evaluaciÓn de la producciÓn de biogÁs a partir de

UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL

EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE

ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA MATILDE - SALITRE TRABAJO EXPERIMENTAL

Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de

INGENIERA AMBIENTAL

AUTORA

JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA

TUTOR

ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO

GUAYAQUIL – ECUADOR

2020

PORTADA

2


FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, ING. ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, docente de la Universidad Agraria

del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación:

“EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE ESTIÉRCOL

BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA MATILDE -

SALITRE”, realizado por el estudiante JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA;

con cédula de identidad N°0951217520 de la carrera INGENIERIA AMBIENTAL,

Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y

cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador;

por lo tanto, se aprueba la presentación del mismo.

Atentamente,

____________________________________

ING. ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, MSc.

TUTOR

Guayaquil, 13 de Octubre del 2020

3


FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN

Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como

miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de

titulación: “EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE

ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR LA

MATILDE - SALITRE”, realizado por el estudiante JIMENEZ RONQUILLO KAREN

SHAKIRA, el mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad

Agraria del Ecuador.

Atentamente,

MUÑÓZ NARANJO DIEGO, M.Sc. PRESIDENTE

ORTEGA VELEZ ALEX, M.Sc. CRESPO LEON KARLA, M.Sc. EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL

ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, M.Sc. EXAMINADOR SUPLENTE


4

Dedicatoria

Dedico este trabajo de titulación principalmente a

Dios por haberme dado la dicha de la vida y

permitirme haber llegado hasta este momento tan

feliz como lo es llegar a ser ingeniera ambiental.

A mis padres Freddy Jiménez y Cecilia Ronquillo

por todo el amor, el apoyo incondicional, por sus

grandes consejos, sacrificio y esfuerzo constante que

día a día me dieron fortaleza para lograr obtener mi

título profesional.

A mis hermanos, sobrinos, familiares y amigos que

siempre confiaron y motivaron a lo largo de mi

preparación profesional.

Y a todas las personas que con su apoyo moral

estuvieron atentos de mi vida universitaria, les dedico

este triunfo.

5

Agradecimiento

A Dios por estar siempre presente en mi vida y

guiarme en cada paso que daba en mi preparación

profesional como en mi vida personal. Este logro va

para ustedes, A mi mamá Cecilia quien más que una

buena madre ha sido mi mejor amiga, me ha

enseñado a ser paciente en cada paso que doy en mi

vida y ser perseverante en las metas que me

proponga y sobre todo ha sabido corregir de mis

errores. A mi papá Freddy por ser uno de los pilares

fundamentales en mi vida, que me ha enseñado que

los logros en las vidas se consiguen luchando y

aunque por su trabajo es y será mi inspiración para

seguir preparándome cada día más, por sus consejos

y siempre ayudarme en lo que necesite. A mis

hermanos Freddy y Abigail por compartir momentos

significativos conmigo y por siempre estar dispuestos

a escucharme y ayudarme en cualquier momento. A

mis sobrinos Kristell , Hanniel y Thiago por siempre

brindarme su amor y sacarme una sonrisa cuando

más lo necesitaba, los amo infinita mente. A mi primo

Manuel que más un primo ha sido como un hermano

para mí Por aconsejarme, brindarme su apoyo

incondicional y demostrarme la gran fe que tiene en

mí. A mis amigos Domenica, Gabriela, Samuel, Andy

y Boris que a lo largo de nuestra preparación

académica fomentamos una gran amistad entre risas,

bromas, enojos, tristezas y felicidad hemos

culminado nuestro reto tan anhelado. Al Ingeniero

Diego Arcos Jácome que más que nuestro guía es

nuestro gran amigo por toda la colaboración brindada

desde el primer día de clases hasta la culminación de

este proyecto. Finalmente agradezco a la Universidad

6

Agraria del Ecuador por la oportunidad que me brindo

para formarme como profesional. Y a cada uno de los

docentes que día a día nos brindaban de sus

conocimientos.

7

Autorización de Autoría Intelectual

Yo JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA, en calidad de autora del proyecto

realizado, sobre “EVALUACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR

DE ESTIÉRCOL BOVINO Y CASCARILLA DE ARROZ (Oryza sativa), SECTOR

LA MATILDE - SALITRE”, para optar el título de INGENIERA AMBIENTAL, por la

presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de

todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra,

con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor(a) me correspondan, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en

los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.


JIMÉNEZ RONQUILLO KAREN SHAKIRA

C.I. 0951217520

8

Índice general

PORTADA ................................................................................................................... 1

APROBACIÓN DEL TUTOR ...................................................................................... 2

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN .......................................... 3

Dedicatoria ................................................................................................................. 4

Agradecimiento ......................................................................................................... 5

Autorización de Autoría Intelectual ........................................................................ 7

Índice general............................................................................................................. 8

Índice de tablas ........................................................................................................ 13

Índice de figuras ...................................................................................................... 15

Resumen ................................................................................................................... 17

Abstract ..................................................................................................................... 18

1. Introducción ......................................................................................................... 19

1.1 Antecedentes del problema............................................................................. 20

1.2 Planteamiento y formulación del problema .................................................. 21

1.2.1 Planteamiento del problema .................................................................... 21

1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 22

1.3 Justificación de la investigación .................................................................... 22

1.4 Delimitación de la investigación..................................................................... 23

1.5 Objetivo general ................................................................................................ 23

1.6 Objetivos específicos ....................................................................................... 23

2. Marco teórico ....................................................................................................... 25

2.1 Estado del arte ................................................................................................... 25

2.2 Bases teóricas ................................................................................................... 27

2.2.1 Estiércol........................................................................................................... 27

9

2.2.1.1 Contaminación por el estiércol. ........................................................... 27

2.2.1.2 Almacenamiento a corto plazo............................................................. 28

2.2.1.3 Lugar de almacenamiento de residuos. ............................................. 29

2.2.1.4 Otros factores de gestión. .................................................................... 29

2.2.1.5 Ventajas y desventajas del estiércol. .................................................. 30

2.2.1.5.1 Ventajas del estiércol. ........................................................................ 30

2.2.1.2.2 Desventajas del estiércol. .................................................................. 30

2.2.1.3 Acción del estiércol en el suelo. .......................................................... 31

2.2.1.4 Composición del estiércol. ................................................................... 32

2.2.1.5 Manejo del estiércol. .............................................................................. 32

2.2.2 Biogás. ............................................................................................................. 33

2.2.2.1 Composición del biogás. ...................................................................... 33

2.2.2.2 Digestión anaerobia. .............................................................................. 34

2.2.2.3 Hidrólisis. ................................................................................................. 34

2.2.2.4 Fermentación - acidogénesis ............................................................... 35

2.2.2.5 Metanogénesis ........................................................................................ 35

2.2.3 Producción nacional del arroz. .................................................................... 36

2.2.3.2 Cascara de Arroz como energía alternativa....................................... 37

2.2.3.3 Capacidad de calor y calor específico. ............................................... 37

2.2.3.3 Ventajas del uso de la cascarilla de arroz como combustible. ...... 38

2.2.3.3.1 Ventajas. ............................................................................................... 38

2.3 Marco legal ......................................................................................................... 38

2.3.1 Constitución del Ecuador ............................................................................. 38

2.3.2. Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021 ..................................................... 40

2.3.3. Economía al servicio de la Sociedad: ....................................................... 41

10

3. Materiales y métodos ......................................................................................... 42

3.1 Enfoque de la investigación ............................................................................ 42

3.1.1 Tipo de investigación................................................................................ 42

3.1.2 Diseño de investigación ........................................................................... 42

3.2.1 Variables ..................................................................................................... 42

3.2.1.1. Variable independiente ......................................................................... 42

3.2.1.2. Variable dependiente ............................................................................ 43

3.2.2 Tratamientos .............................................................................................. 43

3.2.3 Diseño experimental ................................................................................. 43

3.2.4 Recolección de datos ............................................................................... 44

3.2.4.1. Recursos ................................................................................................. 44

3.2.4.1.1 Recursos bibliográficos. ................................................................ 44

3.2.4.1.2 Materiales. ........................................................................................ 44

3.2.4.1.3 Equipos. ............................................................................................ 45

3.2.4.1.4 Recursos orgánicos........................................................................ 45

3.2.4.2. Métodos y técnicas ............................................................................... 45

3.2.4.2.1 Recolección de materiales orgánicos para la producción de

biogás. 46

3.2.4.2.2 Preparación de los tratamientos. ................................................. 46

3.2.4.2.3 Datos a evaluar. ............................................................................... 47

3.2.5 Análisis estadístico. .................................................................................. 48

4. Resultados ........................................................................................................... 49

4.1 Determinación de línea base de los residuos agrícolas y ganadero

generados en el recinto “La Matilde” mediante encuestas. ............................ 49

11

4.2 Implementación de cuatro tratamientos utilizando diferentes

cantidades de estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la

producción de biogás mediante la utilización del Biodigestor. ...................... 65

4.2.1 Análisis del volumen de biogás. ............................................................. 66

4.2.1.1 Análisis estadístico del Biogás. ....................................................... 66

4.2.2 Análisis del pH. .......................................................................................... 67

4.2.2.1 Análisis estadístico del pH................................................................ 68

4.2.3 Análisis de la presión. .............................................................................. 68

4.2.3.1 Análisis estadístico de la presión a los 20 días. ........................... 69



4.3 Propuesta de una guía de producción de biogás como fuente

energética para la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto

“La Matilde” mediante revisión de resultados experimentales. ...................... 72

4.3.1 Digestión anaeróbica de desechos animales en biodigestores. ....... 72

4.3.2 Técnicas para identificar microorganismos involucrados en el

proceso de digestión anaeróbica. ........................................................................ 74

4.3.3 Tipos de biodigestores para el tratamiento del estiércol animal. ..... 75

4.3.4 Factores que influyen en la digestión anaeróbica del estiércol animal

77

4.3.4.1 Temperatura. ....................................................................................... 77

4.3.4.2 pH y alcalinidad................................................................................... 78

4.3.4.3 Concentración de amoniaco. ............................................................ 79

4.3.4.4 Tiempo de retención hidráulica y tasa de carga orgánica. .......... 80

4.3.5 Características del sustrato y metales pesados. ................................. 81

12

4.3.5.1 Mezcla. .................................................................................................. 82

4.3.6 Factores de digestión. .............................................................................. 82

4.3.6 Digestores domésticos. ............................................................................ 84

4.3.7 Parámetros en el funcionamiento de los digestores. .......................... 84

4.3.7.1 Materiales para la construcción. ...................................................... 84

4.3.7.2 Efecto de la temperatura. .................................................................. 85

4.3.7.3 Tasa de carga y rendimiento del biogás producido. .................... 86

4.3.8 Almacenamiento de biogás y mantenimiento de digestores. ............ 87

4.3.9 Aplicaciones del biogás en digestores domésticos. ........................... 87

4.3.9.1 Cocinar y calentar............................................................................... 87

4.3.9.2 Estufas de biogás. .............................................................................. 88

4.3.9.3 Fertilizante. .......................................................................................... 88

4.3.9.4 Iluminación y generación de energía. ............................................. 89

4.3.9.5 Otras aplicaciones. ............................................................................. 90

5. Discusión .............................................................................................................. 91

6. Conclusiones ....................................................................................................... 93

7. Recomendaciones .............................................................................................. 94

8. Bibliografía ........................................................................................................... 95

9. Anexos ................................................................................................................ 101

13

Índice de tablas

Tabla 1. Tratamientos para la eficiencia de la producción de Biogás ............... 43

Tabla 2. Tratamientos comparados con ANOVA ................................................ 44

Tabla 3. Componentes orgánicos utilizados ....................................................... 46

Tabla 4. Edades de los encuestados................................................................... 49

Tabla 5. Género de los encuestados ................................................................... 50

Tabla 6. ¿Cuantas personas viven en este domicilio? ....................................... 51

Tabla 7. ¿Con cuanto ganado cuenta? ............................................................... 52

Tabla 8. ¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero?

.................................................................................................................................... 53

Tabla 9. ¿Conoce las consecuencias de este efecto? ....................................... 54

Tabla 10. ¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto?

.................................................................................................................................... 55

Tabla 11. ¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico? 56

Tabla 12. ¿Realiza la separación entre este tipo de desechos? ....................... 57

Tabla 13. ¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos? ....... 58

Tabla 14. ¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los

desechos? .................................................................................................................. 59

Tabla 15. ¿Sabe que son las energías renovables? .......................................... 60

Tabla 16. ¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?. 61

Tabla 17. ¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable? ............. 62

Tabla 18. ¿Ha considerado instalar un sistema de energía renovable? ........... 63

Tabla 19. ¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los

desechos que genera el estiércol bovino y las cascarillas de arroz? .................... 64

Tabla 20. Análisis de la Varianza (SC tipo III) para Biogás................................ 67

14

Tabla 21. Test: Tukey Alfa=0,05 del Biogás ....................................................... 67

Tabla 22. Cuadro de Análisis de la Varianza del pH .......................................... 68

Tabla 23. Test: Tukey Alfa=0,05 de pH ............................................................... 68

Tabla 24. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (20 días).................... 69

Tabla 25. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (20 días)........................................ 69





Tabla 30. Gases y su simbología ......................................................................... 74

Tabla 31. Concentración de sustancias del proceso Anaerobia ...................... 104

15

Índice de figuras

Figura 1. Edades de los Encuestados ................................................................. 50



Figura 4. Con cuanto ganado cuenta .................................................................. 53

Figura 5. Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero

.................................................................................................................................... 54

Figura 6. Conoce las consecuencias de este efecto .......................................... 55

Figura 7. Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto . 56


Figura 9. Realiza la separación entre este tipo de desechos ............................ 58

Figura 10. Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos .......... 59

Figura 11. Edades de los Encuestados ............................................................... 60

Figura 12. Sabe que son las energías renovables ............................................. 61

Figura 13. Fuentes de energía renovable que conoce ....................................... 62

Figura 14. En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable ................ 63

Figura 15. Edades de los Encuestados ............................................................... 64

Figura 16. Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los

desechos que genera el estiércol vacuno y las cascarillas de arroz. .................... 65

Figura 17. Volumen de biogás alcanzado en los diferentes tratamientos ......... 66

Figura 18. pH obtenido en los diferentes tratamientos ....................................... 67

Figura 19. Presión obtenida con los tratamientos a los 20 días ........................ 69

Figura 20. Presión obtenida en cada tratamiento a los 40 días......................... 70

Figura 21. Presión alcanzada a los 60 días de aplicación de los tratamientos 71

16

Figura 22. Encuesta realizada a los habitantes del sector La Matilde, cantón

Salitre ....................................................................................................................... 101

Figura 23. Imagen satelital del Recinto La Matilde ........................................... 102

Figura 24. Mapa de ubicación del recinto "La Matilde" .................................... 103

Figura 25. Colecta de cascarillas de arroz en la piladora Voluntad de Dios ... 104

Figura 26. Piladora Voluntad de Dios ................................................................ 105

Figura 27. Realización de las encuestas ........................................................... 105

Figura 28. Evaluación de la producción de biogás con la supervisión del tutor

.................................................................................................................................. 106

Figura 29. Toma de datos mediante encuestas a habitantes del recinto "La

Matilde" .................................................................................................................... 106

Figura 30. Recolección de cascarillas de arroz ................................................ 107

Figura 31. Realización de encuestas ................................................................. 107

Figura 32. Hacienda "La Matilde"....................................................................... 108

Figura 33. Producción de biogás mediante el uso de diferentes tratamientos 108

17

Resumen

La ganadería es una de las actividades más contaminantes a nivel global, debido

a las emisiones de gases de efecto invernadero principalmente metano,

compactación de suelos, deforestación, entre otros impactos. Por consiguiente, el

objetivo principal de este trabajo de investigación fue evaluar la producción de

biogás a partir de la mezcla del estiércol bovino y cascarillas de arroz (Oryza sativa)

en el recinto la Matilde cantón Salitre. Se establecieron 4 tratamientos conformados

de la siguiente manera: T1 (8lb de estiércol + 12L de agua), T2 (4lb de estiércol +

3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua), T3 (3lb de estiércol + 4lb cascarilla de

arroz + 10L de agua) y por último el T4 (8lb de cascarilla de arroz + 12L de agua).

