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UNIVERSIDAD DE CARABOBO DIRECCIÓN DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL DISEÑO DE UN SISTEMA PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA GENERADOS EN LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO NÚCLEO BÁRBULA AUTOR: Ing. José M. Luciano B. TUTOR: MSc. Auxilia Mallia VALENCIA, ABRIL DE 2007 UNIVERSIDAD DE CARABOBO DIRECCIÓN DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL DISEÑO DE UN SISTEMA PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA GENERADOS EN LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO NÚCLEO BÁRBULA VALENCIA, ABRIL DE 2007 UNIVERSIDAD DE CARABOBO DIRECCIÓN DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL DISEÑO DE UN SISTEMA PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA GENERADOS EN LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO NÚCLEO BÁRBULA AUTOR: Ing. José M. Luciano B. . Aprobado en la Dirección de Postgrado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Carabobo por miembros de la Comisión Coordinadora del Programa : ________________________________ ________________________________ _________________________________ VALENCIA, ABRIL DE 2007 UNIVERSIDAD DE CARABOBO DIRECCIÓN DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL VEREDICTO Nosotros, Miembros del jurado designado para la evaluación del trabajo de grado titulado: DISEÑO DE UN SISTEMA PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA GENERADOS EN LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO NÚCLEO BÁRBULA presentado por: Ing. José M. Luciano B. para optar al titulo de Magíster en Ingeniería Ambiental, estimamos que el mismo reúne los requisitos para ser considerado como:________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ VALENCIA, ABRIL DE 2007 Índice ÍNDICE GENERAL Pág. INTRODUCCIÓN…………………………………………………................ 1 CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………….. 3 1.1 Planteamiento……………………………………………………………… 3 1.2 Objetivos de la investigación……………………………………………… 7 1.2.1 Objetivo general.…………………………………………………….. 7 1.2.2 Objetivos específicos………………………………………………… 7 1.3 Justificación………………………………………………………………... 8 1.4 Limitaciones y alcance…………………………………………………….. 9 CAPÍTULO II. MARCO REFERENCIAL 11 2.1 Antecedentes………………………………………………………………. 11 2.2 Bases teóricas……………………………………………………………… 14 2.2.1 Problemática de los residuos…………………………………………. 14 2.2.2.Tratamientos biológicos para residuos sólidos orgánicos…………… 16 2.2.3.Definición de abono o compost……………………………………… 19 2.2.4. Compostaje…………………………………………………………... 20 2.2.5. Organismos que intervienen en el compostaje………………………. 22 2.2.6. Factores críticos que deben controlarse durante el compostaje de residuos orgánicos…………………………………………………... 24 2.2.7. Etapas del proceso de compostaje…………………………………… 24 2.3 Marco legal………………………………………………………………… 25 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO 26 3.1 Tipo de investigación ……………………………………………………... 26 3.2 Procedimiento metodológico………………………………………………. 26 3.2.1 Determinación de las características cuantitativas y cualitativas de los residuos vegetales ………………………………………………. 27 3.2.2 Selección del tratamiento y la técnica de aplicación para bioaprovechamiento de los desechos vegetales mas adecuada para implantar en la U.C…………………………………………………. 28 Índice 3.2.3 Evaluación experimental de la alternativa de tratamiento y disposición seleccionada …………………………………………… 30 3.2.3.1 Planificación del experimento………………………………. 31 3.2.3.2 Diseño del experimento…………………………………….. 33 3.2.3.3 Conducción del experimento………………………………... 36 3.2.3.4 Análisis de resultados……………………………………….. 44 3.2.4 Determinación del aprovechamiento agrícola del material tratado en función de sus propiedades físicas químicas y biológicas……… 46 3.2.5 Evaluación de la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto……………………………………………………….... CAPÍTULO IV. PRESENTACIÓN, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1.1 49 50 4.1 Descripción del proceso de generación y caracterización de los residuos… 50 4.1.1 Descripción del proceso de generación……………………………. 50 4.1.2 Sistema de recolección y cuantificación del desecho de jardinería generado…………………………………………………………… 53 4.1.3 Determinación de las características físico-químicas de los desechos…………………………………………………………. 4.2 Selección de alternativas para el bioaprovechamiento del desecho……….. 4.2.1 Selección del tratamiento biológico………………………………. 55 60 60 4.2.2 Selección de la tecnología a aplicar al proceso de tratamiento aerobio…………………………………………………………… 66 4.3 Evaluación experimental y aprovechamiento agrícola de los desechos de jardinería …………………………………………………………………... 71 CAPÍTULO V. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE JARDINERÍA DE LA UC…………………………………. 96 5.1 Diseño y dimensionamiento del sistema…………………………………. 96 5.2 Estudio económico de la elaboración de compost………………………… 106 5.2.1 Modelos de rentabilidad………………………………………... 106 Índice 5.2.2 Principales flujos monetarios asociados al proyecto de inversión……………………………………………………….. 107 5.2.3 Evaluación monetaria de la vida del proyecto………………… 114 CONCLUSIONES……………………………………………………………. 117 RECOMENDACIONES……………………………………………………… 119 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………. 120 APÉNDICES…………………………………………………………………... 125 APÉNDICE A. DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES……….. 126 APÉNDICE B. MODELOS MATEMÁTICOS Y CÁLCULOS TÍPICOS. 141 APÉNDICE C. REFERENCIA GENERAL DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS………………………………………….. APÉNDICE D. TABLAS Y FIGURAS BIBLIOGRÁFICAS……………... 162 175 Índice ÍNDICE DE TABLAS Pág. CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Tabla 3.1 Clasificación de los desechos de jardinería en la UC núcleo Bárbula para objeto de estudio………………………………………………. Tabla 3.2 Cantidades volumétricas de los desechos de jardinería de acuerdo a su tipo para el tiempo de estudio establecido……………………….. Tabla 3.3 27 28 Propiedades fisicoquímica de los desechos generados determinadas en el laboratorio de ingeniería química de la Universidad de Carabobo……………………………………………………………. 28 Tabla 3.4 Matriz de selección para el método o tratamiento biológico……….. 29 Tabla 3.5 Matriz de selección para la tecnología de compostaje a aplicar……. 29 Tabla 3.6 Factores y niveles que se tomaron en cuenta para el tratamiento del desecho vegetal……………………………………………………... Tabla 3.7 Representación general del esquema del diseño de experimento para una réplica…………………………………………………….. Tabla 3.8 34 Datos de temperatura registrados durante el proceso de compostaje para el tratamiento………………………………………………….. Tabla 3.9 34 38 Valores de pH registrados durante proceso de compostaje para los distintos tratamientos en estudio……………………………………. 39 Tabla 3.10 Valores de materia orgánica al final del proceso de compostaje…… 40 CAPÍTULO IV PRESENTACIÓN, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Tabla 4.1 Descripción de zonas con sus respectivas dependencias para las actividades de mantenimiento de los jardines de la UC-NB……….. Tabla 4.2 Cantidades volumétricas de los desechos de jardinería de acuerdo a su tipo para el tiempo de estudio establecido………………………. Tabla 4.3 59 Cantidades volumétricas generadas en la UC núcleo Bárbula para el período en estudio……………………………………………….. Tabla 4.4 52 Propiedades fisico-química de los desechos generados determinadas 55 Índice en el Laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad de Carabobo……………………………………………………………. Tabla 4.5 Composición C y N en base seca y relación c/n de los distintos desechosgenerados en la Universidad de Carabobo………………… Tabla 4.6 56 56 Cantidades másicas y composiciones químicas de los desechos de jardinería generados en la UC-NB…………………………………. 58 Tabla 4.7 Cuadro comparativo de los principales tratamientos biológicos……. 61 Tabla 4.8 Ventajas y desventajas de los tratamientos biológicos……………... 62 Tabla 4.9 Método para el tratamiento de residuos orgánicos de jardín……….. 63 Tabla 4.10 Criterios para la selección del tratamiento a aplicar………………. 63 Tabla 4.11 Matriz de selección para el tratamiento biológico………………….. 64 Tabla 4.12 Ventajas y desventajas de los sistemas para la aplicación del compostaje………………………………………………………….. 67 Tabla 4.13 Criterios de selección de la tecnología a aplicar……………………. 68 Tabla 4.14 Matriz de selección para la tecnología de compostaje a aplicar……. 69 Tabla 4.15 Representación general del esquema del diseño de experimento....... 72 Tabla 4.16 Valores de pH registrados durante el proceso de compostaje para los distintos tratamientos en estudio……………………………… Tabla 4.17 Valores de materia orgánica al final del proceso de compostaje…… Tabla 4.18 Anova del diseño factorial en estudio………………………………. 82 83 84 Tabla 4.19 Resultado de compuestos orgánicos y propiedades físico-químicas del material compostado……………………………………….…… 92 Tabla 4.20 Resultados de las concentraciones de nutrientes en el material compostado…………………………………………………………. 93 Tabla 4.21 Comparación de niveles de macronutrientes de la muestra compostada respecto a referencias calificadas …………………….. 94 Índice CAPÍTULO V. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE JARDINERÍA DE LA UC Tabla 5.1 Cantidades promedios de residuos generadas y características de interés durante el período de estudio…………………………….. 97 Tabla 5.2 Flujos monetarios de capital fijo……………………………………. 109 Tabla 5.3 Flujos monetarios de capital trabajo para los primeros seis meses de vida del proyecto……………………………………………………. 110 Tabla 5.4 Inversión total al inicio de proyecto………………………………… 110 Tabla 5.5 Flujos monetarios de costos operacionales…………………………. 111 Tabla 5.6 Flujos monetarios de ingresos brutos……………………………….. 112 Tabla 5.7 Flujos monetarios de costos de capital a invertir…………………... 113 Tabla 5.8 Flujos monetarios durante el tiempo de vida del proyecto………… 115 Flujos monetarios anuales para la determinación del valor actual del proyecto considerando una inflación del 20% anual……………. APÉNDICES Tabla 5.9 116 APÉNDICE A DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla A.1 Variables involucradas en la determinación de las características físico-químicas de la materia orgánica vegetal inicial…………...… Tabla A.2 Resultados del análisis Físico- Químico de la materia Orgánica vegetal inicial……………………………………………………….. Tabla A.3 130 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (ab) durante el proceso de compostaje………………………………….. Tabla A.7 129 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (b) durante el proceso de compostaje………………………………… Tabla A.6 128 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (a) durante el proceso de compostaje………………………………… Tabla A.5 127 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (1) durante el proceso de compostaje………………………………….. Tabla A.4 126 131 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (c) durante el proceso de compostaje………………………………….. 132 Índice Tabla A.8 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (ac) durante el proceso de compostaje………………………………….. Tabla A.9 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (bc) durante el proceso de compostaje…………………………………... Tabla A.10 135 Resultados del ANOVA obtenidos a través del software Minitab 13.2 del diseño de experimento en estudio…………………………. Tabla A.12 134 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (abc) durante el proceso de compostaje…………………………………... Tabla A.11 133 140 Resultados del análisis de la regresión lineal obtenidos a través del software Minitab 13.2 del diseño de experimento en estudio…. 140 APÉNDICES B. MODELOS MATEMÁTICOS Y CÁLCULOS TÍPICOS Tabla B.1 Cuantificación de Cantidades de residuo por mes………………….. Tabla B.2 Coeficientes de fricción para tuberías y accesorios del sistema planteado……………………………………………………………. 147 155 APÉNDICES C. REFERENCIA GENERAL DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS Tabla C.1 Notaciones diversas que representan un diseño factorial 23………... 167 Tabla C.2 Tabla de signos del diseño factorial 23……………………………… 168 Tabla C.3 ANOVA para el diseño 23………………………………………….. 169 APÉNDICE D. TABLAS Y FIGURAS BIBLIOGRÁFICAS………………... Tabla D.1 Coeficiente de pérdidas para conexiones y accesorios de sistemas de flujo 178 Tabla D.2 Presión de trabajo (m.c.a.) de los accesorios de riego más comunes.. 179 Tabla D.3 Valores de F de Distribución de Fischer con un nivel de significancia de 5% .......................................................................... 181 Tabla D.4 Tarifas de Eleval aprobadas según Gaceta Oficial No. 37.415…… 183 Tabla D.5 Cotización de productos EPA……………………………………… 184 Índice ÍNDICE DE FIGURAS Pág. CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Figura 1.1 Vista de planta de la ciudad universitaria………………………… Figura 1.2 Ubicación de la fosa para la disposición de desechos dentro del Figura 2.2 5 área deportiva de la ciudad universitaria………………………….. 6 Fases de maduración del compost………………………………… 25 CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL Figura 2.1 Tratamientos biológicos factibles de aplicar a la materia orgánica. 17 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Figura 3.1 Representación esquemática de los tratamientos a aplicar en el diseño de experimentos para una réplica………………………….. 35 Figura3.2 Dimensiones de la pila para el tratamiento a escala piloto……….. 41 Figura3.3 Distribución de los distintos tratamientos para el ensayo a escala piloto del proceso de degradación de materia vegetal……………. Figura3.4 Diseño de la bandeja para la recolección de lixiviados de los tratamientos………………………………………………………. Figura 3.5 43 Esquema visual de la selección de diseño de experimento Minitab 13.2……………………………………………………………….. Figura 3.6 42 45 Esquema visual de la creación del diseño factorial en Minitab 13.2……………………………………………………………….. 45 CAPÍTULO IV PRESENTACIÓN, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Figura 4.2 Comportamiento de la generación de desechos vegetales para el tiempo de estudio…………………………………………………. Figura 4.3 Comportamiento de la generación de desechos vegetales en base seca para el tiempo de estudio……………………………………. Figura 4.4 57 59 Comportamiento de la temperatura interna durante el proceso de compostaje para el tratamiento (1)…………………………….…. 74 Índice Figura 4.5 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (a)…………………………….…. Figura 4.6 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (b)………………………………. Figura 4.7 89 Valores de los residuos de cada tratamiento con respecto a los predichos de materia orgánica degradada………………………… Figura 4.17 88 Gráfica de probabilidad normal de los residuos de cada tratamiento……………………………………………………….. Figura 4.16 88 Efectos de las interacciones de acuerdo a la materia orgánica degradada…………………………………………………………. Figura 4.15 85 Efectos principales de los factores de acuerdo a la materia orgánica degradada……………………………………………….. Figura 4.14 78 Comportamiento de la probabilidad normal de los efectos estandarizados…………………………………………………….. Figura 4.13 77 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (abc)……………………………... Figura 4.12 77 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (bc)………………………………. Figura 4.11 76 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ac)………………………………. Figura 4.10 76 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (c)……………………………….. Figura 4.9 75 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ab)………………………………. Figura 4.8 75 90 Visualización de los valores medios de degradación de materia orgánica para cada uno de los tratamientos estudiados…………… 91 Índice CAPÍTULO V. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE JARDINERÍA DE LA UC Figura 5.1 Dimensiones de la pila para el tratamiento a escala industrial……. 99 Figura 5.2 Dimensionamiento de la cancha de compostaje………………….. 100 Figura 5.3 Diseño del sistema de bombeo para el control de humedad y aplicación del inóculo …………………………………………... 104 APÉNDICES APÉNDICE A DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura A.1 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (1)……………………………….. Figura A.2 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (a)……………………………….. Figura A.3 138 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (bc)……………………………… Figura A.8 138 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ac)……………………………… Figura A.7 137 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (c)………………………………... Figura A.6 137 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ab)………………………………. Figura A.5 136 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (b)………………………………. Figura A.4 136 139 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (abc)……………………………... 139 APÉNDICE C REFERENCIA DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS Y N NORMATIVA AMBIENTAL VENEZOLANA Figura C.1 Clasificación de diseño de experimentos…………………………. 166 APÉNDICE D TABLAS Y FIGURAS BIBLIOGRÁFICAS Figura D.1 Datos característicos de tuberías de PVC…………………………. 176 Figura D.2 Diagrama de Moody para determinación de Reynolds…………… 177 Figura D.3 Coeficiente de pérdidas para entradas a tubería de sistemas de flujo ... 179 Figura D.4 Rugosidad absoluta de tuberías para distintos materiales………… 180 Resumen RESUMEN DISEÑO DE UN SISTEMA PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA GENERADOS EN LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO NÚCLEO BÁRBULA AUTOR: Ing. José M. Luciano B. TUTOR: MSc. Auxilia Mallia. El objetivo principal de esta investigación fue proponer una alternativa de tratamiento biológico para la disposición final de los desechos de jardinería de la Universidad de Carabobo Núcleo Bárbula (UCNB), para lo cual fue necesario determinar las características físico-químicas y cuantitativas de los residuos y seleccionar el tratamiento y tecnología de aplicación. Posteriormente se evaluó experimentalmente a diferentes condiciones, con la finalidad de determinar el aprovechamiento agrícola del material tratado en función de sus propiedades y finalmente se realizó una evaluación de la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto con el objetivo de verificar un desarrollo sostenible. Entre los análisis químicos mas relevantes aplicados al material tratado se tiene, cantidades de macronutrientes, tales como nitrógeno, potasio y fósforo; micronutrientes, tales como magnesio, calcio, cobre, sodio, hierro y zinc así como también cantidades de carbono orgánico y materia orgánica. Con lo cual se determinó la eficiencia de proceso de degradación y el potencial agrícola del material obtenido. Para lograr la materialización del estudio del diseño del sistema de bioaprovechamiento, se procedió a la selección del tratamiento y técnica más adecuado para tratar a los desechos; donde se realizó una revisión de métodos y técnicas existentes para posteriormente realizar una comparación mediante la aplicación de una matriz de selección. Luego se plantearon una serie de condiciones y factores para llevar a cabo los ensayos experimentales del tratamiento a escala piloto a través de un diseño multifactorial 2K de efectos cruzados, el cual garantizó un estudio completo involucrando conceptos tales como aleatorización, replicación y control local; dando un soporte estadístico a los resultados obtenidos. Se obtuvo como resultado que el método a aplicar en el tratamiento del residuo es el aerobio mediante la técnica de compostaje “Windrow” o sistema de pilas volteadas; la cual se deberá colocar con paredes aisladas y con la aplicación de bioaumentación, ya que con estas condiciones se garantizó la mayor degradación de materia orgánica. Como conclusiones mas relevante se tiene que el sustrato obtenido luego del tratamiento biológico puede ser utilizado de acuerdo a sus características químicas físicas y biológicas como un abono o agregado agrícola, con la finalidad de enriquecer los suelos. Con respecto al estudio económico indicaron, que existe la posibilidad de una mejora ambiental generando un producto con valor agregado, logrando un equilibrio entre desarrollo social y el ambiente, aplicando un proceso ambientalmente sostenible. Entre las recomendaciones más relevantes se tiene que la materia obtenida luego del proceso de compostaje deberá ser evaluada experimentalmente a nivel agrícola a través de pruebas de germinación, con el fin de verificar mediante ensayos reales el aprovechamiento como abono o como mejorador en las propiedades del suelo; así también se podría evaluar la posibilidad de aplicar este mismo procedimiento de degradación introduciendo algunos otros residuos generados por la institución. COMPOSTAJE - DESECHOS VEGETALES - BIOAPROVECHAMIENTO Introducción INTRODUCCIÓN En los últimos años el hombre ha causado efectos realmente lamentables sobre el ambiente producto de las actividades urbanas e industriales. En consecuencia , hoy en día se le ha dado una importancia relevante al medio ambiente aplicando nuevos conceptos de conservación en busca de aplicación de tecnologías cada vez más limpias. Todo esto en función de lograr que las acciones realizadas por el hombre dentro de su ámbito social, económico y cultural no vayan en deterioro de los recursos naturales (Pravia, 1999). Por lo tanto es necesario controlar el uso y manejo de los recursos naturales con la finalidad de obtener un desarrollo sustentable, el cual involucra un aprovechamiento racional de los recursos naturales para alcanzar una calidad ambiental y desarrollo social. La presente investigación pertenece al área de gestión ambiental, específicamente al tema de tratamiento de residuos sólidos donde se involucran una serie de actividades y procedimientos que permitan el aprovechamiento de los desechos generados por la actividad humana. El objetivo principal de esta investigación se basa en proponer una alternativa de tratamiento biológico ambientalmente sostenible para la disposición final de los desechos de jardinería dentro de la Universidad de Carabobo núcleo Bárbula. Para lo cual es necesario determinar las características de los residuos vegetales, seleccionar el tratamiento y tecnología de aplicación y evaluar experimentalmente a diferentes condiciones de aislamiento, recolección de lixiviados y bioaumentación; con la finalidad de determinar el aprovechamiento agrícola del material tratado en función de sus propiedades físicas, químicas y biológicas; y finalmente se realizará una evaluación de la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto con el propósito de verificar un desarrollo sostenible. La metodología de esta investigación consiste principalmente en la aplicación de matrices de selección para definir el mejor tratamiento y técnica aplicados al residuo generado. 1 Introducción Posteriormente se aplica un diseño de experimento multifactorial 2K de efectos cruzados con la finalidad de definir las condiciones de operación a través de diferentes tratamientos a escala piloto. Se determina el aprovechamiento agrícola mediante el análisis de muestra obtenida según normas COVENIN, métodos de la AOAC y cuadernos de agronomía de la Universidad Central de Venezuela. Por último se plantea el diseño y dimensionamiento del sistema a través de modelos y ecuaciones de ingeniería de procesos con una evaluación técnico-económica de la propuesta planteada a través de métodos de ingeniería económica tales como valor actual, equivalente anual y tiempo de pago. El trabajo se encuentra estructurado en cinco capítulos. El primer capítulo contiene todo lo relacionado con el planteamiento del problema, justificación y objetivos planteados. El segundo contiene el marco referencial donde se expresan los antecedentes y las bases teóricas ; el tercero involucra el marco metodológico para el desarrollo de los objetivos; en el capítulo cuatro se expresan los resultados obtenidos con el análisis y discusión de los mismos; luego en el capítulo cinco se presenta la evaluación técnico-económica del proceso planteado y por último se desarrollan las conclusiones y recomendaciones. Esta investigación es de gran importancia debido a que representa una solución a una problemática ambiental presente dentro de la Universidad de Carabobo pero que no se escapa del resto de las zonas urbanas donde es necesario mantener la apariencia de los jardines, por lo tanto es necesario aplicar técnicas y procesos que permitan tomar a estos desechos como residuos, dando una utilidad a los mismos, con lo cual se genera un equilibrio social-económico-ecológico entre el hombre y el medio ambiente, que permite mantener un nivel de calidad de vida satisfactorio y estable para las generaciones presentes y futuras. 2 I. ESTABLECIMIENTO DEL PROBLEMA La presente sección contiene la descripción detallada del problema que motiva este trabajo de investigación, así como los objetivos, tanto general como específicos que se buscan alcanzar en este proyecto. Adicionalmente, se dan a conocer las principales razones que justifican el estudio, así como el alcance y limitaciones. 1.1 PLANTEAMIENTO El ser humano comenzó a producir impactos significativos en el ambiente desde que emergió como una especie dominante en el planeta. La especialización en la caza, la invención de la agricultura y la domesticación de animales fueron aspectos que influyeron dramáticamente en el cambio de la flora y fauna en grandes áreas del planeta. ( Acosta 1991) En consecuencia , hoy en día se le ha dado una importancia relevante al medio ambiente y a su conservación, se busca que las acciones realizadas por el hombre dentro de su ámbito social, económico y cultural no vayan en deterioro de los recursos agua, suelo y aire. Por lo tanto es necesario controlar el uso y manejo de los recursos naturales, con la finalidad de obtener un desarrollo sustentable, el cual involucra un aprovechamiento racional de los recursos naturales para alcanzar una calidad ambiental y desarrollo social. Es sencillamente un equilibrio social-económico-ecológico entre el hombre y el medio ambiente, que permita mantener un nivel de calidad de vida satisfactorio y estable para las generaciones presentes y futuras. (Acosta 1991) Los desechos han existido desde siempre pues la simple actividad humana ya los genera. Lo que está ocurriendo en los últimos tiempos es que todos los países que se vieron inmersos en la tendencia de “producir más, consumir más” se han encontrado antes o 3 Establecimiento del problema después frente a un problema preocupante, el de la eliminación o disposición final de los desechos. Venezuela no se escapa de esta problemática y debe ser considerada con mayor detalle, debido a que la situación se agrava a causa del crecimiento acelerado y poco organizado de las grandes ciudades, lo que de algún modo no ha permitido aplicar estrategias eficaces y técnicas eficientes para el tratamiento o recuperación de desechos. La Universidad de Carabobo (U.C) es la máxima casa de estudios la cual tiene su principal sede ubicada en la zona de Bárbula del estado Carabobo, esta presenta una gran extensión donde se encuentran las infraestructuras de las facultades de Derecho, Ciencias de la salud, Ingeniería , Ciencias Económicas y Sociales, Ciencia y Tecnología, Educación y Odontología; así como también las distintas edificaciones y construcciones destinadas a las áreas deportivas, servicios internos, servicios a la comunidad en general. Con la finalidad de crear un ambiente atractivo, ecológico, ambientalista y confortable dentro de esta institución, todas estas edificaciones están acompañadas de grandes y pequeños jardines; así como también grandes zonas verdes que ofrecen variedad de paisajes y disponibilidad de plazas y patios destinadas a la recreación o áreas de estudio de los alumnos, docentes y trabajadores en general. Cabe destacar que para mantener estas áreas verdes de una manera organizada, impecables y en buen estado es necesario realizar un constante mantenimiento a estos jardines lo cual involucra acciones como renovar tierra y fertilizantes, podar el césped, plantas florales y arbustos; recopilación de hojas, ramas secas y los restos de las podas; lo cual conlleva a la generación de residuos de jardinería. 