado por la Faculta de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Asunción

1. Determinación del calor efectivo generado por el biogás de un biodigestor
familiar frente a otras fuentes de energía.
Federico Vargas Lehner1*
; Claudio Moreno Gavilán1
1. Facultad de Ciencias Agrarias-UNA. San Lorenzo, Paraguay
* Autor para correspondencia: fvargaslehner@gmail.com
1 Introducción
La principal fuente energía en las familias rurales es el fuego para el cual se utiliza leña.
Según estudios realizados en zonas del distrito de Ybicui las necesidades, en promedio, de
leña son de 20 hasta 30 metros cúbicos (m3) por familia y año (Grulke, 2003).
Ante la dificultad para el acceso a la leña y al GLP y su elevado costo surge la necesidad de
buscar fuentes alternativas y económicas de energía; es a partir de esta premisa, que la
Facultad de Ciencias Agrarias a través de la Carrera de Ingeniería en Ecología Humana viene
promocionando la utilización de biodigestores en la agricultura familiar (Botero & Preston,
1987; IIR, 2009; Guevara, 1996; Marti, 2008). El biogás es uno de los productos obtenidos
del biodigestor y surge a partir de la degradación anaeróbica de la materia orgánica. Su
composición está dada por las condiciones en las que se da la degradación y sus dos
principales componentes son el metano (CH4), en 60 a 70%, y el dióxido de carbono (CO2)
entre un 30 a 40%; además contiene pequeñas cantidades trazas de monóxido de Carbono
(CO), hidrogeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2), ácido sulfhídrico (H2
S) (Guevara, 1996;
IIR, 2009; Marti, 2008). El modelo de biodigestor analizado en esta investigación es el
tubular o manga, que es el que presenta mejores condiciones para su adopción inicial por
parte de las fincas familiares (Marti, 2008).
Esta investigación tiene por objeto determinar el poder calorífico del biogás frente a otras
fuentes de energía; para ello se pretende caracterizar el biodigestor utilizado, determinar la
temperatura que alcanza el agua pura con diferentes fuentes energéticas, y establecer el poder
calorífico de cada una de estas fuentes.
De acuerdo a diversos autores, el poder calorífico del biogás es de entre 5.500 y 6.200
kcal/m3
, por lo que es menor al del butano o propano (Marti, 2008).
El calor efectivo es la cantidad de energía que se trasmite de un cuerpo a otro y depende de
factores como la masa y el calor específico del material calentado. El Calor específico es una
propiedad intensiva de la materia y mientras mayor sea, la sustancia demandará mayor
energía para elevar su temperatura.
2 Metodología
Localización del experimento. La investigación se llevó a cabo en el Centro de Capacitación
y Tecnología Apropiada perteneciente a la Carrera de Ingeniería en Ecología Humana de la
FCA-UNA situado en el Barrio Santa Ana, distrito de Piribebuy. Los puntos geográficos de
ubicación del biodigestor son 21 J 496398 7883951 con una altitud de 265 msnm. Diseño
experimental y tratamientos. El diseño experimental está compuesto por tres tratamientos y
cuatro repeticiones cada uno totalizando 12 unidades experimentales. Los tratamientos son:
T1. Fuente de energía: biogás. T2. Fuente de energía: leña. T3. Fuente de energía: GLP. El
Tipo de investigación es descriptiva con enfoque cuantitativo porque se describe las
diferentes temperaturas alcanzadas por el agua pura de acuerdo a la fuente de energía y el
poder calorífico de las mismas. La fuente primaria para la recolección de datos lo constituye
la observación. La fuente secundaria está determinada por la bibliografía de apoyo. Manejo
del experimento. El experimento fue realizado en el mes de junio de 2014; durante los días
de medición la variación térmica ambiental fue de 7,5°C siendo la mínima 19,05 ºC y la