Se efectuaron 4 repeticiones para cada tratamiento durante un tiempo de 60 días,

controlando el volumen de biogás, el pH y la presión. Los resultados arrojaron que

el tratamiento más eficiente fue el T2 para la producción de biogás, obteniendo

0,00917 (9,17) m3/kg, mientras que el T1 0,00133 (1,33) m3/kg, el T3 0,00212 (2,12)

m3/kg y el T4 0,00165 (1,65) m3/kg. En cuanto al pH y la presión no hubo diferencia

significativa entre los resultados con cada tratamiento, no obstante, en la presión

medida a los 20 días el T2 presentó 4,19 atm superior a los demás tratamientos.

Se concluye que el uso de estiércol bovino + cascarillas de arroz es una alternativa

eficaz para la producción biogás y optar por una fuente de energía limpia.

Palabras clave: biogás, energía limpia, emisiones, estiércol

18

Abstract

Livestock is one of the most polluting activities globally, due to greenhouse gas

emissions, mainly methane, soil compaction, deforestation, among other impacts.

Therefore, the main objective of this research work was to evaluate the biogas

production from the mixture of bovine manure and rice husks (Oryza sativa) in the

La Matilde cantón Salitre site. 4 treatments were established as follows: T1 (8lb of

manure + 12L of water), T2 (4lb of manure + 3lb of rice husk + 10L of water), T3

(3lb of manure + 4lb of rice husk + 10L of water) and finally the T4 (8lb of rice husk

+ 12L of water). 4 repetitions were carried out for each treatment for a period of 60

days, controlling the volume of biogas, the pH and the pressure. The results showed

that the most efficient treatment was T2 for biogas production, obtaining 0,00917

m3/kg, while T1 (0,00133 m3/kg), T3 (0,00212 m3/kg) and T4 (0,00165 m3/kg).

Regarding pH and pressure, there was no significant difference between the results

with each treatment, however, in the pressure measured at 20 days, T2 presented

4.19 atm higher than the other treatments. It is concluded that the use of bovine

manure + rice husks is an effective alternative for biogas production and opting for

a clean energy source.

Keywords: biogas, clean energy, emissions, manure

19

1. Introducción

Las fuentes de energías desarrolladas por el ser humano, que al paso del tiempo

resultaron nocivas, insuficientes, caras, muy peligrosas y las diversas formas de

contaminación han llevado al estudio e investigación de nuevas estrategias de

minimizar el incremento del deterioro del ambiente, basándose únicamente en

mejorar la utilización de los recursos naturales (Pandey, 2019).

Una de muchas alternativas es aprovechar la digestión anaerobia o biodigestor

de los desechos orgánicos a través del biodigestor, que en el sector ganadero se

aprovecha como materia prima el estiércol para la producción de biogás y

biofertilizantes, minimizando la acumulación de materia orgánica depositada en los

suelos.

En la provincia del Guayas del cantón Salitre, la ganadería y la agricultura es

una de las principales actividades del sector rural, las familias dedicadas a esta

forma de vida, tienen problemas con la acumulación del estiércol y los desechos

agroindustriales que generan, afectando directamente al ambiente y generando la

proliferación de vectores que afectan al ganado y a la salud propia de las personas

del sector, este problema radica en no saber darle una disposición final o

tratamiento al estiércol y cascaras de arroz que se generan en grandes cantidades.

Como el consumo global de energía crece cada año, el desarrollo de ciertas

fuentes alternativas se hace cada vez más importante, en especial en lo que se

refiere a la eliminación de residuos y al uso de la energía, con la posibilidad de

reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Entre las energías alternativas

tenemos la generación del Biogás, término que se aplica a la mezcla de gases que

se obtienen a partir de la descomposición en un ambiente anaerobio (sin oxígeno)

de los residuos orgánicos, como el estiércol animal o los productos de desecho de

los vegetales. En el desarrollo de la ganadería intensiva, se producen residuos, los

20

purines, que pueden ser reutilizados para la producción de abonos agrícolas pero

que pueden, también, ocasionar importantes problemas de contaminación si no son

adecuadamente tratados (Santambrosio, 2014).

En este trabajo de investigación se propone la creación de nuevas alternativas

para mejorar los componentes y dosis para producir gas metano a partir del

estiércol bovino y cascaras de arroz, se espera que sea una propuesta válida para

minimizar el problema coyuntural del consumo de energía a través de petróleos, la

depredación del medio ambiente, en sus bosques, y el uso efectivo del estiércol del

ganado

1.1 Antecedentes del problema

La producción animal es una fuente importante de emisión de gas de efecto

invernadero (GEI) en todo el mundo. El ganado constituye a la emisión mundial de

los gases de efecto invernadero (GEI) antropogénico representando entre el 7% y

el 18% de la emisión total, generando dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y

óxido nitroso (N2O) (Meinen, 2020). Del total de las emisiones del sector pecuario

a nivel mundial el ganado bovino productor de carne y el de leche ocupan los

primeros lugares, superando cada uno por más del triple al tercero en la lista

representado por los cerdos (Wall, 2018).

Además de los anteriormente, Según la Agencia Internacional de Energía de

demanda energética se incrementa constantemente esperando que para el 2030

esta aumente hasta un 55% con los cuales las emisiones mundiales de los gases

de efecto invernadero se elevaran rápidamente. El 80% de los GEI, generados por

el sector energético, provienen del consumo mundial de energía basado en

combustibles fósiles (Agency, 2014).

21

La creciente demanda energética, los esfuerzos por mitigar los impactos

ambientales generados por los combustibles convencionales y la intención de

mejorar los niveles de vida han impulsado el desarrollo de energías renovables

(Feng, 2015). En este contexto, la Dase convierte en una alternativa promisoria

para mitigar las emisiones de GEI del estiércol y generar energía renovable.

Los desechos posteriores a la cosecha, como los desechos de los alimentos en

descomposición que se generan en el campo, constituyen una fuente

importantísima de biomasa que puede ser convertida en energía, las excretas que

se generan de los sectores agropecuarios y que solo son utilizadas como abono

podrían ser optimizados para generar una fuente de energía limpia y a la vez

también mejorar la capacidad de fertilización del mismo en los campos con lo cual

se podrían evitar la utilización de productos químicos en la agricultura los cuales

son perjudiciales para la salud del ser humano (Vinueza, 2016).

1.2 Planteamiento y formulación del problema

1.2.1 Planteamiento del problema

El presente trabajo, está orientado a solucionar de manera práctica un problema

real que vive nuestro país como es la contaminación. Mediante el análisis de la

situación medio ambiental y el factor contaminante como lo es la cascarilla de arroz

y teniendo presente que las piladoras son las generadoras del tamo se propone

disminuir los índices contaminantes con relación a esta biomasa, además generar

una cultura analítica y consiente con respecto a la protección medioambiental

dando capacitación y demostrando los beneficios que se puede conseguir de la

biomasa para mejorar la situación actual por medio de la generación de biogás que

permita aprovechar los sub productos que se obtiene a partir de la pirolisis de la

cascarilla del arroz.

22

Como muestra de población he tomado a las piladoras del cantón Salitre de la

parroquia la Matilde y he analizado la problemática que existe, en donde la

contaminación por medio de la cascarilla de arroz es significativa y existe un

desperdicio de esta biomasa.

Esto se realizará por medio de la generación de biogás orientado a solucionar el

factor contaminante e incrementar la economía y así mismo la producción de

energía renovable de la localidad.

1.2.2 Formulación del problema

¿Cuánto será la producción de biogás a partir del estiércol bovino y la cáscara

de arroz?

1.3 Justificación de la investigación

El área de estudio donde se realizará la toma de datos es el recinto la Matilde,

cantón Salitre que se ubica en la provincia del Guayas. La alteración de la

contaminación por parte de estiércol bovino afecta principalmente a la atmosfera y

a la salud humana. Cada vez son más los que lo saben: el sector ganadero genera

más gases de efecto invernadero –el 18%, medido en su equivalente en dióxido de

carbono (CO2) que el sector del transporte.

No sólo eso, además es responsable del 37% de todo el metano producido por

la actividad humana, gas que es 23 más veces más perjudicial que el CO2 y que se

origina en su mayor parte en el sistema digestivo de estos animales: eructando,

una sola vaca puede producir entre 100 y 200 litros de metano cada día. Pero las

cifras se vuelven peores cuando se trata del óxido nitroso, gas 296 veces más

perjudicial que el CO2, que procede directamente del estiércol de cada una de ellos,

cuando cerca del 80% de su dieta normal de hierba termina como desperdicio. Así,

23

el sector ganadero se hace acreedor de nada menos que del 65% de esta

emanación a nivel mundial (Lemonick, 2018).

1.4 Delimitación de la investigación

Para poder desarrollar esta investigación es necesario delimitar los intervalos

de tiempos, lugares y fechas en que se podrá dar a conocer el resultado de esta

investigación, para lo cual procederemos a una delimitación por el contenido,

espacial y temporal que a continuación son descritas.

Espacio: El desarrollo del proyecto de investigación se realizó en el

sector del Recinto “La Matilde” Del Cantón Salitre De La Provincia Del

Guayas.

Tiempo: Este estudio se desarrolló en un periodo de tiempo de tres

meses.

Población: El proyecto de investigación fue dirigido a 800 habitantes del

Recinto “La Matilde” a quienes se procedió a encuestar para obtener un

porcentaje promedio.

1.5 Objetivo general

Evaluar la producción de biogás a partir de la mezcla del estiércol bovino y

cascarillas de arroz (Oryza sativa) en el recinto la Matilde cantón Salitre, provincia

del Guayas.

1.6 Objetivos específicos

Determinar línea base de los residuos agrícolas y ganadero generados en

el recinto “La Matilde” mediante encuestas.

Implementar cuatro tratamientos utilizando diferentes cantidades de

estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás

mediante la utilización del Biodigestor.

24

Proponer una guía de producción de biogás como fuente energética para

la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto “La Matilde”

mediante revisión de resultados experimentales.

1.7 Hipótesis

Con la producción de biogás en el sector la Matilde se puede disminuir la

contaminación que genera el estiércol bovino y el mal uso de las cáscaras de arroz

y se logrará la disminución el uso de gas doméstico por una energía más limpia.

25

2. Marco teórico

2.1 Estado del arte

Teng (2014) descubrió que el digestor mixto de tanque de concreto de flujo

enchufable con grupos electrógenos de electricidad y la venta a la compañía

eléctrica es la opción más rentable y operativamente simple para un biodigestor en

una granja lechera; la información del diseñador del sistema indicó que el digestor

de flujo de tapón podría manejar solo entre un 20% y un 30% de desperdicio de

alimentos adicionales para eliminar el estiércol y aumentar la producción de biogás.

Según la investigación realizada por Schulz (2016) los métodos de producción

de biogás se pueden caracterizar por el número de pasos del proceso, la

temperatura del proceso, el contenido de materia seca y la forma en que se

alimenta el sustrato. Plantas de biogás que se alimentan de subproductos

agrícolas, como abono líquido, residuos de cosecha y energía. Los cultivos a

menudo emplean un proceso de un solo paso en el rango de temperatura mesofílica

(32-42 ° C) con fermentación húmeda y alimentación casi continua. El método

puede variar según los requisitos que el proceso debe cumplir en términos de

velocidad, el grado de digestión y la acción higienizante.

La publicación realizada por Ghose (2018) “Los mayores recursos subutilizados”

las fuentes predominantes de contaminación de esta industria son las emisiones

no organizadas de los estanques de recolección y las instalaciones de

almacenamiento de estiércol, que liberan sustancias nocivas. El tratamiento

anaeróbico de los desechos del ganado en plantas de biogás tiene varios

beneficios, que incluyen: una fuerte reducción de la contaminación ambiental y los

patógenos; la eliminación de olores asociados con la producción ganadera; y la

26

reducción de emisiones nocivas a la atmósfera. El biogás se forma en el proceso

de fermentación anaeróbica, que desinfecta simultáneamente los desechos.

Según Loetscher (2017), demuestra que el biogás generado por digestión

anaerobia típicamente contiene entre 60-70% de metano. Otros componentes

incluyen dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y otras trazas

orgánicas. Para poner el valor energético del animal desperdicio en perspectiva, un

bien aislado, la casa de tres dormitorios toma alrededor de 900,000 BTU por día

para calentar durante el clima frío. Porque el 50 por ciento del biogás regresa para

mantener la temperatura necesaria del digestor, tomaría el estiércol de

aproximadamente 50 vacas para producir suficiente biogás para calentar una casa

promedio.

La investigación realizada por Karim (2015), demuestra que el estiércol debe ser

de bajo contenido de sólidos, inferior a 15% de sólidos en peso. Típicamente,

recogido en un lote seco tiene un mucho más alto contenido de sólidos superior al

15%. Los microorganismos que convierten materiales orgánicos en metano son

muy sensibles, requieren un pH cercano a 7. Además, los organismos funcionan

mejor a alta temperatura, alrededor de 35 ° C (95 ° F). Para cada Disminución de

11 ° C (20 ° F), la producción de gas se reducirá aproximadamente a la mitad o

tomará el doble de tiempo Mientras que la reducción de volumen de no se producen

residuos durante la digestión proceso, 50-60% de reducción de sólidos puede ser

esperado y los nutrientes se conservan, agregando valor al producto final para el

cultivo utilizar. Una ventaja de AD es que casi el 95% se produce la inactivación del

patógeno. En el digestor los orgánicos se eliminan a medida que se convierten al

metano mientras que los nutrientes (nitrógeno y fósforo) se conservan. El producto

27

final es un desecho estabilizado de bajo olor, alto contenido de nutrientes adecuado

para aplicación en tierra.

2.2 Bases teóricas

2.2.1 Estiércol.

El estiércol de animal es una fuente valiosa de nutrientes para cultivos y

pastizales. Sin embargo, la intensificación global de la producción animal concentra

el estiércol en áreas más pequeñas, creando puntos calientes de nutrientes. En

contraste, los déficits de nutrientes a menudo se desarrollan en áreas con

producción animal limitada que podrían beneficiarse de las aplicaciones de

estiércol. (Shober, 2018).

2.2.1.1 Contaminación por el estiércol.

El estiércol mal manejado puede contaminar las aguas superficiales y

subterráneas con nutrientes y organismos que causan enfermedades. El

almacenamiento del estiércol del ganado permite a los productores difundirlo

cuando los cultivos pueden utilizar mejor los nutrientes. Sin embargo, acumular

estiércol en un área concentrada puede ser riesgoso para el medio ambiente y para

la salud humana y animal a menos que se haga de manera adecuada (Eggen,

2015).