4 Establecimiento del problema Leyenda: 1 Edificio Anexo a FACES 2 Facultad de Complejo docente asistencial Educación Hospital 3 Facultad de Derecho 4 FACYT 5 CEI 6 Bomberos 7 Aula Magna 8 Museo de Ciencia yTecnología Autopista vía Puerto Cabello 9 Gimnasio Cubierto Autopista Valenci vía San Fuente: www.uc.edu.ve Figura 1.1 VISTA DE PLANTA DE LA CIUDAD UNIVERSITARIA Anteriormente las acciones tomadas por la universidad frente a estos desechos vegetales era manejarlos por medio de la alcaldía de este sector y eran llevados finalmente a los rellenos sanitarios locales junto con otros desechos de otra naturaleza; sin embargo la alcaldía negó seguir prestando este servicio a la universidad para estos desechos orgánicos producto de las áreas verdes. Por esta razón la universidad los dispuso en un terreno lateral al polideportivo al lado de la vía pública al aire libre, lo que fomento a la comunidad a botar desperdicios de todo tipo en esta área agravando aún más la situación. En vista de esto y en función de solventar la situación se procedió a construir una fosa dentro de la propia área del polideportivo de la U.C lejos de la vía pública y en ella se procede a depositar los desechos; sin embargo de acuerdo a las grandes cantidades generadas se origina el rápido colapso de la fosa y desborde de los desechos hacia la capa 5 Establecimiento del problema superficial del suelo; procediendo entonces a la quema eventual de los desechos con la finalidad de evitar que se inicie el proceso de putrefacción y descomposición descontrolada. De acuerdo a esta situación se presentan principalmente problemas tales como la generación de olores ofensivos, humos producto de la quema, contaminación del suelo por efecto de los lixiviados que se infiltra y percola al subsuelo Por lo tanto será necesario tomar acciones pertinentes que permitan la evaluación del problema de manera de proponer una solución que permita el bioaprovechamiento a estos desechos con la aplicación de un proceso que involucre un equilibrio entre los aspectos económicos, ambientales y sociales. FOSA PARA DISPOSICION DE DESECHOS VEGETALES Fuente: www.uc.edu.ve Figura 1.2 Ubicación de la fosa para la disposición de desechos dentro del área deportiva de la ciudad universitaria 6 Establecimiento del problema FORMULACIÓN: Disponer de un estudio que contenga la evaluación de una alternativa ambientalmente sostenible que permita el bioaprovechamiento de los desechos vegetales de jardinería de la (UC). donde se plantee claramente en forma completa el método y técnica a seguir así como los beneficios sociales ambientales y económicos que genera la propuesta. 1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN A continuación se exponen los objetivos general y específicos de esta investigación con los cuales se pretende dar solución a la problemática de contaminación existente. 1.2.1 OBJETIVO GENERAL: Proponer una alternativa de tratamiento biológico ambientalmente sostenible para la disposición final de los desechos vegetales de jardinería de la (UC) núcleo Bárbula 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1.2.2.1 Determinar las características cuantitativas y cualitativas de los residuos vegetales con la finalidad de conocer las cantidades y las propiedades físicas y químicas de la materia orgánica a tratar. 1.2.2.2 Seleccionar el tratamiento y tecnología de aplicación para el biotratamiento de los desechos vegetales más adecuado para implantar en la UC. 7 Establecimiento del problema 1.2.2.3 Evaluar experimentalmente la alternativa seleccionada con la finalidad de fijar las condiciones de operación del proceso. 1.2.2.4 Determinar el aprovechamiento agrícola del material tratado en función de sus propiedades físicas, químicas y biológicas. 1.2.2.5 Evaluar la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto con la finalidad de verificar un desarrollo sostenible. 1.3 JUSTIFICACIÓN Toda actividad humana, urbana, recreativa , agrícola, ganadera, o industrial va acompañada de una inevitable generación de desechos y desde ese entonces el hombre siempre ha buscado la manera de darles una salida o disposición para evitar la generación de focos infecciosos y problemas graves de contaminación ambiental Por lo general el tratamiento que se les da a los desechos, consiste en la disposición de los mismos en rellenos sanitarios y/o botes de basura, los cuales están colapsados en su mayoría. En la búsqueda del desarrollo sostenible, donde se persigue lograr un equilibrio entre las actividades humanas y el medio ambiente se hace cada vez más necesario valorizar las enormes cantidades de desechos. Es realmente necesario que se tenga una visión más amplia de este problema, y no ver a los desechos como el final de una cadena, sino como el comienzo de otras, a partir de las cuales se va a obtener un beneficio económico ambiental y social. Actualmente la Universidad de Carabobo presenta un problema de contaminación del aire, aguas y suelo por la inadecuada manipulación y disposición de los desechos vegetales de jardinería, lo cual genera un impacto ambiental negativo que afecta directamente a la comunidad universitaria, vecinos de la zona y el medio ambiente. Por lo tanto el desarrollo de un trabajo de investigación científico para el bioaprovechamiento de los desechos vegetales de jardinería de la U.C representa una alternativa viable para la 8 Establecimiento del problema transformación de estos desechos y permite abrir un camino para el desempeño de esta tendencia conservacionista que va impulsando el mundo actualmente. Se hace necesario resaltar, que este proyecto servirá de referencia tanto a trabajos de investigación, como fuente de consulta y un punto de partida a futuras investigaciones científicas dentro del campo incipiente del desarrollo sustentable y la conservación ambiental; específicamente en el área de las biotratamientos. Evidentemente, esta investigación mejorará el proceso de comprensión y aplicación de tratamientos biológicos para la recuperación y reutilización de los desechos como puntos de partida de otras actividades de interés social, ambiental y económico, de tal manera que permita aportar algunos conocimientos fundamentales para generar egresados competitivos a los grandes cambios en los cuales está orientada la especialización de la Maestría en Ingeniería de Ambiental. Por otra parte se justifica este estudio por representar una solución a una problemática de desechos existente, así como también intensificar y motivar las investigaciones direccionadas a las mejoras y avances de nuestra máxima casa de estudios generando por consiguiente un aporte a la sociedad y a la investigación; Adicionalmente con esto la Universidad de Carabobo en función de su política ambiental protegerá el patrimonio universitario, a todos los trabajadores y el medio ambiente contra daños a la salud o deterioro que pueda causar accidentes de trabajo, enfermedades ocupacionales y contaminación del medio ambiente. 1.4 LIMITACIONES Y ALCANCE En la realización de este trabajo se limitará solo al tratamiento de los desechos vegetales de jardinería de la Universidad de Carabobo núcleo Bárbula, en el cual se realizarán un número reducido de experimentos y repeticiones debido a lo elevado de los costos de montaje. Así mismo para la caracterización de la materia orgánica tratada se 9 Establecimiento del problema aplicarán los análisis pertinentes para la caracterización de la materia orgánica por un solo método en un solo laboratorio, debido a la carencia de ciertos reactivos y lo costoso que sería obtener los mismos. Por otra parte las variables y parámetros de control del proceso serán monitoreadas por sistemas e instrumentos portátiles de medición directa; por lo tanto las mediciones deberán realizarse diariamente y no se podrá tener el registro de las variaciones a lo largo de un día, por lo tanto los cambios en las condiciones entre el transcurso del día no podrán ser reflejados para un seguimiento minucioso del proceso. Sin embargo tomando en consideración todo lo anteriormente expuesto y aplicando una secuencia lógica de ciertos pasos y actividades de acuerdo a la metodología planteada; este trabajo persigue proponer un sistema de bioaprovechamiento de los desechos vegetales de jardinería que mejor se adapte de acuerdo a las necesidades internas de la U.C Estos factores y condiciones se toman en cuenta para el proceso a escala piloto, sin embargo no se determinará el efecto que conlleva el aumento de los volúmenes manejados de desechos en otras palabras el escalamiento industrial del proceso. 10 II. MARCO REFERENCIAL A continuación se presentan los fundamentos, conceptos y principios teóricos que sirven de apoyo técnico bibliográfico para el desarrollo de cada uno de los objetivos planteados en la presente investigación así como el aspecto legal relacionado con el área de estudio 2.1 ANTECEDENTES CAMPOS, M y LUGO S (1998). Evaluación de los proyectos de compostaje en el Ecuador. Fundación Natura - REPAMAR - CEPIS - G.T.Z. El objetivo general planteado en este trabajo fue evaluar las condiciones generales de los proyectos de compostaje existentes en el Ecuador mediante un análisis de las experiencias y el establecimiento de estrategias para la aplicación de los mismos. Esta investigación permitió concluir que el proceso de compostaje: disminuye los niveles de contaminación que producen los residuos orgánicos por el proceso natural de descomposición, el cual genera gas metano, proliferación de vectores transmisores de enfermedades y roedores. Utiliza de una manera ambientalmente segura los residuos orgánicos, aumenta las posibilidades de producción de viveros y jardines en zonas urbanas o poblaciones en proceso de crecimiento que no cuentan con terrenos fértiles para ello. CONDE, M y GUERRA, M (2000). Obtención de un abono orgánico a partir de los lodos biológicos provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales de alimentos Kraft de Venezuela C.A. Universidad de Carabobo. El objetivo general planteado en este trabajo fue obtener un abono orgánico a partir de los lodos biológicos de la planta de tratamiento de aguas residuales de una empresa de productos alimenticios, a través de la aplicación de un proceso biológico de estabilización. 11 Marco Referencial Entre sus principales conclusiones se destacan: el compostaje es un tratamiento biológico favorable para la obtención de un abono orgánico a partir de lodos biológicos de una planta de tratamiento de aguas residuales. El sistema de pilas volteadas con una infraestructura de piso con techo es adecuado para pequeños volúmenes de desechos a compostear. Las materias primas más apropiadas para el proceso de compostaje desde el punto de vista de adquisición, costo y compostabilidad son la grama y las verduras conjuntamente con el lodo de la planta. La temperatura, humedad y tamaño de las partículas son las características con mayor influencia en el proceso de compostaje. LAMPURLANÉS, X y GADEA, E (2000). Plantas de compostaje para el tratamiento de residuos: riesgos higiénicos. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. España. El objetivo principal planteado en este trabajo fue evaluar las características de un sistema de compostaje para el aprovechamiento de residuos sólidos. Entre las conclusiones presentadas se destacan: la temperatura en el proceso de compostaje está en un intervalo de (40 -70) ºC. Los residuos a compostear deben tener una humedad entre un rango de (40-60)%. En el proceso se manifiesta una progresiva alcalinización del medio (pila de compost). La relación carbono/nitrógeno más adecuada para el compostaje es de 25-35. . MADERO, G (2001). Evaluación del proceso de compostaje a partir de residuos de la industria azucarera. Universidad Central de Venezuela. El objetivo principal planteado fue evaluar el proceso de compostaje utilizando subproductos de la industria azucarera. 12 Marco Referencial Entre sus principales conclusiones se destacan: la factibilidad de elaborar compost a partir de los residuos de la industria azucarera. La humedad se mantuvo a un nivel inferior al 40%, estableciéndose una descomposición aeróbica lenta, por la poca actividad microbiana. La poca actividad microbiana provocó un retardo en las diferentes etapas del compostaje. Hubo una depresión por déficit hídrico de la actividad de los microorganismos responsables del proceso, a pesar de los riegos aplicados y las precipitaciones ocurridas. COLOM, G (2001). Evaluación de las características del proceso de compostaje para el aprovechamiento de los residuos orgánicos. Universidad de Monterrey. México. El objetivo general planteado en este trabajo fue evaluar las características del proceso de compostaje para el aprovechamiento de los residuos orgánicos. Entre sus principales conclusiones se destacan: las temperaturas en el proceso de compostaje del intervalo de (35-55) °C son óptimas para conseguir la eliminación de patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas. El nivel óptimo de humedad está en un intervalo del (40-60)%, pero pueden cambiar si los materiales son más o menos fibrosos o compactos. La relación carbono/nitrógeno más adecuada para el compostaje es de 25-35. La variación de pH a lo largo del compostaje es amplia en un intervalo de pH ( 5-8). . GUTIERREZ, A y TALLABO, E (2002) Alternativas para el tratamiento y disposición de los lodos provenientes de la planta Dr. Lucio Baldó Soulés de Hidrocentro. Universidad de Carabobo Proponer alternativas de tratamiento y disposición de los lodos provenientes de la planta de tratamiento de agua Dr. Lucio Baldó Soulés de Hidrocemtro. Entre sus principales conclusiones se tiene que el lodo de la planta estudiada presenta valores altos de potasio y materia orgánica con respecto a los límites de interpretación de suelos, mientras que el nitrógeno esta dentro de rango pudiéndose 13 Marco Referencial emplear como aditivo del suelo. Por otro lado es posible tratar desechos mediante digestores anaeróbicos para la producción de biogás. 2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1 PROBLEMÁTICA DE LOS RESIDUOS Los residuos han existido desde siempre, pues la simple actividad humana ya los genera. Lo que está ocurriendo en los últimos tiempos, es que todos los países que se vieron inmersos en la tendencia de “producir más, consumir más,” se han encontrado antes o después frente a un problema preocupante: “la eliminación de los residuos” (Acosta, 1991). Si toda la actividad humana, urbana, agrícola, ganadera o industrial genera residuos y su producción es inevitable, deben ponerse en práctica algunas medidas orientadas a evitar estos inconvenientes, ya que al no darles una salida adecuada, pueden generar focos de infección, contaminación y originar graves problemas. Por lo que se ha de intentar una visión más amplia de este problema y no ver a los residuos como el final de una cadena, sino como el comienzo de otras, a partir de las cuales, se le va a obtener un beneficio (Acosta, 1991). Las grandes cantidades de desechos que se producen, llevan a visualizar que la utilización de los mismos en la actividad agrícola, contribuiría al ciclaje de nutrimentos, con la consecuente revalorización del residuo, por despojarlo de su carácter contaminante. Además aportarían al suelo, materiales orgánicos que cumplan básicamente dos funciones: suministrar nutrimentos para los cultivos vía mineralización y mantener el “pool” de organismos del suelo, vía humificación (Rivero, 1998). La degradación de suelos, en general, es un proceso que causa mucha preocupación ya que este recurso es la base del desarrollo agrícola y cualquier práctica destinada a preservar su calidad está plenamente justificada. La mayoría de los suelos tropicales tienen 14 Marco Referencial contenidos bajos de materia orgánica, debido a las altas temperaturas y rápidas tasas de descomposición. Por lo tanto, hay que hacer el esfuerzo que sea necesario para conservar la poca materia orgánica existente y por consiguiente mantener la productividad de los suelos. Es decir, la conservación de materia orgánica debería considerarse como uno de los objetivos principales del manejo de residuos (Rivero, 1998). La utilización de compost busca maximizar el uso de materiales orgánicos de desechos disponibles localmente para la agricultura, ya que la incorporación de estos materiales aumenta la materia orgánica del suelo y en consecuencia, mejora la retención de humedad, la trabajabilidad y la resistencia a la erosión (García, 1997). DEFINICIÓN DE RESIDUOS Se definen como residuos, aquellas materias generadas en las actividades de producción y consumo que no han alcanzado, en el contexto en que se producen, ningún valor económico. Ello puede deberse tanto a la falta de tecnología adecuada para su aprovechamiento, como a la inexistencia de un mercado para los productos (Acosta, 1991). Clasificación de los residuos La clasificación de los residuos admite varios enfoques y la consideración de distintos parámetros. Para la clasificación, se consideran entre otros parámetros: origen o actividad emisora, toxicidad y peligrosidad, tamaño, naturaleza química de los materiales emisores, parámetros fisicoquímicos en general. La clasificación se presentará, en este caso, de acuerdo a la naturaleza química de los materiales emisores y aquellas actividades que generan residuos con neto predominio de materiales orgánicos. La clasificación por la naturaleza química permite establecer dos categorías de residuos: residuos inorgánicos o abiógenos y residuos orgánicos o biógenos. 15 Marco Referencial a)Residuos inorgánicos: Incluye todos aquellos residuos de origen mineral y sustancias o compuestos sintetizados por el hombre. Dentro de esta categoría se incluyen habitualmente metales, plásticos, vidrios, etc. Desechos provenientes de agrotóxicos, agroquímicos, fitosanitarios y agroveterinarios, los cuales son en su mayoría de origen sintético y con un gran efecto residual (García, 1997). b)Residuos orgánicos: Se refiere a todos aquellos que tienen su origen en los seres vivos, animales o vegetales. Incluye una gran diversidad de residuos que se originan naturalmente durante el “ciclo vital”, como consecuencia de las funciones fisiológicas de mantenimiento y perpetuación o son producto de la explotación por el hombre de los recursos bióticos (García, 1997). Composición de los residuos Los residuos están constituidos por un conjunto de materiales muy heterogéneos que se agrupan en categorías para darles cierta homogeneidad, y pueden variar según los objetivos que se persigan en su clasificación. En general, todos ellos están agrupados en tres categorías: inertes, fermentables y combustibles (Acosta, 1991). 2.2.2.TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS PARA RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS Los tratamientos de desechos sólidos nacen por la necesidad de búsqueda de alternativas tecnológicas de estabilización, basadas en procesos biológicos, que permitan un mayor aprovechamiento de los desechos sólidos de una forma más ecológica. Estas tecnologías están basadas en el reciclaje, dicho concepto se aplica a aquellos desperdicios que tienen un uso comercial directo, entre ellos tenemos materiales celulósicos, plásticos y metálicos, y que en este contexto abarcaría igualmente la fracción orgánica de la basura, que en un relleno sanitario no se le deriva ningún beneficio, sino que precisamente es ésta 16 Marco Referencial la que origina el deterioro y colapsamiento de los sitios de disposición de la misma (Conde, 2000). Las tendencias de los procesos biológicos se presentan en dos grandes alternativas prácticas, la digestión aerobia o compostaje, la digestión anaerobia o tecnología del biogas y otras alternativas, como la fermentación de uso por ahora para sustratos específicos y aquellas que tienen una aproximación más agropecuaria como el ensilaje o la henificación. Dichos tratamientos pueden observarse en la figura 2.1 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS PARA RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS Ensilaje Digestión Fermentación Compostaje (Digestión Fuente: (Taylhardat, 1998). Figura 2.1 Tratamientos biológicos factibles de aplicar a la materia orgánica Procesos biológicos aerobios (Terence, 1991). Los procesos de digestión aerobia son menos susceptibles que los sistemas anaerobios. Un proceso aerobio ofrece muchas vías biológicas y numerosos organismos diferentes que pueden ser empleados en la oxidación de materiales orgánicos complejos. Por esta razón es menos probable que los sistemas aerobios sean perturbados por sustancias tóxicas. La mayoría de los residuos orgánicos pueden ser sometidos a un proceso biológico de estabilización conocido como compostaje. Este puede ser considerado un proceso de disposición de los residuos orgánicos, ya que es posible, bajo algunas circunstancias, vender el lodo proveniente del tratamiento de aguas residuales compostado. Como regla 17 Marco Referencial general, sin embargo, el mercado para el compost es menor que el abastecido, por lo tanto la mayor parte se dispone en los rellenos sanitarios. El compostaje de lodos de aguas residuales es menos complejo que el compostaje de basura municipal general, ya que sus características y tamaño de partículas son relativamente uniformes. El proceso involucra una descomposición termofílica aeróbica de una parte del contenido orgánico con una reducción en el numero de patógenos. El lodo debe estar en una condición sólida, con un contenido de humedad inferior a 60% pero mayor a 40%. Esto requiere tratamiento previo o adición de un material sólido tal como trozos de madera o llantas trituradas. Procesos biológicos anaerobios (Terence, 1991) Los procesos de digestión anaerobia proporcionan ciertas ventajas sobre los sistemas aerobios. Los procesos anaerobios no requieren suministro de oxígeno y aunque la mezcla es conveniente, la intensidad requerida no es particularmente alta. Además, los procesos anaerobios producen metano que puede ser usado como una fuente de energía dentro de la planta de tratamiento. Por otro lado, el líquido separado de los sólidos después de digestión anaerobia es de peor calidad que el obtenido en sistemas aerobios, sin embargo, puede ser utilizado como fertilizante líquido y produce un abono orgánico, que es el resultado sólido de la descomposición anaerobia de los desechos orgánicos. Los procesos anaerobios son limitados por algunos diseñadores a causa de su alto costo inicial, la susceptibilidad reportada a perturbaciones biológicas y la complejidad mecánica. Su escogencia en una circunstancia dada debe basarse en costos estimados y problemas operacionales anticipados. 18 Marco Referencial 2.2.3.DEFINICIÓN DE ABONO O COMPOST La palabra Compost viene del latín componer (juntar). Se considera abono o compost a cualquier material que si se añade al suelo producirá un mejor desarrollo de las plantas. El compost cumple importantes funciones en la vida del suelo, tales como: entregar al suelo nutrientes, mejorando su estructura, textura, aireación y la capacidad de retención de agua, por ejemplo al mezclar el compost con suelos arcillosos estos aumentan su porosidad y se transforman en suelos livianos, en cambio en suelos arenosos aumenta la capacidad de retención de agua. También el compost permite controlar la erosión, se aumenta la fertilidad del suelo y se genera un aumento en el arraigamiento de las plantas (García, 1997). Entre las características del compost se cuentan: • Su color es oscuro, casi negro. • Tiene una gran capacidad de retención de agua. • Su olor es agradable parecido al de la tierra húmeda • Actúa como mejorador del crecimiento de las plantas. • Agrega elementos esenciales al suelo y no nitrifica ni acidifica el terreno como suele ocurrir con el uso de fertilizantes químicos. Además presenta las siguientes ventajas: • Disminuye las necesidades de materia orgánica de los suelos y contribuye a su recuperación. • Reduce la tasa de ocupación de los rellenos sanitarios, al darles un destino útil a parte de los residuos. • Es una alternativa para las necesidades del sector agrícola y comercial en el campo de los productos que aportan materia orgánica a los suelos. • Optimiza los recursos existentes en cada zona al aprovechar los residuos que se producen en ellas. 19 Marco Referencial Fabricar compost es una manera práctica, conveniente y “ecológica” de transformar los residuos sólidos orgánicos en un recurso útil como mejorador de suelos y, de paso, contribuir a la reducción de los residuos que van a los rellenos sanitarios, con lo cual se logra aumentar la vida útil de estos últimos. Los residuos sólidos depositados en un relleno sanitario se descomponen muy lentamente porque en el proceso aislado del aire consumen rápidamente el oxígeno existente, generándose una fase de descomposición en ausencia de oxígeno (descomposición anaerobia), en la que se produce la transformación del carbono contenido en la materia orgánica en gas metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) los que se difunden a la atmósfera y en parte son responsables del efecto invernadero y del calentamiento global (Rivero, 1998). 2.2.4. COMPOSTAJE La introducción al suelo de materiales frescos o con un grado de transformación incompleta, debe ser vista con cierta reserva, en virtud de posibles efectos detrimentales, derivados de la presencia en dichos materiales, de compuestos o elementos tóxicos o contaminantes, entre los cuales señalan los siguientes (Rivero, 1998): • Ácidos de bajo peso molecular. • Formas disponibles de metales pesados. • Compuestos químicos alelopáticos. • Microorganismos patógenos de plantas y animales, pudiendo producir cambios en las poblaciones autóctonas del suelo. La posibilidad de ocurrencia de estos efectos adversos, ha llevado al convencimiento de que es necesario un tratamiento previo del residuo a utilizar, con la finalidad de garantizar la producción de materiales orgánicos de alta estabilidad, los cuales presentan menos efectos dañinos sobre las características del suelo (Rivero, 1998). Entre las alternativas, el compostaje es considerado un tratamiento no costoso y eficiente energéticamente para la disposición de los desechos sólidos (Carrillo, 1993). Es 20 Marco Referencial una tecnología que posibilita el aprovechamiento agrario de los residuos urbanos orgánicos, dado que se obtiene un producto orgánico estable exento de patógenos y con olor característico (Cuadros, 1985). Este proceso disminuye la dependencia de fertilizante minerales debido a que se producen fertilizantes orgánicos (Kiehl, 1980). En vista de esto, su eficiencia económica se basa en tres aspectos: obtención de incrementos en la cosecha, disminución de gastos en fertilizantes químicos y protección del ambiente (Perozo, 1996). El compostaje es la descomposición o degradación de los materiales de desechos orgánicos por una población mixta de microorganismos en un ambiente cálido, húmedo y aireado. Como resultado, aumenta la temperatura de la pila, acelerando por tanto el proceso básico de degradación natural, que normalmente ocurre con lentitud. Es esencialmente una reorganización biológica de la fracción de carbono de la materia orgánica (Terence, 1991). Durante este proceso, los microorganismos toman humedad, oxígeno del aire y alimento del material orgánico; luego emiten dióxido de carbono, agua y energía, se reproducen y finalmente mueren. Como resultado, una pila de material a compostar pasa a través de una fase de calentamiento, un pico de temperatura, una fase de enfriamiento y una fase de maduración (García, 1997). Por lo tanto, se puede definir el compostaje como un proceso bioxidativo controlado, en el que intervienen numerosos y variados microorganismos, que requiere una humedad adecuada y sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido. Esto implica el paso por una etapa termofílica y una producción temporal de fitotoxinas, obteniéndose como productos de los procesos de degradación, dióxido de carbono, agua y minerales, así como una materia orgánica estabilizada, libre de fitotoxinas y dispuesta para su empleo en la agricultura (Acosta, 1991). El compostaje debe tener como resultado un producto estabilizado, con un alto valor fertilizante para ser empleado en la agricultura; tiene que ser de fácil manipulación y 21 Marco Referencial almacenamiento, y su empleo no debe provocar efectos adversos (Acosta, 1991). En tal sentido, muchos países están realizando profundos estudios relativos a la posibilidad de compostar desechos de diferente origen, con la finalidad de obtener un producto que se pueda utilizar en la agricultura. El problema no se resuelve fácilmente ya que las fermentaciones realizadas incorrectamente generan compost de mala calidad (Perozo, 1996). 