2. 2
máxima de 26,55 ºC, la presión atmosférica promedio fue de 1015 hPa. Para la determinación
de las temperaturas del agua pura se utilizó un recipiente metálico (similar a lo utilizado en las
viviendas pertenecientes al estrato de la agricultura familiar) cargado con un litro de agua
(igual a 1 kg.) y expuesto a la flama generada por cada una de las fuentes citadas; la
temperatura del agua se registró al inicio del proceso y luego cada cinco minutos hasta
alcanzar seis registros. Recursos, materiales y equipos. Se utilizó un cuaderno para el
apunte, un termómetro de mercurio, un hidrómetro digital para el registro de la temperatura
ambiental, un manómetro de baja presión y mechero de Bunsen.
Cuadro de variables e indicadores.
Objetivos Variable Indicador
Caracterizar el biodigestor
utilizado,
Características técnicas del
biodigestor
Volumen, tasa diaria de carga,
tasa diaria de producción de
biogás, tipo de sustrato utilizado.
Determinar la temperatura que
alcanza el agua pura con
diferentes fuentes energéticas
Temperatura del agua pura Temperatura inicial
Temperatura final
Tiempo
Establecer el calor efectivo de
cada una de las fuentes
Calor efectivo Calor efectivo
Análisis e interpretación de los datos. Para determinar el calor efectivo se utilizó la
ecuación fundamental de la calorimetría: . Donde Qx es calor
efectivo recibido por la masa de agua; m es la masa de agua; ce es el calor específico del agua
(1 kcal/kg) y es la variación entre la Tº inicial del agua y la final.
3 Resultados
Caracterización del biodigestor utilizado. Las características están resumidas en el cuadro
1.
Cuadro 1. Características técnicas del biodigestor tubular
Tasa de Carga diaria 50,8 kg de estiércol y 150
litros de agua
Volumen total 8,8 m3
Producción de biogás diario 1,80 m3
Ancho de rollo 2,5 m
Producción de fertilizante
diario
203,33 litros Longitud del
biodigestor y de la
zanja
5 m
Tiempo de retención 30 días Longitud del plástico 7 m
Temperatura ambiente 19,05°C a 26,55°C Plástico total 14 m
Volumen liquido (70% del
total)
6,1 m3
Ancho inferior de la
zanja
1,2 m
Volumen gaseoso (30% del
total)
2,7 m3
Ancho superior de la
zanja
1,5 m
Profundidad de la zanja 0,90 m
(Fuente: Moreno & Vargas 2014*
)
Estas características corresponden, según Botero (1987), corresponde a un biodigestor de bajo
costo y flujo continuo, tipo Taiwan, elaborado en polietileno de 250 micrones tubular. El
costo de este tipo de biodigestores, dependiendo del tamaño y los materiales, puede variar de
entre 200 a 500 U$S.
*
Moreno C.; Vargas F. 2014. Características técnico económicas de un biodigestor de tipo tubular empleado en
la agricultura familiar (En publicación)

3. 3
Temperatura del agua pura con diferentes fuentes de energía. En la figura 1 se puede
apreciar el comportamiento de la temperatura del agua en el trascurso de los minutos según
las tres fuentes de energías.
Figura 1. Variación de la temperatura del agua pura
A partir de esta gráfica es posible apreciar que el comportamiento del calor trasmitido por los
gases es mucho más estable que el de la madera alcanzando la mayor temperatura al minuto
25 con 93 ºC y la fuente de energía es el Gas Licuado de Petróleo.
El calor efectivo. A partir de la variación de temperatura registrada en el gráfico anterior y
considerando que la masa de agua es igual a 1kg y su calor específico sea de 1 kcal/kg se
obtiene que el calor efectivo del biogás es 74 kcal. Por su parte el GLP posee un calor efectivo
de 75 kcal. y la madera 72 kcal.
4 Conclusiones
El biodigestor tubular con un volumen total de 8,8 m3
puede tener una tasa de producción
diaria de biogás de 1,80 m3
con una tasa de carga diaria de 50 kg de estiércol y 150 litros de
agua. La temperatura alcanzada por el agua en las tres fuentes de energía es similar, siendo
levemente superior el Gas Licuado de Petróleo; el biogás logra calentar el agua hasta los 92
ºC en 25 minutos. Por su parte, en cuanto al calor efectivo trasmitido por la flama generada el
GLP es el mayor con 75 kcal, levemente superior al biogás que posee 74 kcal. de calor
efectivo.
5 Referencias bibliográficas
Botero, R.; Preston, T. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y
fertilizante a partir de excretas. Cali, CO: CIPAV. 20 p IIR, 2009;
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: AL. GTZ (Cooperación Técnica Alemana). 140 p.
Guevara, Antonio. 1996. Fundamentos básicos para el diseño de biodigestores anaeróbicos
rurales: producción de gas y saneamiento de efluentes. Lima, PE: OPS (Organización
Panamericana de la Salud). 80 p.
Marti, J. 2008. Biodigestores familiares: Guía de diseño y manual de instalación. La Paz, BO:
GTZ. 85 p.
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
TemperaturaenºC
Minutos
Biogás
Madera
GLP