Los estándares federales y estatales de agua potable establecen que los niveles

de nitrato en el agua potable no deben exceder los 10 miligramos por litro

(equivalente a partes por millón para medir el agua). Los niveles de nitrógeno de

nitrato más altos que esto pueden presentar problemas de salud para los bebés

menores de 6 meses, incluida la afección conocida como metahemoglobinemia

(síndrome del bebé azul). El nitrato también puede afectar a los adultos, pero la

evidencia es mucho menos segura (Mckinnon, 2014).

28

Las instalaciones para el estiércol almacenado en forma líquida a veces pueden

tener fugas o explotar, liberando grandes volúmenes de contaminantes. El estiércol

almacenado en pozos de tierra puede formar un sello semi-impermeable de materia

orgánica y células bacterianas en el fondo y los costados (Jiang, 2015).

El sello limita la lixiviación, pero el llenado y vaciado estacional puede hacer que

el sello se rompa. Las áreas de almacenamiento de estiércol sólido a corto plazo y

las áreas de almacenamiento abandonadas también pueden ser fuentes de

contaminación de las aguas subterráneas por nitratos (Dharmasena, 2019).

2.2.1.2 Almacenamiento a corto plazo.

El almacenamiento a corto plazo (generalmente de 30 a 90 días) es una opción

importante disponible para los productores. Les permite retener los desechos del

ganado durante los períodos de mal tiempo cuando la propagación diaria puede no

ser factible (Huat, 2016).

El almacenamiento a corto plazo, que se limita principalmente al estiércol sólido

o semisólido, tiene la desventaja de requerir que el estiércol se maneje más de una

vez. Algunos diseños para estructuras de almacenamiento a corto plazo facilitan el

manejo y brindan protección efectiva para las aguas superficiales y subterráneas

(Chen, 2015).

Los sistemas de almacenamiento a corto plazo pueden ser utilizados por

productores que apilan estiércol en los campos, particularmente durante períodos

de mal tiempo o entre ciclos de cultivo. Sin embargo, esta no es una práctica

recomendada. No importa cómo se haga, puede representar una amenaza de

contaminación para las aguas superficiales y subterráneas. Si el estiércol se apila

en los campos, se debe construir un estanque de detención de escorrentía en el

sitio de almacenamiento (Agbossou, 2016).

29

Muchos agricultores tienen viviendas abiertas para ganado joven, como

cobertizos de postes, donde se permite que los desechos se acumulen durante

períodos prolongados de tiempo. Los techos de estas estructuras evitan la lluvia y

la nieve del estiércol. Estas estructuras son relativamente seguras para la calidad

del agua si están protegidas de la escorrentía de las aguas superficiales. Para

minimizar la contaminación del agua, proporcione ropa de cama adecuada para

reducir las filtraciones y limpie estos cobertizos con frecuencia (Kakai, 2017).

2.2.1.3 Lugar de almacenamiento de residuos.

La ubicación del almacenamiento de desechos de ganado en relación con

cualquier pozo es un factor importante para proteger el suministro de agua de la

granja. Para las pilas temporales de estiércol y las instalaciones de

almacenamiento de tierra, la distancia mínima de separación es de 45.72 m

(Adebayo, 2016).

Las distancias mínimas de separación regulan la instalación de nuevos pozos,

así como la distancia de los pozos existentes a las nuevas instalaciones de

almacenamiento de desechos. La ley exige que los pozos existentes cumplan con

los requisitos de separación vigentes al momento de la construcción del pozo. Sin

embargo, haga todo lo posible para superar las 'regulaciones antiguas' y cumplir

con las regulaciones actuales siempre que sea posible (Shuaibu, 2017).

2.2.1.4 Otros factores de gestión.

Si el almacenamiento de desechos animales causa una contaminación

significativa del agua, la Comisión de Conservación de Recursos Naturales de

Texas (TNRCC) puede imponer una multa y requerir medidas correctivas. Póngase

en contacto con el agente de extensión de su condado o la oficina local del Servicio

de Conservación de Recursos Naturales para obtener información sobre las

30

ordenanzas locales, las regulaciones estatales y otra asistencia disponible (Lory,

2015).

2.2.1.5 Ventajas y desventajas del estiércol.

2.2.1.5.1 Ventajas del estiércol.

El estiércol es una enmienda ideal del suelo. Cuando se aplica a los campos

agrícolas, actúa como un residuo de campo. Los agricultores pueden vender el

estiércol a las personas que necesitan mejorar la fertilidad del suelo. Por lo tanto,

puede generar ingresos para los agricultores. Se suman a la capacidad general del

suelo y la sostenibilidad. El estiércol aumenta la capacidad de retención de agua

del suelo. El uso de estiércol mejoró la fertilidad del suelo y aumentó el rendimiento

de los cultivos (Dontask, 2016).

Estas son una buena fuente de macronutrientes.

Mejora la fertilidad del suelo.

Económico

Reduce la erosión del suelo y la lixiviación.

Mejora las propiedades físicas del suelo y airea el suelo.

Mejora la capacidad de retención de agua y nutrientes del suelo.

Se puede transportar fácilmente.

2.2.1.2.2 Desventajas del estiércol.

Hay dos tipos principales de estiércol animal, caliente y frío. Los abonos

calientes tienen altas cantidades de nitrógeno y deben estar bien compostados.

Estos incluyen estiércol de conejo, caballo, oveja y vaca. El estiércol frío es más

bajo en nitrógeno y puede usarse con moderación en su estado fresco. Ambos tipos

deben trabajarse bien en el suelo al menos dos meses antes de plantar cultivos

comestibles. En la producción orgánica, no se puede usar estiércol en el año en

31

que se cosechará un cultivo, por lo que para la certificación orgánica solo se deben

aplicar abonos verdes al suelo (Maguire, 2018).

Los contaminantes aún pueden permanecer. - Aunque es raro,

Salmonella y E. coli se han encontrado en abonos bien compostados y se

pueden transmitir a los cultivos alimentarios, especialmente a los que se

comen crudos.

Los metales pesados son otra preocupación. - Los abonos crudos son

especialmente peligrosos y pueden liberar altos niveles de skatole, indol

y otros fenoles que son absorbidos por los cultivos alimenticios.

Puede conducir a un exceso de nutrientes. - Estos componentes en

exceso se filtran del suelo y se escurren hacia las vías fluviales.

El exceso de nitrógeno en el agua causa la proliferación de algas y otros

efectos. El cobre es un aditivo en muchos alimentos para aves. El

estiércol de pollo retiene ese cobre y puede acumularse en el suelo en un

grado tóxico, quemando las raíces de las plantas (Maguire, 2018).

2.2.1.3 Acción del estiércol en el suelo.

El uso de este tipo de estiércol produce una influencia a largo plazo mucho mayor

en la materia orgánica del suelo que un estiércol de aves de corral o porcino sin

cama. Comúnmente se aplican más sólidos al suelo con sistemas de manejo de

estiércol sólido que con sistemas líquidos, porque generalmente se incluyen

mayores cantidades de lecho (Graham, 2015).

Para maximizar los beneficios del compost de estiércol en el suelo, es vital una

aplicación adecuada. Una de las mejores maneras de usar el estiércol como

fertilizante de plantas es mezclándolo con compost. El compostaje del estiércol

elimina la posibilidad de quemar las plantas (Grandy, 2018).

32

La materia orgánica del suelo juega un papel clave en los procesos biológicos y

químicos del suelo, y los cambios en la materia orgánica del suelo influyen

fuertemente en el recambio de N del suelo debido a la importancia del C disponible

para la inmovilización microbiana (Warren, 2017)

2.2.1.4 Composición del estiércol.

Un alto porcentaje de los nutrientes en los alimentos pasa a través de los

animales y termina en el estiércol. Dependiendo de la ración y el tipo de animal,

más del 70% del nitrógeno, el 60% del fósforo y el 80% del potasio alimentado

pueden pasar a través del animal como estiércol. Estos nutrientes están disponibles

para reciclar en tierras de cultivo. Además de las contribuciones de nitrógeno,

fósforo y potasio, los abonos contienen cantidades significativas de otros

nutrientes, como calcio, magnesio y azufre (Shashva, 2017).

El animal metaboliza el alimento para proveerse de energía y producir nuevos

tejidos y productos corporales. Los productos de desecho del metabolismo se

recogen en gran medida en la orina y se eliminan con las heces (que pueden

contener alimentos no utilizados) (Powers, 2018).

Los requerimientos de nutrientes por los animales varían según el tipo de animal

y la etapa de producción. Por lo general, cuando los requerimientos de proteína del

animal disminuyen, la concentración de proteína en la dieta también se puede

disminuir, disminuyendo así las concentraciones de nitrógeno excretadas como

porcentaje del peso corporal. Del mismo modo, el aumento de los niveles de

minerales alimentados (por ejemplo, cobre, fósforo, sodio, potasio) aumenta el nivel

de esos nutrientes en el estiércol (Lorimor, 2017).

2.2.1.5 Manejo del estiércol.

33

El manejo del estiércol, cómo se captura, almacena, trata y utiliza el estiércol,

tiene implicaciones importantes para la productividad de la granja y el medio

ambiente. Cuando se aplica de acuerdo con las necesidades agronómicas de los

cultivos, el estiércol puede mejorar la productividad al reducir la necesidad de

fertilizantes comerciales. Los agricultores que instalan un digestor anaeróbico en

sus operaciones ganaderas pueden usar estiércol para producir un biogás que se

puede quemar para generar electricidad. Los digestores también pueden reducir

las emisiones de gases de efecto invernadero del almacenamiento y manejo del

estiércol (Sohngen, 2016).

2.2.2 Biogás.

El biogás es gas natural que se genera por la descomposición de la materia

orgánica por bacterias anaerobias y se utiliza en la producción de energía. Se

diferencia del gas natural en que es una fuente de energía renovable producida

biológicamente a través de digestión anaeróbica en lugar de un combustible fósil

producido por procesos geológicos. El biogás se compone principalmente de gas

metano, dióxido de carbono y trazas de nitrógeno, hidrógeno y monóxido de

carbono. Ocurre naturalmente en montones de compost, como gas de pantano, y

como resultado de la fermentación entérica en ganado y otros rumiantes. El biogás

también puede producirse en digestores anaeróbicos a partir de desechos de

plantas o animales o recogerse en vertederos. Se quema para generar calor o se

usa en motores de combustión para producir electricidad (Malatak, 2015).

2.2.2.1 Composición del biogás.

El biogás se caracteriza por su composición química y las características físicas

que resultan de él. Es principalmente una mezcla de metano (CH4) y gas carbónico

inerte (CO2). Sin embargo, el nombre "biogás" reúne una gran variedad de gases

34

resultantes de procesos de tratamiento específicos, a partir de diversos desechos

orgánicos: industrias, desechos de origen animal o doméstico (Alaimo, 2015).

Diferentes fuentes de producción conducen a diferentes composiciones

específicas. La presencia de H2S, de CO2 y agua hace que el biogás sea muy

corrosivo y requiere el uso de materiales adaptados. La composición de un gas

emitido por un digestor depende del sustrato, de su carga de materia orgánica y de

la velocidad de alimentación del digestor, Según su composición, el biogás

presenta características interesantes para comparar con el gas natural y el

propano. El biogás es un gas apreciablemente más ligero que el aire, produce el

doble de calorías por combustión con el mismo volumen de gas natural (Rasi,

2014).

2.2.2.2 Digestión anaerobia.

La digestión anaerobia del estiércol del ganado es una vía alternativa para

manejar grandes cargas de desechos orgánicos y sus problemas asociados

encontrados en grandes lotes de alimentación y operaciones de alimentación de

animales confinados. Cuando se planifica correctamente, puede generar ingresos

por ventas de energía o ahorros en la generación de energía en la granja. Aunque

no es una tecnología nueva, su práctica en granjas de los Estados Unidos no es

común y requiere una planificación e implementación cuidadosas para obtener sus

beneficios (Ileleji, 2018).

2.2.2.3 Hidrólisis.

La hidrólisis es una reacción de doble descomposición con agua como uno de

los reactivos. En pocas palabras, si un químico inorgánico está representado por la

fórmula AB en la que A y B son átomos o grupos y el agua está representada por

35

la fórmula HOH, la reacción de hidrólisis puede estar representada por la ecuación

química reversible (Katyal, 2017)

La hidrólisis es uno de los métodos de tratamiento más simples para convertir

compuestos no fluorescentes en fluorescentes. Por lo general, se realiza en un

medio acuoso fuertemente alcalino y, en algunos casos, a una temperatura alta, lo

que resulta en la formación de aniones fluorescentes (Speight, 2018).

2.2.2.4 Fermentación - acidogénesis

En un proceso bacteriano equilibrado aproximadamente 50% de los monómeros

(glucosa, xilosa, aminoácidos) y ácidos grasos de cadena larga (LCFA) son

descompuesto en ácido acético (CH3COOH). El veinte por ciento se convierte en

dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2), mientras que el resto 30% se divide

en volátiles de cadena corta ácidos grasos (AGV) (Mitiku, 2014).

Si hay un desequilibrio, el nivel relativo aumentará con el riesgo de acumulación

y el proceso "se vuelve agrio" porque las bacterias que degradan tienen un

crecimiento lento tasa y no puede mantener el ritmo. Una degradación constante

es, por tanto, crucial y a menudo un factor limitante factor para el proceso de biogás

(Kumar, 2018).

2.2.2.5 Metanogénesis

El último paso en la producción de metano es emprendido por las llamadas

bacterias metanogénicas o metanógenos. Los metanógenos pertenecen a un reino

llamado Archaea, parte de un sistema taxonómico que también comprende

eucariotas y bacterias en este nivel. Un reino es el más alto nivel taxonómico y

Archaea están por lo tanto en el mismo nivel que los otros reinos: plantas, animales,

bacterias (eubacterias), protozoos y hongos (Blackburn, 2019).

36

Dos grupos diferentes de bacterias son responsables de la producción de

metano. Un grupo degrada el ácido acético en metano y el otro produce metano a

partir de dióxido de carbono e hidrógeno. En condiciones estables, alrededor El

70% de la producción de metano proviene de la degradación del ácido acético,

mientras que el 30% restante proviene del dióxido de carbono e hidrógeno (Flores,

2015).

Los dos procesos están finamente equilibrados y la inhibición de uno también

conducirá a la inhibición del otro. Los metanógenos son los más lentos, la tasa de

crecimiento de las bacterias involucradas en el proceso, también se convierten en

el factor limitante para qué tan rápido puede continuar el proceso y cómo se puede

digerir mucho material (Barbera, 2017).

2.2.3 Producción nacional del arroz.

El arroz de regadío es dominante en la Provincia del Guayas, mientras que el

arroz de tierras altas es dominante en la Provincia de los Ríos. El trasplante se

practica ampliamente en la producción de arroz de regadío, mientras que la siembra

directa es el método principal de establecimiento de cultivos en las zonas altas

(MAGAP, 2016).

Alrededor del 60 por ciento de los agricultores cultivaron menos de 5 ha /

agricultor, mientras que el 3 por ciento de los agricultores son grandes agricultores,

cultivando 100 ha o más por agricultor. Se han desarrollado y lanzado una serie de

variedades mejoradas de arroz para su cultivo. Alrededor del 13 por ciento del área

total de arroz se encuentra totalmente mecanizada desde la preparación de la tierra

hasta la cosecha y la preparación de la tierra en el 65 por ciento del área total de

arroz está mecanizada. En las áreas de arroz restantes, la mayoría de las

actividades de producción de arroz se realizan manualmente (Posada, 2015).