2.2.5. ORGANISMOS QUE INTERVIENEN EN EL COMPOSTAJE La pila de residuos a compostar va a formar un microhábitat con características muy diferentes del entorno, lo que propicia la aparición de organismos especialmente adaptados a esas condiciones, que serán clasificados según el nivel en el que se encuentren de la red trófica (Rivero, 1998): Consumidores Primarios: Son aquellos que consumen directamente materia orgánica muerta, tales como: • Bacterias: Son los organismos más pequeños, numerosos y los primeros en comenzar el trabajo. Desempeñan el papel más destacado en la descomposición de la materia, ya que poseen una amplia gama de enzimas capaces de romper químicamente una gran variedad de compuestos orgánicos. Son organismos unicelulares con formas variadas, los cocos poseen forma de esfera, los bacilos de bastón y las espirillas y espiroquetas forma de espiral. • Hongos: Menores en número que las bacterias o actinomicetos, pero con mayor masa. Son responsables de descomponer polímeros vegetales complejos, demasiado secos, ácidos o pobres en nitrógeno para ser descompuestos por bacterias, permitiendo a éstas continuar el proceso de descomposición una vez que la mayor parte de dichos polímeros han sido degradados. La mayoría viven en las capas externas del compost cuando la temperatura es alta, creciendo en forma de 22 Marco Referencial filamentos, formando colonias blancas o grises de textura aterciopelada en la superficie de la pila. • Actinomicetos: Proporcionan el olor característico a tierra, ya que son especialmente importantes en la formación del humus. Son bacterias filamentosas, carecen de núcleo como las bacterias pero poseen filamentos multicelulares como los hongos, lo que los hace muy similares. Sus enzimas les permiten romper químicamente residuos ricos en celulosa, lignina, quitina y proteínas y con frecuencia producen antibióticos que inhiben el crecimiento bacteriano. Poseen forma alargada con filamentos que se extienden como telas de araña grises y suelen aparecer al final del proceso de descomposición en los primeros 10-15 centímetros de la superficie de la pila. • Protozoos: Son animales unicelulares que se encuentran en las gotas de agua presentes en el residuo a compostar. Su importancia en la descomposición es muy escasa, obtienen su alimento de la materia orgánica de la misma manera que las bacterias, aunque pueden actuar también como consumidores secundarios ingiriendo hongos y bacterias. • Macroorganismos fermentadores: Son organismos visibles que consumen la materia orgánica directamente, tales como lombrices, moscas, ácaros de fermentación, cochinillas, caracoles, limacos, etc. Son más activos en las etapas finales del compostaje. Consumidores secundarios: Son macroorganismos que se alimentan de los anteriormente citados consumidores primarios. Dentro de este grupo se pueden nombrar tijeretas, ácaros de molde, rotíferos, protozoos, escarabajos, nemátodos y gusanos planos de tierra. Consumidores terciarios: Son aquellos que se alimentan de materia orgánica viva, tanto de consumidores primarios como secundarios. En este grupo se encuentran las arañas, seudo escorpiones, ácaros predadores, ciempiés, hormigas y escarabajos. 23 Marco Referencial 2.2.6. FACTORES CRÍTICOS QUE DEBEN CONTROLARSE DURANTE EL COMPOSTAJE DE RESIDUOS ORGÁNICOS Debido a que el compostaje es un proceso de conversión microbiológica de materia prima orgánica (residuos orgánicos) en humus estable y suelo enriquecido, donde se requiere de las mejores condiciones internas y externas para el crecimiento y desarrollo de los microorganismos, se hace indispensable que exista un manejo adecuado de los “factores críticos” del proceso (Acosta, 1991). Los factores críticos corresponden a: • Tamaño de partículas (Granulometría) • Humedad • Aireación • Temperatura • pH • Relación carbono/nitrógeno • Tiempo • Período de estabilización 2.2.7. ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE La fase inicial dura alrededor de 1 a 7 días. En este punto se ha iniciado la actividad degradativa por hongos y bacterias mesófilas sobre materia orgánica fácilmente degradable, tal como azúcares, almidón y proteínas; luego en la Fase II o fase termofílica, ocurre la digestión de la celulosa y hemicelulosa y por último se lleva a cabo la Fase III de estabilización, en la que disminuye la temperatura conjuntamente con la tasa de descomposición microbiana (Acosta, 1991). La destrucción de organismos patógenos es un elemento importante de diseño en el proceso de compostaje, porque afectará el perfil de temperatura y al proceso de aireación. 24 Marco Referencial La tasa de mortalidad de los patógenos depende del tiempo y de la temperatura; la mayoría de los patógenos serán destruidos rápidamente cuando todas las partes de la pila estén sometidas a una temperatura de aproximadamente 55 ºC. Sólo unos pocos pueden sobrevivir a temperaturas de hasta 67 ºC durante un corto período de tiempo. Se pueden eliminar todos los patógenos existentes dejando el material que está fermentándose a una temperatura de 70 ºC durante 2 horas (Acosta, 1991). Fuente: Rivero, 1998 Figura 2.2 Fases de maduración del compost 2.3 MARCO LEGAL La declaración de la política ambiental representa un compromiso con la mejora continua y prevención de la contaminación. El cumplimiento de los requisitos legales así como otros requerimientos corporativos Por lo tanto se hace referencia a la normativa ambiental venezolana relacionada a los desechos sólidos no peligroso y demás leyes y reglamentos para el control de y disposición de los mismos (ver apéndice C). Se pretende plantear de forma jerarquizada la política ambiental para manejo de estos desechos sólidos referido a los no peligrosos ( caso particular desechos vegetales); sin pretender hacer una descripción exhaustiva de la normativa ambiental, ni definiciones precisas sobre la aplicación de principios legales al ambiente, y menos aún, pretender constituir fuente de asesoramiento legal. 25 III. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN En esta sección se muestran los procedimientos y etapas que se lleva a cabo para el diseño de un sistema para el bioaprovechamiento de los desechos de jardinería de la Universidad de Carabobo. A continuación se hace mención del tipo de experimentación y posteriormente se enuncian en un esquema detallado, de acuerdo a cada objetivo específico desarrollado para este anteproyecto. 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN (Barreras, 2003). El proyecto que se desarrolla busca elaborar una propuesta de un sistema donde sea factible el tratamiento para el bioaprovechamiento de los desechos de jardinería de la Universidad de Carabobo núcleo Bárbula, por lo tanto será necesario la medición, aplicación y modificación de ciertos parámetros que permitan definir las condiciones de trabajo para el mayor aprovechamiento energético del desecho; en este se pretende plantear el método y técnica a seguir así como los beneficios sociales ambientales y económicos que genera la propuesta. Por lo tanto de acuerdo al propósito de la investigación esta se considera como Proyectiva. La realización de ensayos a escala piloto de diferentes tratamientos donde se lleva acabo la manipulación de factores a distintos niveles y variables en condiciones de estricto control, con el fin de medir el efecto de los cambios inducidos sobre el sistema de descomposición controlada, trae como consecuencia que desde el punto de vista del diseño de la investigación se clasifique como Experimental. 3.2 PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO Para lograr la materialización del estudio del diseño de sistema antes mencionado, se procederá al logro de los objetivos planteados, siguiendo una secuencia lógica de los 26 Metodología de la Investigación mismos y aplicando los métodos necesarios que conllevan a la realización de ciertas actividades. 3.2.1 Determinación de las características cuantitativas y cualitativas de los residuos vegetales Para la determinación de las cantidades y características físicas y químicas de los residuos vegetales primeramente se procederá a cuantificar durante un período de 6 meses las cantidades de materia vegetal que se genera en la Universidad de Carabobo núcleo Bárbula, (UC-NB) se identificaran las áreas y sectores generadores de desechos de jardinería y se llevará un conteo semanal de los camiones transportadores de estos desechos en cada localidad para la estimación de las cantidades volumétricas de estos residuos vegetales. Así también se identifican los tipos de desechos según la tabla 3.1; para posteriormente realizar los análisis de caracterización física y química; por tratarse de elementos puros de origen natural y no de elementos provenientes de un proceso industrial, las composiciones y características más relevantes serán tomadas de la bibliografía y de ser necesario se aplicarán pruebas y análisis de laboratorio. Tabla 3.1 Clasificación de los desechos de jardinería en la UC Núcleo Bárbula para objeto de estudio Tipo de desecho A B C Especies que lo conforman Principalmente conformado por restos de poda del césped y maleza y restos de poda de las planta verdes pequeñas Conformado por hojas secas Principalmente conformado pos ramas y restos del roleado del árbol caído Para esta etapa inicial de la investigación se llevó el registro de una serie de valores, para lo cual se utilizaron instrumentos de recolección de datos, los cuales se pueden apreciar en las tablas 3.2 y 3.3 27 Metodología de la Investigación Tabla 3.2 Cantidades volumétricas de los desechos de jardinería de acuerdo el tiempo establecido Semana Mes Año Tipo A Volumen en m3 Tipo B Tipo C 1 2 3 4 n Tabla 3.3 Propiedades fisicoquímica de los desechos generados Tipo de desecho Densidad húmeda dh (kg/L) Densidad Densidad Humedad seca aparente M (%) ds (kg/L) da(kg/L) Potencial de hidrógeno pH Conductividad µ (ns) A B C 3.2.2 Selección del tratamiento y la técnica de aplicación para bioaprovechamiento de los desechos vegetales más adecuada para implantar en la U.C. Para selección del tratamiento y técnica más adecuado para aplicar a los desechos; se procedió a realizar una revisión bibliográfica en las fuentes de información disponibles que aporten de alguna manera las tecnologías existentes en el tratamiento de estos desechos para posteriormente realizar una comparación mediante la aplicación de una matriz de selección con la finalidad de escoger la mejor alternativa; así mismo una vez determinado el tratamiento a aplicar se plantearán varias técnicas de aplicación del método seleccionado; y se seleccionará la que más se adapte, aplicando nuevamente un proceso de selección mediante las matrices de decisión. 28 Metodología de la Investigación El instrumento para la aplicación de la selección del tratamiento y la tecnología esta representado en la tabla 3.4 y tabla3.5 respectivamente. Donde para el tratamiento se plantea tratamiento Aerobio (A-1) y tratamiento Anaerobio (A-2); una vez seleccionado se plantean tres técnicas del respectivo tratamiento Tabla 3.4 Matriz de selección para el método o tratamiento biológico Ponderación de Importancia (%) Criterios Puntuación en cada criterio (1-10)Adim A-1 A-2 Bajos costos de operación y control Aprovechamiento del producto final Inversión inicial baja Aplicabilidad a la materia orgánica a tratar Poca superficie operativa Total de puntuación ponderada Tabla 3.5 Matriz de selección para la tecnología de compostaje a aplicar Criterios Ponderación de importancia (%) Puntuación en cada criterio (1-10)Adim A-1 A-2 A-3 Bajos costos de operación y control Inversión inicial baja Alta velocidad de descomposición. Buena eficiencia. Poca superficie operativa Total de puntuación ponderada 29 Metodología de la Investigación 3.2.3 Evaluación experimental de la alternativa de tratamiento y disposición seleccionada con la finalidad de fijar las condiciones de operación del proceso. La evaluación experimental se planificará de forma tal , que se reunirá la información que se requiere del problema planteado; aplicando una secuencia lógica de pasos que garantizarán que los datos que se obtendrán hagan posible un análisis objetivo, el cual permitirán llegar a interpretaciones concretas. Para la realización del tratamiento biológico de los residuos vegetales se evaluaron algunas condiciones de montaje de los experimentos de acuerdo a un proceso de tormenta de ideas y evaluaciones desarrolladas previamente por otros investigadores de la Universidad Central de Venezuela, Universidad de Carabobo y Organización Mundial de la Salud, donde se plantearon y definieron las unidades experimentales, dimensiones y forma de las mismas, arreglo y número de bloques, en las cuales se llevarán a cabo los distintos tratamientos. Se aplicará un diseño experimental con la finalidad de montar el menor número de experimentos donde se seleccionarán los factores críticos a estudiar en el proceso y se fijarán niveles de cada uno de esos factores. Así también se definirán las variables del proceso, las cuales se estudiarán y monitorearan permitiendo llevar el seguimiento del tratamiento aplicado; garantizando el desarrollo de los principios básicos del diseño experimental tales como la aleatorización, replicación y control local. La metodología del diseño del experimento, consta de cuatro fases principales: Planificación del experimento: En esta fase se define el equipo con el cual se va a contar para el desarrollo y ejecución del experimento, se fijarán las variables independientes y se establecerán los objetivos del mismo, con la finalidad de plantear una secuencia lógica de actividades y tareas; para el monitoreo y control del experimento. 30 Metodología de la Investigación Diseño de experimento: Este consistirá en el tipo de procedimiento experimental, donde se evaluó el número necesario de tratamientos que permita lograr los objetivos planteados de acuerdo con el tipo de investigación. Conducción del experimento: En esta fase se establecerán las condiciones en las cuales se realizará el experimento, población y muestra a la que se va a realizar la experimentación ; así como también los equipos a utilizar , se elaborarán los instrumento de recolección de datos donde se llevarán a cabo todas la anotaciones para llevar el monitoreo del proceso. Análisis de resultado del experimento: Donde se estudiarán e interpretarán los resultados obtenidos con la finalidad de identificar aquellos factores que tengan mayor influencia en el proceso y determinar a que condiciones se obtiene la mayor eficiencia del proceso en estudio. 3.2.3.1 PLANIFICACIÓN DEL EXPERIMENTO Formación del equipo de experimentación: El equipo de experimentación estará conformado por el autor de trabajo de investigación junto a su tutor Académico. Adicionalmente se contará con personal capacitado para realizar la estrategia metodológica, recolección y cuantificación del residuo, recolección de la data y análisis de las muestras. Este personal de apoyo que participa en el desarrollo de la investigación está conformado por: 1. Asesor metodológico: disponible en el Área de Postgrado de la Universidad de Carabobo 2. Técnicos en Laboratorios Químicos: disponibles en Laboratorios de la Escuela de ingeniería Química de la Universidad de Carabobo. 3. Personal de mantenimiento de los jardines: Disponibles en las empresas 31 Metodología de la Investigación contratadas por la UC para tales fines. 4. Asesor para la instalación y evaluación del experimento: Ingeniero Agrónomo disponible en el vivero de la Universidad de Carabobo 5. Licenciados en química: disponibles en el Centro de Investigaciones Químicas. 6. Asesor auxiliar en análisis estadísticos: disponible en la Universidad de Carabobo Establecimiento de los objetivos del experimento. El objetivo del experimento es determinar la interacción y efectos de algunas de las variables que afectan en el proceso de descomposición de materia orgánica vegetal mediante la técnica de compostaje, con el propósito de fijar las condiciones de operación que ofrezcan la mayor eficiencia con un alto grado de confianza Identificación de la característica de calidad o variable respuesta. Este es uno de los pasos más importante en la realización del experimento ya que mediante esta variable se podrá cuantificar la importancia y relevancia de un determinado tratamiento. Por medio de esta variable se podrá ponderar lo eficiente o desfavorable de un tratamiento en particular. Debido a que el proceso de compostaje tiene como principal objetivo descomponer la materia orgánica; la variable respuesta seleccionada fue la cantidad de materia orgánica degradada., tomando como intervalo de tiempo la fase inicial y final de cada tratamiento. Definición y Selección de las variables Para la aplicación del diseño de experimento factorial será necesario el establecimiento de las variables y factores. Se fijan las variables independientes de acuerdo de acuerdo con el propósito de la investigación y los antecedentes que la preceden. Tales variables serán el Aislamiento, la Recolección de Lixiviados y la Bioaumentación, a cada 32 Metodología de la Investigación uno de estos factores se les fijará varios niveles; con la finalidad de realizar un amplio estudio en cuanto a la influencia de estos factores y las posibles interacciones entre los mismos con respecto a la degradación de la materia orgánica Así también se tendrán variables como Temperatura, Humedad de la materia orgánica, Características Fisico-Químicas tales como pH, conductividad; las cuales serán medidas para llevar a cabo el monitoreo y seguimiento del proceso de degradación . Las variables tales como temperatura ambiente, uniformidad de las características de la materia a utilizar para cada tratamiento, los efectos climatológicos tales como lluvias, vientos, puestas de sol, serán considerados como factores fijos de ruido y para minimizar sus efectos se aplicarán cada uno de los tratamientos en un mismo espacio y tiempo, con la finalidad de que las variaciones que estos generen sean de igual magnitud para cada uno de los tratamientos disminuyendo de esta forma los errores experimentales. 3.2.3.2 Diseño del experimento Selección y asignación del diseño a emplear Para evaluar los efectos sobre la variable respuesta (Degradación de la Materia Orgánica) de cada uno de los factores y las interacciones de cada uno de ellos será necesario plantear un diseño de experimento que permita analizar cada una de estas situaciones. Por lo tanto una vez realizada la revisión de los diversos métodos de diseño de experimento existentes (ver apéndice C), se fijará aquel que mas se ajuste a los objetivos perseguidos en este análisis y proporcione la mayor cantidad de información significativa para sacar conclusiones relevantes del estudio. Por lo tanto, de acuerdo a la finalidad del experimento y en busca de un ensayo que permita el estudio global de cada uno de los factores con sus interacciones , se realiza un conjunto de experimento regidos por un diseño multifactorial 2K de efectos cruzados, donde k representa el número de factores escogidos y 2 el número de niveles de los factores experimentales que se seleccionaron. En cuanto a las especificaciones del experimento se 33 Metodología de la Investigación define un número de 3 réplicas por tratamiento, con la finalidad de disminuir los errores experimentales y poder realizar un análisis estadístico. En la tabla 3.6 se muestran los factores y niveles que se tomaron en cuenta para el para el tratamiento del desecho vegetal. Tabla 3.6 Factores y niveles que se tomaron en cuenta para el tratamiento del desecho vegetal FACTOR Símbolo del factor Aislamiento de la pila Recolección de Lixiviados Bioaumentación A B C NIVEL Código del nivel en número Código del nivel en letra 0% 100% 0% 100% 0% 100% -1 1 -1 1 -1 1 -a -b -c Por lo tanto en el diseño de experimento se tendrán 3 factores a dos niveles con tres réplicas lo que conlleva a un total de 24 experimentos, en la tabla 3.7 y la figura 3.1 se muestra el arreglo del esquema de los tratamientos conformados por las combinaciones de cada uno de los factores para sus dos niveles dentro del diseño de experimento. Tabla 3.7 Representación general del esquema del diseño de experimento para una réplica Tratamiento 1 2 3 4 5 6 7 8 A -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 B -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 C -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 Notación en yates (1) a b ab c ac bc abc Fuente: Montgomery, D (2002) 34 Metodología de la Investigación Con Bioaumentación Con recolección de lixiviados Sin Bioaumentación Con aislamiento de la pila Con Bioaumentación Sin recolección de lixiviados Sin Bioaumentación Compostaje de Materia Orgánica Con Bioaumentación Con recolección de lixiviados Sin Bioaumentación Sin aislamiento de la pila Con Bioaumentación Sin recolección de lixiviados Sin Bioaumentación Figura 3.1 Representación esquemática de los tratamientos a aplicar en el diseño de e x experimentos para una réplica 35 Metodología de la Investigación 3.2.3.3 CONDUCCIÓN DEL EXPERIMENTO Selección de la población y muestra La población para la cual es válida la investigación es el conjunto de desechos de jardinería de la UC-NB, la muestra será la cantidad en peso de materia a tomar para cada tratamiento lo cual será definido de acuerdo al tratamiento seleccionado. Planificación del experimento Descripción del experimento e instrumentos de recolección de datos El experimento consistirá en la elaboración de 24 pilas o camellones, cada uno de estos estará a unas condiciones específicas de acuerdo a las características de cada tratamiento según figura 3.4 con sus respectivas réplicas. Una vez instaladas las pilas comenzará a contabilizar el tiempo (días) con la finalidad de caracterizar la velocidad de descomposición; así mismo cada 3 días se le aplicará volteo manual a las pilas para asegurar la presencia de oxígeno y se medirán variables tales como, temperatura, humedad y pH; con el objeto de llevar un seguimiento de las mismas que en definitiva aportarán la información sobre el desarrollo y avance del proceso de degradación (ver capítulo II sección 2.2.6). La temperatura será tomada en el interior y en la superficie de la pila tomando cinco puntos distintos en cada una de ellas, para obtener en definitiva un valor promedio, el instrumento de recolección de datos para la temperatura y el tiempo se puede observar en la tabla 3.8 y para el pH en la tabla3.9 La variable humedad no solo será medida sino también controlada; con el propósito de garantizar que esta variable se encuentre dentro de rangos aceptables (40-60)% se procederá de ser necesario a la aplicación de dosis de agua; es importante resaltar que aquellas pilas donde el factor bioaumentación (C) se encuentre en el nivel activo (100%) las 36 Metodología de la Investigación primeras cuatro reposiciones de humedad se realizaran mediante la aplicación de un inóculo con la finalidad de aumentar la población microbiana en la etapa inicial de las mismas. El proceso de degradación se llevará a cabo hasta que la temperatura de las pilas se mantenga estable en valores similares a la temperatura ambiente, garantizando de esta forma el final de la actividad microbiana. Al final de la experimentación se deberán observar en la materia tratada características específicas que ayudarán a analizar e interpretar el proceso de descomposición de los distintos tratamientos. Se realizarán los análisis de materia orgánica final y serán comparados con los valores de materia orgánica inicial con lo que se podrá calcular la variable respuesta sustrayéndole la primera a la segunda y de esta forma obtener la totalidad de la Materia Orgánica Degradada (MOD) en cada pila. El instrumento de recolección de datos para la materia orgánica puede apreciarse en la tabla 3.10 para cada uno de los tratamientos y réplicas 37 Metodología de la Investigación Tabla 3.8 Datos de temperatura registrados durante el proceso de compostaje para el tratamiento (x) RÉPLICA (i) Temperatura Temperatura de Temperatura interna (X) interna (Ti)°C pared (Tp) °C promedio (Tip) °C FECHA T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 Para (x) =1 a 8 Para (i) = 1 a 3 Tratam. Temperatura de pared promedio (Tpp) °C 38 Metodología de la Investigación Tabla 3.9 Valores de pH registrados durante proceso de compostaje para los distintos tratamientos en estudio PARÁMETRO TRATAM. RÉPLICA 11/01/2006 14/01/2006 17/01/2006 20/01/2006 23/01/2006 26/01/2006 29/01/2006 01/02/2006 04/02/2006 07/02/2006 10/02/2006 13/02/2006 16/02/2006 19/02/2006 22/02/2006 25/02/2006 28/02/2006 03/03/2006 06/03/2006 09/03/2006 12/03/2006 15/03/2006 18/03/2006 21/03/2006 24/03/2006 27/03/2006 pH Adim 1 R1 R2 a b ab c ac bc R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 abc R2 R3 Metodología de la Investigación Tabla 3.10 Valores de materia Orgánica al final del proceso de compostaje Réplica 1 2 3 Número de Tratamiento tratamiento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Carbono Orgánico C.O % Materia Orgánica Final% Materia Orgánica Degradada M.O.D % (1) a b ab c ac bc abc (1) a b ab c ac bc abc (1) a b ab c ac bc abc Espacio Físico e instalación El tamaño de las pilas del residuo vegetal se fijará según las revisiones de material bibliográfico, consulta a expertos en el área y trabajos de investigación anteriormente realizados; todo esto en función de tratar una cantidad de material representativa para establecer un experimento a escala piloto. Las pilas conformadas por el residuo vegetal tendrán las dimensiones que muestra la figura3.2 40 0,50m Metodología de la Investigación 1, 0 0m 0,60m Figura3.2 Dimensiones de la pila para el tratamiento a escala piloto Es importante resaltar que entre cada tratamiento se fijaron pasillos libres 0,5 m para tener acceso y lograr la manipulación, monitoreo y control de las variables, por lo tanto de acuerdo a estas condiciones se requerirá un espacio físico total de 50m2 donde se llevará a cabo la aplicación de los 24 experimentos; es necesario destacar que aquellas pilas donde el factor aislamiento se encontraba activo (100%) se organizaron en bloque separado del resto, con el fin de que las paredes de aislamiento de éstas no afecten, debido a la proximidad, a aquellas donde este factor se encontrara inactivo (0%). La distribución de las pilas está establecida según muestra la figura 3.3 donde el bloque de la izquierda corresponde a todas aquellas pilas aisladas y el de la derecha las pilas sin este factor activo. Para el aislamiento se utilizó un material plástico resistente y flexible que rodea a cada una de las pilas en forma de paredes perimetrales. Para la recolección de lixiviados se utilizaron bandejas cuya forma y dimensiones se pueden observar en la figura figura3.4, estas fueron elaboradas en aluminio debido a la resistencia a la corrosión de este material y así evitar el deterioro y posible contaminación del proceso por partículas desprendidas o ionizadas. 41 Metodología de la Investigación 1,5 m 3(b) 15(bc) 13(c) 24(abc) 4(ab) 8(abc) 6(ac) 14(ac) 16(abc) 2(a) 12(ab) 21(c) 9(1) 19(b) 10(a) 20(ab) 24(ac) 22 (ac) 18(a) 7(bc) 11(b) 5(c) 23(bc) 4,00 m 1,00m 1,00m 5,50 m 5,50 m Figura3.3 Distribución de los distintos tratamientos para el ensayo a escala piloto del proceso de degradación de materia vegetal 1(1) 17(1) Metodología de la Investigación 1 ,0 0m 0,10m 1,00 m Figura3.4 Diseño de la bandeja para la recolección de lixiviados de los tratamientos Para la aplicación de bioaumentación se utilizó un inóculo, este procedimiento consiste en preparar un caldo de cultivo. Para ello se toma un recipiente de aproximadamente 200 litros. En el cual se introducen 5 litros de excretas de aves de corral frescas, 20 litros de estiércol bovino y 5 litros de suelo fértil se completa con agua y se mezcla. El recipiente debe permanecer en un sitio donde este sujeto a las mínimas variaciones térmicas. Luego de 48 h el inóculo puede ser aplicado. Cada vez que se retira un volumen de inóculo deberá ser repuesto por un volumen igual de agua más 0,25 kg de suelo fértil. De acuerdo a las condiciones citadas el inóculo puede rendir hasta 800 litros (Pravia, 1999) Equipos e intrumentos a utilizar Los equipos e instrumentos a utilizar son molino, sacos, láminas de aluminio, material plástico resistente, tanque de 200 L, estufa, manta de calentamiento, carretilla, pala, recipientes de 30 ml, beakers, sensor de temperatura infrarojo, termocupla tipo K, pHmetro, equipo de absorción atómica, espectrofómetro, destilador, mufla y bureta. 43 Metodología de la Investigación 3.2.3.