Análisis de un modelo energético sustentable en fincas productoras de lácteos

Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, No.92, pp. 9-18, Jul-Sep 2019[pic 1]

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Análisis de un modelo energético sustentable en fincas productoras de lácteos

Analysis of a sustainable energy model in dairy production farms

Juan Felipe Otalvaro Gómez 1*, Mabel Manrique García 1, David López Gaviria1, Juan Manuel Arbeláez1

1 Ingeniería Agroindustrial, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia. Calle 70 No. 52 - 21. Medellín, Colombia.

CITE THIS ARTICLE AS:

J. Otalvaro, M. Manrique, D. López, J. Arbeláez “Evaluación de diferentes catalizadores en la producción de biodiesel”, Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, no. 92, pp. 9-18, Jul-Sep 2019. [Online]. Available: https://www. doi.org/10.17533/ udea.redin.20190510

ARTICLE INFO:

Received: November 14,

2018

Accepted: April 22, 2019

Available online: May 08, 2019

KEYWORDS:

Biogás, Biodigestor, Ganadería, Sustentabilidad energética

Biogas, Biodigester, Livestock, Energy Sustainability

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RESUMEN: En el presente trabajo se llevó acabo la implementación de un biodigestor continuo para producción de biogás a partir de estiércol en la finca “La Poderosa” ubicada en el municipio de La Unión, Antioquia. La investigación se realizó en principio seleccionando 8 vacas con las cuales se estimó la cantidad de estiércol generado, así como los análisis físicos-químicos y microbiológicos del estiércol, que ayudaron a tener una idea más clara del tipo y dimensiones del biodigestor. Para la construcción del biodigestor se utilizó un tanque de polietileno de 500 litros. Luego de la puesta en marcha del biodigestor se monitoreo los parámetros de temperatura, y pH dentro del mismo, durante el tiempo de retención. Con el propósito de generar biogás y utilizarlo para consumo en la finca. Se estableció una carga diaria de 12 litros de sustrato con la cual se obtuvo una producción de 2,26 m3 /mes de biogás a una temperatura promedio de 29.5°C y con un tiempo de retención de 30 días. [pic 4]

Concluimos que, el biogás generado se utilizó para la cocción de alimentos para los animales de la finca. Se recomienda al propietario de la finca “La Poderosa” seguir utilizando el equipo de manera continua para promover la aplicación de nuevas tecnologías amigables con el medio ambiente.

ABSTRACT: In this report, the implementation of a continuous biodigester for biogas production from manure was carried out. in the “La Poderosa” farm located in the municipality of La Unión, Antioquia. The investigation was carried out in principle by selecting 8 cows with which the amount of manure generated was estimated, as well as the physical-chemical and microbiological analyzes of manure, which helped to have a clearer idea of ​​the type and dimensions of the digester. A 500 liter polyethylene tank was used for the construction of the biodigester. After the start-up of the digester, the temperature parameters, and pH within it, were monitored during the retention time. In order to generate biogas and use it for consumption on the farm. A daily load of 12 liters of substrate was established with which a production of 2.26 m3 / month of biogas was obtained at an average temperature of 29.5 ° C and with a retention time of 30 days.

We conclude that, the generated biogas was used for cooking food for farm animals. The owner of the “La Poderosa” farm is recommended to continue using the equipment continuously to promote the application of new environmentally friendly technologies.

1. Introducción

Los recursos como los combustibles están a disposición del hombre en forma de desechos y este todavía no es consciente de su potencial, por eso el presente artículo tiene como objetivo ofrecer información sobre una de estas energías, como es el estiércol de vaca para la producción de energía eléctrica y térmica. (1)

DOI: 10.17533/udea.redin.20190510        1[pic 5][pic 6]

Para hacer más eficientes la producción de leche, las fincas productoras han optado por utilizar máquinas de ordeño las cuales funcionan con energía eléctrica, pero esto hace que el costo de la energía eléctrica se incremente, para esto se ha analizado la posibilidad de transformar las heces fecales de la vaca en energía eléctrica, debido al gas metano que estas producen. Con esta idea se está contribuyendo al cuidado del medio ambiente ya que los establos ganaderos son unos de los mayores generadores de metano, un gas de efecto invernadero. Este proyecto es muy rentable, ya que ayuda a las instalaciones ganaderas a ser autosustentables. (2)

La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza. Se utilizará más específicamente las heces de las vacas las cuales se llevarán a un contenedor para filtrar y extraer el gas. (4)

El biogás producido por la digestión anaeróbica típicamente está compuesto por metano (55 a 65 %), dióxido de carbono (35 a 45 %) y trazas de amonio y sulfuro de hidrógeno. (5)

Las heces fecales de la vaca producen gas metano el cual puede ser utilizado para proporcionar calor y electricidad el resultado de la transformación de este un biogás con un valor energético de 55000kcal/m3 transformando este a un biogás de manera en que se pueda dar este subproducto de industria ganadera. (4)

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Figura 1.  Rangos de temperatura y tiempos de fermentación anaeróbica. (4)

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Figura 2.  Bacterias que participan en el proceso de fermentación durante las cuatro fases. (5)

El pH óptimo para la digestión metanogénica está entre 6.5 a 7.5 aunque regularmente se da entre 6.7 a 7.5 debido a que la Methanosarcina puede mantenerse por debajo de 6.7, en ocasiones el pH baja a 5 o sube a 8, esto puede interferir con el proceso de fermentación o puede detenerlo. Comúnmente cuando se emplean residuos domésticos o agrícolas se requiere un ajuste del pH. (6)

El biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias) y otros factores en ausencia de aire (anaeróbico). (8)

Se implementará un biodigestor continuo para producir biogás a partir de estiércol de ganado vacuno generado en la finca “La Poderosa”. También se determinó la calidad de estiércol vacuno generado en la finca, mediante análisis físico-químico y microbiológico.  Además, se determinó las principales variables que intervienen en el proceso de fermentación anaerobia para el diseño adecuado del biodigestor. Por último, se construyo el biodigestor adecuado de acuerdo a las condiciones del lugar, materia prima y características generales.

2. Materiales y métodos

2.1. Diseño

Los modelos de diseño de experimentos son modelos estadísticos clásicos cuyo objetivo es averiguar si unos determinados factores influyen en una variable de interés y, si existe influencia de algún factor, cuantificar dicha influencia. (9)

En consecuencia, a lo anterior, se plantearon dos variables de solución a la problemática que se espera solucionar con este proyecto, las cuales son: temperatura y tiempo, ambos son importantes, que de acuerdo al análisis de experimentos se concluyó que las alternativas ideales son 30°C y 4 semanas, puesto que, con este arreglo se obtuvo una cantidad de biogás más alta.

En nuestro caso se utilizó un diseño de cuadro latino, los diseños en cuadrados latinos son apropiados cuando es necesario controlar dos fuentes de variabilidad (9). En dichos diseños el número de niveles del factor principal tiene que coincidir con el número de niveles de las dos variables de bloque o factores secundarios y además hay que suponer que no existe interacción entre ninguna pareja de factores. Se realizó de la siguiente manera.

Tabla 1. Diseño de experimentos

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En este caso los factores son la temperatura y el tiempo y la variable de respuesta es el calor calorífico.

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