37

2.2.3.2 Cascara de Arroz como energía alternativa.

Actualmente, la producción de biocombustibles a partir de materias primas de

arroz es un tema candente que interesa a numerosos investigadores en bioenergía.

Por ejemplo, en un artículo publicado en Bioresource Technology por Bijoy Biswas

y sus colegas en la India, se evaluaron varios materiales agrícolas, incluida la paja

y las cáscaras de arroz, para determinar la temperatura óptima para el pirólisis y

para encontrar su rendimiento máximo de bio-aceite (Matano, 2015).

La pirólisis es un proceso por el cual los materiales orgánicos se calientan en

ausencia de oxígeno. Su investigación muestra que la cáscara de arroz (38.1% en

peso) tiene un rendimiento más alto que la paja de arroz (28.4% en peso). En peso

es el rendimiento porcentual de bio-aceite de una masa dada de cáscaras de arroz

o paja de arroz. El proceso de pirólisis también conduce a la producción de residuos

sólidos y productos gaseosos, que a su vez pueden usarse para producir otros

combustibles (Pode, 2016).

2.2.3.3 Capacidad de calor y calor específico.

Diferentes sustancias responden al calor de diferentes maneras. Si una silla de

metal se sienta al sol brillante en un día caluroso, puede calentarse bastante al

tacto. Una masa igual de agua en el mismo sol no se calentará tanto. Diríamos que

el agua tiene una alta capacidad calorífica (la cantidad de calor requerida para

elevar la temperatura de un objeto en 1 ° C). El agua es muy resistente a los

cambios de temperatura, mientras que los metales en general no lo son. El calor

específico de una sustancia es la cantidad de energía requerida para elevar la

temperatura de 1 gramo de la sustancia en 1 ° C. El símbolo para calor específico

es c p, con el subíndice p que se refiere al hecho de que los calores específicos se

miden a presión constante. Las unidades de calor específico pueden ser julios por

38

gramo por grado (J / g ° C) o calorías por gramo por grado (cal / g ° C). Este texto

usará J / g ° C para calor específico.

2.2.3.3 Ventajas del uso de la cascarilla de arroz como combustible.

2.2.3.3.1 Ventajas.

Su alto contenido de sílice lo hace útil para fortalecer los materiales de

construcción.

Resiste la descomposición fúngica

Resiste la penetración de humedad.

Se descompone lentamente

Aísla bien

Es renovable

Investigadores de la Universidad de California, Riverside, crearon tableros de

partículas a partir de cáscaras de arroz para combatir las termitas en Filipinas

(Kumar C. , 2017).

Se demostró que las cáscaras de arroz son:

Menos costoso y más abundante que las astillas de madera que se

encuentran en el tablero de partículas tradicional

Resistente a las termitas debido a su sílice, que las termitas tienen

dificultades para consumir

Potencialmente preferible al tablero de partículas típico, que a menudo

contiene formaldehído en el pegamento que mantiene unidas las astillas de

madera. Esto puede liberar gases tóxicos.

2.3 Marco legal

2.3.1 Constitución del Ecuador

La Constitución de la República del Ecuador, tiene bien definido el derecho que tiene todo ciudadano de vivir en un ambiente sano, ecológicamente equilibrado

39

y libre de contaminación, estableciendo las restricciones al ejercicio de determinados derechos y libertades, para la protección del medio ambiente, quedando indicado. Capitulo II, derechos del buen vivir, sección II Art. 14.- se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y

ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, Sumak Kawsay. Se declara de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiversidad y la integridad del patrimonio genético el país, la prevención del daño ambiental y la recuperación de os espacios naturales degradados. Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de

tecnologías ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua. Se prohíbe el desarrollo, producción, tenencia, comercialización, importación, transporte, almacenamiento y uso de armas químicas, biológicas y nucleares, de contaminantes orgánicos persistentes altamente tóxicos, agroquímicos internacionalmente prohibidos, y las tecnologías y agentes biológicos experimentales nocivos y organismos genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o que atenten contra la soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción de residuos nucleares y desechos tóxicos al territorio nacional. Capítulo VII, derechos de la naturaleza Art. 71.- La naturaleza o Pacha Mama, donde se reproduce y realiza la vida,

tiene derecho a que se respete integralmente su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos. Toda persona, comunidad, pueblo o nacionalidad podrá exigir a la autoridad pública el cumplimiento de los derechos de la naturaleza. Para aplicar e interpretar estos derechos se observarán los principios establecidos en la Constitución, en lo que proceda. El Estado incentivará a las personas naturales y jurídicas, y a los colectivos, para que protejan la naturaleza, y promoverá el respeto a todos los elementos que forman un ecosistema. Art.74.- Las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades tendrán derecho

a beneficiarse del ambiente y de las riquezas naturales que les permitan el buen vivir. Art 313.- El Estado se reserva el derecho de administrar, regular, controlar y gestionar los sectores estratégicos, de conformidad con los principios de sostenibilidad ambiental, precaución, prevención y eficiencia.” Capítulo II, biodiversidad y recursos naturales, Sección I, Naturaleza Y Ambiente Art.395.- La Constitución reconoce los siguientes principios ambientales: El

estado garantizará un modelo sustentable de desarrollo, ambientalmente equilibrado y respetuoso de la diversidad cultural, que conserve la biodiversidad y la capacidad de regeneración natural de los ecosistemas, y asegure la satisfacción de las necesidades de las generaciones presentes y futuras. Art.396.- El Estado adoptará las políticas y medidas oportunas que eviten los

impactos ambientales negativos, cuando exista certidumbre de daño. En caso de duda sobre el impacto ambiental de alguna acción u omisión, aunque no

40

exista evidencia científica del daño. El Estado adoptará medidas protectoras eficaces y oportunas”. Art.397.- En caso de daños ambientales el Estado actuará de manera inmediata

y subsidiaría para garantizar la salud y la restauración de los ecosistemas. Además de la sanción correspondiente, el Estado repetirá contra el operador que produjera el daño las obligaciones que conlleve la reparación integral, en las condiciones y con los procedimientos que la ley establezca. La responsabilidad también recaerá sobre las servidoras y servidores responsables de realizar el control ambiental. Para garantizar el derecho individual y colectivo a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, el Estado se compromete a: 1. Permitir a cualquier persona natural o jurídica, colectividad o grupo humano, ejercer las acciones legales y acudir a los órganos judiciales y administrativos, sin perjuicio de su interés directo, para obtener de ellos la tutela efectiva en materia ambiental, incluyendo la posibilidad de solicitar medidas cautelares que permitan cesar la amenaza o el daño ambiental materia de litigio. La carga de la prueba sobre la inexistencia de daño potencial o real recaerá sobre el gestor de la actividad el demandado. 2. Establecer mecanismos efectivos de prevención y control de la contaminación ambiental, de recuperación de espacios naturales degradados y de manejo sustentable de los recursos naturales. 3. Regular la producción, importación, distribución, uso y disposición final de materiales tóxicos y peligrosos para las personas o el ambiente. 4. Asegurar la intangibilidad de las áreas naturales protegidas, de tal forma que se garantice la conservación de la biodiversidad y el mantenimiento de las funciones ecológicas de los ecosistemas. El manejo de la administración de las áreas naturales protegidas estará a cargo del Estado. 5. Establecer un sistema nacional de prevención, gestión de riesgos y desastres naturales, basado en los principios de inmediatez, eficiencia, precaución, responsabilidad y solidaridad”. Sección VII, biósfera, ecología urbana y energías alternativas Art. 413.- El estado promoverá la eficiencia energética, el desarrollo y uso de

prácticas y tecnologías ambientales limpias y sanas, así como de energías renovables, diversificadas, de bajo impacto y que no pongan en riesgo la soberanía alimentaria, el equilibrio eclógico de los ecosistemas ni el desecho de agua. 2.3.2. Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021 Él (Plan Nacional de Desarrollo 2017-2021, 2017) se sustenta en dos pilares principales: la sustentabilidad ambiental y el desarrollo territorial. Está organizado en tres Ejes y nueve Objetivos Nacionales: Derechos para todos durante toda la vida: cada persona está sujeta a derechos y sin ningún tipo de discriminación y el Estado debe estar en condiciones de garantizarlos. Para alcanzarlo, se proponen tres objetivos: 1. Garantizar una vida digna con iguales oportunidades para todos los

individuos. 2. Reafirmar la interculturalidad y plurinacionalidad, revalorizando las diversas

identidades. 3. Garantizar los derechos de la naturaleza para las actuales y las futuras

generaciones.

41

2.3.3. Economía al servicio de la Sociedad:

El sistema económico es social y solidario, y la economía está al servicio de la población para garantizar sus derechos. Objetivos que apuntan a ello: 1. Consolidar la sostenibilidad del sistema económico social y solidario, y

afianzar la dolarización. 2. Impulsar la productividad y competitividad para el crecimiento económico

sustentable de forma redistributiva y solidaria. 3. Desarrollar las capacidades productivas y del entorno para lograr la

soberanía alimentaria y el desarrollo rural integral.

42

3. Materiales y métodos

3.1 Enfoque de la investigación

3.1.1 Tipo de investigación

El estudio que se realizó fue de tipo exploratorio, ya que se utilizó en tanques

plásticos para obtener datos del biogás con procesos de digestión anaerobia, tipo

descriptiva ya que se dio a conocer las dosis efectuadas en cada tratamiento para

que pueda ser entendible para futuras generaciones y sean aporte para el

aprendizaje, tipo orientación a la comprobación ya que se verifico cada uno de los

objetivos planteados y tipo experimental ya que se comprobó cuál de los cuatro

tratamientos es más eficaz para las personas del sector ¨La Matilde¨.

3.1.2 Diseño de investigación

La presente investigación corresponde a un diseño experimental ya que se

procedió a la recolección de información en el área de estudio por medio de

encuestas, esto me ayudo a corroborar los valores que debía ponerle a cada uno

de los tratamientos, también se procedió a evaluar la efectividad del estiércol y las

cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás, y de esta manera

poder establecer la eficiencia de uno de los tratamientos en estudio y las variables

planteadas para el mismo.

3.2 Metodología

3.2.1 Variables

3.2.1.1. Variable independiente

Dosis de sustratos:

Cáscaras de arroz (Kg).

Estiércol bovino (Kg).

43

3.2.1.2. Variable dependiente

Producción de biogás a partir de excretas de ganado bovino:

Volumen del biogás (m3/Kg húmedo)

pH

Tiempo de retención presión (atm)

3.2.2 Tratamientos

En el presente trabajo experimental se estudiaron cuatro tratamientos y tres

repeticiones tal como se detalla en la tabla 1.

Tabla 1. Tratamientos para la eficiencia de la producción de Biogás

No. Materiales Cantidad/30 litros

T1 Estiércol fresco de bovino + agua 8 lb – 12 L

T2 Estiércol fresco de bovino +cascarilla de

arroz + agua 4lb – 3 lb – 10 L

T3 Estiércol fresco de bovino +cascarilla de

arroz + + agua 3lb – 4 lb – 10 L

T4 cascarilla de arroz + agua 8 lb – 12 L

Jiménez, 2020

3.2.3 Diseño experimental

En el presente trabajo se aplicó un diseño Bloques Completos al Azar (DCA),

con 4 tratamientos (estiércol bovino y de cascaras de arroz) y con 4 repeticiones

de cada una. Una vez aceptada la hipótesis alternativa, las medidas de los

tratamientos fueron comparados con ANOVA – Prueba de Tukey al 90% de

probabilidad. El análisis de varianza se desarrolló con el esquema que se muestra

en la tabla 2:

44

Tabla 2. Tratamientos comparados con ANOVA

Fuentes de variación Grados de libertad

Repeticiones 3

Tratamientos 4

Error experimental 12

Total 19

Jiménez, 2020

Las unidades experimentales tuvieron una capacidad de 30 litros dando un total

de 600 litros que es igual a 0,6 m3

3.2.4 Recolección de datos

La recopilación de información se basa en una investigación bibliográfica en el

cual arrojará teorías e hipótesis basadas en la problemática y se concluirá en una

propuesta con ayuda de los datos y recursos que se detallan a continuación

3.2.4.1. Recursos

Los recursos usados fueron clasificados como

3.2.4.1.1 Recursos bibliográficos.

Libros físicos y electrónicos.

Artículos de revistas de carácter científico.

Páginas web.

Normas, leyes y decretos.

Tesis, Informes Técnicos y Periódicos.

3.2.4.1.2 Materiales.

Imágenes Satelitales.

Fotos

45

3.2.4.1.3 Equipos.

Cámara digital.

GPS.

Balanza

Equipo de protección personal

Guantes

Mascarillas

Chaleco

Botas de caucho

3.2.4.1.4 Recursos orgánicos.

Estiércol bovino

Cascara de arroz

Materiales para los prototipos del Biodigestor

4 tanques de plástico de 30 litros

4 llave de paso de ½

20 metros de manguera trasparente para gas

Pistola de silicón

3.2.4.2. Métodos y técnicas

Una vez adquirido todos los materiales, se procedió a la construcción de los

biodigestores los mismos que fueron armados de forma manual acoplando todas

las piezas y previo a la colocación del teflón. Comenzamos a sellar con silicona en

todos los bordes para evitar la fuga de material liquido o gaseoso y así optimizar el

proceso anaerobio de los microrganismos involucrados en la descomposición de

los materiales orgánicos, para la producción de nuestro biogás.

46

3.2.4.2.1 Recolección de materiales orgánicos para la producción de biogás.

Tabla 3. Componentes orgánicos utilizados

Componentes Cantidad

Estiércol fresco 120 Lb

Cascarillas de arroz 90 Lb

Agua 120 l

Jiménez, 2020

El estiércol fresco se recolectó en el cantón Salitre en el recinto la Matilde, donde

se recolectaron 120 libras y luego se procedió a dividir de acuerdo a cada

tratamiento planteado, la cascarilla de arroz fue obtenida de la Piladora Voluntad

de Dios cercana al sitio donde procedimos a realizar la parte experimental, se

colectó 60 libras, de las cuales fueron divididas de acuerdo a cada tratamiento

planteado para el biodigestor.

3.2.4.2.2 Preparación de los tratamientos.

Una vez realizada la construcción de los biodigestores y la colecta del material

orgánico, se procedió a dosificar los componentes por tratamientos.

Tratamiento 1:

8 libras de estiércol fresco de bovino

12 litros de agua

Tratamiento 2:


3 libras de cascarilla de arroz

10 litros de agua

Tratamiento 3:


4 libras de cascarilla de arroz

47

10 litros de agua

Tratamiento 4:

● 8 libras de cascarilla de arroz

● 12 litros de agua

3.2.4.2.3 Datos a evaluar.

Para evaluar la producción de biogás en los tratamientos, se tomaron las

siguientes variables:

3.2.4.2.3.1 Producción de biogás.

La producción de biogás fue evaluada a los 20, 40 y 60 días de fermentación. La

producción de biogás en los tratamientos fue obtenida por el método de

almacenamiento de gas, el cual consistió en tomar una manguera de 1/2 m de

longitud por 1 pulgada de diámetro y una llave de paso, luego se procedió a utilizar

un globo para que almacene el gas generado y así poder verificar la presión y el

tiempo de duración de nuestro gas. Posterior a eso, se procedió a abrir la llave de

paso del biodigestor lentamente para ir midiendo cuántos ml se obtuvo en cada

unidad experimental.