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS Análisis lógico de los resultados: Este se refiere a la evaluación del comportamiento de los parámetros y variables en cada tratamiento durante la ejecución del experimento, en donde se podrá discutir y analizar los diferentes cambios generados para cada uno de los experimentos aplicados. Se podrán realizar comparaciones entre lo observado y lo esperado teóricamente; con la finalidad de generar algunas aproximaciones generales de posibles mejores tratamientos antes de aplicar el análisis estadístico. Análisis estadístico: La realización del análisis estadístico se lleva a cabo a través del apoyo de un software MINITAB 13.2 para Windows. El cual permitirá la obtención de ciertos parámetros tales como contraste , efectos, factor de fischer, p-value y una serie de gráficos y diagramas que permitirán dar respuesta sobre los distintos tratamientos (ver apéndice C), y de esta formar verificar cuales son los factores que provocan efectos significativos sobre la variable respuesta entre los experimentos planteados, determinando si existe alguna interacción entre los factores; y poder definir cual es la mejor combinación de factores que garantiza una mayor degradación de la materia orgánica a tratar. Los pasos realizados para la aplicación del análisis estadístico utilizando MINITAB 13.2 son los siguientes: 1) En primer lugar se presenta una ventana de inicio del programa , en donde se muestra la hoja de trabajo y una serie de opciones en la barra de herramienta. 2) En la barra de herramientas se selecciona el icono STAT, en donde se desplegarán una serie de métodos estadísticos, se selecciona el comando DOE y se desplegarán entonces una serie de diseños de experimento. Se selecciona FACTORIAL y seguidamente CREATE FACTORIAL DESIGN, tal como lo muestra la figura 3.5 44 Metodología de la Investigación Fuente: MINITAB 13.2 Figura 3.5 Esquema visual de la selección de diseño de experimento MINITAB 13.2 3) Luego se selecciona General full Factorial, se procede a colocar el número y nombre de los factores y replicas del diseño a aplicar tal como se puede observar en la figura 3.6 Fuente: MINITAB 13.2 Figura 3.6 Esquema visual de la creación del diseño factorial en MINITAB 13.2 45 Metodología de la Investigación 4) En la hoja de trabajo se define una columna como variable respuesta y se introducen los valores de la misma para cada tratamiento. Luego se selecciona nuevamente en la barra de herramientas el icono STAT, en donde se desplegarán una serie de métodos estadísticos, se selecciona el comando DOE y se desplegarán entonces una serie de diseños de experimento. Se selecciona FACTORIAL y posteriormente se selecciona ANALYSE FACTOTIAL DESIGN. En donde se seleccionará análisis de varianza (ANOVA), gráfica de efectos principales e interacciones, así como también el comportamiento de residuos. Todo esto con la finalidad de interpretar, analizar y definir la acción de cada uno de los factores presentes en cada tratamiento y fijar una combinación definitiva, a la cual se va a llevar a cabo el proceso de degradación con el propósito de tener un mejor rendimiento y eficiencia del proceso con un gran nivel de confianza desde el punto de vista estadístico. 3.2.4 Determinación del aprovechamiento agrícola del material tratado en función de sus propiedades físicas químicas y biológicas. Para la determinación del aprovechamiento agrícola de la materia tratada se realizarán una serie de evaluaciones y experimentos para determinación parámetros característicos de los abonos agrícolas, con lo de ciertos cual se podrá obtener información del poder energético y fertilizante alcanzado. Métodos de análisis químico de la materia obtenida Nitrógeno: Se aplica el método de kjeldahl modificado, las muestras son sometidas a digestión ácida con ácido sulfúrico, dilución con agua y destilación de nitrógeno sobre hidróxido de sodio, posteriormente son tituladas con una solución de ácido clorhídrico (0,1N). El cálculo del contenido total de nitrógeno viene expresado en porcentaje. Fósforo: Se aplica el método colorimétrico ( azul de molibdeno) ,(Lowry, 1946). El método se basa en el hecho de que en presencia de una solución ácida de molibdato de 46 Metodología de la Investigación amonio los iones ortofosfatos forman un complejo fosfomolídico amarillo, el cual a reducirse como acido ascórbico produce un color azul cuya intensidad depende de la concentración de fósforo presente. Se midió la concentración de la muestra en el equipo de espectofotometría a una longitud de onda de 600nm Potasio: se utiliza el procedimiento señalado por las normas Covenin (1979). Para la aplicación de este método se modificó el tratamiento a las muestras por tratarse de un material vegetal. Las muestras fueron llevadas a cenizas, posteriormente son tratadas con ácido clorhídrico y ácido nítrico para finalmente leer la máxima absorbancia de la solución como ppm en el equipo de absorción atómica. Magnesio: Se aplica el método recomendado por la AOAC (1980). Método de espectrofotometría de absorción atómica. Nutrientes menores. El tratamiento aplicado a las muestras fue el mismo que el empleado en la determinación de potasio Calcio: Método de espectrofotometría de absorción atómica AOAC (1980). Se le añade a una solución patrón de lantano para mayor estabilidad a las muestras en estudio y el tratamiento aplicado es el mismo que en la determinación de potasio y magnesio. Cobre, Sodio, hierro y Zinc: se aplica el método de espectrofotometría de absorción atómica. Nutrientes menores. AOAC(1980). La espectrofotometría de absorción atómica se basa en que los átomos de un elemento en su estado fundamental tienen la propiedad de absorber radiaciones emitidas por átomos del mismo elemento en estado de excitación. Carbono orgánico y materia orgánica: Método Colorimétrico (Walkley. 1934). El Carbono orgánico es oxidado por el dicromato de potasio en presencia del acido sulfúrico sin el empleo de una fuente de calor, la reducción del ión dicromato ( color anaranjado en solución) a ión cromo trivalente (de color verde)es equivalente a la cantidad de carbono oxidada y el cambio de color se puede medir colorimétricamnete en un espectrofotómetro a 600nm. La oxidación de un compuesto orgánico por el ión dicromato en medio ácido involucra la siguiente reacción: 47 Metodología de la Investigación Cr2O7- + 14H++ 6E- 2Cr+3 + 7 H2O El análisis de la solución de Cr+3 provee un índice del contenido de carbono en la muestra oxidada como un ión estable hidratado Cr(H2O)6 +3 y presenta dos máximos en la región visible uno cerca de 450nm y otro cerca de 600nm. El ión dicromato también tiene un máximo cercano a 450nmpero no absorbe en las cercanías de 600nm. La reacción completa entre la materia orgánica y el dicromato puede ser representada con la siguiente expresión: Cr2O7=+3C +16H+ 4Cr+3 + 3 CO2 + 8 H2O Determinación de humedad, materia seca y cenizas: Humedad y materia seca: se calcula la humedad y materia seca por desecación de la muestra a 75 °C por 4 horas. Se pesa la muestra antes y después de la aplicación de calor y con la diferencia se obtiene la cantidad de humedad. La última masa pesada corresponderá a la materia seca. Cenizas: se pesan 3 gramos de la muestra y se llevan a una mufla a 550°C hasta obtener cenizas de un color gris claro. Una vez obtenidos los resultados se procede a comparar los mismos con valores de la organización mundial de la salud OMS 1985 , Grupo Raaa y Taylhardat 1998; con lo cual se determina el grado de aceptación de las concentraciones obtenidas con respecto a referencias calificadas. Así también se procede a realizar el estudio de las características biológicas donde se determinará si el material compostado presenta microorganismos patógenos y en definitiva si cuenta con las características necesarias para ser aprovechado como material agrícola 48 Metodología de la Investigación 3.2.5 Evaluación de la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto con la finalidad de verificar un desarrollo sostenible. Primeramente para la evaluación económica se define el espacio físico, el diseño de equipos y tuberías, las condiciones de operación y estructura que en general llevará el sistema para el bioaprovechamiento del desecho vegetal; para luego realizar el análisis de la factibilidad económica-ambiental del proceso propuesto, donde se justifica la posible inversión en la implantación de este sistema de tratamiento de los desechos vegetales, en donde se realizaran cálculos y análisis de ingeniería económica relacionados con los beneficios ambientales, los costos de implantación y mantenimiento del proceso. Donde se aplicaran parámetros evaluativos, relacionados con la efectividad, eficiencia y equidad los cuales se llevaran a cabo mediante identificación de los flujos monetarios que intervienen el proceso de disposición del desecho y de esta manera interpretar los resultados obtenidos. Modelos de rentablilidad a aplicar Uno de los modelos de rentabilidad que maneja la ingeniería económica es el equivalente anual; el cual procesa los flujos monetarios del proyecto para convertirlos en una serie anual uniforme(Bs/año), sobre la escala de tiempo. Junto a este modelo de rentabilidad se usará también el tiempo de pago para de esta manera determinar cuan rápido se recupera la inversión inicial involucrada en este proyecto de bioaprovechamiento del residuo. El tiempo de pago (TP) es un modelo de evaluación que mide el tiempo, en años, requeridos para que los flujos monetarios netos recuperen la inversión inicial a una tasa mínima de rendimiento igual a cero. Este modelo hará énfasis en determinar cuan rápido se recuperara la inversión de capital y no en la cantidad de beneficios obtenidos; debido a que no se trata de un proyecto netamente de inversión, sino que se persigue solventar un problema ambiental aplicando en lo posible una estrategia de gestión que permita un desarrollo sostenible en lo social, ambiental y económico. 49 IV. PRESENTACIÓN, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE GENERACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS 4.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE GENERACIÓN Las acciones de mantenimiento y acondicionamiento de las áreas verdes de la Universidad de Carabobo las lleva a cabo Planta Física; la cual coordina y delega las acciones al vivero de la Universidad quien es el que ejecuta labores de supervisión, control y participación sobre las empresas contratadas para tales laborares. Dentro de las acciones de mantenimiento de las áreas verdes de la U C núcleo Bárbula se tiene como alcance del mismo el control fitosanitario, riego, barrido y recolección de desechos generales y vegetales en aceras, caminerías, vialidad interna y estacionamiento; están presente las actividades de corte de grama corte de maleza, eliminación de maleza en las cercas perimetrales, perímetros de edificaciones, bordes de las quebradas, limpieza de las bases de las plantas (platoneo) de arbustos y árboles, control de plantas acuáticas, poda y tala de plantas ornamentales , reposición de especies vegetales, recuperación siembra y mantenimiento de nuevos espacios, fertilización y fumigación, roleado de árbol caído, entre otros. De todas estas acciones solo algunas tendrán principal interés dentro de esta investigación las cuales son causa principal de la generación de los desechos de jardinería.; estas se describirán a continuación en función de la frecuencia de ejecución de las mismas. Diarias: El control fitosanitario: la finalidad es detectar, atacar y eliminar posibles brotes de plagas y enfermedades en las ramas de los árboles; dichos controles deberán realizarse preferiblemente con métodos biológicos. Los químicos tales como insecticidas y fungicidas 50 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados se usarán racionalmente. De la realización de esta actividad generalmente se limpia y desmaleza la zona afectada. Barrido de desechos y recolección de los mismos esta actividad se aplica a las aceras caminerías papeleras ubicadas en las áreas exteriores de instalaciones, vialidad interna y estacionamiento: La finalidad es determinar, cuantificar y eliminar la cantidad de desecho que se produzca por las plantas y por el tránsito de peatones por las zonas respectivas. Los residuos no biodegradables se recolectarán en bolsas plásticas separadas de los desperdicios vegetales. Semanal El corte de grama : la finalidad es mantener el área de los jardines con grama a una altura máxima de 10 cm respecto del suelo El corte de maleza: la finalidad es mantener las áreas verdes no tratadas como jardines a una altura máxima de 10 cm El desorrillo: Eliminación de maleza en cercas perimetrales, perímetro de edificaciones, en los bordes de las quebradas y ríos , la limpieza de las bases de la plantas (platoneo), de seto , arbusto y árboles. Control de las plantas acuáticas invasoras: Eliminación de exceso de reproducción y propagación de las mismas con la finalidad de evitar procesos de eutrofización dentro de los cuerpos de agua. Mensual: Poda y tala de plantas ornamentales: Se realizará esta actividad como la finalidad de mantener y acondicionar los jardines; está se llevará a cabo fundamentada con un criterio técnico, especialmente tomando en cuenta el desarrollo de cada especie vegetal , se aplicarán podas para el fortalecimiento y formación de las variedades existentes así como para el control del tamaño de las mismas sobre todo las ramas que se desarrollan hacia los techos de las instalaciones que representan algún riesgo sobre la comunidad y las mismas instalaciones. 51 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Eventual Roleado del árbol caído: esta actividad se aplicará sobre aquellos árboles que por efectos climáticos o accidentes de cualquier tipo hayan sido derribados. Para llevar a cabo un mantenimiento efectivo en la Universidad de Carabobo Núcleo Bárbula (UC-NB), las distintas dependencias fueron agrupadas en zonas de acuerdo a como se muestra a continuación en la tabla 4.1 Tabla 4.1 Descripción de zonas con sus respectivas dependencias para las actividades de mantenimiento de los jardines de la UC-NB Zonas Bárbula I Dependencias Facultad de Ingeniería Dirección de transporte. Facultad de Educación Facultad de ciencias y tecnología Departamento de matemáticas, Idioma y computación Facultad de Ciencias de la Salud Departamento de Ciencias, Departamento de ciencias Fisiológicas, Fisiopatología, Bioterio, Biblioteca Central, Departamento de Parasitología, Laboratorio de informática, Centro de estudiantes FCS Centro de Investigaciones Cimbuc Dirección de Capellania Federación de centros Universitarios Dirección de Cultura Vía de Acceso por la Autopista Valencia- Pto. Cabello Bomberos Universitarios- Arco de Bárbula av. Universidad- Intersección con la Av. Salvador Allende Bárbula II Complejo Docente Asistencial Psiquiátrico de Bárbula. Control de Estudios Central Capilla Universitaria Anfiteatro de Bárbula Área Interiores y perímetros externos de los pabellones Áreas externas de todas las edificaciones que se encuentran por esta zona. Vialidad, acera, brocales y áreas externas del Psiquiátrico Facultad de ciencias de la Salud(Hospital Carabobo) Centro de investigación en Nutrición Bárbula III Facultad de Ciencias y Tecnología Departamento de Química Centro de Estimulación Integral Estacionamiento de profesores y estudiantes de la Facultad de Ciencias Economicas y Sociales Facultad de Educación y Derecho Av. Salvador Allende Facultad de Ciencias Económicas y Sociales. Edificio anexo Post-grado de Faces Área interna y perímetro de la Facultad de Educación (Edificio Nuevo) Área interna y perímetro de la facultad de Derecho (Edificio Nuevo) Dirección de Desarrollo estudiantil Comedor Central Universitario. Laguna de Faces y Laguna del Palmetum Área del Palmetum incluyendo las caminerías Área perimetrales a la construcción del Aula Magna Dirección Planta Física Bárbula Bábula IV Área del Complejo Deportivo Fuente:Adaptado del Manual de gestión vivero UC 52 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 4.1.2 SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL DESECHO DE JARDINERÍA GENERADO Para establecer la cuantificación de los desechos de jardinería primeramente se clasificaron los desechos de jardinería en tres tipos principales A, B, C ; los cuales se describen en la tabla 3.1 La recolección de cada uno de los desechos fue de forma distinta , los desechos tipo (A) y (B) fueron recolectados en cestas especiales de jardinería de material sintético flexible las cuales tenían un volumen de 1m3, cada una de estas cestas eran cuantificada y posteriormente llevadas a los puntos de recolección de acuerdo a la zona. Los desechos tipo (C) fueron agrupados en los puntos de recolección y al final de la semana eran cuantificados de acuerdo al volumen que ocupaban en el camión de transporte de capacidad 6m3; esto debido a la forma abstracta y tamaño del desecho tipo (C) que dificultaba el manejo del mismo en recipientes. Posteriormente todos estos desechos eran transportados hacia su lugar de disposición final en las zonas adyacentes a las canchas deportivas donde eran incinerados. Cabe destacar que el volumen medido fue un volumen aparente debido a que el desecho no se encontraba de forma compacta por lo tanto fue necesaria la determinación de la densidad aparente, la cual relaciona la masa del desecho con el volumen que ocupa ésta cuando no se encuentra compactada. El estudio de la generación de desechos se realizó para 25 semanas partiendo del mes de Noviembre del año 2004 hasta finales del mes de abril del año 2005, con un total de seis meses de estudio con lo cual se generó una base de datos que permitió el análisis e interpretación para la propuesta de un sistema de disposición para un bioaprovechamiento del residuo objeto de la investigación. Las cantidades generadas de desechos vegetales para el tiempo de estudio se encuentran reflejadas en la tabla 4.2, especificando el volumen aparente de cada uno de los tipos de desecho clasificados. 53 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.2 Cantidades volumétricas de los desechos de jardinería de acuerdo a su tipo para el tiempo de estudio establecido Semana Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 NOV NOV NOV NOV NOV-DIC DIC DIC DIC ENE-DIC ENE ENE ENE ENE ENE-FEB FEB FEB FEB FEB-MAR MAR MAR MAR MAR-ABR ABR ABR ABR TOTALES Año 2 0 0 4 2 0 0 5 Volumen aparente en m3 Tipo A Tipo B Tipo C 12 20 5 8 19 3 15 18 2 8 22 5 11 21 6 9 18 18 84 105 21 22 14 23 14 24 15 22 11 15 16 22 12 11 15 12 18 3 5 6 4 7 7 3 4 42 54 10 9 23 16 10 392 25 16 26 24 489 12 5 19 12 157 De acuerdo a la tabla presentada se observa entre las semanas 7 y 11 y las semanas 20 y 21 que la toma de muestra no fue semanal; esto se debe a que durante estas fechas resultó complejo y en algunos casos inaccesible llevar el control de los desechos generados debido al período vacacional . En la tabla 4.3 se representan las cantidades volumétricas y el porcentaje de generación de desechos en las veinticinco semanas de muestreo. 54 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.3 Cantidades volumétricas generadas en la UC núcleo Bárbula para el período en estudio Tipo de desecho A B C Cantidad volumétrica total (m3) 392 489 157 Porcentaje volumétrico total (%) 38 47 15 4.1.3 DETERMINACIÓN DE LS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LOS DESECHOS Una vez determinadas las cantidades volumétricas de los desechos se procedió a la determinación de las características fisico-químicas. Entre las variables que estudiaron para fines del posterior biotratamiento de desecho se tienen las siguientes: 1. Densidad Húmeda ( dh) 2. Densidad seca (ds) 3. Densidad aparente (da) 4. pH 5. Humedad (M) 6. Conductividad (µ) 7. Cantidad de Carbono (C) 8. Cantidad de Nitrógeno (N) 9. Relación carbono nitrógeno (C/N) Las propiedades densidad húmeda, densidad seca, densidad aparente, pH, Humedad y conductividad fueron estudiadas en el Laboratorio de Ingeniería Química y Laboratorio de Química Orgánica de la Universidad de Carabobo de acuerdo a los métodos de análisis de suelos y planta sugeridos por el Instituto de Edafología de la Universidad Central de 55 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Venezuela.( Ver apéndice B, para más detalles respecto a los cálculos y procedimientos). Los valores obtenidos se muestran en la tabla 4.4 Tabla 4.4 Propiedades fisico-química de los desechos generados Tipo de desecho Densidad húmeda dh (kg/L) A B C 0,46 0,35 0,55 Densidad Densidad Humedad seca aparente M (%) ds (kg/L) da(kg/L) 0,15 0,33 0,48 0,0597 0,0333 0,010 78,84 7,81 24,55 Potencial de hidrógeno pH Conductividad 6,69 7.23 6,8 µ (ns) 1,1 0,9 0,6 Posteriormente para la determinación de las cantidades de Carbono, Nitrógeno y la relación entre estos dos se tomaron datos teóricos por tratarse de elementos conocidos en el campo agrario. Dichos datos fueron tomados del “Manual para la elaboración de compost bases conceptuales y procedimientos (Pravia, 1999); tales valores se muestran en la tabla 4.5 Tabla 4.5 Composición C y N en base seca y relación C/N de los distintos desechos generados en la Universidad de Carabobo Tipo de desecho % Carbono %Nitrógeno Relación C/N A ( césped) 0,4800 0,0400 12 B ( Hojas ) 0,4000 0,0100 40 C (Ramas) 0,4500 0,0030 150 Fuente Pravia,1999 Por lo tanto de acuerdo a los valores de las tablas 4.2, 4.3, 4.4 ,4.5 y aplicando modelos matemáticos según se muestra en el apéndice B se obtuvieron los valores de masa de desechos generados en base húmeda y base seca y se determinaron las cantidades de carbono y nitrógeno de estos desechos arrojando los resultados que se muestra la tabla 4.6. 56 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Posteriormente se procedió a estudiar el comportamiento de la generación de desechos en el tiempo de estudio para lo cual se graficó la masa generada de cada tipo de desecho en función del tiempo de estudio tal como lo muestra la Figura 4.2 de los desechos vegetales en base húmeda. Figura 4.2 Comportamiento de la generación de desechos Vegetales para el A tiempo de estudio Según esta figura, se pudo observar como desde el punto de vista de la masa generada el desecho tipo A es el que mayor masa aporta, seguido del tipo B y por último el tipo C; ahora bien considerando los desechos en base seca (libre de agua), se tiene que según la figura 4.3; el desecho tipo B es el que mayor materia orgánica aporta al desecho total, seguido del desecho tipo A y luego el Tipo C. 57 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.6 Cantidades másicas y composiciones químicas de los desechos de jardinería generados en la UC-NB Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Total A 716,40 477,60 895,50 477,60 656,70 537,30 Masa en base Húmeda (kg) Tipo de desecho B C 666,00 51,00 632,70 30,60 599,40 20,40 732,60 51,00 699,30 61,20 599,40 183,60 Masa total MT 1433,40 1140,90 1515,30 1261,20 1417,20 1320,30 A 151,60 101,07 189,50 101,07 138,97 113,70 Masa en base seca (kg) En Base seca Tipo de desecho Masa total MTs B C % Carbono % Nitrógeno 614,01 38,48 804,09 41,75 1,53 583,31 23,09 707,46 41,31 1,41 552,61 15,39 757,50 42,10 1,74 675,41 38,48 814,96 41,23 1,34 644,71 46,18 829,85 41,62 1,46 552,61 138,53 804,84 41,99 1,30 R C/N 27,25 29,38 24,25 30,79 28,44 32,22 5014,80 3496,50 214,20 8725,50 1061,22 3223,54 161,62 4446,37 42,09 1,69 24,90 1313,40 835,80 1373,10 835,80 1432,80 895,50 1313,40 656,70 499,50 532,80 732,60 399,60 366,30 499,50 399,60 599,40 30,60 51,00 61,20 40,80 71,40 71,40 30,60 40,80 1843,50 1419,60 2166,90 1276,20 1870,50 1466,40 1743,60 1296,90 277,94 176,87 290,57 176,87 303,21 189,50 277,94 138,97 460,51 491,21 675,41 368,40 337,70 460,51 368,40 552,61 23,09 38,48 46,18 30,78 53,87 53,87 23,09 30,78 761,53 706,56 1012,16 576,06 694,78 703,88 669,43 722,36 43,07 42,27 42,52 42,72 43,88 42,54 43,49 41,75 2,07 1,71 1,83 1,88 2,25 1,75 2,22 1,55 20,77 24,68 23,25 22,68 19,46 24,25 19,58 26,98 2507,40 1798,20 102,00 4407,60 530,61 1657,82 76,96 2265,39 42,04 1,68 25,04 537,30 1373,10 955,20 597,00 23402,40 832,50 532,80 865,80 799,20 16283,70 122,40 51,00 193,80 122,40 1601,40 1492,20 1956,90 2014,80 1518,60 41287,50 113,70 290,57 202,14 126,34 4952,35 767,51 491,21 798,21 736,81 15012,48 92,35 38,48 146,23 92,35 1208,29 973,56 820,26 1146,57 955,50 21173,12 41,41 43,07 42,05 41,54 42,16 1,28 2,03 1,44 1,33 1,66 32,25 21,22 29,21 31,26 25,37 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Por otra parte considerando el comportamiento de la curva de generación de desechos se tiene que el desecho tipo A presentó comportamiento alterno, esto fue debido a que los cortes de césped se realizaban una vez por semana mientras que su recolección se realizaba en forma alterna, en ocasiones la materia duraba hasta una semana apilada en los mismos jardines antes de ser trasladada al lugar de recolección. Cabe destacar que la generación de desecho tipo (A) fue en líneas generales continuo, ya que la germinación y crecimiento era inducida continuamente por el riego y tratamiento adecuado del terreno; caso distinto el del desecho tipo (B) debido a que este era generado dependiendo de las condiciones climáticas y se pudo observar como presentó comportamiento o tendencia ascendente a medida que se aproximó la estación de verano; el desecho tipo (C) siempre presentó niveles bajos por tratarse de un material que solo se genera periódicamente y en ocasiones fortuitas tal como se señala en la tabla 3.1 F Figura 4.3 Comportamiento de la generación de desechos vegetales en base seca para el tiempo de estudio 59 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 4.2 SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS PARA EL BIOAPROVECHAMIENTO DEL DESECHO. A continuación se plantean las principales alternativas para el tratamiento de los desechos vegetales; las cuales se someterán a un proceso de selección para lograr identificar aquella que genere mayores beneficios a la problemática existente. 4.2.1 SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO. Para la selección del mejor tratamiento se realizó un cuadro comparativo de los tratamientos biológicos, se enunciaron sus ventajas y desventajas y posteriormente se consideró la aplicación de cada uno de acuerdo al origen del material a tratar; todo esto de acuerdo a la descripción teórica enunciada en la sección 2.2.1 del capítulo II; para este caso se estudiaron los tratamientos aerobios y anaerobios; posteriormente se plantearon los criterios deseados y los valores de importancia de cada uno de estos criterios para luego someterlos a un proceso de selección (Según metodología descrita en la sección 3.2.2 del capítulo III). Y finalmente seleccionar el tratamiento biológico más adecuado. Con la finalidad de generar una comparación que permita observar las características de ambos tratamientos se procedió primeramente a mostrar las cualidades relevantes de cada tratamiento, estas se pueden apreciar en la tabla 4.7 De modo de reforzar y simplificar el proceso de selección se planteó las ventajas y desventajas de los tratamientos biológicos en cuestión las cuales pueden observarse en la tabla 4.8 60 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.7 Cuadro comparativo de los principales tratamientos biológicos Aerobios (A-1) Los gases generados no son útiles Anaeróbicos (A-2) Los gases generados son útiles El proceso fermentativo puede generar Dada la hermeticidad de las estructuras, no malos olores, peor el producto final es de despide mal olor y el producto final es olor agradable inodoro El tiempo puede ser reducido a diez días Sistema por cargad de sólidos el tiempo es con aireación adecuada mayor a 22-45 días Se mezclan residuos vegetales y animales Se pierde parte del nitrógeno en amoniaco Los residuos se pueden mezclar sólo en sistemas por carga y no continuos Hay poca pérdida de amoniaco Las estructuras pueden ser desde sencillas Siempre se requiere de una estructura para hasta sofisticadas ejecutar el proceso Los volúmenes a tratar dependen del La capacidad de la infraestructura es un espacio, maquinaria y oferta de materia factor limitante prima La dinámica del proceso transita por el El proceso requiere de insumo energético régimen mesofílico (38ºC) y termofílico para llevarlo a termofílica; en condiciones (55ºC) lográndose mejor pasteurización tropicales el régimen es mesofílico (38ºC) Puede ser aplicado a desechos de jardín, No es aplicable a cortezas de árboles y solo corteza de árboles, follaje y hojas trabaja con desechos de jardín follaje y hojas pero con limitaciones. Obtención de un producto final Existen interacciones biológicas, biológicamente estable de tipo humus fisicoquímicas y bioquímicas con aspectos exento de olores ingenieriles que definen las operaciones del biorreactor Fuente: Adaptado de Conde 2000 61 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.8 Ventajas y desventajas de los tratamientos biológicos Alternativas de Tratamiento biológico Aerobio (A-1) Ventajas Desventajas La estabilidad del proceso Alto costo por aireación y de descomposición no es tan mezcla susceptible a descontrolarse Falta de un producto mas útil Ofrece muchas vías como el metano biológicas diferentes y muchos organismos Dificultad para la aceleración diferentes que pueden ser del proceso empleados en la oxidación de materiales orgánicos El producto final no tiene complejos. tanta demanda comercial Es menos probable que sean Los gases generados durante proceso de perturbados por sustancias el tóxicas descomposición no son aprovechados Sencillo de ejecutar Su implantación lleva cosigo una inversión baja de capital Anaerobio (A-2) Producen gas metano que El proceso es susceptible a puede ser usado como fuente perturbaciones biológicas de energía Involucra la digestión biológica de una parte de los sólidos Involucra iniciales altos costos Fuente: Adaptado de Rojas 1997, Metcalf, 2000,Terence 1991, Weiland y Taylhardat 1996 y Wintzer,1996 De acuerdo a la descripción de la materia orgánica generada por la UC núcleo Bárbula evaluada en la sección 4.1 se plantea una tabla comparativa de residuos y métodos tabla 4.9 con la finalidad de verificar la aplicabilidad del método a los residuos a tratar. 