3.2.4.2.3.2 Producción de biol.

La producción de biol se realizó por medio del método de decantación, esta

variable fue demostrada en ml. El biol se obtuvo después de la decantación de los

residuos orgánicos en los biodigestores. En cada unidad experimental se colocó en

un costal seco y limpio para filtrar el lixiviado en cada biodigestor, luego, con ayuda

de una romana se realizó a pesar y a registrar la cantidad de biol producido.

48

3.2.4.2.3.3 pH del biol.

El pH del biol se midió con ayuda de un papel “hydrion”, el mismo que registra el

pH entre 1 y 6.

3.2.4.2.3.4 Presión de descarga.

La presión de descarga de biogás se midió a los 20, 40 y 60 días de digestión

con ayuda de un manómetro, la presión fue expresada en PSI.

3.2.4.2.3.5 Registro de material orgánico.

Esta variable fue registrada una vez extraído el material sólido y luego para la

eliminación de material líquido, fueron colocados en sacos (secos y limpios)

durante 24 horas. Posteriormente se obtuvo el peso en libras con ayuda de la

romana del material solido existente en las unidades experimentales.

3.2.5 Análisis estadístico.

Se aplicó un análisis estadístico inferencial mediante análisis de varianza

(ANOVA) y test de Tukey para comparar las medias de los tratamientos y verificar

si son iguales o diferentes. Además, se implementó estadística descriptiva a través

de gráficos y tablas para la representación de los resultados.

49

4. Resultados

4.1 Determinación de línea base de los residuos agrícolas y ganadero

generados en el recinto “La Matilde” mediante encuestas.

Los agricultores del recinto “La Matilde” se desarrollan con sistemas cultivo de

arroz y ganado los cuales producen aproximadamente la mayor parte de la

economía del sector. La Encuesta de población realizada en el recinto “La Matilde”,

se la realizó mediante una combinación de entrevistas personales con los

encuestados agricultores. Mediante las encuestas realizadas a la población del

sector, como se muestra en la tabla 4, donde se muestra que la mayoría de los

encuestados se dividen en personas de 21 años hasta mayores de 50 años, el cual

muestra que los agricultores mayores de 50 años fueron los principales

encuestados con 18 personas lo cual representa el 60% del total.

Tabla 4. Edades de los encuestados

Edades Frecuencia Porcentaje

1 a 20 0 0%

21 a 40 2 7%

41 a 50 10 33%

más de 50 18 60%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

50

Figura 1. Edades de los Encuestados

Jiménez, 2020

En la imagen 1 se muestra los resultados de las encuestas representado

mediante diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que

representa el 60% son mayores de 50 años.

Las encuestas en esta área, mostradas en la tabla 5, revelan claramente que la

mayoría de los agricultores son de género masculino, con solo el 80% de hombres

considerando que es el trabajo más pesado. Además, el 20% de las mujeres

también realiza el trabajo pesado de los agricultores. Entre hombres y mujeres, el

100% sugiere que la agricultura es igual o mejor que otras industrias en términos

de ofrecer igualdad de oportunidades.

Tabla 5. Género de los encuestados

Jiménez, 2020

Opción de respuesta Frecuencia %

Hombres 24 80%

Mujer 6 20%

Total 30 100%

0%

7%

33%

60%

Edad de los encuestados

1 a 20

21 a 40

41 a 50

más de 50

51

En la imagen 2 se muestra los resultados de las encuestas representado mediante

diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que representa

el 80% del género masculino y un 20% del género femenino.

Figura 2. Edades de los Encuestados Jiménez, 2020

En la tabla 6, se puede observar que el número de integrantes por familia van

de 1 a 4 lo cual representa el 60% del total de los encuestados y las familias con

mayor número de integrantes que van de 5 a 10 representa el 40% del total de los

encuestados.

Tabla 6. ¿Cuantas personas viven en este domicilio?

Jiménez, 2020


1 a 4 18 60%

5 a 10 12 40%

Total 30 100%

80%

20%

Género de los encuestados

Hombres

Mujer

52

En la imagen 3 se muestra los resultados del número de integrantes que viven

en cada uno de los domicilios de los encuestados, representado mediante

diagrama de pastel muestra que el mayor índice de los encuestados que representa

el 60% cuenta con un número de 1 a 4 integrantes por familia y un 40% cuenta con

un número de integrantes de 5 a 10 por familia.


La carne de ganado, como la carne de bovino y ternera, es uno de los tipos de

carne más consumidos en la provincia, en la tabla 7, se muestra que el 70% que

corresponde a 21 personas encuestadas, cuentan con menos de 5 vacas de

ganado, y solo 2 de las personas encuestadas que corresponden al 7% cuenta con

más de 20 vacas de ganado.

Tabla 7. ¿Con cuanto ganado cuenta?


Menos de 5 21 70%

5 a 10 5 17%

10 a 20 2 7%

Más de 20 2 7%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

60%

40%

¿Cuantas personas viven en este domicilio?

1 a 4

5 a 10

53

La imagen 4, representado mediante diagrama de pastel muestra que el 70%

de los encuestados tiene menos de 5 vacas, el 17% cuenta con 5 a 10 vacas, el

7% de los encuestados tiene de 10 a 20 vacas y el otro 7% cuenta con más de 20

vacas respectivamente.

Figura 4. Con cuanto ganado cuenta Jiménez, 2020

Los gases de efecto invernadero pueden emitirse desde los reservorios a través

de cuatro vías diferentes hacia la atmósfera. Como se muestra en la tabla 8, el 73%

de los encuestados no tiene conocimiento sobre las emisiones de gases de

invernadero ni sus efectos sobre su entorno.

Tabla 8. ¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto

invernadero?


Siempre 3 10%

A veces 5 17%

Nunca 22 73%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

70%

17%

6%

7%

¿Con cuanto ganado cuenta?

menos de 5

5 a 10

10 a 20

más de 20

54

Como se muestra en la figura 5, representado mediante diagrama de pastel, el

mayor índice de los encuestados que representa el 73% no cuenta con el debido

conocimiento de los gases de efecto de invernadero.

Figura 5. Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero Jiménez, 2020

La acción humana está provocando un aumento de la temperatura global. Por

eso, el efecto invernadero, lejos de ser nuestro gran aliado como en el pasado,

ahora es un riesgo para nuestra supervivencia. Como se muestra en la tabla 19, el

90% del sector “La Matilda” no cuenta con el conocimiento de los efectos a corto y

largo plazo

Tabla 9. ¿Conoce las consecuencias de este efecto?


Si 3 10%

No 27 90%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

Como se muestra en la figura 6 el 90% del sector “La Matilda” no cuenta con el

conocimiento de los efectos a corto y largo plazo

10%

17%

73%

¿Ha escuchado hablar sobre la emisión de gas de efecto invernadero?

siempre

a veces

nunca

55

Figura 6. Conoce las consecuencias de este efecto Jiménez, 2020

El cambio climático antropogénico actual es el resultado de la acumulación de

gases de efecto invernadero en la atmósfera, que registra la agregación de miles

de millones de decisiones individuales. Como se muestra en la tabla 10, el 83% de

los encuestados si estarían dispuestos aportar con la disminución de las emisiones

del efecto de invernadero.

Tabla 10. ¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría

dispuesto?


Si 25 83%

No 5 17%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

10%

90%

¿Conoce las consecuencias de este efecto?

si

no

56

Como se muestra en el diagrama de pastel, en la figura 7, el 83% de los

encuestados si estarían dispuestos aportar con la disminución de las emisiones del

efecto de invernadero.

Figura 7. Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto

Jiménez, 2020

Personas localizadas en el sector de “La Matilda”, como se muestra en la tabla

11 la mayoría desconocen de estos residuos para evitar la contaminación del suelo

y la contaminación de los productos de compost que se producen a partir de los

residuos domésticos.

Tabla 11. ¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico?


Si 12 40%

No 18 60%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

Figura 1 Edades de los Encuestados

Jiménez, 2020

83%

17%

¿Si pudiera contribuir a disminuir estas emisiones estaría dispuesto?

si

no

57

En la imagen 8 muestra los resultados de los domicilios de los encuestados,

representado mediante diagrama de pastel muestra que la mayoría de aquellos

desconocen la diferencia de los desechos orgánicos e inorgánicos.

Figura 8. Edades de los Encuestados

Jiménez, 2020

Los resultados que se muestran en la tabla 12 sugieren que la mayoría de los

hogares eliminan los desechos peligrosos junto con otros desechos domésticos,

que luego se eliminarán en el basurero. Aunque la fracción de desechos peligrosos

y tóxicos del flujo de desechos domésticos es baja, todavía existe la necesidad de

separar estos tipos.

Tabla 12. ¿Realiza la separación entre este tipo de desechos?


Siempre 6 20%

A veces 7 23%

Nunca 17 57%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

40%

60%

¿Conoce usted la diferencia entre desecho orgánico e inorgánico?

si

no

58

Los resultados arrojados mediante el diagrama de pastel demuestran que el 57%

nunca realiza la separación de los desechos orgánicos e inorgánicos.

Figura 9. Realiza la separación entre este tipo de desechos Jiménez, 2020

Los desechos orgánicos también pueden tratarse para hacer abono y productos

acondicionadores del suelo, como lo hacen muchas personas en sus patios y

jardines. Pero el 60% de los encuestados que representa a 18 personas

encuestadas, no tiene un destino específico para los desechos orgánicos.

Tabla 13. ¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos?

Jiménez, 2020


Si 12 40%

No 18 60%

Total 30 100%

20%

23%57%

¿Realiza la separación entre este tipo de desechos?

siempre

a veces

nunca

59

En la imagen 10 muestra que el 60% del total de los encuestados no tiene un

destino específico para los desechos orgánicos.

Figura 10. Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos Jiménez, 2020

Los resultados muestran que la mitad de los encuestados es decir el 50% nunca

ha recibido un adecuado conocimiento sobre la producción de energía mediante

desechos para obtener un menor impacto ambiental

Tabla 14. ¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los

desechos?


Siempre 6 20%

A veces 9 30%

Nunca 15 50%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

En la imagen 11 muestra que el 50% de los encuestados no tiene conocimiento

sobre la producción de energía mediante desechos.

40%

60%

¿Tiene algún destino específico para los desechos orgánicos?

si

no

60


Las energías renovables son formas de generar energía a partir de recursos

naturales ilimitados. Estos recursos están disponibles sin límite de tiempo o se

reponen más rápidamente que la velocidad a la que se consumen, como se

muestra en la tabla 15 el 67% del total de los encuestados no tiene conocimiento

de las energías renovables y solo el 33% conoce sobre las energías renovables.

Tabla 15. ¿Sabe que son las energías renovables?


Si 10 33%

No 20 67%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

Las energías renovables también se denominan a menudo "energías verdes" o

"energías limpias". Aun así, esto no significa que estas energías no sean dañinas

para el medio ambiente y tengan un impacto nulo. En el diagrama de pastel que se

20%

30%

50%

¿Ha escuchado sobre la producción de energía a través de los desechos?

siempre

a veces

nunca

61

muestra en la figura 12 se puede observar que el 63% de los encuestados no

conoce sobre la energía renovable y solo 33% conoce de aquello.

Figura 12. Sabe que son las energías renovables Jiménez, 2020

La energía renovable y la agricultura son una combinación ganadora. La energía

eólica, solar y de biomasa se puede aprovechar para siempre, proporcionando a

los agricultores una fuente de ingresos a largo plazo. La energía renovable puede

usarse en la granja para reemplazar otros combustibles o venderse como un

"cultivo comercial". Pero debido al desconocimiento sobre los tipos de fuentes de

energía renovable como se muestra en la tabla 16, estas fuentes no pueden ser

aprovechadas.

Tabla 16. ¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?


E. Biomasa 2 7% E. Mareomotriz 1 3%

E. hidráulica 2 7% Paneles solares 5 17%

E. Eólica 2 7%

Ninguna 18 60% Total 30 100%

Jiménez, 2020

33%

67%

¿Sabe que son las energías renovables?

si

no

62

En la imagen 13 muestra que el 60% de los encuestados desconocen sobre las

fuentes de energía renovable y por lo tanto no hace un debido uso de aquellas.

Figura 13. Fuentes de energía renovable que conoce Jiménez, 2020

Como se muestra en la tabla 17, algunas comunidades tienen convenios u otras

regulaciones que especifican lo que los propietarios pueden y no pueden hacer con

su propiedad. A veces, estas regulaciones prohíben el uso de sistemas de energía

renovable por razones estéticas o de control del ruido. Sin embargo, el 100% de

los encuestados no hace uso de ninguno tipo de energía renovable en sus hogares.

Tabla 17. ¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable?


Si 0 0%

No 30 100%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

En la figura 14 se muestra los resultados que el 100 % de los hogares del recinto

“La Matilda” no hace uso de ningún tipo de energía renovable.

6% 3%

7%

17%

7%

60%

¿Puede mencionar las fuentes de energía renovable que conoce?

E. Biomasa

E. Mareomotriz

E. hidraulica

Paneles solares

E. Eólica

Ninguna

63

Figura 14. En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable Jiménez, 2020

La planificación de un sistema de energía renovable en el hogar es un proceso

que incluye analizar su uso actual de electricidad (y considerar medidas de

eficiencia energética para reducirlo), observar los códigos y requisitos locales,

decidir si desea operar su sistema dentro o fuera de la red eléctrica y comprender

las opciones tecnológicas que tiene para su sitio. El 97% de las personas

encuestadas no se encontraban interesadas en instalar un sistema de energía

renovable como se puede observar en la tabla 18.

Tabla 18. ¿Ha considerado instalar un sistema de energía renovable?


Si 1 3%

No 29 97%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

Si se llegan a considerar medidas de eficiencia energética en los hogares antes

de tener un sistema de energía renovable reducirá su consumo de electricidad y le

0%

100%

¿En su domicilio cuenta con un tipo de energía renovable?

si

no

64

permitirá comprar un sistema más pequeño y menos costoso. Pero en la mayor

proporción de los encuestados el cual representa el 97% no considera una opción

instalar un sistema de energía renovable como se puede observar en la figura 15.


Los resultados de la encuesta tabla 19, indican una clara aceptación por parte

de la comunidad encuestada. En promedio, el 97% lo cual representa a mayoría de

los agricultores del recinto “La Matilda” tienen la intención de producir biogás con

los desechos que genera el estiércol. Otras razones para producir más biogás

serían el aprovechamiento de la ganadería.

Tabla 19. ¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol bovino y las cascarillas de arroz?


Si 29 97%

No 1 3%

Total 30 100%

Jiménez, 2020

65

En la figura 16 se muestra los resultados positivos en cuanto al interés por la

producción de biogás, representado mediante diagrama de pastel muestra que el

mayor índice de los encuestados que representa el 70% les interesa conocer el

proyecto para la producción del biogás a base de estiércol bovino y de la cascarilla

de arroz.

Figura 16. Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol vacuno y las cascarillas de arroz. Jiménez, 2020

4.2 Implementación de cuatro tratamientos utilizando diferentes cantidades de

estiércol y cascarillas de arroz (Oryza sativa) para la producción de biogás

mediante la utilización del Biodigestor.

Se implementaron 4 tratamientos para conocer el más efectivo, efectuando 4

repeticiones para cada uno. Así también, se analizaron 3 parámetros como

volumen de biogás, el pH y la presión, obteniendo los resultados que se denotan

en los gráficos siguientes.

97%

3%

¿Le interesaría conocer un proyecto para producir biogás con los desechos que genera el estiércol vacuno y las

cascarillas de arroz?

si

no

66

4.2.1 Análisis del volumen de biogás.

La figura 17 presenta el volumen de biogás obtenido durante 60 días con cada

uno de los tratamientos aplicados, en donde se puede observar que el tratamiento

2 (4lb de estiércol fresco + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua) presentó mayor

volumen con un promedio de 0,00917 (9,17) m3/kg, mientras que el T1 0,00133

(1,33) m3/kg, el T3 0,00212 (2,12) m3/kg y el T4 0,00165 (1,65) m3/kg.

Figura 17. Volumen de biogás alcanzado en los diferentes tratamientos Jiménez, 2020

4.2.1.1 Análisis estadístico del Biogás.

La tabla 20 muestra el análisis de varianza (ANOVA) realizado, en el que se

denota un valor p <0,0001 menor al nivel de significancia (0,05) por lo que se

rechaza la hipótesis nula. Además, en la tabla 21 se presenta el análisis estadístico

Tukey para comprobar la diferencia entre medias, obteniendo al menos una letra

diferente, esto quiere decir que existen diferencias significativas entre las medias

de los tratamientos para el parámetro de volumen de biogás.

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

T 1 T2 T3 T4

m3

/kg

Tratamientos

Biogas

67

Tabla 20. Análisis de la Varianza (SC tipo III) para Biogás

F.V. SC gl CM F p-valor

Modelo 1,69E+08 3 56227804 151,79 <0,0001

Tratamientos 1,69E+08 3 56227804 151,79 <0,0001

Error 4445178 12 370431,5

Total 1,73E+08 15

Jiménez, 2020 Tabla 21. Test: Tukey Alfa=0,05 del Biogás

Error: 370431,4583 gl: 12

Tratamientos Medias n E.E.

1 0,00133 4 304,32 A

4 0,00165 4 304,32 A

3 0,00212 4 304,32 A

2 0,00917 4 304,32 B

Jiménez, 2020

4.2.2 Análisis del pH.

La figura 18 muestra el pH que se alcanzó a través de los distintos tratamientos,

con un pH 3,88 para el T1, pH de 4,38 el T2, pH de 4,13 el T3 y el T4 un pH de 4.

El pH establecido en todos los tratamientos se encuentra en el rango de

moderadamente ácido.

Figura 18. pH obtenido en los diferentes tratamientos Jiménez, 2020

3.6

3.7

3.8

3.9

4

4.1

4.2

4.3

4.4

T 1 T2 T3 T4

pH

Tratamientos

pH

68

4.2.2.1 Análisis estadístico del pH.

Al realizar el análisis de varianza (ANOVA) y el test de Tukey con respecto al

pH, se logró un p-valor= 0,6649 estando por encima del nivel de significancia (0,05),

lo que significa que se acepta la hipótesis nula, argumentando que no existe

diferencia entre las medias para este parámetro con se especifica en las tablas 22

y 23.

Tabla 22. Cuadro de Análisis de la Varianza del pH


Modelo 0,55 3 0,18 0,54 0,6649

Tratamientos 0,55 3 0,18 0,54 0,6649

Error 4,06 12 0,34

Total 4,61 15

Jiménez, 2020

Tabla 23. Test: Tukey Alfa=0,05 de pH

Error: 0,3385 gl: 12

Tratamientos Medias n E.E. 1 3,88 4 0,29 A 4 4 4 0,29 A 3 4,13 4 0,29 A 2 4,38 4 0,29 A

Jiménez, 2020

4.2.3 Análisis de la presión.

En la figura 19 se puede evidenciar la presión alcanzada a los 20 días de la

aplicación de los tratamientos, presentando para el T1 una presión de 1 atm, en el

T2 la presión de 4,19 atm, en el T3 0,99 atm y el T4 0,59 atm.

69

Figura 19. Presión obtenida con los tratamientos a los 20 días Jiménez, 2020

4.2.3.1 Análisis estadístico de la presión a los 20 días.

En las tablas 24 y 25 se observan los datos alcanzados una vez que se realizó

en análisis de varianza y el test de Tukey para la presión en 20 días, se logró un

valor p= <0,0001 siendo este inferior al nivel de significancia y se evidencia al

menos una letra diferente, en efecto, se rechaza la hipótesis nula ya que existe

diferencias significativas entre los tratamientos.

Tabla 24. Cuadro de Análisis de la Varianza de presión (20 días)


Modelo 33,69 3 11,23 34,73 <0,0001

Tratamientos 33,69 3 11,23 34,73 <0,0001

Error 3,88 12 0,32

Total 37,57 15

Jiménez, 2020

Tabla 25. Test: Tukey Alfa=0,05 de presión (20 días)

Error: 0,3234 gl: 12

Tratamientos Medias n E.E. 4 0,59 4 0,28 A 3 0,99 4 0,28 A 1 1 4 0,28 A 2 4,19 4 0,28 B

Jiménez, 2020

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

T 1 T2 T3 T4

atm

Tratamientos

Presión (20 días)

70

La figura 20 refleja los resultados de presión alcanzados a los 40 días de

aplicación de los tratamientos con valores de: T1 (2 atm), T2 (2,68 atm), T3 (2,37

atm) y finalmente el T4 (2,22 atm).

Figura 20. Presión obtenida en cada tratamiento a los 40 días Jiménez, 2020


En las tablas 26 y 27 se evidencia el ANOVA y test de Tukey efectuados, donde

se obtuvo un valor p= 0,0873 mayor que el nivel de significancia, aceptando la

hipótesis nula, debido a que las medias de los tratamientos son iguales.



Modelo 0,96 3 0,32 2,77 0,0873 Tratamientos 0,96 3 0,32 2,77 0,0873 Error 1,39 12 0,12 Total 2,35 15

Jiménez, 2020


Error: 0,1158 gl: 12

Tratamientos Medias n E.E. 1 2 4 0,17 A 4 2,22 4 0,17 A 3 2,37 4 0,17 A 2 2,68 4 0,17 A

Jiménez, 2020

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

T 1 T2 T3 T4

atm

Tratamientos

Presión (40 días)

71

La figura 21 muestra la presión obtenida a los 60 días de la aplicación de los

tratamientos donde el T1 presentó un promedio de presión de (2,50 atm), el T2

(4,31 atm), el T3 (3,50 atm) y el T4 (3,00 atm).

Figura 21. Presión alcanzada a los 60 días de aplicación de los tratamientos Jiménez, 2020


En las tablas 28 y 29 se establece el análisis de varianza y el test de Tukey

aplicados a la presión en 60 días, donde el valor p= 0,1386 mayor que el nivel de

significancia y con medias significativamente iguales por lo que se acepta la

hipótesis nula.



Modelo 7,17 3 2,39 2,22 0,1386

Tratamientos 7,17 3 2,39 2,22 0,1386

Error 12,92 12 1,08

Total 20,09 15

Jiménez, 2020

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

T 1 T2 T3 T4

atm

Tratamientos

Presión (60 días)

72


Error: 1,0768 gl: 12

Tratamientos Medias n E.E. 1 2,5 4 0,52 A 4 3 4 0,52 A 3 3,5 4 0,52 A 2 4,31 4 0,52 A

Jiménez, 2020

4.3 Propuesta de una guía de producción de biogás como fuente energética

para la disminución de Gas Licuado de Petróleo en el recinto “La Matilde”

mediante revisión de resultados experimentales.

La guía propuesta para la disminución del Gas Licuado de Petróleo se estableció

mediante revisión de los resultados experimentales. El resultado de este proceso

es para poder mitigar, controlar o reducir al mínimo los impactos del Gas Licuado

de Petróleo, se consideró los impactos y se planteó la guía tomando en cuenta la

ley general del ambiente.

4.3.1 Digestión anaeróbica de desechos animales en biodigestores.

El crecimiento y la intensificación de las operaciones ganaderas a menudo dan

como resultado grandes cantidades de estiércol que deben manejarse

adecuadamente. Incluso cuando se almacena, el estiércol genera y libera metano

(un gas de efecto invernadero) a la atmósfera. Además, la degradación anaeróbica

generalmente ha tenido lugar en el tracto digestivo inferior de los animales y luego

continúa en las pilas de estiércol dando como resultado compuestos malolientes.

Estos compuestos malolientes se originan por la descomposición incompleta de la

materia orgánica en el estiércol por microbios anaeróbicos en condiciones

ambientales incontroladas.

Además, el estiércol recolectado puede mezclarse con desechos de la casa de

leche para la digestión anaeróbica. Generalmente, el estiércol se recolecta con o

sin desechos de la casa de leche y el purín se prepara agregándole agua. La

73

lechada se bombea al separador para cribar, separando la mezcla en fracciones

líquidas y sólidas. Posteriormente, la fracción líquida tamizada se introduce en el

digestor mientras que la fracción sólida se puede deshidratar y redistribuir a áreas

que carecen de nutrientes, utilizar como lecho o compostar para servir como una

fuente adicional de más carbono y nitrógeno. Además, la fracción líquida digerida

puede procesarse para obtener fertilizantes concentrados o post-tratarse para

obtener agua limpia con fines de reciclaje y riego

En general, durante la digestión anaeróbica, los polímeros complejos en los

desechos animales son catabolizados a través de una serie de pasos por

consorcios complejos de microorganismos en el digestor para finalmente producir

metano y dióxido de carbono. Básicamente, este proceso se puede dividir en cuatro

fases: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis en las que las

bacterias hidrolíticas, fermentativas, acetógenos y metanógenos desempeñan

papeles distintos, respectivamente.

Durante la hidrólisis, los polímeros complejos como carbohidratos, proteínas y

grasas se degradan en azúcares, aminoácidos y ácidos grasos de cadena larga,

respectivamente. Este proceso de degradación se produce principalmente a través

de la actividad de enzimas extracelulares (lipasas, proteasas, celulasas y amilasas)

secretadas por bacterias hidrolíticas unidas a un sustrato polimérico.

Posteriormente, las bacterias fermentativas o acidógenas transforman los

productos de la hidrólisis en ácido acético y compuestos intermedios, como etanol,

ácido láctico, ácidos grasos de cadena corta (C3-C6), hidrógeno y dióxido de

carbono. El acetato, dióxido de carbono, formiato, metilaminas, sulfuro de metilo,

acetona y metanol producidos en esta fase se pueden utilizar directamente para la

metanogénesis. En consecuencia, los otros productos intermedios de la

74

acidogénesis se convierten en acetato, formiato o CO 2 y H 2 mediante acetógenos

sintróficos en un intento por maximizar la producción de metano.

Como punto final, el metano se produce durante la metanogénesis por los

metanógenos de dos maneras: o mediante la escisión de moléculas de ácido

acético para producir metano y dióxido de carbono o la reducción de dióxido de

carbono con hidrógeno mediante metanógenos acetotróficos e hidrogenotróficos,

respectivamente. El biogás generado está constituido principalmente por metano

(50-75%), CO2 (25-45%) y trazas de otros gases como CO, H2S, NH3, O2, vapor

de agua (Helmenstine, 2016)

Tabla 30. Gases y su simbología

Componente Símbolo

Metano CH 4

Dióxido de carbono CO 2

Hidrógeno H 2

Amoníaco NH 3

Vapor de agua H 2 O

Oxígeno O 2

Sulfuro de hidrógeno H 2 S

Helmenstine, 2016

4.3.2 Técnicas para identificar microorganismos involucrados en el

proceso de digestión anaeróbica.

St-Pierre y Wrigh (2015) mencionaron que las comunidades microbianas dentro

de un digestor anaeróbico que trata estiércol animal no están completamente

caracterizadas. Sin embargo, debido a la diversidad de microorganismos en el

sistema, se requieren una variedad de enfoques metodológicos para un análisis

75

detallado de la estructura de la comunidad en un intento por desentrañar los

complejos efectos antagonistas y sinérgicos entre las comunidades microbianas

con el fin de mejorar eventualmente la estabilidad del proceso y la eficiencia de

formación de biogás. Esto se puede lograr mediante el uso combinado de técnicas

tradicionales de cultivo, microscópicas y moleculares.

Por el contrario, las técnicas basadas en cultivos, como el recuento en placa, la

filtración por membrana y el número más probable (MPN) tienen una limitación

inherente porque solo la población viable crecerá para producir colonias en

condiciones de crecimiento específicas, mientras que otras que son importantes en

la muestra original no proliferan. Estos métodos de cultivo tradicionales empleados

con muestras ambientales también subestiman el número total de microorganismos

debido a la naturaleza selectiva de los medios utilizados, la falta de detección de

microbios activos, pero no cultivables y la falta de recuento de microbios que están

presentes como agregados. Asimismo, es imposible obtener cultivos puros de la

mayoría de los microorganismos en el medio natural debido a las complejas

relaciones sintróficas y simbióticas que abundan en la naturaleza.

4.3.3 Tipos de biodigestores para el tratamiento del estiércol animal.

Un digestor de biogás consta de uno o más depósitos herméticos (cámaras) en

los que se coloca estiércol animal o una mezcla de estiércol y sustrato, ya sea en

lotes o mediante alimentación continua. Estos sistemas de generación de biogás

podrían clasificarse en función del número de reactores utilizados en una (una)

etapa o en varias (dos) etapas y según el modo de alimentación de los sistemas de

alimentación continua y por lotes.

En los procesos de una sola etapa, las tres etapas del proceso anaeróbico

ocurren en un reactor; sin embargo, la tasa de crecimiento de las bacterias

76

fermentativas es más rápida que la de las bacterias acetogénicas y metanogénicas.

En consecuencia, los ácidos se acumulan; el pH desciende y el crecimiento de

bacterias metanogénicas se inhibe debido al aumento de la tasa de carga orgánica

y otros parámetros de proceso inapropiados. Mientras que los procesos de

múltiples etapas hacen uso de dos o más reactores que separan las etapas de

acetogénesis y metanogénesis en el espacio y permiten el establecimiento de

condiciones operativas que reducen el tiempo de inicio y la especialización del

microbiota en cada reactor, permitiendo así que los productos más deseables en

cada etapa ser obtenido.

En una configuración experimental por lotes, el digestor se carga con la materia

prima al comienzo de la reacción y el producto se descarga al final de cada ciclo,

mientras que en la alimentación continua, el material orgánico se carga y descarga

continuamente.

Las prácticas de explotación del ganado difieren entre individuos e influyen en

las características del estiércol obtenido, lo que a su vez determina la elección del

digestor. El estiércol se puede recoger raspando con un dispositivo automático o

enjuagándolo con agua. Idealmente, el estiércol raspado puede ser digerido por un

digestor de mezcla completo (por ejemplo, reactor de tanque agitado

continuamente, CSTR) y un digestor de flujo pistón mientras que el estiércol lavado

justifica el uso de lagunas cubiertas y digestores anaeróbicos de película fija.

Tradicionalmente, el estiércol animal a menudo se enjuaga, se trata previamente

mediante cribado mecánico, sedimentación o ambos en un intento por lograr dos

fracciones separadas de líquido y lodo; con la porción líquida empujada a lagunas

cubiertas para almacenamiento y tratamiento anaeróbico. Sin embargo, el proceso

de digestión anaeróbica en la laguna se ve afectado por las condiciones climáticas

77

(temperatura) así como por el nivel freático en el sitio, especialmente porque el

líquido puede filtrarse en manantiales y arroyos subterráneos. En los últimos

tiempos, con la búsqueda de retener la población microbiana activa en el digestor

para mejorar la estabilidad y el control del proceso; Los biodigestores están

diseñados con poblaciones microbianas activas unidas a soportes inertes como

biopelículas o forman agregados o gránulos.