62 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.9 Método para el tratamiento de residuos orgánicos de jardín Corteza Residuos de jardín con bajos contenidos en madera Follaje y hojas Compostaje de + + residuos vegetales Operación de (+) biogás + Adecuado, (+) Adecuado con limitaciones, - desfavorable + (+) Fuente Adaptado de Wintzer, 1996 Criterios y matriz de selección para el tratamiento Para llevar a cabo la selección más idónea del tratamiento biológico a utilizar se plantearon ciertos criterios de relevante importancia dentro de la operación a aplicar; a cada unos de estos se les asignó un porcentaje de peso de acuerdo a la importancia que se consideró a través de la consulta a expertos, información bibliográfica y necesidades de la institución. Entre los criterios se tienen: Tabla 4.10 Criterios para la selección del tratamiento a aplicar Descripción Bajos costos de operación y control Aprovechamiento del producto final Inversión Inicial Baja Aplicabilidad a la materia orgánica a tratar Poca Superficie Operativa Ponderación de importancia (%) 35 25 20 10 10 Bajos costos de operación: Representa el criterio de mayor importancia debido a que es necesario que los gastos operativos y de control del proceso no generen altos egresos debido a que estos se tendrán presentes durante toda la vida del sistema. Aprovechamiento del producto final: Es uno de los más importantes debido a que es necesario asegurar el bioaprovechamiento del desecho; considerando primeramente el uso que se le pueda dar dentro de la institución. 63 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Inversión inicial baja: Presenta un peso un poco más bajo que los anteriores debido a que sólo estará presente en la fase inicial del proyecto; sin embargo es medianamente importante debido a que juega un papel primordial en la implantación del sistema. Aplicabilidad a la materia orgánica a tratar: Es considerado debido a la compatibilidad que debe existir entre el método a aplicar y el origen del desecho; presenta una importancia moderada debido a que en líneas generales ambas alternativas son capaces de tratar la materia generada, por lo tanto aunque existan diferencias entre las alternativas en este criterio, no será crucial en la toma de la decisión Poca superficie operativa: Debe ser considerado debido a que se pretenderá proponer una alternativa donde el espacio físico utilizado sea el menor posible; presenta un valor bajo de importancia por la disponibilidad de terreno dentro de la Ciudad Universitaria Tabla 4.11 Matriz de selección para el tratamiento biológico Criterios Ponderación de importancia (%) Bajos costos de 35 operación y control Aprovechamiento 25 del producto final Inversión Inicial 20 Baja Aplicabilidad a la materia orgánica a 10 tratar Poca superficie 10 operativa Total de puntuación ponderada Puntuación en cada criterio (1-10)Adim A-1 A-2 8 4 9 7 7 5 9 8 6 8 7,95 5,75 64 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Resultado de la aplicación de la matriz de selección Los valores de bajos costos de operación fueron 7 y 4 para las alternativas A-1 y A2 respectivamente; esto se debió al hecho de que A-1 es menos susceptible a perturbaciones por efectos del ambiente y por ende no necesita un sistema de control de variables sofisticado mientras que la A-2 debe ser monitoreada y controlada con mas frecuencia, por lo que necesitará la constante presencia de personal en el área o una cantidad considerable de sistemas de automatización y control. Con respecto al aprovechamiento del producto final se obtuvo que las ponderaciones de ambos fue elevada; sin embargo el producto de la A-1 tiene un uso directo dentro del vivero de la UC como abono orgánico, mientras que para el biogás producto de la A-2, aún siendo fuente de energía, se tendría que plantear las alternativas de uso adecuado dentro de la institución. En cuanto la inversión inicial baja, la calificación obtenida se justifica de acuerdo a que en ambos casos se tendrá que realizar una inversión considerable siendo menor para A1 debido a que son menos los equipos y accesorios a utilizar respecto de la tecnología de la A-2. Con respecto al criterio de aplicabilidad de a la materia orgánica, ambos resultados reflejaron ser favorables teniendo en cuenta que la A-2 necesitará mucho mas diversidad de residuos que solo desechos vegetales para alta eficiencia del proceso. Con respecto a la superficie operativa la A-1 necesitará de espacio para oxigenar y esparcir el desecho, mientras que A-2 puede trabajar en sistemas cerrados y hasta subterraneos lo que contribuye a un mejor aprovechamiento del espacio. Por lo tanto, de acuerdo al resultado reflejado en la matriz de selección tabla 4.14, se tiene que la alternativa de Tratamiento biológico aerobio (A-1) obtuvo la mayor puntuación ponderada 7,95; con respecto al tratamiento anaerobio (A-2); el cual obtuvo una puntuación ponderada de 5,75. Por lo tanto se alcanzó como resultado de esta primera selección que (A-1) fue la que más se adaptó a los requerimientos exigidos, beneficios esperados y recursos disponibles de la institución. 65 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 4.2.2 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A APLICAR AL PROCESO DE TRATAMIENTO AEROBIO Para la selección de la tecnología a aplicar para el proceso de compostaje se utilizó la misma metodología descrita al inicio de este capítulo, tomando en consideración los distintos sistemas de ejecutar el método del compostaje; tales alternativas estudiadas fueron: 1) Sistema pila estacionaria de Beltsville o pila estática aireada, 2) Sistema “Windrow” o sistema de pilas volteadas, 3) Sistema “in Vessel” o sistema de compostaje en reactores. Se plantearon ventajas y desventajas de los distintos sistemas de acuerdo a lo descrito en la sección 2.2.2 del capítulo II, las cuales se muestran en la tabla 4.12 y posteriormente se sometieron al proceso de selección con la finalidad de escoger la que más se adecúe. Criterios de selección y matriz de decisión Para llevar a cabo la selección más idónea del tratamiento biológico a utilizar se plantearon ciertos criterios de relevante importancia dentro de la decisión a tomar; a cada unos de esto se les asignó un porcentaje de importancia de acuerdo a las necesidades de la institución. Los criterios con su respectivo peso se pueden observar en la tabla 4.13 66 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.12 Ventajas y desventajas de los sistemas para la aplicación del compostaje Alternativa de Sistemas de compostaje Ventajas La altura de la pila es de 1 a 2 metros con una altura en la base de 2 a 4,5 metros “Windrow” o sistema de pilas volteadas (A-1) Desventajas La operación suele ser acompañada de olores desagradables El período de compostaje oscila El proceso en ocasiones puede ser entre 20 y 40 días dependiemdo de afectado o retardado por las la mezcla a compostar condiciones ambientales Los costos de inversión y operación son bajos por ser un sistema bastante sencillo Presenta buena eficiencia Se controla la emisión de olores La altura de las pilas oscila entre 2 y 2,5 metros Pila estacionaria de Beltsville o pila estática aireada (A-2) “in Vessel” o sistema de compostaje en reactores (A-3) El material lleva a cabo el compostaje en un período de 21 a 28 días y se madura durante un período adicional de 30 días Requiere buena superficie operativa ya que es un sitemas con tuberías y otros equipos Para mejor control del sistema de aireación se recomienda que cada pila disponga de un sistema de ventilación individual Presenta buena eficiencia Los costos de inversión y costos operativos son mayores Minimiza la producción de olores. El proceso en ocasiones puede ser afectado o retardado por las condiciones ambientales Altos costos de inversión y operativos Su operación presenta bajos costos de mano de obra. El tiempo de operación es variable de acuerdo a las condiciones fijadas en el proceso. El tiempo oscila entre 14 y 28 días Fuente: adaptado de Intec 1999, Metcalf 2000 y Pravia 1999 67 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.13 Criterios de selección de la tecnología a aplicar Descripción Bajos costos de operación y control Inversión inicial baja Velocidad del tratamiento Ponderación de Importancia (%) 30 25 Buena eficiencia. Poca superficie operativa 20 15 10 Los criterios de Bajos costos de operación, Inversión inicial baja, y poca superficie operativa, fueron explicados anteriormente en la selección del tratamiento; sin embargo para la selección de la técnica se tomaron en cuenta dos nuevos criterios que se mencionan y explican a continuación: Velocidad de tratamiento: Representa un criterio importante debido a que una alta velocidad de descomposición diminuirá la acumulación del material a tratar; por lo tanto evitará el almacenamiento del desecho por períodos prolongados. Buena eficiencia: Es un factor considerado medianamente importante debido a que las tres alternativas planteadas presentan en rasgos generales buena eficiencia; por lo tanto aunque existan diferencias entre las alternativas en este criterio, no será crucial en la toma de la decisión 68 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.14 Matriz de selección para la tecnología de compostaje a aplicar Criterios Ponderación de importancia (%) Bajos costos de operación y control 30 9 6 5 Inversión inicial baja 25 9 4 3 20 5 6 9 15 7 8 10 5 6 4 7,5 5,8 5,95 Alta velocidad de descomposición. Buena eficiencia. Poca superficie 10 operativa Total de puntuación ponderada Puntuación en cada criterio (1-10)Adim A-1 A-2 A-3 Resultado de la aplicación de la matriz de selección Respecto a los bajos costos de operaión A-1 resultó se la mas favorable respecto a A-2 y A-3, debido en A-1 es de las tres la de tecnología mas sencilla y que menos equipos utiliza, lo que a suvez justifica la ponderación obtenida para el crierio de inversión baja. Sin embargo con respecto a la velocidad de descomposición A-3, permite un importante aprovechamiento del tiempo debido a su estricto sistema de control, mientras que A-1 y A2 ofrecen un proceso de transformación de la materia mucho mas lento. Referente a la buena eficiencia, A-3 presentó calificación alta debido a que durante el proceso de descomposición las variaciones de las condiciones de operación son pocas y en consecuencia las reacciones de descomposición son mas estables y continuas, mientras A-2 y A-3 se desarrollan en etapas intermitentes producto de las fluctuaciones en las variables del proceso. En relación con la poca superficie operativa se tiene que A-1 presentó mayor calificación debido a que permite que la materia sea tratada en forma en lotes de masa; 69 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados mientras que A-2 necesitará instalación de los sistemas de aireación y A-3 trata la materia en pequeños reactores aislados, por lo que se necesitará gran cantidad de superficie para lograr colocar todo estos en una misma zonas en espacios suficientemente separados. Por lo tanto de acuerdo al resultado reflejado en la matriz de selección se tiene que Alternativa de Sistemas de compostaje“Windrow” o sistema de pilas volteadas (A-1), obtuvo la mayor puntuación ponderada 7,5; respecto de la alternativa A-2 y A-3 que obtuvieron una calificación ponderada de (5,8 y 5,95) respectivamente, por lo tanto la alternativa A-1 fue la que más se adaptó a los requerimientos exigidos, beneficios esperados y recursos disponibles de la institución. Una vez finalizado el proceso de selección se tuvo como resultado que el tratamiento a evaluar experimentalmente será un sistema biológico aerobio (compostaje), bajo la tecnología de “Windrow” o sistema de pilas volteadas. 70 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 4.3 EVALUACIÓN EXPERIMENTAL Y APROVECHAAMIENTO AGRÍCOLA DE LOS DESECHOS DE JARDINERÍA A continuación se plantean y se discuten los resultados obtenidos del diseño de experimento aplicado al proceso de compostaje y se analiza el aprovechamiento de la materia obtenida en el campo agrícola. Diseño de Experimento El experimento consistió en someter a distintos tratamientos materia orgánica proveniente de los desechos vegetales de jardinería y someterlos a determinadas condiciones y tratamientos para analizar la capacidad de los mismos de degradar la materia orgánica Los factores que se tomaron en cuenta para evaluar la degradación de la materia orgánica fueron algunos de los recomendados por Taylhardat 1998. Los cuales son aislamiento de la pila, recolexión de lixiviados y la bioaumentación mediante la aplicación de un inóculo para aumentar la población microbiana y aporte de nutrientes. A cada uno de estos factores se le asignaron 2 niveles los cuales representaron la presencia o no del respectivo factor; por lo tanto tomaron valores de nivel de cero y cien por ciento, (ver detalle en tabla 3.6), con lo cual se pudo cuantificar e interpretar los efectos que ocasionaban cada uno de ellos. Se aplicó por tanto un diseño factorial 23 que significó un experimento donde se analizan tres factores a dos niveles con sus respectivas interacciones tal como lo muestra la tabla 4.15 donde A, B y C son los factores Aislamiento , Recolección de Lixiviados y Bioaumentación respectivamente. Con la finalidad asegurar la independencia de cada tratamiento y la disminución del error experimental se dispusieron los tratamientos en un mismo espacio físico y se organizaron en forma aleatoria realizando tres réplicas por cada tratamiento. Se dividieron los tratamientos en dos bloques principales con y sin aislamiento debido a que este factor 71 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados específicamente podría tener incidencia sobre los demás tratamientos al encontrarse lo suficientemente próximos (véase capítulo III sección 3.2.3.3 ). Tabla 4.15 Representación general del esquema del diseño de experimento Tratamiento 1 2 3 4 5 6 7 8 A -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 B -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 C -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 Notación en yates (1) a b ab c ac bc abc Las variables que fueron monitoreadas durante la ejecución del experimento fueron la temperatura externa e interna de las pilas, la humedad y el pH; así también al final del experimento se determinó la materia orgánica degradada por cada uno de los tratamientos aplicados. Los detalles de la fase experimental relacionados con planificación, diseño y conducción del experimento puede revisarse en el capítulo III donde se describe de forma completa la metodología empleada para el desarrollo del experimento. Análisis de la transformación del desecho vegetal Tal como se mencionó anteriormente en el transcurso de la transformación de la materia orgánica se monitorearon y controlaron ciertas variables tales como temperatura externa e interna de las pilas, la humedad y pH; posteriormente luego de finalizar cada tratamiento se determinó la materia orgánica degradada con la finalidad de estimar la eficiencia de cada tratamiento. Una de las variables más importantes para reflejar la información de lo que va ocurriendo dentro de la pila es la temperatura interna de la misma, debido a que con ella se 72 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados puede predecir que tipo de microorganismos están actuando sobre la materia orgánica (Pravia1999) (véase capítulo II sección 2.2.4). .Los resultados para cada uno de los tratamientos con sus réplicas se presentan desde la figura 4.4 hasta la 4.11, y se puede observar como presentan comportamientos diferentes dependiendo del tratamiento que se esté aplicando al residuo vegetal. Se pudo observar que aquellos tratamientos donde el factor A se encontraba en su nivel más alto el comportamiento de la temperatura presentó a lo largo del tiempo de descomposición una tendencia de aumento o disminución en forma consecutiva, sin provocar cambios bruscos en esta variable (véase figuras 4.5, 4.7, 4.9, 4.11 ) ; así también se pudo observar con esta condición como la temperatura externa de cada pila se encontraba similar a la temperatura interna del camellón; mientras que en aquellos tratamientos donde el factor A se encontraba en el nivel inferior, el comportamiento de esta variable presentó fluctuaciones observándose incrementos y descensos bruscos durante la descomposición de la materia orgánica; así también se verificó que las temperaturas externas de las pilas se encontraban mas cercanas a la temperatura ambiente que al centro de las pilas (véase figuras 4.4, 4.6, 4.8, .4.10) Con lo anteriormente expuesto se tiene que la materia orgánica a degradar bajo la técnica de compostaje es recomendable aislarla para minimizar los efectos de cambio de temperaturas que puedan generar los factores ambientales tales como vientos, humedad y bajas temperaturas en el ambiente y garantizar que toda la materia a degradar se encuentre a una temperatura mas homogénea en el volumen total del camellón. Es importante resaltar que en la mayoría de los casos las réplicas de cada tratamiento tuvieron comportamientos muy similares en cuanto a la tendencia y valores de la temperatura respecto del tiempo, sin embargo, en aquellos tratamientos tales como réplica 3 del tratamiento (a) , réplica 3 del tratamiento (ab), y réplica 3 del tratamiento (ac), presentaron pequeñas desviaciones con respecto a las otras dos réplicas (véase figuras 4.5, 4.7) lo cual puede atribuirse a factores intervinientes o a los efectos de las condiciones externas por la ubicación desfavorecida (en el borde del bloque) de estos tratamientos en el 73 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados arreglo de experimentos (véase figura 3.4); adicionalmente en los tratamientos (1), (b), (c) y (bc) se observó que en general presentaron una marcada fluctuación y diferencia entre las temperaturas de cada réplica a lo largo del tiempo que puede atribuirse al efecto que pudieron generar los factores ambientales a tales tratamientos por no encontrarse aislados. Lo que condujo a diferencias significativas en cuanto a la estabilidad y velocidad de degradación de los microorganismos. 70°C Figura 4.4 Comportamiento de la temperatura interna durante\ el proceso de compostaje para el tratamiento (1) 74 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 70°C 35°C Figura 4.5 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (a) 70°C 35°C Figura 4.6 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (b) 75 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 70°C 35°C Figura 4.7Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ab) 70°C 35°C Figura 4.8 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (c) 76 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 70°C 35°C Figura 4.9 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ac) 70°C 35°C Figura 4.10 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (bc) 77 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados 70°C 35°C Figura 4.11 Comportamiento de la temperatura durante el proceso de compostaje para el tratamiento (abc) Con respecto al factor (B) no se pudo determinar por medio de la temperatura el efecto que éste generó, para los casos donde este estuvo en niveles altos y bajos, aparentemente los efectos que éste causó a la variable temperatura fueron despreciables. En el proceso de compostaje Metcalf (2000) indica que la temperatura óptima para la estabilización biológica se halla entre 45-55 °C. Además para la obtención de resultados óptimos la temperatura se debe mantener entre 50 y 55 °C durante los primeros días y entre 55y 70°C durante el resto del periodo de compostaje, hasta descender nuevamente en la etapa de estabilización; de acuerdo a esto se observa que las temperaturas de las pilas deben alcanzar temperaturas de la etapa termófila Con respecto al factor (C) se observó claramente que cuando éste se encontraba en el nivel alto (tratamientos c, ac, bc, abc) las temperaturas alcanzadas por los camellones superaron la barrera de los microorganismos mesófilos, dando pasó a la descomposición por parte de los microorganismos termófilos; lo cual es favorable para el proceso de 78 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados degradación de la materia orgánica; esto puede deberse al contenido de bacterias que presenta el inóculo, lo cual confirma la aplicación de una efectiva bioaumentación de la población microbiana, así como también el aumento de las concentraciones de nitrógeno por efecto de las excretas, que favorece a la nutrición de la materia orgánica por la acción de los nitrosomas, que son capaces de .llevar el nitrógeno amoniacal a ácido nitroso, el cual es a su vez atacado por las bacterias del tipo nitrobacter hacia formación de nitratos, que es la forma en que ocurre la mayor asimilación del nitrógeno por las plantas. (Bermejo, 1981) Es importante resaltar que en los camellones donde se aplicó la biaumentación se observaron incrementos de temperaturas durante los primeros días de instalación de la pila, con un aumento relativamente acelerado, mientras que en el resto de los casos las diferencias de temperaturas en el transcurso del tiempo fueron mucho menores, dando como resultado que la aplicación de inóculo a los tratamientos pudo servir como catalizador en la reacción de descomposición de la materia orgánica. Para el tratamiento (c) (véase figura 4.8) se puede observar un comportamiento aleatorio de la temperatura, lo cual ameritará un estudio mas profundo sobre este comportamiento y no atribuirse a la simple falta de aislamiento (factor a) en el tratamiento; sin embargo, la réplica 1 presenta una tendencia aceptable dentro del comportamiento de la temperatura en el proceso de compostaje. Para el tratamiento (ac), (véase figura 4.9) se pudo observar como este presentó una tendencia estable de variación de temperatura y su vez alcanzó valores elevados de la misma, aunque de acuerdo a esta variable no se pudo observar la etapa de maduración. (Véase figura 2.2) Respecto a el tratamiento (bc), (véase figura 4.10 ) este presenta en rasgos generales el comportamiento esperado de la temperatura para el proceso de compostaje, sin embargo, el no haber alcanzado una temperatura tan elevada y haber sido brusca la caída de temperatura transcurridos 49 días desde el inicio del tratamiento, pudiese atribuirse a algún factor externo que provocó de alguna manera la inhibición del proceso de degradación y no a la presencia de la etapa de maduración en este tratamiento. Por otro lado para el tratamiento abc, (véase figura 4.11) se observó un comportamiento de la temperatura muy 79 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados similar al del tratamiento (ac), demostrándose nuevamente la poca influencia del factor (B) dentro del proceso de degradación. Por otra parte también se llevó el monitoreo y control de la humedad de cada pila. La cantidad de humedad en cada pila debe mantenerse en un rango de (40- 60)% de manera de garantizar la acción de los microorganismos y permitir la ventilación necesaria para la oxigenación del medio. Por debajo de 40% la descomposición sería aeróbica pero lenta. Por encima de 60% puede haber insuficiente espacio aéreo para sostener la descomposición aeróbica y las condiciones anaeróbicas pueden prevalecer (Peña, 1993). Se pudo observar que los valores de humedad se mantenían en niveles relativamente similares para todos los tratamientos (40-60)%, debido al control que se tenía sobre esta variable y además las cantidades de líquido (agua o inóculo) suministrado a cualquiera de los tratamientos fue aproximadamente 250ml por cada kg de materia a degradar cada 3 días simultáneamente con la aireación de cada pila. Lo cual permitió mantener en valores aceptables la cantidad de agua presente en las pilas y asegurar la presencia de oxígeno necesario para lograr la degradación por parte de organismos aerobios. Con respecto al pH durante el proceso de degradación fue necesario monitorear este parámetro para evaluar el ambiente microbiano dentro de la pila y la estabilización de los residuos. Según (Pravia 1999) para la fase inicial el pH desciende a valores de 5 o menos, debido a la presencia de ácidos orgánicos simples y la temperatura sube debido a la producción de organismos mesófilos. Después de aproximadamente 6 días la temperatura llega a la etapa termófila y el pH comienza a subir hasta valores entre 8 y 8,5 y finalmente desciende hasta quedar estabilizada cuyo rango óptimo será de 7-8 para el compost maduro. Los rangos establecidos según (Rivero 1998) son: • pH menor a 6,0: la pila se encuentra en la fase inicial del proceso. • pH entre 6,0 y 7,6: la pila se encuentra en fase estabilizada. 80 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Para el caso en estudio todos los tratamientos partieron con un valor de pH igual a 7 unidades; se pudo observar como en aquellos tratamientos donde no se aplicó bioaumentación (1, a, b, ab ), los valores de pH no presentaron cambios significativos durante el tiempo de tratamiento, manteniéndose de forma general en un rango de (6,8-7,3), lo cual evidenció la poca actividad microbiana para estos tratamiento. A su vez para los tratamientos donde se aplicó bioaumentación (c, ac, bc, abc), los valores de pH presentaron variaciones significativas, inicialmente descendieron hasta valores de 5,2; posteriormente en algunos casos tomaron valores de hasta 8,3; para finalmente tomar valores neutros característicos del compost estable. (véase Tabla 4.16). Por lo tanto es importante señalar que en la etapa inicial el pH descendió por la presencia de ácidos orgánicos simples producto de la degradación de materia orgánica y posteriormente durante la etapa de transformación del desecho, el nitrógeno orgánico pasa a nitrógeno amoniacal, con lo cual se puede producir un aumento significativo del pH; seguidamente el nitrógeno amoniacal es oxidado a nitrito y rápidamente oxidado a nitrato, provocando este proceso un cambio de pH a valores neutros, pudiendo ser esta la causa del descenso del pH. Cabe destacar que la variación significativa de este parámetro para estos 4 tratamientos, evidenció las distintas actividades microbianas, consumos y formaciones de sustancias químicas, características del proceso de descomposición de la materia orgánica.(Pravia, 1999) También se determinó la cantidad de materia orgánica degradada en cada tratamiento; tomando en cuenta la cantidad de materia orgánica inicial (72,41%) para todos los tratamientos y la final luego de transcurrido el tiempo de descomposición (76 días ). Los resultados se representan en la tabla 4.17, donde se tiene que en todos los tratamientos hubo degradación de materia Orgánica, con una marcada diferencia favorable para los tratamientos c, ac, bc y abc para las tres réplicas se demostró nuevamente la fuerte incidencia de la presencia de bioaumentación en el proceso de descomposición de la materia orgánica. 