De manera más elaborada, los digestores convencionales utilizados para el

tratamiento anaeróbico de estiércol animal son CSTR y reactores de flujo pistón

con una capacidad de retención apreciable, aunque con HRT prolongada en

comparación con los digestores de película fija. Por otro lado, los reactores

anaeróbicos de película fija tienen el potencial de retener la masa microbiana (como

biopelículas) en los materiales de soporte y también reducen el tiempo de retención

para la digestión anaeróbica a varias horas o algunos días. Sin embargo, Lutge y

Standish (2014) mencionaron que Sudáfrica tiene el potencial de implementar el

uso de CSTR y lagunas cubiertas para el tratamiento de estiércol animal in situ.

4.3.4 Factores que influyen en la digestión anaeróbica del estiércol animal

Generalmente, los factores que afectan el desempeño de un digestor anaeróbico

incluyen factores operativos (pH, temperatura, tasa de carga orgánica (OLR) /

tiempo de retención hidráulica (HRT), concentración de amoníaco libre),

características del sustrato/biodegradabilidad y diseño del biodigestor. Sin

embargo, Wilkie (2014) informó que la temperatura, la biodegradabilidad, OLR y

HRT tienen un gran impacto en la digestión anaeróbica del estiércol animal.

4.3.4.1 Temperatura.

Según la temperatura, los microorganismos anaeróbicos se pueden clasificar en

psicrófilos (<20 ° C), mesófilos (25-37 ° C) y termófilos (55-65 ° C). Algunas

78

especies metanógenas muestran una preferencia por el calor extremo (90-100 ° C),

por lo que se clasifican como metanógenos hipertermofílicos. Algunos ejemplos son

Methanocaldococcus jannaschii y Methanococcus vulcanius. La temperatura

puede considerarse como el factor ambiental más importante que influye en el

crecimiento de microbios. Sin embargo, cada microorganismo tiene un cierto rango

de temperatura dentro del cual puede crecer y multiplicarse. Cuando la temperatura

aumenta dentro de un cierto rango, las reacciones químicas y enzimáticas

aumentan a un ritmo más rápido y aumenta el crecimiento.

Sin embargo, por encima de la temperatura óptima, las reacciones químicas

clave en las diferentes vías metabólicas catalizadas por las enzimas no pueden

ocurrir porque las enzimas se destruyen de manera irreversible, ya que son

proteínas en la naturaleza. Las enzimas son cruciales para el metabolismo porque

permiten a los organismos impulsar reacciones deseables que requieren energía y

no ocurrirán por sí mismas, al acoplarlas a reacciones espontáneas que liberan

energía. En consecuencia, la tasa de crecimiento de los microbios también se

detendrá. Sin embargo, las diferentes especies microbianas responden de forma

diferente a los cambios bruscos de temperatura. Además, la temperatura no solo

influye en la tasa de metabolismo de los microorganismos, sino que también afecta

a otros parámetros del proceso, como el OLR y la concentración de amoniaco.

4.3.4.2 pH y alcalinidad.

Con respecto a la digestión anaeróbica, es más apropiado discutir el pH junto

con la alcalinidad, ya que esta última puede usarse para controlar el pH,

amortiguando así la acidez del sistema derivado de la fase de acidogénesis. Por lo

tanto, la cantidad de alcalinidad presente en un digestor anaeróbico representa la

capacidad amortiguadora.

79

El rango de pH de la digestión anaeróbica ocurre normalmente cerca del rango

de pH neutro y depende del OLR (que depende del tipo de reactor) y de la

capacidad tampón del sustrato. Los desechos del ganado (ricos en compuestos de

amoníaco y nitrógeno), como el estiércol de vaca, cerdo y aves de corral, tienen

una alta capacidad amortiguadora, ya que producen alcalinidad cuando son

degradados por microorganismos. Sin embargo, la digestión anaeróbica de estos

desechos a menudo se mantiene a valores de pH más altos de 7,6. Un aumento

en OLR con una disminución correspondiente en HRT puede resultar en la

acumulación de ácidos grasos volátiles que causa una caída en el pH debido al

aumento de la acidez del medio de digestión. Sin embargo, en casos en los que el

pH tiene que ser ajustado, varios productos químicos, tales como hidróxido de

sodio, hidrógeno carbonato de potasio, carbonato de sodio, carbonato de calcio,

hidróxido de calcio, etc. Se puede agregar como suplemento de alcalinidad.

4.3.4.3 Concentración de amoniaco.

La digestión anaeróbica de desechos ricos en urea y proteínas, como los

desechos animales, a menudo se enfrenta al desafío de altos niveles de amoníaco

libre debido a su alta concentración de nitrógeno orgánico que, tras la degradación

biológica, da como resultado una alta concentración de ion amonio total más

amoníaco libre. La cantidad de amoníaco producida durante el proceso de digestión

se atribuye a la concentración de nitrógeno en el sustrato, la carga del reactor, la

relación C / N, la capacidad tampón y la temperatura. En solución acuosa, el

nitrógeno amoniacal inorgánico existe en dos formas principales; ion amonio

(NH4+) y amoniaco no ionizado o amoniaco libre (NH3) en un estado de equilibrio

dependiente del pH. La toxicidad del amoniaco está influenciada por el pH y la

temperatura de funcionamiento.

80

Por otro lado, la reducción del pH a un nivel dentro del pH óptimo necesario para

el crecimiento de los microorganismos ayudará a contrarrestar la concentración de

amoniaco libre. Sin embargo, la inestabilidad del proceso provocada por la

toxicidad del amoniaco a menudo resulta en un aumento del nivel de ácidos grasos

volátiles con una disminución correspondiente en el rendimiento de metano.

El alto contenido de amoníaco libre generalmente se ha asociado con un

rendimiento inestable del proceso y un mayor riesgo de falla del proceso como

resultado de su efecto inhibidor sobre los metanógenos (específicamente los

metanógenos que utilizan acetato). Por lo tanto, en presencia de niveles elevados

de amoníaco en un fermentador, se produce un cambio en el proceso de

biometanización de la metanogénesis acetoclástica (realizada por metanógenos

que utilizan acetato) a la oxidación del acetato sintrófica realizada por acetógenos

sintróficos en colaboración con hidrogenótrofos.

4.3.4.4 Tiempo de retención hidráulica y tasa de carga orgánica.

La descomposición biológica del estiércol animal se ve muy afectada por su

tiempo de retención en el reactor. El tiempo de retención está determinado por el

contenido sólido del estiércol, la temperatura y el tipo de reactor utilizado para el

tratamiento. De manera más elaborada, los reactores CSTR y de flujo pistón para

el tratamiento de estiércol animal requieren un tiempo de retención de 20 a 30 días,

mientras que los reactores de película fija suelen tener un tiempo de retención más

corto, de varias horas a unos pocos días. Sin embargo, las lagunas cubiertas

requieren un tiempo de retención más prolongado de 60 días. Además, la TRH

también afecta la calidad del efluente en términos de carga microbiana, contenido

de nutrientes y rendimiento de metano.

81

4.3.5 Características del sustrato y metales pesados.

Los componentes del estiércol determinan directamente el rendimiento de

biogás y el nivel de reacciones bioquímicas que tendrían lugar dentro del sistema

digestor. La composición del estiércol dependerá de las operaciones ganaderas

que incluyen la dieta y el procedimiento de manipulación / almacenamiento de los

desechos. Evidentemente, para el correcto funcionamiento y la reproducción

continua de los microbios implicados en el proceso de digestión anaeróbica, se

necesitan fuentes de energía disponibles; carbono para la síntesis de nuevos

materiales celulares, elementos inorgánicos como nitrógeno, fósforo, potasio,

azufre, calcio y magnesio, así como nutrientes orgánicos. En consecuencia, las

características físicas y químicas, incluido el contenido de humedad, el contenido

de sólidos totales, el contenido de sólidos volátiles, el contenido de fósforo,

nitrógeno y carbono de la materia prima, deben evaluarse antes de comenzar el

proceso de digestión.

Los sólidos volátiles del estiércol son un parámetro muy crítico, ya que consisten

en la porción biodegradable que incluye carbohidratos, grasas y proteínas y la

porción refractaria que no puede digerirse anaeróbicamente. El término

biodegradabilidad del estiércol viene indicado por el rendimiento de biogás o

metano y el porcentaje de sólidos (sólidos totales o volátiles) que se destruyen en

el proceso de digestión anaeróbica.

Los microorganismos requieren una pequeña cantidad de algunos metales

(níquel, cobalto, cobre, hierro, zinc, molibdeno, etc.) para un crecimiento y

rendimiento óptimos. Matseh señaló que estos oligoelementos se conocen

generalmente como micronutrientes estimulantes y se encuentran en coenzimas y

cofactores. Los efectos estimulantes potenciados por estos metales sobre el

82

rendimiento del proceso de biogás están relacionados con una mayor producción

de metano, utilización del sustrato y estabilidad del reactor. Sin embargo, existen

amplios rangos en la cantidad de estos metales que se necesitan para volverse

estimulantes; esto se ha atribuido a diferencias en el pH, OLR, HRT, características

del sustrato y los complejos procesos químicos y biológicos que controlan la

biodisponibilidad de los metales traza.

4.3.5.1 Mezcla.

De gran valor en la digestión anaeróbica del estiércol animal es el grado de

contacto entre el estiércol animal entrante y una población bacteriana viable; esta

es una función de mezcla en el reactor. Los beneficios de mezclar el contenido del

digestor durante el proceso anaeróbico han sido documentados por varios autores

e incluyen: previene la formación de espuma dentro del digestor, asegura la

distribución uniforme de los microorganismos y el sustrato en toda la mezcla e

intensifica el contacto entre ellos, previene la estratificación dentro del digestor, por

lo tanto, permite uniformidad distribución de calor por toda la mezcla y, por último,

ayuda a liberar gas de la mezcla.

Sin embargo, lo que no está claro sobre el aspecto de la mezcla es la intensidad

y la duración de la mezcla teniendo en cuenta el hecho de que podrían utilizarse

diferentes modos (mezcladores mecánicos y bombas de recirculación). En la

caracterización del estiércol, los sólidos totales y volátiles son muy importantes

porque existe un cierto límite por encima del cual el estiércol ya no será un purín,

lo que plantea problemas de operaciones de mezclado y bombeo.

4.3.6 Factores de digestión.

La digestión anaeróbica depende de varios parámetros diferentes para un

rendimiento óptimo. En la producción de metano intervienen diferentes grupos de

83

microorganismos y condiciones adecuadas deben establecerse para mantener

todos los microorganismos en equilibrio. Algunos de estos parámetros son: pH,

temperatura, mezcla, sustrato, relación Carbono Nitrogeno y tiempo de retención

hidráulica (HRT). La digestión es lenta proceso y se necesitan como mínimo tres

semanas para que los microorganismos se adapten a una nueva condición cuando

hay un cambio en el sustrato o la temperatura.

Es necesaria una relación simbiótica entre los microorganismos acetogénicos

productores de hidrógeno y los metanógenos que consumen hidrógeno. Además,

un pH neutro es favorable para la producción de biogás, ya que la mayoría de los

metanógenos crecen en el rango de pH de 6,7 a 7,5. La temperatura también es

un factor importante en la producción de biogás. La mayoría de los

microorganismos formadores de ácido crecen bajo condiciones mesófilas; sin

embargo, para los metanógenos, una temperatura más alta es favorable. Mezclar

es también un parámetro esencial para la producción de biogás. Demasiada mezcla

estresa a los microorganismos y sin mezclar se produce espuma. Los

microorganismos formadores de metano crecen lentamente, con un tiempo de

duplicación de unos 5 a 16 días. Por lo tanto, el tiempo de retención hidráulica debe

ser de al menos 10 a 15 días, a menos que estas bacterias son retenidas, por

ejemplo, por atrapamiento. Sustrato y balance de fuentes de carbono con otros

nutrientes como nitrógeno, fósforo y azufre también es importante. El sustrato debe

ser de digestión lenta, de otro modo fácilmente degradables, pueden provocar un

aumento repentino del contenido de ácido.

La proporción de carbono y nitrógeno debe estar alrededor de 16: 1–25: 1.

Demasiado aumento o disminución de la relación carbono / nitrógeno afecta la

producción de biogás. La concentración de sólidos en el digestor debe variar entre

84

el 7% y el 9%. El tamaño de las partículas no es un factor importante en

comparación con otros parámetros como el pH y temperatura. Sin embargo, el

tamaño de las partículas utilizadas afecta la degradación y, en última instancia, la

tasa de producción de biogás

4.3.6 Digestores domésticos.

Siempre es difícil adoptar un tipo particular de digestor para fines domésticos.

Los digestores varían según la ubicación geográfica, la disponibilidad de sustrato y

las condiciones climáticas.

Por ejemplo, un digestor utilizado en regiones montañosas está diseñado para

tener menos volumen de gas con el fin de evitar la pérdida de gas. Para los países

tropicales, se prefiere tener digestores subterráneos debido a la energía

geotérmica. De todos los digestores desarrollados, se desarrolló el modelo de

domo fijo por China y el modelo de tambor flotante desarrollado por India han

continuado funcionando hasta hoy.

Recientemente, los digestores de flujo tipo pistón están ganando atención debido

a su portabilidad y fácil operación.

4.3.7 Parámetros en el funcionamiento de los digestores.

4.3.7.1 Materiales para la construcción.

Los materiales para la construcción de digestores domésticos dependen de

factores geológicos, hidrológicos y locales (Condiciones y materiales disponibles

localmente). Con los avances tecnológicos, en los últimos años se han introducido

en el mercado propiedades mejoradas y menores costes. En India, los digestores

domésticos de biogás subterráneos son muy populares. La piedra o los ladrillos se

utilizan como material para construcción de este tipo de digestores. Se requieren

altos costos de inversión para construir digestores de estructura, que es la principal

85

limitación para los agricultores de bajos ingresos. Ingenieros taiwaneses en 1960

comenzó a desarrollar digestores a partir de materiales más baratos y disponibles

localmente. Aunque el nailon y el neopreno se utilizaron inicialmente, esto resultó

ser caro. Con el desarrollo de la tecnología, PVC y en su lugar se utilizó polietileno,

ya que son relativamente baratos.

4.3.7.2 Efecto de la temperatura.

Uno de los parámetros importantes y difíciles de mantener en los digestores

domésticos de biogás es la temperatura. Los metanógenos son activos, incluso a

temperaturas muy bajas, mientras que el biogás la producción aumenta diez veces

al aumentar la temperatura de 10 a 25 ° C. Según algunas observaciones, la

cantidad de biogás producido por alta temperatura (mesófilo) y baja TRH es

comparable al biogás producido con baja temperatura (psicofílica) y alta TRH.

Personas que viven en los valles de las montañas o fuera de las regiones tropicales

sufren de bajas tasas de digestión durante la temporada de invierno, cuando la

temperatura desciende por debajo de los 15°C. Diferentes técnicas y métodos han

sido desarrollados en todo el mundo para mantener la temperatura dentro del

digestor. La energía solar podría utilizarse como fuente de calor para aumentar la

temperatura del digestor. Desarrollaron un dispositivo de calefacción a base de

energía solar, pero la eficiencia disminuyó durante el invierno en las zonas

montañosas. Mantener con la temperatura lo más constante posible, la mayoría de

los digestores se construyeron bajo tierra. La energía geotérmica ayudó a mantener

la temperatura en el digestor cuando está enterrado bajo tierra.