81 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.16 Valores de pH registrados durante el proceso de compostaje para los distintos tratamientos en estudio PARÁMETRO TRATAM. REPLICA 11/01/2006 14/01/2006 17/01/2006 20/01/2006 23/01/2006 26/01/2006 29/01/2006 01/02/2006 04/02/2006 07/02/2006 10/02/2006 13/02/2006 16/02/2006 19/02/2006 22/02/2006 25/02/2006 28/02/2006 03/03/2006 06/03/2006 09/03/2006 12/03/2006 15/03/2006 18/03/2006 21/03/2006 24/03/2006 27/03/2006 pH Adim R1 7,0 7,1 7,2 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,8 6,9 7,0 7,0 7,0 7,1 7,1 7,1 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 1 R2 7,0 6,8 6,8 6,8 6,7 6,8 6,8 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,8 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 R3 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,2 7,0 7,1 7,0 7,0 7,0 7,2 7,0 7,0 7,1 7,0 7,0 7,0 R1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 7,1 7,1 7,2 7,1 7,2 6,8 7,1 6,9 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,3 7,1 7,0 7,0 a R2 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,8 6,9 6,9 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 R3 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 7,1 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 R1 7,0 7,1 7,0 7,2 7,1 7,1 7,2 7,1 7,0 6,8 6,8 6,9 7,0 7,1 7,1 7,2 7,2 7,1 7,1 7,0 7,0 7.1 7,0 7,0 7,0 7,0 b R2 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,3 7,3 7,3 7,2 7,2 7,1 7,2 7,2 7,2 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 R3 7,0 7,1 7,1 7,3 7,2 7,2 7,2 6,8 6,8 6,7 6,8 6,8 6,8 6,9 6,9 7,1 7,2 6,9 6,9 6,8 6,9 6,8 7,0 7,0 7,0 7,0 R1 7,0 7,0 7,1 7,2 7,2 7,1 6,7 7,0 6,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,0 7,0 7,1 7,0 7,3 7,2 7,2 7,1 7,0 7,0 7,0 7,2 7,2 ab R2 7,0 7,1 7,1 7,2 7,1 7,1 7,0 6,5 6,9 6,8 7,0 6,0 7,1 7,0 7,0 7,1 7,1 7,2 7,1 7,1 7,3 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 R3 7,0 6,9 7,1 6,8 6,8 6,8 7,0 6,0 6,0 6,7 7,0 7,0 7,1 6,0 7,0 7,1 7,1 6,8 7,0 7,0 7,0 7,0 7,2 7,1 7,0 7,0 R1 7,0 7,0 7,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 6,9 7,1 5,8 5,7 5,3 5,3 5,3 5,4 6,8 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9 6,7 6,9 c R2 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,2 6,0 5,4 5,2 5,4 5,9 5,5 5,5 7,5 7,5 7,6 7,6 8,0 8,1 7,3 7,0 7,0 7,0 7,0 R3 7,0 7,2 7,2 7,1 6,8 6,8 6,8 6,8 6,7 6,7 6,8 6,5 6,8 6,2 6,2 6,2 6,1 6,0 5,8 7,0 7,5 7,5 7,5 7,4 7,6 7,2 R1 7,0 7,0 7,0 6,0 6,8 6,5 6,5 6,2 6,5 6,9 6,7 6,7 7,0 7,6 7,6 7,7 7,8 7,5 7,6 7,8 7,1 7,1 7,2 7,2 7,1 7,5 ac R2 7,0 7,0 7,0 6,5 6,2 6,5 6,8 6,9 6,7 5,3 5,2 5,4 6,0 8,0 7,6 7,6 7,0 7,0 7,0 7,2 7,0 7,3 7,3 7,0 7,4 7,0 R3 7,0 7,2 7,1 7,0 6,8 6,5 6,6 6,6 6,8 6,9 7,0 7,0 7,5 8,0 8,1 8,1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,1 7,1 7,1 R1 7,0 7,0 7,0 7,0 7,2 7,3 6,8 5,4 6,5 5,7 6,2 6,5 6,3 6,5 7,1 7,6 7,7 7,0 7,8 7,8 8,2 8,1 8,0 8,1 8,0 8,0 bc R2 7,0 6,8 6,8 6,7 6,7 6,7 6,5 6,2 6,2 6,3 6,8 7,2 7,2 7,6 7,8 7,7 8,0 8,1 8,0 8,1 7,5 7,2 7,3 7,4 7,1 7,4 R3 7,0 6,9 6,8 6,7 6,4 5,6 5,7 5,9 5,5 6,2 6,1 6,5 6,8 7,9 7,6 7,6 8,0 8,2 8,0 8,0 7,9 7,5 7,6 7,5 7,4 7,3 R1 7,0 7,0 7,2 6,2 6,5 6,8 5,4 6,7 6,7 7,5 7,6 8,1 8,1 8,1 8,1 7,5 7,5 7,6 7,4 7,3 7,2 7,2 7,2 7,2 7,1 7,2 abc R2 7,0 6,9 7,2 6,5 6,4 6,2 5,8 5,4 6,1 6,3 7,1 7,2 7,0 7,2 7,5 7,4 7,4 7,1 7,6 77,0 8,2 7,9 7,4 7,6 7,1 7,1 R3 7,0 7,0 6,8 6,0 6,5 6,4 6,5 6,0 7,1 7,2 7,4 7,8 7,9 7,9 8,0 7,7 7,0 7,6 7,5 7,4 7,3 7,0 7,2 7,2 7,2 7,0 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.17 Valores de materia orgánica al final del proceso de compostaje Réplica Número de Carbono orgánico Tratamiento tratamiento C.O (%) 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 (1) a b ab c ac bc abc (1) a b ab c ac bc abc (1) a b ab c ac bc abc 40,14 36,62 38,90 36,17 29,05 25,35 31,04 28,07 39,08 37,34 37,74 34,41 28,04 26,27 29,06 26,87 39,94 36,05 38,42 35,59 27,46 26,83 28,61 30,22 Materia orgánica Final (%) 69,20 63,14 67,07 62,36 50,08 43,71 53,51 48,40 67,38 64,37 65,07 59,33 48,34 45,30 50,10 46,32 68,86 62,15 66,24 61,36 47,35 46,26 49,33 52,10 Materia orgánica degradada M.O.D (%) 3,21 9,27 5,34 10,05 22,33 28,70 18,90 24,01 5,03 8,04 7,36 13,08 24,07 27,11 22,31 26,09 3,55 10,26 6,17 11,14 25,06 26,15 23,08 20,31 Fuente propia Análisis estadístico del proceso de compostaje Con el objeto de realizar un estudio mas minucioso del experimento se procede a darle un tratamiento estadístico a los resultados obtenidos en el experimento, donde se tomó como variable respuesta o indicador de eficiencia la cantidad de Materia Orgánica Degradada (MOD). (Véase capítulo III, sección 3.2.3.3) 83 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Por lo tanto con la finalidad de investigar cuales efectos están activos o son significativos para el caso de estudio es preciso probar las hipótesis de interés mediante un análisis de Varianza (ANOVA); dichas hipótesis se plantean a continuación: H0: Efecto i= 0 H1: efecto i ≠0 Para todo “ i ” correspondiente a los factores A, B, C y sus interacciones AB, AC, BC, ABC Para obtener el ANOVA se utilizaron los datos de la tabla 4.17 los cuales fueron suministrados al Programa estadístico Minitab 13.2 para Windows de acuerdo a la metodología plateada en el capítulo III sección 3.2.3.4; donde se determinaron parámetros como contrastes, efectos, suma de cuadrados, cuadrados medios, estadístico de prueba y p-value, cuyos resultados se expresan en la tabla 4.18 y pueden verificarse en el apéndice A los resultados arrojados con los formatos del Minitab 13.2 Tabla 4.18 ANOVA del diseño factorial en estudio Factor A B C AB AC BC ABC ERROR TOTAL GL 1 1 1 1 1 1 1 16 23 Contraste 47,80 -4,94 195,62 -4,76 -14,56 -32,50 -4,00 ---- Efecto 3,98 -0,41 16,30 -0,40 -1,21 -2,71 -0,33 SC 95,20 1.02 1594,47 0.94 8.83 44,01 0.67 45.30 1790.43 CM 95,20 1.02 1594,47 0.94 8.83 44,01 0.67 2.83 --- Fo 33.63 0.36 563.21 0.33 3.12 15.55 0.24 R2 --- p-value 0.000 0.557 0.000 0.572 0.096 0.001 0.634 0,97 --- Fuente Minitab 13.2 Observando los resultados de los efectos de la tabla.4.18 se pudo verificar que los valores de los efectos presentaron signos positivos y negativo lo cual expresa que algunos 84 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados factores afectan de forma favorable a la variable respuesta mientras que otros lo hacen de manera contraria; así también se pudo comprobar que de acuerdo a sus valores absolutos los factores (A) y (C) y las interacciones (AC) y (BC) fueron los que presentaron mayor magnitud con respecto a los efectos del resto de los factores (B), (AB) y (ABC), por lo tanto los primeros mencionados son los factores que presentan pronunciada y firme incidencia en el cambio de la variable respuesta por un cambio de nivel en los mismos, o bien que el cambio de nivel de estos provoca que la respuesta promedio aumente en la magnitud que lo indica el efecto. Analizando los factores que mas afectan se verificó que el (A) y el (C) son los que en definitiva generan un efecto favorable mas significativo en la Degradación de la Materia Orgánica. La figura 4.12 muestra la línea de probabilidad normal de estos efectos, para el experimento de degradación de materia orgánica; donde se hizo evidente que los efectos principales A, C junto con la interacción BC, son los significativos , ya que se encuentran distantes de la línea que pasa por los demás puntos Normal Probability Plot of the Standardized Effects (response is mod, Alpha = ,05) 1,5 C A: A B: B C: C 1,0 Normal Score A 0,5 0,0 -0,5 -1,0 BC -1,5 0 10 20 Standardized Effect Figura 4.12 Comportamiento de la probabilidad normal de los efectos estandarizados 85 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados La ecuación de regresión lineal está dada según Minitab 13.2 (ver apéndice A) por la siguiente expresión, con un coeficiente de correlación de R-Sq = 94,4 %: MOD = 15,9 + 1,99 A - 0,206 B + 8,15 C De acuerdo a este resultado se pudo corroborar como el factor (C) presentó el mayor coeficiente, por lo que un pequeño cambio de nivel de este factor generará una alta variación en la materia orgánica degradada MOD, por lo tanto este será el factor mas influyente; seguido de este se tiene el factor (A) cuyo coeficiente indica una notable influencia positiva sobre la variable respuesta ; por otro lado el factor (B) influye en la MOD de forma leve y negativamente sobre la variable respuesta según lo expresa el signo del coeficiente y la magnitud del mismo. En las figuras 4.13 y 4.14 se permiten apreciar y comparar los efectos de cada factor en estudio, así como las interacciones entre los mismos; se pudo observar como el efecto de la bioaumnetación (Factor C) presenta la pendiente mas pronunciada seguido del aislamiento de la pila (factor A), estos dos presentan pendientes positivas que demuestran que estos efectos principales afectan positivamente a la degradación de la materia orgánica,; caso contrario el de la recolección de lixiviado (factor B) el cual es poco significativo y adicionalmente afecta de manera negativa tal como lo demuestra la pendiente de la curva. Con respecto a las interacciones gráficamente existe interacción entre factores si las líneas obtenidas se cruzan y no presentan interacción si son totalmente paralelas, en caso de que la pendiente presente una ligera diferencia en la inclinación, de esa misma magnitud será pues la interacción entre los factores; por lo tanto se obtuvo como resultado según la figura 4.14 que entre los factores A y B no existió interacción alguna, para los factores A y C existe una leve interacción y finalmente para los factores B y C existe clara interacción entre los mismo; se puede observar como cuando se aplica la bioaumentación la recolección de lixiviados desfavorece a la degradación de materia orgánica , mientras que 86 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados en caso que no se aplica el inóculo a las pilas (Factor C en nivel inferior) la recolección de lixiviados favorece a la degradación de la materia orgánica. Este comportamiento de la interacción BC se puede atribuir al hecho de que en la fase experimental aquellas pilas donde se aplicaba la recolección de lixiviados (factor B en nivel alto) la cantidad de inóculo añadido para la bioaumentación (factor C en nivel alto) era inferior, pues la reposición del lixiviado nuevamente al residuo permitió recuperar también el valor óptimo de humedad y por consiguiente no fue necesario aplicar grandes cantidades de inóculo que en aquellos casos donde no se recolectaba el lixiviado; por lo tanto la cantidad de inóculo aplicado a cada pila no fue en cantidades iguales en todos los tratamientos. Toda esta situación pudo haber generado el efecto negativo que provocó la interacción de estos factores con respecto a la variable respuesta del Diseño de Experimento. Así también se pudo evidenciar comparando estos mismos factores, como los valores de la variable respuesta de los tratamientos (c) presentaron mayores valores de degradación que los tratamientos (bc), y en este mismo sentido, aún menores los del tratamiento (b) ver tabla 4.17. Por lo tanto se logra demostrar como el factor (B) afecta negativamente al fuerte efecto positivo del factor (C). Posteriormente para continuar el análisis estadístico se definió la significancia predefinida “alfa α” en un valor de 0,05 (5%), el cual es el riesgo máximo que se está dispuesto a correr en caso de rechazar la hipótesis nula planteada siendo esta verdadera; por lo tanto, para rechazar la hipótesis nula será necesario que p-value sea menor o igual al nivel de significancia (ver capítulo II marco teórico), así pues observando la tabla 4.18 se confirma estadísticamente que esta condición se presenta para los factores (A), (C) y la interacción (BC). Para corroborar esta afirmación se determinó el estadístico de prueba o factor de Fischer teórico, según la figura D.7 del apéndice D. Arrojando un valor de factor de Fischer teórico igual a (4,49);. de tal manera que para los casos en que el factor de Fischer experimental sea igual o mayor al teórico existe incidencia del factor en la variable respuesta. Por lo tanto se pudo confirmar que el factor con mayor influencia fue el (C) 87 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados (F0=563,21) seguido del factor (A) (F0=33,63) y la interacción (BC) (F0=15,55) con menos peso según lo indicó la magnitud del estadístico de prueba. Main Effects Plot (data means) for MOD -1 -1 1 1 -1 1 24 MOD 20 16 12 8 Aislamiento Rd.Lix iv iado Bioaumentac i Figura 4.13 Efectos principales de los factores de acuerdo a la materia orgánica degradada Interaction Plot (data means) for MOD 1 -1 -1 1 25 Aislamiento 1 15 -1 5 25 Rd.Lix iv iado 1 15 -1 5 Bioaumentaci Figura 4.14 Efectos de las interacciones de acuerdo a la materia orgánica degradada De acuerdo al resultado obtenido se puede confirmar que la interacción (BC) aún cuando es significativa la interacción no genera cambios o efectos profundos sobre la Materia Orgánica Degradada, en definitiva lo que el factor B aporta al tratamiento (bc) es la disminución del efecto del factor (C); caso distinto es el que ocurre con el factor (A y C), donde cada uno en forma independiente aporta efectos positivos concretos en la variable respuesta, sin embargo la interacción de ellos no es la que genera tales efectos como lo 88 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados demuestra el valor bajo del factor de fischer de esta interacción (véase tabla 4.18), sino que en forma paralela ambos le proporcionan una contribución absoluta positiva a la degradación de la materia orgánica tal como lo demuestran los resultados de la tabla 4.17, donde para esta combinación de factores se obtiene la mas alta cantidad de MOD. Análisis Residual La figura 4.15 representa la gráfica de probabilidad normal para los residuos con la cual se puede verificar el supuesto de normalidad ya que se observa que los datos se ajustan a una línea recta que pasa por el centro del plano. Los dos puntos extremos de la izquierda y el extremo de la derecha presentan una pequeña desviación pero pareciera no ser tan severa. Esta situación puede deberse a que posiblemente existan algunas variables del proceso que afecten a la variabilidad de la MOD, si fuese posible detectarlas entonces sería posible ajustarlas a niveles que minimicen tal variabilidad en la variable respuesta. Estos factores pudiesen ser tamaño de las partículas del residuo, homogeneización del material a compostar, recuperación de los valores de humedad a condiciones similares entre otros; los cuales pudieron no ser iguales para todos los tratamientos aplicados. Normal Probability Plot of the Residuals (res pons e is mod) 2 Normal Score 1 0 -1 -2 -3 -2 -1 0 1 2 3 Residual Figura 4.15 Gráfica de probabilidad normal de los residuos de cada tratamiento 89 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Por otra parte, al analizar el supuesto de varianza constante se debe observar una banda horizontal aleatoria, por lo tanto al observar la figura 4.16 donde se encuentra la gráfica de los valores predichos con respecto a los residuos; se verifica como estos últimos se encuentran de forma general entre 2 y -2 a excepción de los residuos de los tratamientos 4, 8 y 24 según la tabla 4.20, es importante resaltar que estos tratamientos se encontraban ubicados en sectores comunes dentro del diseño del arreglo de las pilas (véase capítulo III figura 3.4 ); se detalla también que la banda horizontal presenta un vació para valores de materia orgánica degradada entre (14-28) % este vació se debe a la fuerte incidencia que presenta el factor (C) en comparación con el resto de los factores; los resultados presentaron una diferencia marcada favorables para aquellos tratamientos donde el factor bioaumentación se encontraba en el nivel alto y desfavorable cuando este se encontraba en el nivel bajo; esta información se evidencia en la figura 4.17 donde se ve como los valores promedios del plano frontal delantero son significativamente inferiores a los del plano frontal trasero. Residuals Versus the Fitted Values (res ponse is mod) 3 2 Residual 1 0 -1 -2 -3 5 15 25 Fitted Value Figura 4.16 Valores de los residuos de cada tratamiento con respecto a los predichos de materia orgánica degradada 90 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Cube Plot (data means) for MOD 21,430 23,470 6,290 1 Rd.Lix iv iado 11,423 23,820 27,320 1 Bioaumentac i 3,930 9,190 -1 -1 -1 1 Ais lamiento Figura 4.17 Visualización de los Valores medios de degradación de materia orgánica para cada uno de los tratamientos estudiados Aprovechamiento de la materia obtenida en el campo agrícola Luego de la aplicación de los diferentes tratamientos se observó que hubo en todos los casos degradación de la materia orgánica por la acción de una población mixta de microorganismos; según los resultados de la tabla 4.17. Durante este proceso es posible que el sustrato orgánico sufra transformaciones físicas y químicas hasta llegar a convertirse en un compuesto final, parcialmente humidificado con características fertilizantes para la agricultura.(Taylhardat 1998). Por esto será necesario realizar los análisis de macro y micronutrientes y características físicas a la materia tratada, con la finalidad de determinar el aprovechamiento agrícola de la misma. Debido a que todo el sustrato inicial provenía de la misma fuente (desechos de jardinería de la UC Núcleo Bárbula) y con la finalidad de minimizar los costos de análisis y tiempo de ejecución de los mismos; se estudió sólo la mezcla de los sustratos proveniente 91 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados de los tratamientos 6, 14 y 22 según tabla 4.17, en los cuales la materia orgánica degradada fue la mas elevada y se encontraban en el nivel alto los factores de mayor incidencia (aislamiento y bioaumentación) sobre la variable respuesta. Los resultados de los análisis físico-químicos se pueden observar en la tabla 4.19 donde se expresan las concentraciones de materia orgánica y relación carbono nitrógeno (C/N) humedad, pH y conductividad y en la tabla 4.20 se expresan las concentraciones de macronutrientes, nutrientes secundarios y micronutrientes. Tabla 4.19 Resultado de compuestos Orgánicos y propiedades físico-químicas del material comportado Medición % Carbono Orgánico % Materia Orgánica Relación C/N %Humedad pH Conductividad Resultado 26,15 45,09 17,43 43,20 7,20 1,00 Por lo tanto se pudo observar tomando como referencia los valores aportados por (Pravia 1999), como la cantidad de carbono orgánico diminuyó de un valor de 42 % a 26,15%, la relación de carbono nitrógeno disminuyó de un valor inicial de 25,37 a un valor de 17,43 adim, el cual se encuentra dentro de los valores aceptables cuyo rango está estimado en (15-20); de esta forma se comprueba la degradación de la materia orgánica, dando disponibilidad a nutrientes por efecto de la mineralización de los compuestos. Con respecto a la humedad esta presentó un valor de 43,2% cercano al límite inferior del rango (40-60)% lo cual es favorable ya que la ausencia de líquido permite una mayor estabilidad microbiana; con respecto al pH este se encontró en un valor de 7,2 oscilando el rango de compost estabilizado en (6-7,6).unidades 92 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.20 Resultados de las concentraciones de nutrientes en el material compostado Nutriente Macronutrientes (%) Nutrientes secundarios (%) Micronutrientes Elemento N P K Mg Ca Na(%) Fe (%) Zn (ppm) Cu (ppm) Concentración 1.50 1.60 1.75 0.27 8.43 1.27 0.05 299.33 29.00 Análisis de la cantidad de nutrientes del material compostado Con respecto a los macronutrientes N2 , P2O5 , KOH estos resultan ser de gran importancia cuando el destino final del producto es para uso agrícola , por lo tanto se realizó una comparación con valores de la organización mundial de la salud OMS 1985 , Grupo Raaa y Taylhardat 1998; con lo cual se determinó el grado de aceptación de las concentraciones obtenidas con respecto a referencias calificadas. La comparación de estos valores se puede visualizar en la tabla 4.21 Donde se observa como el nivel de Nitrógeno se encuentra dentro de rango con la referencia OMS y un poco elevado con respecto a Grupo Raaa y Taylhardat; Los niveles de Fósforo se encuentra dentro de los valores promedios de las referencias y para el caso de los niveles de Potasio cumple con la OMS y muy próximo al grupo Raaa distanciándose de forma pronunciada de los Niveles referenciales de Tayalhdat. En forma general se puede Observar como los niveles de los macronutrientes con respecto a la OMS se encuentra dentro de valores aceptables. 93 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados Tabla 4.21 Comparación de niveles de Macronutrientes de la muestra compostada respecto a referencias calificadas Elemento Nitrógeno Fósforo Potasio Material Obtenido 1.5 1,60 1,75 OMS 1985 0.1-1.8 0.1-1.7 0.1-2.3 Grupo Raaa 1.04 0.8 1.5 Taylhardat 1998 0.81 2.48 0.19 Fuente OMS,1985;grupo Raaa, Taylhardat1998 Con relación a los micronutrientes estos son requeridos por las plantas en cantidades mínimas, mas no en trazas, y en cantidades excesivas son tóxicas, por lo tanto en los niveles que se encontraron en los resultados reflejados en la tabla 4.20, se pueden considerar como aceptables para un abono orgánico. Características biológicas del material compostado Al realizar un estudio de las características biológicas se aseguró el buen estado sanitario del material compostado el cual no presentó microorganismos patógeno; al observar la figura 4.9 se puede justificar que las altas temperaturas alcanzadas sirvieron como etapa de autoesterilización de la pila, sin embargo el material estuvo acompañado de microorganismos benéficos los cuales mantendrán y darán vida al suelo cuando el material sea incorporado al mismo. El olor fue levemente similar a la tierra húmeda, su apariencia fue homogénea y resultó dificultoso distinguir alguna característica del material inicial, a excepción de algunos restos de ramas y cortezas que resultó difícil su degradación. (ver tabla A.13). Con respecto al tiempo de compostaje se pudo observar, para el tratamiento (ac), que el proceso de compostaje para los dos meses y medio sólo estuvo iniciando la etapa de maduración (véase capítulo II, sección 2.2.7); por lo tanto se espera que una vez agregado el compost al suelo este continuará la degradación en forma mas lenta y sin generar efectos secundarios perjudiciales al ambiente. De acuerdo al análisis global del material obtenido luego del tratamiento de los desechos vegetales de jardinería de la Universidad de Carabobo a través de la técnica de compostaje aplicando un inóculo y aislamiento con la finalidad de aumentar la población 94 Presentación, Análisis y Discusión de Resultados microbiana y nutrientes y mantener las temperaturas de las pilas respectivamente, se determinó que este sustrato puede ser utilizado de acuerdo a sus características Químicas Físicas y Biológicas como un abono o agregado agrícola con la finalidad de enriquecer los suelos donde se aplique. Logrando reiniciar en forma acelerada el ciclo de transformaciones, donde nuevamente la materia orgánica degradada pasa a ser fuente de alimentación de aquellas especies vegetales que generaron el residuo. 95 V. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SISTEMA DE T TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE JARDINERÍA DE LA UC 5.1 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA Con la finalidad de aplicar el proceso de degradación de materia orgánica vegetal en la Universidad de Carabobo se presentan a continuación una serie de aspectos, descripciones de áreas y espacios, diseño de sistemas y equipos, aspectos sanitarios y ambientales que deberán considerarse con la finalidad de garantizar el control del proceso y un desarrollo adecuado del sistema de bioaprovechamiento de la materia vegetal . Aspectos cualitativos Es importante caracterizar adecuadamente los residuos que se van a compostar de acuerdo a los parámetros y criterios establecidos en el capítulo II, sección2.2.6. Será necesario mezclar la materia a compostar de acuerdo a las condiciones de mezclado planteadas de forma que la relación carbono nitrógeno (C/N) se encuentre dentro de rangos aceptables; de existir alguna dificultad en los balances de los compuestos se deberá identificar localmente fuentes de desechos que permitan realizar las correcciones necesarias. Aspectos cuantitativos La cuantificación de los volúmenes que se dispondrá a compostar así como la frecuencia de ingreso de los mismos, es un dato de gran importancia, ya que permitirá calcular la necesidad de área de compostaje y determinar la unidad de compostaje o camellón. (Pravia, 1999 ). Los datos relacionados con las cantidades promedios de residuos generados y las características de interés para realizar los cálculos respectivos se encuentran reflejados en la 96 Evaluación técnica y económica tabla 5.1 De igual manera se pueden apreciar en las tablas 4.5 y 4.9 las cantidades de generación semanal de acuerdo al período de estudio; De esta forma se deberá garantizar el espacio físico y la adecuación del mismo para lograr el apropiado tratamiento de la materia vegetal. Tabla 5.1 Cantidades promedios de residuos generadas y características de interés durante el período de estudio Materia Masa mensual (kg) Densidad de la materia kg/m3 Volumen mensual (m3) Relación Carbono Nitrógeno (C/N) Césped Hojas Ramas Mezcla 3744,4 2605,4 256,12 6.605,92 kg/mes 460 350 550 ---- 8,14 7,44 0,48 16,06 m3/mes 12 40 150 25.37 Fuente; propia Área de compostaje El área donde se conformarán las pilas y se lleva a cabo el proceso de compostaje se denomina cancha o patios. En el momento de seleccionar el área destinada a las canchas debemos considerar que estas áreas deberán situarse en los puntos topográficos mas altos del terreno. Es necesario que las canchas presenten un declive superior al 1% hacia las cotas menores, de esta forma será posible colectar los líquidos lixiviados que se generen durante el proceso. Por otra parte no será necesario la impermeabilidad del suelo debido a que el suelo de la Universidad de Carabobo es moderadamente arcilloso, por lo que evitaría la posible contaminación de suelo y de las aguas subterráneas; debido a la poca porosidad y forma compacta característico de los suelos con estas condiciones. Diseño de la unidad de compostaje La unidad de compostaje está definida como la masa de residuos que permitirá la conformación de un camellón y que ingresará al sistema como una unidad independiente del resto (Pravia 1999) 97 Evaluación técnica y económica El valor de masa para un camellón de acuerdo a las cantidades de residuos promedias obtenidas para el periodo en estudio es de 6.605,92 kg/mes el cual corresponde a un volumen aproximado de 16,07 m3/mes (ver apéndice B tabla B.1). La forma de la pila será de pirámide alargada con la finalidad que facilitar la disposición de los desechos y deberán realizarse acciones de mezclado y corte que permitan la completa homogeneización de la materia a tratar. Diseño del camellón o pila No es aconsejable la conformación de pilas de pequeños volúmenes, ya que las fluctuaciones de temperatura en estos pequeños volúmenes son muy bruscas y de acuerdo a lo visto en el capítulo IV, sección 4.3, en cuanto a los resultados del diseño de experimento, es necesario el aislamiento de la pila para un mayor rendimiento y eficiencia, en cuanto a la degradación de materia orgánica. Por lo tanto mientras mas grande sea la pila mayor será la posibilidad de que la propia materia a degradar realice un autoaislamiento del sector interno y de esta forma contribuir a mantener la temperatura sin necesidad de aplicar un aislamiento adicional. Por lo tanto se plantea una base de 3 metros de ancho y según (Pravia 1999) la altura deberá tomar valores iguales a la mitad de la longitud de la base (1,5 m), con la finalidad de obtener una buena relación Superficie / Volumen. De acuerdo a estos valores se tiene un volumen de 2,25 m3 por metro lineal; por lo tanto de acuerdo al volumen a compostar en un mes se necesitará una longitud de 8m para la pila. (ver cálculos en apéndice B). La figura 5.1 muestra las dimensiones definitivas de la pila a tratar. 98 1,50m Evaluación técnica y económica 0m 8, 0 3,00m Figura 5.1 Dimensiones de la pila para el tratamiento a escala industrial Dimensión de la cancha de compostaje La dimensión de la cancha es el área total donde se llevara a cabo el proceso de compostaje tomando en cuenta el número de pilas y las separaciones entre unas y otras. Todo esto estará íntimamente relacionado con el tiempo de compostaje, el cual esta dado por el tiempo que transcurre desde la conformación de la pila hasta la obtención del compost estable. De acuerdo a los ensayos realizados a escala piloto este tiempo será aproximadamente de 2 meses y medio; y tomando en cuenta un factor de seguridad ante cualquier situación eventual o demora en la degradación por alguna causa externa, se considerará un tiempo total de tres meses. Por lo tanto para asegurar el tratamiento continuo a los desechos se necesitará disponer de un área de cancha con lo cual asegurar el consecutivo tratamiento de los residuos generados mensualmente por la institución. De acuerdo a lo anteriormente expuesto la dimensión de la cancha estará determinada principalmente de acuerdo al tamaño de la unidad y el tiempo de compostaje. 99 Evaluación técnica y económica Con respecto al dimensionamiento de la pila, mensualmente se ocupará un área de base de 24m2, ahora para que esta materia salga del sistema será necesario haber transcurridos tres meses por lo tanto para este momento se habrá necesitado dos veces mas la misma área; por lo tanto el área total para la instalación de las tres pilas será de 72m2. A su vez se deberá considerar un espacio adicional entre las pilas y los extremos de las mismas, los cuales se les denominará pasillos y debido a que se realizará la aireación y remoción de la materia orgánica con un tractor con pala, será necesario un ancho de cuatro metros, con la finalidad de asegurar la fácil maniobra del tractor volteo; con lo que se obtiene un área total de 400m2. El esquema del sistema de tratamiento de los residuos puede observarse en la figura 5.2 donde se puede apreciar que cuando se cuenta con el material necesario para la conformación de la cuarta pila la primera pila habrá cumplido 90 días, por lo tanto el compost se retira y el espacio queda disponible para recibir a la nueva pila; estableciéndose un ciclo productivo mensual denominado sistema asincrónico. (Pravia 1999) 1,50m 1,50m 1,00 m 1,50m 4,00 m 4,00 m 4,00 m 3,00 m 4,00 m 4,00 m 8,00 m 4,00m 25,00 m Figura 5.2 Dimensionamiento de la cancha de compostaje 100 Evaluación técnica y económica Diseño del sistema de recolección de lixiviados Durante el proceso de compostaje se generarán cantidades considerables de lixiviados debido al gran tamaño de las pilas; .por ser estos lixiviados provenientes de la degradación de materia orgánica vegetal, no presentará problemas serios en cuanto a la contaminación del suelo y aguas subterráneas; sin embargo con la finalidad de aprovechar la carga microbiana presente en el mismo, se podrán colectar en alcantarillas ubicadas hacia el nivel mas bajo del terreno y serán transportados hacia el tanque donde se preparará el inóculo a ser suministrado a la pila. Cabe destacar que no será el lixiviado el fluído principal a utilizar para la bioaumentación, éste solo será una cantidad despreciable comparado con el volumen y los efectos que generará la aplicación del inóculo con la ayuda de las excretas de aves de corral y estiércol de origen bovino. Manejo del sistema Una de las reglas fundamentales a tener en cuenta para este sistema, será mantener la independencia física de cada unidad de compostaje; nunca se deberá adicionar material vegetal nuevo a una pila que ya esté conformada. Sólo cuando se tiene el material equivalente a una unidad de compostaje se deberá entonces instalar la nueva pila (Pravia1999) Aireación y homogeneización de la masa de compostaje La aireación y homogeneización será realizada por medio de un tractor con pala, el cual podrá mezclar el material del centro de la pila (Núcleo) con el material mas expuesto al ambiente (corteza), de manera que toda la materia se encuentre en condiciones similares; así también el volteo permitirá la oxigenación de la pila lo cual contribuirá a la descomposición de la materia por parte de los microorganismos aerobios. No existirán 101 Evaluación técnica y económica frecuencias preestablecidas para la aireación . Las aireaciones excesivas pueden retardar el autocalentamiento de la pila y retraso del proceso de degradación, mientras que el no airear podría generar la acción de los microrgnismos anaeróbicos por la ausencia de oxígeno; lo cual no sería conveniente para el proceso de degradación que se pretende aplicar (aeróbico) Uno de los parámetros que ayudará a determinar la frecuencia de aireación será la temperatura, a través de la cual se podrá ejercer control sobre el proceso en general. Ocasionalmente se deberá airear cuando vaya decreciendo la temperatura . (Pravia 1999). Debido a que el descenso de esta variable usualmente está acompañado de la poca acción de la población microbiana aerobia, lo cual pudiese ser a causa de la falta de oxigenación de la pila. Sin embargo se deberá tener en cuenta que el final del proceso se presentará un descenso de la temperatura, asociado a la concluyente acción de los microorganismos termófilos y posterior etapa de estabilización del compost. Control de la humedad La variable humedad será monitoreada a través de unos sensores de humedad colocados en forma independiente en cada pila, los cuales llevarán una señal al panel de control donde se indicarán los valores de cada una de las humedades de las tres pilas, cuando alguno de estos valores se encuentre fuera de rango, se activará un indicador que mostrará a cual pila pertenece el déficit de humedad. El rango mínimo de humedad aceptable será de 40% por lo tanto cuando ésta se encuentre por debajo de este valor se procederá a la activación del sistema de riego, el cual permitirá reestablecer los valores hasta un rango máximo de 60% . Para realizar la actividad de humidificación de las pilas, se utilizará para las cuatros primeras rociadas de líquido la mezcla de inóculo, con la finalidad de humedecer y aumentar la población microbiana en forma simultánea, mientras que en los reestablecimientos posteriores de humedad, se rociará sólo agua a la pila respectiva. 102 Evaluación técnica y económica De forma general de acuerdo a los ensayos a escala piloto la actividad de humedecer tuvo una frecuencia aproximada de una vez cada tres días y se espera que para el proceso a escala real ésta frecuencia sea menor, debido a que a mayor volumen de materia el centro de la pila quedará menos expuesta a los efectos del sol y corrientes de aire, los cuales son responsable en gran medida de la vaporización de la masa de agua que permanece en la misma. Por lo tanto, será necesario un sistema de bombeo que constará de dos tanques y dos bombas centrífugas, con los cuales se podrá almacenar y bombear las cantidades requeridas de inóculo y agua respectivamente; la representación de este sistema de bombeo se encuentra ilustrado el la figura 5.3, donde se puede observar en detalle la utilización de tuberías, válvulas y accesorios con sus respectivos ramales de distribución con rociadores, que permitirán asegurar la adecuada humidificación de la materia en proceso de degradación. La aplicación de líquido a la masa de la pila será en una relación de 1:4 (Volumen : Masa), por lo tanto será necesario aplicar un volumen aproximado de 2000 litros cada vez que se vaya a regar. El tanque de agua tendrá una capacidad de 6000litros y la bomba de esta rama una capacidad de ½ HP; para el inóculo el tanque tendrá una capacidad de 2000 litros el cual rendirá para aproximadamente 8000 litros, según (Pravia 1999) y la bomba tendrá una igual potencia de ½ HP, con lo cual se garantizará recuperar el valor de humedad en un tiempo aproximado de una hora para ambos casos. El detalle de estos valores se podrá observar en el apéndice B, donde se presentan los cálculos correspondientes al diseño de estos equipos. 103 Evaluación técnica y económica HV- 11 HV-10 3,00 m HV-09 21,00 m HV-07 HV-08 HV-06 HV-05 1,50 m HV-12 0,50 5,00 m INOCUL O 2,00 m HV-03 HV-04 HV-01 HV-02 AGUA Figura 5.3 Diseño del sistema de bombeo para el control de humedad y aplicación w del inóculo Monitoreo de la temperatura La temperatura de la pila será monitoreada a través de cuatro termopares que serán instalados a lo largo de cada pila. Las señales de temperaturas se transmitirán al panel de control donde se visualizarán las temperaturas promedios de cada pila con la finalidad de darle seguimiento al proceso de compostaje en cada pila 104 Evaluación técnica y económica Consideraciones finales del Proceso Al finalizar el proceso de compostaje se estima que el rendimiento en masa sea de aproximadamente 50% de la materia orgánica colocada inicialmente en la pila. Por lo tanto, se obtendrá mensualmente por pila una cantidad de 3302,96 kg/mes; es importante resaltar que el material compostado deberá ser acopiado bajo techo hasta devolverlo nuevamente como compuesto enriquecedor del suelo en los jardines de la Universidad de Carabobo; debido a que si es colocado a la intemperie se pudiese generar una pérdida de nutrientes esenciales por efectos del lavado a causa de la lluvia. En cuanto a los aspectos sanitarios, el material compostado no ofrece mayores riesgos, salvo aquellos que puedan ser originados por elementos inertes corto-punzantes que pudieron haber venido con la materia prima inicial, por lo que será necesario la utilización de guantes anticorte, si se manipula directamente el material. Las mayores consideraciones deberán tomarse en la etapa inicial y mas aún cuando se aplica inóculo con alta población microbiana proveniente de excretas. Referente a los aspectos ambientales tal como se mencionó inicialmente , durante el proceso de compostaje se producen lixiviados los cuales deberán ser recolectados a través de los canales a la orilla de las canchas y prodrán ser reutilizados drenándolos hacia el tanque de inóculo , nunca deberán ser drenados a los suelos debido a que podrían generar un impacto ambiental desfavorable. Así también no se deberá acopiar residuos frescos, más allá de los que se pueda ingresar de forma inmediata al sistema, debido a que se podrían generar descomposiciones indeseadas que pudiesen provocar efectos dañinos al ambiente. 105 Evaluación técnica y económica 5.2 ESTUDIO ECONÓMICO DE LA ELABORACIÓN DE COMPOST A continuación se presenta el estudio económico del proceso de bioaprovechamiento de los desechos vegetales propuesto, donde se determinará la inversión inicial del proyecto, flujos monetarios y equilibrio económico-ambiental, con la finalidad de determinar un desarrollo sostenible; utilizando para esto modelos de rentabilidad de ingeniería económica. 5.2.1 MODELOS DE RENTABILIDAD Uno de los modelos de rentabilidad que maneja la ingeniería económica es el equivalente anual; el cual procesa los flujos monetarios del proyecto para convertirlos en una serie anual uniforme(Bs/año), sobre la escala de tiempo. Junto a este modelo de rentabilidad se usará también el tiempo de pago para de esta manera determinar cuan rápido se recupera la inversión inicial involucrada en la implantación del bioaprovechamiento del residuo vegetal. El tiempo de pago (TP) es un modelo de evaluación que mide el tiempo, en años, requeridos para que los flujos monetarios netos recuperen la inversión inicial a una tasa mínima de rendimiento igual a cero. Este modelo hará énfasis en determinar cuan rápido se recuperara la inversión de capital y no en la cantidad de beneficios obtenidos. El tiempo de pago puede ser calculado mediante la expresión r ∑ ft = 0 (5.1) Giugni de Alvarado L,1997. t0 Donde: ft: es el flujo monetario neto para el año t. y tomando en cuenta que fo esta representada por la inversión inicial a recuperar, se tiene: 106 Evaluación técnica y económica r − II + ∑ ft = 0 (5.2) Giugni de Alvarado L,1997. t1 Desde el punto de vista de tiempo de pago un proyecto de inversión es aceptable, si la inversión inicial de capital se logra recuperar en un tiempo menor o igual a un valor limite establecido por los inversionistas denominado tiempo de pago critico(TPC).Por lo tanto para un proyecto de inversión aceptable se debe cumplir que: TP ≤ TPC (5.3) Giugni de Alvarado L,1997. Sin embargo es relevante resaltar que por tratarse de un proyecto donde la problemática principal es el carácter ambiental, simplemente se hará una evaluación económica de los flujos monetarios involucrados sin esperar la recuperación de la inversión en un tiempo determinado. 5.2.2 PRINCIPALES FLUJOS MONETARIOS ASOCIADOS AL PROYECTO DE INVERSIÓN INVERSIÓN INICIAL (II) La inversión inicial de un proyecto se define como el conjunto de desembolsos necesarios para la adquisición y adecuación de las facilidades de producción, y esto incluye los activos fijos y los activos circulantes que se requiere para que el proyecto inicie sus operaciones normalmente. La inversión inicial se puede dividir en dos componentes importantes que son: -Capital fijo (CF) -Capital de trabajo (CT) 107 Evaluación técnica y económica Por lo tanto se tiene que: II=CF+CT (5.4) Giugni de Alvarado L,1997. El capital fijo comprende aquella porción de inversión inicial destinada para la compra de los activos fijos tangibles y a la compensación de los activos fijos intangibles. El capital fijo puede ser calcula mediante la expresión. CF=Σ(gastos de adquisición de activos fijos) (5.5) Giugni de Alvarado L,1997. Los renglones de capital fijo para el Diseño de un Sistema para el Bioaprovechamiento de los desechos de jardinería generados en la Universidad de Carabobo (Núcleo Bárbula) se encuentran expresados en la tabla 5.2 con sus respectivos valores monetarios. Cada uno de estos valores fueron obtenidos mediante la consulta a los fabricantes de estos equipos así como la revisión en material bibliográfico (apéndice D) Capital de trabajo es la cantidad de dinero necesaria para cubrir los requerimientos mínimos de activos circulantes. En otras palabras se refiere al fondo de capital indispensable para que el proyecto inicie sus operaciones y lo siga haciendo normalmente hasta que se produzcan los primeros ingresos. El capital de trabajo se puede determinar mediante la expresión Ecuación CT= Σ (gastos en activos circulantes) (5.6) Giugni de Alvarado L,1997. 108 Evaluación técnica y económica Tabla 5.2 FLUJOS MONETARIOS DE CAPITAL FIJO CONCEPTO CONFORMADO POR Nivelación del terreno Adecuación del terreno Galpón techado Piso, canales y alcantarillado Tanque para inóculo Bomba para inóculo Tanque para agua Bomba para agua Tuberías* Conexiones de tuberías Aspersores Válvulas Orquilladora Eléctrica de Adquisición de equipos cesped Motosierra Picadora Tractor Medidor de Humedad Medidor de Temperatura pHmetro Equipos de seguridad del personal Instalación de equipos Conexión de todo el sistema de riego Equipos de control y seguridad del proceso Monitoreo de la fase inicial del Análisis de muestras para el de proyecto seguimiento de la fase inicial Imprevistos --TOTAL DE CAPITAL FIJO COSTO EN Bs 2.500.000 60.000.000 10.000.000 800.000 615.780 1.200.000 615.780 523.658 43.920 22.000 221.420 114.026 1.535.078 8.000.000 45.000.000 800.000 1.000.000 800.000 1.000.000 3.000.000 1.000.000 1.000.000 2.000.000 131.791.662 Los renglones de capital de trabajo involucrados en el desarrollo de este proyecto para seis meses luego del arranque del proceso de tratamiento del residuo, se encuentran expresados en la tabla 5.3 con sus respectivos valores monetarios; obtenidos a partir de los insumos y servicios involucrados en el tratamiento de los residuos vegetales de jardinería. Luego utilizando la ecuación 5.6 se logra determinar el capital de trabajo total del proyecto 109 Evaluación técnica y económica Tabla 5.3 FLUJOS MONETARIOS DE CAPITAL TRABAJO PARA LOS PRIMEROS SEIS MESES DE VIDA DEL PROYECTO CONCEPTO CONFORMADO POR CANTIDAD SEMESTRAL Insumos Combustible (Gasoil) 6.000 litros Sacos de 10 Kilos 2000 sacos Servicios Energía eléctrica 143 kw Consumo de Agua 3.6*105 litros TOTAL CAPITAL DE TRABAJO COSTO UNITARIO Bs. 100Bs/ L 400 Bs/ saco 26,39 Bs./ kw 0.95 Bs./ L COSTO TOTAL PARA 6 MESES EN Bs 600.000 800.000 3.773,77 342.000 1.747.973 Para determinar el total de la inversión inicial se presenta la siguiente tabla aplicando directamente la ecuación 5.4 Tabla 5.4 INVERSION TOTAL AL INICIO DE PROYECTO CAPITALES TOTAL DE CAPITAL FIJO TOTAL DE CAPITAL DE TRABAJO TOTAL DE INVERSIÓN INICIAL COSTO EN Bs 131.791.662 1.747.973 133.539.635 COSTOS OPERACIONALES Los costos operacionales incluyen todos los desembolsos que se requieren para que el proyecto una vez puesto en marcha continúe operando normalmente. Para efectos prácticos se suponen que ocurren al final de cada año, aunque realmente su frecuencia puede ser mensual, trimestral o semestral. Estos costos pueden ser calculados mediante la expresión que sigue a continuación. Ecuación Cop=Σ(costos de operación) (5.7) Giugni de Alvarado L,1997. 110 Evaluación técnica y económica Los renglones de costo operación del proyecto en cuestión se pueden observar en la tabla 5.5 , con sus respectivos valores monetarios y por medio de la ecuación 5.7 es posible determinar los costos operacionales al final de cada año, para este proyecto. Tabla 5.5 FLUJOS MONETARIOS DE COSTOS OPERACIONALES CONCEPTO CONFORMADO CANTIDAD AL POR AÑO Insumos Combustible 12.000 litros Sacos de 10 Kilos 4000 sacos Servicios Energía eléctrica 286 kw Consumo de Agua 7.2*105 litros TOTAL DE COSTO DE OPERACIÓN COSTO UNITARIO 100Bs/ L 400 Bs/ saco 26,39 Bs./ kw 0.95 B s./L COSTO TOTAL POR AÑO EN Bs 1.200.000 1.600.000 7.547 684.000 3.491.547 INGRESOS BRUTOS Los ingresos brutos representan el producto de las ventas de los bienes producidos. Para su determinación es necesario conocer el precio de venta del producto final, como la cantidad de los mismos vendidos cada año. Para efectos prácticos y de una manera similar a los costos operacionales también se supone que ocurren al final de cada año. Estos pueden ser determinados mediante la siguiente expresión: IB=pv(Q) (5.8) Giugni de Alvarado L,1997. Donde: Pv: es el precio de venta del bien producido Q:es el precio de ventas correspondiente al año 111 Evaluación técnica y económica Los ingresos brutos del proyecto en estudio están representados en la tabla 5.6, y se logró calcular el total de los ingresos brutos mediante la expresión 5.8. Tabla 5.6 FLUJOS MONETARIOS DE INGRESOS BRUTOS CONCEPTO CONFORMADO POR Venta de producto compost TOTAL DE INGRESOS BRUTOS CANTIDAD AL AÑO 39635,52kg INGRESO TOTAL POR AÑO EN Bs COSTO UNITARIO 1000Bs/kg 39.635.520 39.635.520 COSTO DE CAPITAL El costo de capital para el caso en estudio de la Universidad de Carabobo (Núcleo Bárbula), por ser usado un capital propio de la institución de acuerdo al presupuesto que se le asigna anualmente a la Dirección de Planta Física, este costo se determina mediante el costo de oportunidad, que será los beneficios que se dejan de percibir al retirar el dinero del banco a un determinado interés a la tasa vigente. Este costo de oportunidad puede ser calculado mediante la siguiente expresión Ecuación CC= %B.(II) (5.9) Giugni de Alvarado L,1997. Y con esta ecuación y los datos de inversión inicial de la tabla 5.7 con un interés de la banca del 8% se determina el costo de capital por medio de la ecuación 5.9, como sigue: 112 Evaluación técnica y económica Tabla 5.7 FLUJOS MONETARIOS DE COSTOS DE CAPITAL A INVERTIR INVERSIÓN INICIAL 133.539.635 COSTO DE CAPITAL Bs/año INTERES DE LA BANCA 8% anual COSTOS EN Bs 10.683170 10.683170 VALOR RESIDUAL Es la remuneración neta obtenida por la venta de los activos fijos tangibles. Generalmente ocurre al final de la vida del proyecto. Este valor puede ser calculado mediante la siguiente expresión: VR=Pv-Cr (5.10) Giugni de Alvarado L,1997. Donde: Pv:es el precio de venta del activo tangible Cr: es el costo de remoción del activo tangible En el presente estudio por no tratarse de un proyecto netamente de inversión si no la solución a una problemática ambiental, se plantea una venta de equipos no por que finaliza el proyecto, sino por desincorporación de equipos viejos y actualización de por nuevas tecnologías Los precios de venta se determinaron asumiendo que en el reemplazo de equipos estos estarán valorizados en un 20% del costo del equipo en la inversión inicial. Por lo tanto el valor residual de los bienes adquiridos luego de 10 años, será de 22.707.927 Bs. asumiendo que los costos de desinstalación oscilan en 4.000.000 Bs. Ahora en el caso de aplicar un modelo de equivalente anual junto a tiempo de pago es necesario saber la cantidad de dinero que se pierde anualmente por el deterioro del 113 Evaluación técnica y económica equipo. Este término se conoce como depreciación. En otras palabras la depreciación se puede definir como la pérdida de valor que experimenta un activo fijo con el uso y con el transcurso del tiempo. Uno de los modelos mas sencillos para calcular la depreciación es el modelo lineal o de la línea recta. Este modelo supone que el valor de un activo fijo disminuye en la misma cantidad todos los años; o sea decrece a una rata constante. Esta depreciación es calculada mediante la siguiente expresión: Dt = Cf − VR n (5.11) Giugni de Alvarado L,1997. Donde: Cf: es el Capital fijo VR: es el valor residual del equipo n: es el numero de años de duración del proyecto Por tanto usando la ecuación 5.11 y los datos de capital fijo y valor residual antes calculados y los años estimados de duración del proyecto se obtuvo una depreciación anual de 10.908.373 Bs. año 5.2.3 EVALUACIÓN MONETARIA DE LA VIDA DEL PROYECTO El proyecto de producción de compost en la Universidad de Carabobo se tiene estipulado para diez años según se expresó anteriormente, por lo tanto, tomando en cuenta el costo de capital variable debido a la amortización anual de la inversión inicial y los distintos flujos constantes de ingresos y egresos se tiene para cada año con la ecuación 5.2 lo siguiente: 114 Evaluación técnica y económica r − II + ∑ [IBn - (Cop n + D n + CC n )] t1 Los resultados obtenidos se expresan el la tabla 5.8, donde se puede observar que el tiempo de pago se tendrá para el año ocho y a partir del mismo se comenzaran a obtener beneficios económicos adicionales producto de la elaboración de compost. Tabla 5.8 FLUJOS MONETARIOS DURANTE EL TIEMPO DE VIDA DEL PROYECTO Años Deuda al principio del año Costo de capital Costo de operación + Depreciación Ingresos brutos Deuda al finalizar el año 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 133.539.635 118.987.206 103.270.582 86.296.629 67.964.759 48.166.340 26.784.047 3.691.171 0 0 10683170,8 9518976,46 8261646,58 6903730,31 5437180,73 3853307,19 2142723,77 295293,667 0 0 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 14.399.920 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 118.987.206 103.270.582 86.296.629 67.964.759 48.166.340 26.784.047 3.691.171 -21.249.135 -25.235.600 -25.235.600 Es importante resaltar que el tiempo de pago es relativamente largo para la vida del proyecto y los beneficios económicos para los dos últimos años son prácticamente despreciables para un proyecto de inversión; sin embargo, por tratarse de un problema ambiental, será necesario aplicar la alternativa propuesta, la cual, si bien no genera altos beneficios económicos, al menos presenta niveles de equidad y equilibrio que permitirán un desarrollo social-económico-ambiental. Por otra parte se pudo determinar el valor actual del proyecto como un método alternativo de evaluación; donde, considerando un incremento de la inflación para los últimos diez años del 20% anual, el proyecto presentó un valor actual de 215.258.881,16 Bs. corroborando la factibilidad del mismo. Los resultados de valores anuales se pueden apreciar en la tabla 5.9 obteniendo un tiempo de pago para el quinto año de vida del proyecto. 115 Evaluación técnica y económica Tabla 5.9 Flujos monetarios anuales para la determinación del valor actual del proyecto considerando una inflación del 20% ccccccccccsanual Años 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Deuda al principio del año 133.539.635 108.078.833 80.581.166 50.883.687 18.810.409 0 0 0 0 0 Costo de capital Costo de operación 10.683.171 8.646.307 6.446.493 4.070.695 1.504.833 0 0 0 0 0 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 3.491.547 Ingresos brutos 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 39.635.520 58.343.447* * Presenta incluido el valor residual involucrado en la etapa final del proyecto Flujos 20% (P/Si,t) 30.552.963 0,83333 39.596.640 0,69445 51.317.245 0,5787 66.507.149 0,48225 86.193.266 0,40188 107.925.325 0,3349 129.510.390 0,27908 155.412.468 0,23257 186.494.962 0,19381 339.628.507 0,16151 Valor actual del proyecto F 20%*(P/Si,t) 25.460.700,36 27.497.886,36 29.697.289,62 32.073.072,79 34.639.349,58 36.144.191,37 36.143.759,67 36.144.277,71 36.144.588,53 54.853.400,18 215.258.881,16 Deuda al finalizar el año 108.078.833 80.581.166 50.883.687 18.810.409 0 0 0 0 0 0 CONCLUSIONES 1. Los residuos de jardinería generados en la UC- NB se encuentran conformados principalmente por grama, hojas y ramas. 2. Para el tiempo de estudio el porcentaje volumétrico aparente generado para las hojas, el césped y ramas fue de 47%, 38% y 15%, mientras que para la cantidad de masa seca los valores fueron 71% 24% y 6%. 3. La relación Carbono Nitrógeno del desecho a tratar presentó un valor promedio de 25,37% el cual fue apropiado para la aplicación de la técnica de compostaje 4. Las cantidades de residuos generados presentaron variaciones de acuerdo a factores climáticos. 5. El tratamiento biológico que mejor se adapto a los requerimientos exigidos, beneficios esperados y recursos disponibles por la institución, fue el tratamiento aerobio compostaje, bajo la tecnología de Windrow o pilas volteadas 6. El monitoreo de la temperatura es un factor crítico en el compostaje que permite realizar el seguimiento del proceso para verificar inicio del proceso, actividad microbiana y estabilidad del compost. 7. La aplicación de inóculo a las mezclas de residuos a compostar, es factor determinante para alcanzar la etapa termófila del proceso de degradación. 8. La aplicación del factor aislamiento generó estabilidad térmica del material a degradar, disminuyendo las pèrdidas indeseadas de calor producto de la interacción con el ambiente 117 9. La recolección de lixiviados para posterior reaplicación a los tratamientos afectó de manera negativa al proceso de degradación . 10. La recolección de lixiviados junto a la aplicación de inóculo presentó leve interacción dentro del proceso de degradación. 11. La aplicación de inóculo y aislamiento son factores que aportan efectos positivos a la degradación de materia orgánica en forma independiente; lo que conlleva a una mayor eficiencia del proceso cuando estos están presentes. 12. En aquellos tratamientos donde se aplicó inóculo se pudo observar que existieron cambios significativos en el pH característico de reacciones de descomposición y generación de nuevas sustancias. 13. El sustrato obtenido luego del tratamiento bilógico puede ser utilizado de acuerdo a sus características químicas, físicas y biológicas como un abono o agregado agrícola con la finalidad de enriquecer los suelos donde se aplique. 14. La recuperación del capital invertido de acuerdo al análisis económico aplicado será a los ocho años de vida del proyecto. 15. El tratamiento propuesto para degradar los desechos vegetales donde se aplicó bioaumentación y aislamiento demuestra un equilibrio entre lo social-económicoambiental 118 Recomendaciones RECOMENDACIONES 1. La materia obtenida luego del proceso de compostaje deberá ser evaluada experimentalmente a nivel agrícola con la finalidad de verificar su aprovechamiento como abono o como mejorador de propiedades del suelo. 2. Será necesario la evaluación de otros factores sobre el proceso de degradación, tales como población microbiana, tamaño de partícula, efectos climáticos, sistemas de aireación, frecuencias de riego, tamaño de la pila, entre otros, que permitan optimizar aún más el proceso de degradación. 3. Podría estudiarse la posibilidad de aplicar este mismo procedimiento de degradación introduciendo algunos otros residuos generados por la institución, tales como desechos del comedor universitario o alguna otra fuente de desechos orgánicos. 4. Realizar un estudio de la cantidad de residuo de jardinería generado en el estado Carabobo con la finalidad de aplicar el tratamiento planteado. 119 Referencias bibliográficas REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aciego, P (1998). “Efecto de la incorporación de un lodo cervecero (crudo y compostado) sobre la actividad biológica de un suelo de baja fertilidad”. Trabajo de Ascenso. Maracay, Venezuela. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. Acosta, F; Gutiérrez, E; Ramírez, E (1991). “Residuos orgánicos urbanos. Manejo y utilización”. Consejo Superior de Investigaciones. Edita Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS). Murcia, España. Anzola, G (1999). “Uso de lodos residuales y su efecto sobre la concentración de metales pesados en el suelo”. Tesis Maestría. Maracay, Venezuela. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. Barreras M. y Hurtado J. (2003). “Líneas de Investigación en Metodología de la Investigación holìstica”. Caracas. SYPAL Bermejo, H (1981). “Los fertilizantes su fabricación e importancia en Venezuela”. Ediciones Amon C.A. Caracas- Venezuela Campos, M y Lugo S (1998). “Evaluación de los proyectos de compostaje en el Ecuador”. Fundación Natura - Repamar - Cepis - G.T.Z. Carrillo, C (1993). “Uso de la turba en el tratamiento de desechos pesqueros”. Congreso Interamericano sobre el Medio Ambiente. Caracas, Venezuela. 8-11 Dic.1997. Equinoccio, Ediciones de la Universidad Simón Bolívar. Cedeño, Jesús. (1993). “Cuadernos de Agronomía”. Universidad Central de Venezuela. Sección de Publicaciones de la Facultad de Agronomía, Instituto de Edafología. Maracay edo. Aragua. 120 Referencias bibliográficas Cochran, W y Gertrude, M. (2001). “Diseños Experimentales”. Editorial Trillas. 