Una capa de carbón en la parte superior del digestor. Este método aumenta la

temperatura en 3 ° C y la producción de gas en un 7% -15%, pero el digestor tuvo

que ser revestido cada mes y medio. Sin embargo, este método es económico ya

86

que los agricultores pueden preparar carbón vegetal quema de piezas de madera.

Para mantener la temperatura en el reactor, no basta con ennegrecer o glaseado

(recubrimiento). Una parte del biogás producido también debe quemarse para

mantener la temperatura en el digestor. La cáscara de arroz colocada encima del

digestor también puede ayudar a mantener la temperatura. Durante la temporada

fría. La disminución de la producción de biogás durante el invierno podría superarse

proporcionando aislamiento en la superficie interior del recipiente de gas. Un

estanque solar poco profundo. El calentador de agua también reduce la pérdida de

calor dentro del digestor.

4.3.7.3 Tasa de carga y rendimiento del biogás producido.

La concentración de sólidos en los digestores domésticos de biogás varía entre

5% y 10%. El aumento de la concentración de sólidos al 19% disminuyó la

producción de biogás. La tasa de carga orgánica común (OLR) del digestor es de

2 a 3 kgVS / m3/ día bajo condiciones mesofílicas. Sin embargo, podría ser posible

lograr OLR más altos si el lodo la concentración es superior al 10%. En el modelo

Janta se presenció un máximo de 10,4 a 10,6 kgVS / m3/ día y el reactor de flujo

pistón modificado. La producción media de biogás en el biogás doméstico. El

digestor estaba en el rango de 0,26 a 0,55 m3 / kgVS / día.

Los tiempos de retención hidráulica (TRH) varían entre 20 y 100 días para los

hogares. Los estudios muestran que disminuir la THS de 90 días a 60 días y

aumentar la OLR diluyendo el sustrato de 1: 4 a 1: 2 sería beneficioso para el mejor

desempeño del digestor. Muchos digestores domésticos no tienen un agitador para

mezclar el contenido del digestor, lo que crea regiones estancadas en los

digestores. Debido a estas regiones estancadas, la HRT del digestor disminuye en

comparación con su HRT calculada, lo que lleva a eliminar los microorganismos

87

4.3.8 Almacenamiento de biogás y mantenimiento de digestores.

El almacenamiento del biogás producido suele ser una preocupación importante.

El biogás se puede transportar directamente a la cocina o almacenado en un tanque

presurizado, almacenamiento de tambor flotante, cilindros de gas y bolsas de gas.

Almacenar el biogás reduce el problema del bajo caudal durante la cocción. El

biogás se puede transportar desde un solo lugar a otro mediante el uso de bolsas

de gas. El exceso de presión en el recipiente de almacenamiento puede liberado

utilizando una válvula en forma de "T". La cantidad de biogás producida en el

digestor depende del material alimentado, tipo de material, Relación Carbono /

Nitrogeno, tiempo de digestión y temperatura. Por ejemplo, influente altamente

concentrado ralentiza la fermentación y el afluente diluido provoca la formación de

espuma. Para mantener los sólidos concentración, la cantidad de agua y biomasa

añadida debe estar en la misma proporción.

El digestor debe alimentarse todos los días. Sin embargo, los carbohidratos

fermentables libres aumentarán la concentración de ácidos grasos volátiles, que

afecta a las bacterias formadoras de metano. Por lo general, el estado estacionario

de producción de biogás se observa después de dos meses de operación con un

OLR constante

4.3.9 Aplicaciones del biogás en digestores domésticos.

4.3.9.1 Cocinar y calentar.

El biogás producido a partir de los digestores domésticos se utiliza

principalmente para cocinar. La cantidad de El biogás utilizado para cocinar suele

variar entre 30 y 45 m3 por mes. Este número puede ser en comparación con otros

combustibles de uso común como el queroseno donde el consumo es entre 15 y

20 L, y Gas Licuado de Petróleo (GLP) entre 11 y 15 kg por mes, respectivamente.

88

El equivalente de energía fue de alrededor de 300, 200 y 150 kWh para biogás,

queroseno y GLP, respectivamente. El biogás excedente en el digestor doméstico

podría usarse para agua y calefacción de espacios.

4.3.9.2 Estufas de biogás.

La quema de biogás no es posible en quemadores comerciales de butano y

propano debido a sus propiedades fisicoquímicas. Sin embargo, es posible utilizar

estos quemadores después de algunas modificaciones. Los quemadores se

cambian en el inyector de gas, su sección transversal y las cámaras de mezcla. Los

quemadores de biogás son diseñados para hacer frente a una mezcla de biogás y

aire en una proporción de 1:10. Diferentes quemadores como vertical difusor de

llama, difusor de llama horizontal y ningún difusor con biogás.

El difusor de llama tenía una alta eficiencia de transferencia de calor en

comparación con otros difusores. La eficiencia es obtenida calculando el calor

ganado por el agua sometida a calentamiento y la cantidad de combustible

consumido durante este proceso. La eficiencia del calor que ingresa al recipiente

desde la estufa fue alta para biogás con 57,4%, seguido por GLP, queroseno y

madera con 53,6%, 49,5% y 22,8%, respectivamente. El consumo de biogás y la

eficiencia térmica en las estufas de biogás variaron entre 0.340–0.450 m3/ hy 59–

68%

4.3.9.3 Fertilizante.

El digestato que queda del digestor es rico en nitrógeno, fósforo y potasio, y

puede ser utilizado como fertilizante. El digestor incrementó el cultivo de papa en

un 27,5% y el forraje en un 1,5% en comparación con ningún fertilizante añadido.

Debido a la digestión anaeróbica de la materia orgánica, estos nutrientes las

plantas absorbieron fácilmente las concentraciones. El efluente se puede utilizar

89

directamente como fertilizante. En la agricultura el digestor tiene un alto valor

comercial cuando se exporta. El efluente seco también podría utilizarse como

adsorbente para eliminar el plomo de las aguas residuales industriales.

4.3.9.4 Iluminación y generación de energía.

La otra gran aplicación del biogás doméstico es la iluminación y la generación

de energía. En muchos países desarrollados, el biogás de los digestores se envía

a un motor de combustión para convertirlo en energía eléctrica y mecánica. El

biogás requiere un combustible líquido para iniciar la ignición. Combustible diésel

también se puede combinar con biogás para la generación de energía. Por ejemplo,

en Pura (India). Un digestor de biogás comunitario bien estudiado puede alimentar

un motor diesel modificado y hacer funcionar un generador. El dióxido de carbono

hasta un 40% no disminuirá el motor rendimiento utilizando biogás como

combustible. El biogás también se puede utilizar para alimentar motores cuando se

mezcla con gasolina o diesel, y también puede ayudar a bombear agua para riego.

El biogás necesario para producir 982 kWh ronda los 6,7 m3 / día, y para calentar

agua 2 m3/día. El uso de un generador de 1 kW demostró que la mitad de la energía

necesaria podía satisfacerse utilizando un digestor doméstico. Se observaron

resultados satisfactorios cuando se probaron para calentamiento de agua y

electricidad generación a partir de biogás. En Earth University (EE. UU.), la

electricidad del biogás se utiliza para el ordeño operaciones. El biogás se mezcla

con aceite de estufa en un generador de motor diesel de 12 kW para actuar como

un Combustible dual para electrificación rural. Las semillas de Jatropha

permanecen como producto de desecho después de la producción de aceite. Esta

los residuos se convierten en biogás. El aceite y el biogás se combinan en un motor

de doble combustible para generar electricidad. Generación. El fertilizante de

90

biogás se utiliza para la plantación de jatropha. Por lo tanto, los nutrientes están en

el ciclo cerrado, que puede actuar como biorrefinería. Conversión de biogás en

electricidad utilizando combustible Las células son un tema de investigación

candente en la actualidad. Sin embargo, no es comercialmente asequible debido a

la el requisito de gas limpio y el costo de las pilas de combustible

4.3.9.5 Otras aplicaciones.

Además de las aplicaciones comunes, el biogás doméstico también se utiliza

para otros fines. A gas Los refrigeradores o una incubadora de pollos pueden

funcionar con biogás doméstico, que es una aplicación bien conocida en Kenia. En

India, alrededor de 4600 baños públicos están conectados a digestores de biogás

por una ONG local para mejorar las condiciones de vida social de las personas. De

manera similar, en Nepal, los baños públicos están conectados a digestores de

biogás para iluminar estos inodoros

91

5. Discusión

En el presente trabajo se logró un volumen de biogás de 0,00917 m3 o 9,17L con

una presión de 4,31 atm y un pH de 4,38 en un tiempo de 60 días aplicando 4lb de

estiércol fresco + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua, mientras que Durazno,

(2018) en su estudio obtuvo 0,0488 m3 o 48,8L de biogás en un tiempo de 50 días

con una presión de 12 psi y un pH ligeramente ácido (6), la producción de biogás

también depende de las condiciones del medio en donde se esté implementando

el estudio.

Por otra parte, Criollo y Guzmán, (2014) en su estudio observaron que a una

temperatura de entre 15°C y 20°C se logra obtener una cantidad de biogás de 1,5

m3, el cuál puede ser utilizado por un hogar durante 1,68 horas continuas, ese

volumen resultó en el monitoreo de 46 días, tambien sugieren que se monitoreen

constantemente varios parámetros como temperatura, pH y presión, mismos

parámetros que fueron evaluados en esta investigación obteniedo un pH de 3,88

para el T1, pH de 4,38 el T2, pH de 4,13 el T3 y el T4 un pH de 4 y una presión de

1 atm en el T1, en el T2 la presión de 4,19 atm, en el T3 0,99 atm y el T4 0,59 atm.

La ganadería provoca innumerables afectaciones a los recursos naturales, tanto

al suelo, como al agua y al aire e incluso a la vegetación, siendo una de las

actividades desarrollas por el hombre que más contamina, sin embargo,

Montenegro, (2020) dice que aquellos impactos pueden ser minimizados si se

aplican métodos que ayuden a revalorizar los residuos generados como la

producción de energías limpias basadas en el estiércol del ganado. Así también,

Morán, Delgado y Vargas, (2018) informan que no solamente se puede producir

biogás sino que, como resultado de ese proceso se obtiene biogás, biol y materia

92

orgánica que se pueden utilizar en distintos cultivos como fertilizantes reduciendo

la utilización de fertilizantes sintéticos.

Chillo y Paguay, (2015) afirman que la producción de biogás a partir de residuos

de ganado bovino genera muchas ventajas y beneficios como reducción de malos

olores y gases ocasionados por el estiercol, disminución en la dependencia de

energía proveniente de derivados de petroleo, baja contaminación de cuerpos de

agua, entre otros que fueron corroborados en esta investigación.

Asimismo, Montenegro, (2020) manifiesta que el biogás producido con base en

estiércol bovino es una buena opción para ser usado como combustible al momento

de preparar alimentos con un rendimiento de 4,30 horas al día para una familia

promedio. También Chillo y Paguay, (2015) explican que puese usar como fuente

energía para iluminación o para la operación de diversos equipos.

Karim, (2015) expresa que para obtener resultados favorables el contenido de

sólidos en el estiércol debe ser bajo y que, para que los microorganismos

desempeñen bien su trabajo de descomposición de la materia orgánica el pH deber

ser neutro o próximo a 7 y contar con una temperatura aproximada de 35°C. En

este trabajo no se cumple con esos parámetros ya que el pH observado durante

todas las repeticiones se mantuvo entre ligeramente ácido y moderadamente ácido,

a pesar de eso, se obtuvo un volumen favorable en la producción de biogás.

93

6. Conclusiones

Luego del análisis de los resultados se concluye que:

Al realizar la línea base se logró obtener datos precisos de la población del

recinto “La Matilde” como edad, sexo, número de personas por vivienda, así como

también, se pudo estimar el porcentaje de personas que tienen conocimientos

sobre temas ambientales y específicamente, sobre los impactos de la ganadería

en el ambiente.

De los tratamientos aplicados el más eficiente para producir biogás fue el T2 (4lb

de estiércol + 3lb de cascarilla de arroz + 10L de agua) con un volumen de 0,00917

m3/kg en un tiempo de 60 días, mientras que los tratamientos T1, T3 y T4 obtuvieron

0,00133 m3/kg , 0,00212 m3/kg y 0,00165 m3/kg respectivamente, siendo el

tratamiento 1 el que menos biogás generó. En cuanto al pH y presión no

presentaron muchas diferencias en los tratamientos. Sin embargo, para la presión

tomada a los 20 días se observa que el T2 obtuvo una presión de 4,19 atm superior

a la obtenida con los demás tratamientos.

Como último punto se planteó una propuesta para disminuir el uso de gas licuado

de petróleo, basándose en guías de revisión y estudios preliminares, a través de

esta propuesta se podrá mitigar, controlar o reducir al mínimo los impactos

ocasionados por este compuesto. Además, se acepta la hipótesis propuesta, ya

que se evidenció que con la producción de biogás se puede disminuir la

contaminación que genera el estiércol bovino y el mal uso de las cáscaras de arroz,

logrando disminución en el uso de gas doméstico por una energía más limpia.

94

7. Recomendaciones

Se recomienda efectuar con frecuencia más trabajos de investigación de esta

índole, con el propósito de generar mayor concientización ambiental y fomentar el

uso de energías limpias que son una alternativa eficaz ante tecnologías

tradicionales como los derivados de petróleo.

Implementar este tipo de prácticas en las haciendas y fincas ganaderas del

cantón Salitre ya que reduce el volumen de residuos generados, favorece

económicamente al ganadero brindándole una opción ecológica para generar su

propia fuente de gas, ahorro de energía y alto rendimiento en la producción de

biogás.

Desarrollar estudios experimentales con distintas materias primas y dosis

diferentes a las utilizadas en este trabajo para tener más alternativas y mayor

producción de biogás e informar a la población sobre los beneficios de aplicar

tecnologías ecológicas para reducir los impactos ambientales.

95

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101

9. Anexos

Figura 22. Encuesta realizada a los habitantes del sector La Matilde, cantón Salitre Jiménez, 2020

102

Figura 23. Imagen satelital del Recinto La Matilde Jiménez, 2020

103

Figura 24. Mapa de ubicación del recinto "La Matilde"

104

Tabla 31. Concentración de sustancias del proceso Anaerobia

INHIBIDORES CONCENTRACIÓN

SO4 5000ppm

NaCl 40000ppm

NO3 0.05mg/ml

Cu 100mg/ml

Cr 200mg/l

Ni 200-500mg/l

Na 3500-5500mg/l

Mg 1000-1500mg/l

Gene y Owen, 1986

Figura 25. Colecta de cascarillas de arroz en la piladora Voluntad de Dios Jiménez, 2020

105

Figura 26. Piladora Voluntad de Dios Jiménez, 2020

Figura 27. Realización de las encuestas Jiménez, 2020

106

Figura 28. Evaluación de la producción de biogás con la supervisión del tutor Jiménez, 2020

Figura 29. Toma de datos mediante encuestas a habitantes del recinto "La Matilde" Jiménez, 2020

107

Figura 30. Recolección de cascarillas de arroz Jiménez, 2020

Figura 31. Realización de encuestas Jimenez, 2020

108

Figura 32. Hacienda "La Matilde" Jiménez, 2020

Figura 33. Producción de biogás mediante el uso de diferentes tratamientos Jiménez, 2020

evaluaciÓn de la producciÓn de biogÁs a partir de

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