4ta Edición. México. Colom, G (2001). “Evaluación de las características del proceso de compostaje para el aprovechamiento de los residuos orgánicos”. Universidad de Monterrey. México. Conde, M y Guerra, M (2000). “Obtención de un abono orgánico a partir de los lodos biológicos provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales de alimentos Kraft de Venezuela C.A”. Universidad de Carabobo. Cuadros, G (1985). “Producción de Compost”. M. T. Tecnología. Madrid, España. Gaceta Oficial de la República de Venezuela (1998). Normativa Ambiental Vigente Nº 5245, Decreto Nº 2635 “Normas para el Control de la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela (1999). Normativa Ambiental Vigente Nº 5305, Decreto Nº 3219 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de las Aguas de la Cuenca del Lago de Valencia”. Galíndez P. , Marco N. (1991). “Evaluación de metodologías utilizadas en Venezuela para analizar Potasio, Calcio y Magnesio en fertilizantes comerciales”. Trabajo de grado, Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía, Instituto de Edafología, Maracay Edo. Aragua García, L (1997). “Efecto de la incorporación de compost producido a partir de lodos residuales y subproducto de una agroindustria, sobre algunas propiedades físicas, químicas y de productividad de un suelo”. Tesis de Grado. Maracay, Venezuela. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. 121 Referencias bibliográficas Giugni, L; Guerra, V y González, I (2003). “Evaluación de proyectos de inversión”. Segunda Edición. Universidad de Carabobo. Facultad de Ingeniería. Gutierrez, A y Tallabo, E (2002). “Alternativas para el tratamiento y disposición de los lodos provenientes de la planta Dr. Lucio Baldó Soulés de Hidrocentro”. Universidad de Carabobo. Gutierrez, D. (2003) “Análisis y diseño de experimentos ” (1ra edición) McGraw-Hill. México. Holzapfel, E (2005). “Equipos de bombeo de agua” Departamento de recursos Hídricos, Facultad de Ingeniería Agrícola. Universidad de Concepción Kiehl, E (1980). “50 Preguntas y respuestas sobre compost orgánico”. Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” Departamento de Solo, Geología e Fertilizantes. Universidad de Sao Paulo. Kuehl, R. “principios estadísticos para el diseño y análisis de investigación” (2da edición). Thomson. España. Lampurlanés, X y Gadea, E (2000). “Plantas de compostaje para el tratamiento de residuos: riesgos higiénicos”. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. España. Madero, G (2001). “Evaluación del proceso de compostaje a partir de residuos de la industria azucarera”. Universidad Central de Venezuela. Metcalf & Hedí. “Ingeniería de aguas residuales”. Volumen I y II 3ra edición. Editorial McGraw-Hill. España 2.000. 122 Referencias bibliográficas Montgomery, D y Runger, G (1996) “Probabilidad y estadística aplicadas a la ingeniería” (1ra edición en español) McGraw-Hill. México. Montgomery, D (2002) “ Diseño y análisis de experimentos ” (2da edición ). Editorial Limusa . México Munson, B (1994) “Fundamentos de mecánica de fluidos” (2da edición ). Editorial Limusa, México. Peña, T y Cabello, Y (1993). “Evaluación del efecto de la utilización como sustrato de abonos orgánicos de origen anaerobio y aerobio en dos variedades de rosas”. Tesis de Grado. Maracay, Venezuela. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. Perozo, G (1996). “Producción de biofertilizante a partir de cachaza y bagazo de caña de azúcar mediante el compostaje con mezcla polienzimática”. Central Azucarero La Pastora. Barquisimeto, Venezuela. Pitre, Alberto M (2002). “ Prácticas del Laboratorio de Alimentos”. Universidad de Carabobo. Sección de Publicaciones de la Facultad de Ingeniería. Valencia. Pravia, M (1999) “Manual para la elaboración de compost” Organización mundial de la salud. Suramerica Raaa, Grupo (2000). “Red de acción en alternativas al uso de agroquímicos” Universidad Nacional Experimental Simón Rodríguez , laboratorio de biotecnología Agrícola. [ Revista en línea]. Disponible: http://www.raaa.org/ao.html Rivero, C (1998). “La materia orgánica del suelo”. Trabajo de Ascenso. Maracay, Venezuela. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. 123 Referencias bibliográficas Rojas, Y. “Producción de biogás a partir de lodos de desecho de la industria papelera”. Trabajo de grado. Universidad de los Andes1.997 Silva, Julio. (1995). “Transporte de momento para ingenieros químicos”. Universidad de Carabobo. Sección de Publicaciones de la Facultad de Ingeniería .Valencia. Skoog & West. (1994). “Química Analítica”. Cuarta Edición. Editorial Mc. Graw-Hill. México. Taylhardat, L (1998). “Procesos biológicos para el saneamiento y aprovechamiento energético de efluentes y desechos sólidos orgánicos”. Universidad Central de Venezuela, Facultad de Agronomía. Taylhardat, L (1.996). “Tecnología e ingeniería del proceso anaerobio”. Universidad Central de Venezuela, núcleo Maracay. Taylhardat, L (1.998) “El biogás fundamentos e infraestructura rural”. Instituto agrícola de la Facultad de Agronomía. Universidad Central de Venezuela, núcleo Maracay. Terence, J (1991). “Abastecimiento de agua y alcantarillado”. Ingeniería ambiental. Sexta edición. McGraw-Hill. Walkley, A; Black A. (1934). “An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of chromic acid titration method.” Soil Sci. CAB international. www.agrilogia.com/tecnicas/compost-antiguo.htm www.nodo50.org/ecologistas.extremadura/residuos/compostaje www.siafa.com.ar/notas/nota91/compostaje.htm 124 APÉNDICE 125 Apéndice A APÉNDICE A DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla A.1 Variables involucradas en la determinación de las características físico-químicas de la materia orgánica vegetal inicial Tipo de Residuo GRAMA (A) HOJAS (B) RAMAS (C) Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Masa total g 75,00 42,91 30,90 55,05 36,63 21,78 30,90 54,88 77,00 37,80 36,18 49,02 22,60 27,30 30,00 63,00 65,00 18,00 70,10 53,00 44,00 72,60 36,40 79,50 102,60 99,81 70,07 Volumen ml 150,00 111,00 70,00 150,00 80,00 50,00 70,00 98,00 140,00 105,00 134,00 129,00 80,00 70,00 120,00 150,00 130,00 60,00 118,00 100,00 80,00 121,00 70,00 150,00 180,00 168,00 143,00 Masa seca g 15,36 9,05 5,56 16,76 6,74 3,85 5,20 12,16 19,54 34,62 32,61 41,20 21,23 25,08 28,42 58,00 62,45 17,15 47,90 45,16 37,47 48,40 32,28 70,50 77,40 45,46 52,81 Volumen seco ml 90,36 77,14 44,66 111,71 50,11 32,07 44,30 55,28 82,54 101,82 130,43 121,18 78,63 67,78 118,42 145,00 127,45 59,15 95,79 92,16 73,47 96,80 65,88 141,00 154,80 113,65 125,74 Masa de agua (g) 59,64 33,86 25,34 38,29 29,89 17,93 25,70 42,72 57,46 3,18 3,57 7,82 1,37 2,22 1,58 5,00 2,55 0,85 22,21 7,84 6,53 24,20 4,12 9,00 25,20 54,35 17,26 126 Apéndice A Tabla A.2 Resultados del análisis Físico- Químico de la materia Orgánica vegetal inicial Tipo Residuo Muestra P % 1 79,52 2 78,90 3 82,00 4 69,56 5 81,60 GRAMA(A) 6 82,32 7 83,17 8 77,84 9 74,63 Promedio 78,84 1 8,42 2 9,88 3 15,95 4 6,06 5 8,14 HOJAS (B) 6 5,26 7 7,94 8 3,92 9 4,69 Promedio 7,81 1 31,68 2 14,80 3 14,84 4 33,33 5 11,31 RAMAS(C) 6 11,32 7 24,56 8 54,45 9 24,63 Promedio 24,55 Densidad g/ml 0,50 0,39 0,44 0,37 0,46 0,44 0,44 0,56 0,55 0,46 0,36 0,27 0,38 0,28 0,39 0,25 0,42 0,50 0,30 0,35 0,59 0,53 0,55 0,60 0,52 0,53 0,57 0,59 0,49 0,55 Densidad seca g/ml 0,17 0,12 0,12 0,15 0,13 0,12 0,12 0,22 0,24 0,15 0,34 0,25 0,34 0,27 0,37 0,24 0,40 0,49 0,29 0,33 0,50 0,49 0,51 0,50 0,49 0,50 0,50 0,40 0,42 0,48 pH 6,82 6,8 6,3 7,02 6,55 6,78 6,72 6,45 6,77 6,69 7,4 7,3 7,2 7,2 7,01 7,23 7,34 7,21 7,15 7,23 6,03 7,24 6,78 6,98 6,93 6,55 7,04 6,55 7,12 6,80 conductividad 127 Tabla A.3 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (1) durante el proceso de compostaje Tratam. (1 ) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 33 33 32 33 34 32 34 33 34 35 34 35 34 38 36 38 39 36 38 34 33 35 33 32 32 31 32 33 32 33 33 33 33 33 34 35 34 34 33 37 36 38 39 35 37 35 33 35 32 31 33 32 33 32 31 33 34 31 34 32 34 35 34 35 34 38 35 37 39 36 38 35 33 35 33 32 33 31 33 33 32 33 33 33 33 33 34 35 35 34 33 38 36 38 39 37 38 35 33 34 33 32 34 32 33 33 32 33 34 33 34 33 34 36 34 34 34 38 36 38 38 36 38 36 33 36 33 32 33 30 31 30 30 31 33 31 32 30 31 31 31 32 31 33 31 32 31 31 31 32 32 31 31 30 31 30 30 31 30 31 32 31 33 30 31 31 31 32 31 31 31 31 31 31 31 30 32 31 31 31 31 30 31 31 30 30 33 31 32 30 32 31 31 32 31 31 32 30 32 30 31 32 32 30 31 31 31 30 31 31 31 31 31 30 32 31 31 31 32 33 31 31 31 31 31 31 31 32 32 31 32 30 32 30 31 31 30 31 33 31 32 30 31 31 31 32 32 31 31 31 30 31 31 32 32 30 31 31 31 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31,6 32,8 32,8 31,8 33,0 33,6 32,4 33,6 32,8 34,0 35,2 34,2 34,4 33,6 37,8 35,8 37,8 38,8 36,0 37,8 35,0 33,0 35,0 32,8 31,8 33,0 30,0 30,8 30,8 30,2 30,8 32,4 30,8 32,2 30,2 31,2 31,0 31,2 32,2 31,2 31,4 31,2 31,0 31,0 30,8 31,0 31,6 32,0 30,6 31,2 30,6 31,2 33 32 33 32 34 34 35 34 33 33 35 34 33 34 32 32 34 34 35 33 40 38 35 34 35 31 32 32 33 31 35 33 34 33 33 32 33 34 33 34 33 34 35 34 35 33 41 38 35 33 35 33 32 33 33 32 35 33 35 34 32 33 35 33 34 33 33 34 35 34 35 33 40 38 34 34 35 32 31 33 32 32 35 34 34 34 33 33 35 34 34 34 33 34 35 35 34 32 39 39 35 34 34 33 32 33 33 32 35 33 35 34 32 33 35 34 35 34 33 34 35 34 35 33 40 38 35 34 35 33 31 31 30 30 33 32 33 33 31 31 31 31 32 31 33 32 31 32 32 32 32 33 33 31 31 30 31 30 31 30 33 32 33 33 30 30 31 31 31 30 33 32 33 33 32 32 32 33 31 31 31 31 30 31 30 30 33 32 34 32 30 30 30 31 32 31 32 31 33 32 32 33 32 33 33 32 32 30 30 31 30 30 32 32 33 32 30 31 31 31 32 31 33 32 33 32 32 32 32 33 33 31 31 30 30 31 31 32 33 33 33 32 30 31 31 31 32 31 32 33 33 32 32 32 32 33 33 31 31 31 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 31,8 32,8 31,8 30,6 31,2 32,6 33,6 33,0 34,8 34,2 34,6 33,6 35,6 33,6 37,8 37,6 34,8 38,2 32,6 34,6 34,8 32,4 32,8 33,8 31,8 32,6 30,2 30,8 29,4 31,8 32,8 31,0 31,0 32,2 31,2 31,2 31,2 29,8 31,0 30,2 32,0 32,8 32,2 32,4 30,0 32,4 32,6 30,2 29,2 31,4 29,2 30,4 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,0 32,6 32,8 31,8 34,8 33,4 34,6 33,8 32,6 32,8 34,6 33,8 33,8 33,8 32,8 33,6 34,8 34,2 34,8 32,8 40,0 38,2 34,8 33,8 34,8 32,4 30,4 30,8 30,4 30,4 32,8 32,2 33,2 32,4 30,2 30,6 30,8 31,0 31,8 30,8 32,6 32,0 32,6 32,2 32,0 32,2 32,0 33,0 32,6 31,2 31,2 30,4 31 33 31 30 31 32 33 33 35 34 35 33 35 34 38 38 35 39 33 35 35 33 33 34 32 32 32 32 32 31 31 32 34 33 35 34 34 33 35 34 38 37 35 38 32 35 34 32 33 34 31 33 32 33 32 31 31 33 34 33 35 35 34 34 36 33 39 38 35 38 33 35 35 33 33 33 33 32 32 33 32 30 32 33 34 33 35 34 35 34 36 34 38 37 34 38 32 33 35 33 32 34 33 33 32 33 32 31 31 33 33 33 34 34 35 34 36 33 36 38 35 38 33 35 35 31 33 34 30 33 31 31 29 30 33 31 31 33 31 31 31 30 32 30 33 33 32 32 30 33 33 30 29 31 29 30 30 30 30 30 32 31 31 32 31 31 31 30 31 31 31 33 33 32 29 33 32 30 29 31 29 31 30 31 29 39 33 31 31 32 31 32 32 30 30 30 33 32 32 33 30 32 33 30 30 31 29 30 30 31 30 30 33 31 31 32 32 31 31 29 31 30 33 33 32 32 31 32 33 31 29 32 29 31 30 31 29 30 33 31 31 32 31 31 31 30 31 30 30 33 32 33 30 32 32 30 29 32 30 30 Tabla A.4 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (a) durante el proceso de compostaje Tratam. (a) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 32 32 33 33 33 33 34 33 33 33 31 35 35 36 36 37 40 40 41 41 38 38 36 36 33 33 33 33 33 34 33 33 33 32 33 31 33 34 35 36 35 38 41 40 40 41 37 38 33 36 35 32 33 32 34 33 33 34 32 33 32 33 33 35 35 37 36 37 41 41 41 41 38 38 36 36 35 32 32 32 33 33 34 33 33 33 31 33 33 33 34 36 36 36 40 39 41 41 38 35 36 35 35 32 32 32 33 33 33 34 33 33 33 33 33 35 35 36 36 37 40 40 41 41 38 38 36 36 34 32 33 32 32 33 33 34 34 33 33 32 32 34 33 34 33 32 35 36 35 35 34 33 34 33 34 33 32 31 32 33 33 34 32 34 33 31 32 34 33 34 33 32 35 35 36 35 33 31 34 33 33 32 32 32 29 31 33 32 34 33 33 31 32 33 33 33 33 32 36 36 35 35 34 33 33 33 33 32 32 32 32 33 33 34 34 33 33 31 32 34 33 33 34 32 36 36 34 35 34 33 34 32 34 32 32 32 32 31 33 34 34 33 33 32 32 34 33 33 33 32 36 36 35 35 34 33 34 33 34 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,2 32,4 32,2 33,2 33,2 33,2 33,4 33,0 32,8 32,4 32,6 32,6 34,4 34,8 36,2 35,8 37,0 40,4 40,0 40,8 41,0 37,8 37,4 35,4 35,8 34,4 32,2 32,2 31,8 31,4 32,2 33 33,6 33,6 33,2 33 31,4 32 33,8 33 33,4 33,2 32 35,6 35,8 35 35 33,8 32,6 33,8 32,8 33,6 31 32 32 32 33 33 33 33 32 32 33 34 34 35 35 39 40 40 40 38 38 36 37 36 36 35 31 32 32 32 33 33 33 33 32 33 32 33 34 35 34 39 39 40 40 38 37 37 37 36 35 34 32 31 32 31 31 33 33 33 32 33 33 34 33 34 34 38 40 41 40 38 38 37 37 35 35 35 32 31 31 32 33 33 31 31 33 33 33 34 34 35 35 39 41 40 40 41 38 37 36 36 36 36 32 32 32 32 33 31 33 33 33 33 33 34 31 35 35 39 40 40 41 38 38 36 37 36 36 35 30 30 29 29 29 30 30 32 31 30 31 31 31 33 33 34 36 35 35 35 34 33 33 33 34 34 30 30 30 29 29 32 30 32 31 30 32 32 31 33 33 33 36 35 35 35 34 33 33 34 34 34 30 30 29 31 29 30 30 32 31 31 32 31 31 33 32 34 36 34 35 35 34 35 33 34 34 34 30 31 31 29 29 30 30 33 32 31 31 32 31 30 33 31 35 34 34 34 34 33 32 34 34 34 31 30 29 29 29 30 30 32 32 31 31 31 32 33 33 34 36 35 35 35 34 32 33 34 34 34 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 32,0 32,0 32,0 32,6 32,8 32,6 33,4 33,8 33,8 34,6 35,8 36,6 38,0 37,8 36,6 35,8 35,8 34,6 34,8 33,8 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 32,0 32,0 31,0 31,0 29,8 30,8 32,6 31,0 31,0 32,2 32,4 34,8 35,8 35,0 34,0 35,0 33,8 32,6 33,6 32,8 31,8 31,6 32,0 31,6 31,8 32,0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31,6 31,6 31,8 31,8 32,6 32,6 32,6 32,6 32,4 32,8 32,8 33,8 33,2 34,8 34,6 38,8 40,0 40,2 40,2 38,6 37,8 36,6 36,8 35,8 35,6 35,0 30,2 30,2 29,6 29,4 29,0 30,4 30,0 32,2 31,4 30,6 31,4 31,4 31,2 32,4 32,8 33,2 35,8 34,6 34,8 34,8 34,0 33,2 32,8 33,8 34,0 34,0 32 32 32 33 33 32 34 34 34 35 36 37 38 38 37 36 36 34 33 34 33 33 33 33 33 33 32 32 32 33 32 33 34 33 33 33 36 37 38 37 37 36 36 35 35 34 33 33 33 33 33 33 32 32 32 31 33 33 33 34 34 35 35 35 38 38 37 36 36 34 35 33 33 33 33 33 33 33 32 32 32 33 33 33 34 34 34 35 36 37 38 38 35 35 36 35 36 34 33 33 33 33 33 33 32 32 32 33 33 32 32 34 34 35 36 37 38 38 37 36 35 35 35 34 33 33 33 33 33 33 32 32 31 31 30 30 33 31 31 32 33 35 36 35 34 35 34 33 34 33 32 32 32 30 32 32 32 32 31 31 30 31 33 31 31 32 32 35 36 35 34 35 33 33 34 33 31 31 32 32 30 32 32 32 31 31 29 31 31 31 31 32 32 35 35 35 34 35 34 33 34 33 32 31 32 32 32 32 32 32 31 31 30 31 33 31 31 33 32 34 36 35 34 35 34 32 33 32 32 32 32 32 32 32 32 32 31 31 30 31 33 31 31 32 33 35 36 35 34 35 34 32 33 33 32 32 32 32 33 32 Tabla A.5 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (b) durante el proceso de compostaje Tratam. (b) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 32 33 33 32 33 34 34 33 34 37 36 38 39 37 39 38 37 39 37 35 39 34 33 32 33 32 32 33 33 31 33 34 35 33 35 37 35 38 39 37 39 39 37 39 36 35 40 35 33 32 33 32 32 33 33 32 31 34 35 34 35 37 36 38 39 37 39 39 38 40 37 34 39 34 33 32 33 32 32 33 33 32 33 33 35 34 35 35 36 38 39 37 39 39 37 39 35 35 39 34 33 32 33 32 32 33 33 32 33 34 34 34 32 37 36 38 39 37 39 39 37 39 37 35 39 34 33 32 33 30 30 30 29 30 30 30 30 30 30 30 31 31 33 33 33 33 33 34 33 33 33 29 29 30 30 30 30 30 29 30 30 30 30 30 30 30 31 31 33 34 33 33 34 34 33 33 33 29 29 30 30 30 30 30 29 30 31 30 30 30 30 30 31 31 33 33 33 33 34 34 32 33 33 29 29 30 31 30 30 31 30 30 30 30 30 30 30 30 31 31 33 34 33 33 34 34 33 33 33 29 29 30 30 31 31 30 29 30 30 30 30 30 30 30 31 31 33 34 33 33 34 34 33 33 33 29 29 30 30 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,0 32,0 33,0 33,0 31,8 32,6 33,8 34,6 33,6 34,2 36,6 35,8 38,0 39,0 37,0 39,0 38,8 37,2 39,2 36,4 34,8 39,2 34,2 33,0 32,0 33,0 30,2 30,2 30,2 29,2 30,0 30,2 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 31,0 31,0 33,0 33,6 33,0 33,0 33,8 34,0 32,8 33,0 33,0 29,0 29,0 30,0 30,2 32 32 35 31 36 34 34 35 38 34 38 34 38 40 35 38 36 34 38 34 34 34 35 32 34 34 32 32 35 32 35 33 34 35 38 34 39 34 38 40 36 39 34 33 38 34 34 34 35 32 34 34 33 33 34 33 36 34 33 35 38 35 38 33 38 40 35 39 34 34 37 34 34 34 35 34 34 34 32 32 35 33 36 34 34 35 37 34 38 34 38 40 34 39 34 34 38 34 34 34 33 34 33 34 32 32 35 33 36 34 34 35 38 34 38 34 39 41 35 39 34 34 38 34 34 34 35 34 33 34 30 30 30 31 30 31 30 30 31 31 30 30 32 33 31 30 32 33 31 30 31 31 30 30 30 30 29 29 31 30 30 31 30 30 31 30 31 30 32 29 32 32 32 33 32 31 31 31 30 29 29 30 30 29 30 30 30 31 31 30 30 31 31 32 32 33 32 32 32 32 32 31 31 31 30 30 30 30 30 29 31 30 31 32 31 31 30 31 31 30 32 33 32 32 31 32 32 31 30 31 29 30 30 30 30 30 31 30 30 31 31 31 31 31 31 30 32 33 32 33 32 32 32 31 31 30 30 30 30 30 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 32,2 32,2 32,2 32,4 35,8 38,0 34,0 40,2 35,2 35,2 41,8 36,8 34,8 34,8 36,0 40,0 35,0 33,4 33,8 33,0 33,0 33,0 32,8 33,0 33,0 32,8 30,0 30,0 30,0 29,8 30,6 30,0 30,0 32,0 30,8 31,0 33,0 31,0 32,6 30,4 30,2 31,2 31,0 31,0 31,0 31,0 31,0 30,2 30,8 31,0 30,0 30,0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,2 32,2 34,8 32,4 35,8 33,8 33,8 35,0 37,8 34,2 38,2 33,8 38,2 40,2 35,0 38,8 34,4 33,8 37,8 34,0 34,0 34,0 34,6 33,2 33,6 34,0 29,8 29,4 30,6 30,2 30,2 31,2 30,6 30,4 30,6 30,8 30,8 30,4 32,0 32,2 31,8 31,8 31,8 32,4 31,8 30,8 30,8 30,8 29,8 29,8 29,8 30,0 32 32 32 33 36 38 34 40 35 32 42 37 34 35 36 40 35 33 34 33 33 33 33 33 33 33 32 32 32 30 35 38 34 40 35 36 42 36 35 35 36 40 35 33 34 33 33 33 32 33 33 33 32 32 32 33 36 38 34 41 35 36 41 37 35 35 36 40 35 33 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 36 38 34 40 36 36 42 37 35 34 36 40 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 32 32 32 33 36 38 34 40 35 36 42 37 35 35 36 40 35 34 33 33 33 33 33 33 33 32 30 30 30 30 29 30 30 32 31 31 33 31 33 30 30 31 31 31 31 31 31 30 31 31 30 30 30 30 30 30 31 30 30 32 31 31 33 31 33 31 30 31 31 31 31 31 31 32 31 31 30 30 30 30 30 29 31 30 30 32 30 31 33 31 33 30 30 31 31 31 31 31 31 30 31 31 30 30 30 30 30 30 31 30 30 32 31 31 33 31 32 31 31 31 31 31 31 31 31 30 30 31 30 30 30 30 30 30 31 30 30 32 31 31 33 31 32 30 30 32 31 31 31 31 31 29 31 31 30 30 Tabla A.6 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (ab) durante el proceso de compostaje Tratam. (ab) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 33 35 37 38 42 45 45 45 45 44 44 44 44 43 43 42 41 39 38 36 35 33 33 33 33 33 33 35 36 38 42 45 46 45 45 44 44 44 44 44 43 42 41 39 38 36 35 33 33 32 33 32 33 35 37 37 40 43 45 45 45 44 44 44 44 43 43 42 41 39 38 36 35 33 33 33 33 32 33 35 38 38 42 45 45 45 45 44 44 43 44 43 43 41 41 39 38 36 35 33 33 33 33 32 33 35 37 38 42 45 45 46 45 44 44 44 44 43 43 42 41 39 38 36 33 33 33 33 30 32 32 34 34 35 40 40 41 43 43 43 40 41 39 38 37 37 37 36 36 36 34 33 33 33 34 32 32 34 34 36 40 40 41 43 43 43 41 41 41 38 37 37 37 37 35 36 34 33 34 32 34 32 32 34 34 36 40 39 41 43 43 43 41 40 41 38 37 37 37 35 36 35 34 33 32 33 34 32 32 34 34 36 40 40 41 43 43 43 41 41 41 38 36 37 37 36 36 36 33 33 34 33 33 32 32 34 34 36 40 40 41 43 43 43 40 41 41 38 37 36 37 36 36 35 34 33 34 33 34 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,2 33,0 35,0 37,0 37,8 41,6 44,6 45,2 45,2 45,0 44,0 44,0 43,8 44,0 43,2 43,0 41,8 41,0 39,0 38,0 36,0 34,6 33,0 33,0 32,8 32,4 32,0 32,0 34,0 34,0 35,8 40,0 39,8 41,0 43,0 43,0 43,0 40,6 40,8 40,6 38,0 36,8 36,8 37,0 36,0 35,8 35,6 33,8 33,0 33,4 32,8 33,8 32 32 33 34 35 36 37 38 42 42 42 40 39 38 38 39 38 37 36 36 35 32 33 33 33 33 32 32 33 34 35 35 37 38 40 42 41 41 40 37 36 39 38 37 35 35 35 34 33 33 33 33 32 32 33 34 35 36 37 38 42 42 42 40 40 38 38 39 38 37 36 36 35 33 33 32 32 32 32 32 33 33 35 35 36 38 42 41 41 41 40 38 38 39 38 36 36 36 35 34 33 33 33 33 32 32 33 34 35 36 36 37 42 42 42 41 40 38 38 39 38 37 36 36 35 34 33 33 32 33 33 32 32 32 33 33 34 36 40 40 40 40 39 35 35 35 36 35 34 34 33 33 33 33 33 32 32 32 30 32 32 33 34 36 39 40 40 40 38 36 36 36 36 35 33 34 33 31 33 33 32 32 32 32 32 33 33 33 32 35 40 40 41 40 39 36 36 35 36 34 34 34 33 30 33 33 33 33 32 32 31 32 33 34 33 36 40 41 40 40 38 36 36 36 36 35 34 34 33 33 33 32 33 33 32 32 32 32 33 34 35 36 40 40 40 41 39 36 36 36 36 35 34 33 30 33 33 33 33 33 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 32,0 34,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0 39,0 39,0 38,0 37,0 36,0 36,0 35,0 35,0 34,0 34,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 33,0 32,0 33,0 33,6 33,6 35,8 35,8 37,8 37,6 37,8 35,8 35,0 34,0 34,2 33,8 34,2 33,0 32,8 33,0 30,6 33,0 32,6 32,6 32,6 33,0 32,8 32,2 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,0 32,0 33,0 33,8 35,0 35,6 36,6 37,8 41,6 41,8 41,6 40,6 39,8 37,8 37,6 39,0 38,0 36,8 35,8 35,8 35,0 33,4 33,0 32,8 32,6 32,8 32,2 32,0 31,4 32,2 32,8 33,4 33,6 35,8 39,8 40,2 40,2 40,2 38,6 35,8 35,8 35,6 36,0 34,8 33,8 33,8 32,4 32,0 33,0 32,8 32,8 32,6 32 34 36 37 38 39 40 39 39 38 37 36 36 35 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 32 34 36 37 38 39 40 39 39 38 37 36 36 35 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 32 34 36 37 38 39 40 39 39 38 37 36 36 35 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 32 34 36 37 38 39 40 39 39 38 37 36 36 35 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 32 34 36 37 38 39 40 39 39 38 37 36 36 35 35 34 34 33 33 33 33 33 33 33 33 33 32 33 34 34 36 36 38 36 38 36 35 34 33 34 34 33 32 33 30 33 33 31 33 33 33 32 32 33 33 34 35 36 38 38 37 36 34 34 34 34 35 33 33 33 31 33 33 33 33 33 33 32 32 33 34 34 36 36 38 38 38 35 35 34 34 33 34 33 33 33 30 33 32 33 33 33 33 32 32 33 34 33 36 35 37 38 38 36 35 34 35 34 34 33 33 33 31 33 33 33 32 33 32 32 32 33 33 33 36 36 38 38 38 36 36 34 35 34 34 33 33 33 31 33 32 33 32 33 33 33 Tabla A.7 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (c) durante el proceso de compostaje Tratam. (c) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 32 33 37 33 38 38 35 39 45 45 51 49 52 55 56 56 57 60 58 58 57 58 33 35 35 32 32 33 38 32 38 38 34 35 46 45 50 48 54 55 56 56 57 61 58 58 56 58 32 35 35 32 32 32 37 33 38 37 35 39 45 46 51 48 53 55 56 56 57 60 58 58 57 58 33 35 34 32 32 33 37 33 37 38 35 39 45 45 51 48 54 54 56 56 56 61 58 58 57 56 33 33 33 32 32 33 37 34 36 38 35 39 45 45 51 48 54 55 56 55 57 60 58 58 57 58 33 35 35 30 30 30 31 31 32 32 32 31 33 35 33 33 35 35 35 35 35 38 34 34 34 34 34 34 34 30 31 30 31 31 32 32 31 30 33 34 34 35 35 35 35 35 35 38 33 34 34 34 33 33 33 30 30 30 31 32 32 32 32 31 31 35 34 35 36 35 35 35 34 36 34 33 34 33 34 34 34 30 30 30 31 31 32 31 32 30 33 35 34 35 35 35 34 34 35 38 34 34 33 34 34 33 34 30 30 30 31 31 33 32 32 31 33 35 34 35 35 34 35 35 35 38 34 34 34 34 33 34 34 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,0 32,0 32,8 37,2 33,0 37,4 37,8 34,8 38,2 45,2 45,2 50,8 48,2 53,4 54,8 56,0 55,8 56,8 60,4 58,0 58,0 56,8 57,6 32,8 34,6 34,4 30,0 30,2 30,0 31,0 31,2 32,2 31,8 31,8 30,6 32,6 34,8 33,8 34,6 35,2 34,8 34,8 34,8 34,8 37,6 33,8 33,8 33,8 33,8 33,6 33,6 33,8 32 44 44 47 33 33 50 50 35 39 51 36 50 35 50 61 38 39 50 38 36 38 34 33 33 33 31 44 44 47 33 32 50 50 35 39 52 36 50 36 51 61 35 39 48 38 38 37 34 33 32 33 32 41 44 48 32 32 49 49 35 37 50 34 50 35 51 61 38 39 50 38 38 38 33 33 31 33 32 44 42 48 33 33 50 50 36 39 50 36 49 35 50 63 38 36 50 38 37 38 35 33 33 33 32 44 44 48 33 33 50 50 35 39 50 36 50 35 51 61 38 39 51 38 38 35 34 33 33 31 30 31 32 32 33 31 34 33 30 32 34 33 33 33 33 34 31 31 32 33 32 32 31 31 31 31 30 32 32 32 31 33 34 34 31 32 34 32 33 33 34 34 29 30 32 32 32 32 32 31 31 30 30 31 32 32 33 32 33 34 30 32 33 33 34 33 34 35 31 29 32 32 32 32 31 32 32 31 30 31 33 33 32 33 34 34 29 31 34 32 34 33 34 34 31 31 32 32 33 32 30 31 31 31 30 31 32 32 33 33 32 34 30 32 34 33 34 33 34 34 31 31 32 32 32 32 31 31 31 31 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 32,2 37,4 40,6 44,6 38,0 37,0 43,2 48,6 39,8 55,0 58,4 61,0 60,0 54,8 60,0 48,0 48,0 51,8 40,2 37,6 33,8 34,0 32,8 35,0 33,8 33,0 30,0 31,2 34,0 33,6 32,0 31,0 31,8 31,6 31,0 33,6 35,0 35,2 34,8 34,0 36,0 32,0 32,2 33,0 32,2 30,6 31,0 30,8 31,0 30,8 30,8 31,0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31,8 43,4 43,6 47,6 32,8 32,6 49,8 49,8 35,2 38,6 50,6 35,6 49,8 35,2 50,6 61,4 37,4 38,4 49,8 38,0 37,4 37,2 34,0 33,0 32,4 32,6 30,0 31,2 32,2 32,2 32,4 32,4 33,4 33,8 30,0 31,8 33,8 32,6 33,6 33,0 33,8 34,2 30,6 30,4 32,0 32,2 32,2 32,0 31,0 31,2 31,2 30,8 32 38 40 43 38 37 42 48 40 55 59 61 60 55 60 48 48 51 40 38 34 34 33 35 34 33 32 37 42 45 39 36 43 49 40 55 59 61 60 54 60 48 48 52 40 38 33 34 33 35 34 33 32 38 41 45 37 37 44 49 40 55 59 61 60 55 60 48 48 52 39 38 34 34 32 35 34 33 33 36 40 45 38 38 44 48 39 55 56 61 60 55 60 48 48 52 40 36 34 34 33 35 33 33 32 38 40 45 38 37 43 49 40 55 59 61 60 55 60 48 48 52 42 38 34 34 33 35 34 33 30 31 34 34 32 31 32 32 31 33 35 36 35 35 36 32 32 33 32 31 31 31 31 31 31 31 30 31 34 33 32 31 31 32 31 33 35 35 34 35 36 32 32 33 32 31 31 30 31 31 30 31 30 31 34 34 32 31 32 30 31 34 35 35 35 34 36 32 33 33 32 31 31 31 31 30 31 31 30 31 34 34 32 31 32 32 31 34 35 35 35 35 36 32 32 33 33 31 31 31 31 31 31 31 30 32 34 33 32 31 32 32 31 34 35 35 35 35 36 32 32 33 32 29 31 31 31 31 31 31 Tabla A.8 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (ac) durante el proceso de compostaje Tratam. (ac) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32 36 37 49 65 66 66 68 67 68 66 66 65 54 54 54 54 50 48 45 44 44 40 39 35 33 33 36 37 49 64 66 66 67 67 68 68 65 65 54 56 55 54 50 46 46 44 44 39 39 35 30 32 35 37 48 65 65 66 66 67 68 66 66 64 55 54 54 56 51 48 46 44 43 40 38 35 33 32 36 36 48 65 66 65 67 67 68 67 66 65 64 54 56 54 50 48 46 43 44 39 39 35 32 32 34 37 48 65 66 66 67 67 68 68 65 65 55 54 54 54 50 48 46 44 44 40 39 34 33 31 34 35 38 44 44 44 45 46 45 44 43 42 40 40 40 41 38 37 37 37 37 38 37 34 33 31 35 35 37 44 43 45 43 46 45 45 41 42 40 42 41 40 38 37 38 37 37 36 36 34 33 31 35 35 38 45 44 44 45 46 45 44 42 43 40 40 40 40 41 36 37 38 36 38 37 33 32 30 34 35 38 44 44 44 45 45 45 46 42 42 40 40 42 40 38 37 37 37 37 38 37 34 33 31 35 35 38 44 45 44 45 46 45 44 42 42 40 40 40 40 38 37 37 36 37 38 37 34 33 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,2 35,4 36,8 48,4 64,8 65,8 65,8 67,0 67,0 68,0 67,0 65,6 64,8 61,0 58,0 54,6 54,4 50,2 47,6 45,8 43,8 43,8 39,6 38,8 34,8 32,2 30,8 34,6 35,0 37,8 44,2 44,0 44,2 44,6 45,8 45,0 44,6 42,0 42,2 40,0 40,4 40,6 40,2 38,6 36,8 37,2 37,0 36,8 37,6 36,8 33,8 32,8 31 38 39 42 55 58 66 68 69 70 70 67 67 67 66 66 64 55 50 47 40 39 40 35 34 32 32 39 40 44 54 61 69 68 68 68 69 68 67 67 65 64 63 55 49 48 41 40 36 36 34 35 32 38 41 43 53 60 68 71 69 70 69 69 67 67 65 65 66 55 50 46 42 40 40 34 35 35 32 40 40 44 55 60 67 69 67 69 69 67 66 67 64 64 65 55 48 48 42 38 38 34 34 33 32 38 38 44 55 59 68 70 69 70 70 68 66 66 66 65 66 54 50 48 42 40 40 35 35 35 31 35 34 35 39 40 42 43 42 47 43 43 44 44 44 45 45 38 37 37 37 37 37 34 32 34 32 35 34 34 37 42 42 43 42 46 46 44 45 43 44 45 46 39 37 36 36 37 37 32 34 32 31 34 35 35 39 41 42 42 42 46 45 45 46 44 44 46 45 38 38 37 35 35 35 34 32 33 31 35 35 34 38 42 41 43 42 47 46 46 45 42 42 45 45 39 38 36 35 37 37 34 34 34 31 35 35 35 39 41 42 43 42 47 46 45 45 44 44 42 45 39 38 35 37 37 37 34 35 34 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 31,4 40,2 42,8 50,6 56,6 60,0 58,6 65,8 65,2 65,4 65,8 63,8 59,6 58,8 56,8 55,4 40,4 40,0 38,8 37,0 34,2 34,0 33,8 33,4 33,0 32,8 32,0 35,2 35,8 36,4 39,0 41,0 41,8 43,6 43,6 44,0 44,0 44,0 44,4 41,0 41,0 41,0 35,6 36,2 37,0 33,0 32,2 33,2 33,2 32,8 33,0 33,0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31,8 38,6 39,6 43,4 54,4 59,6 67,6 69,2 68,4 69,4 69,4 67,8 66,6 66,8 65,2 65,0 60,0 54,8 49,4 47,4 41,4 39,4 38,8 34,8 34,4 34,0 31,2 34,8 34,6 34,6 38,4 41,2 41,8 42,8 42,0 46,6 45,2 44,6 45,0 43,4 43,6 44,6 45,2 38,6 37,6 36,2 36,0 36,6 36,6 33,6 33,4 33,4 32 40 45 51 58 60 60 68 68 68 66 65 62 60 57 55 43 41 40 35 35 34 34 34 33 33 31 40 44 50 57 62 59 65 65 66 65 66 60 58 58 54 40 40 38 33 34 33 34 32 33 32 31 42 42 49 56 61 59 69 64 65 68 62 59 59 57 55 41 42 41 34 33 34 33 33 33 33 31 39 42 52 56 58 58 64 65 64 64 64 59 60 56 56 38 39 37 34 34 34 34 33 33 33 32 40 41 51 56 59 57 63 64 64 66 62 58 57 56 57 40 38 38 34 35 35 34 35 33 33 32 36 36 37 40 42 44 42 44 44 44 43 43 42 41 41 37 37 37 34 32 34 34 34 33 33 32 35 35 36 38 40 41 44 45 44 44 44 45 40 41 41 36 36 37 33 33 33 33 33 33 33 32 35 36 37 41 41 42 45 42 44 44 44 45 41 41 41 35 36 37 33 32 33 33 31 33 33 32 35 36 36 37 41 41 43 43 44 44 44 45 41 41 41 35 36 37 33 32 33 33 33 33 33 32 35 36 36 39 41 41 44 44 44 44 45 44 41 41 41 35 36 37 32 32 33 33 33 33 33 Tabla A.9 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento (bc) durante el proceso de compostaje Tratam. (bc) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31 32 35 36 36 36 39 55 57 50 49 57 50 58 58 56 32 35 35 33 33 38 33 33 35 34 32 32 35 34 35 35 39 55 55 50 49 57 52 57 57 57 33 34 34 33 33 35 33 31 35 34 32 31 35 36 36 35 38 56 57 49 50 56 50 58 56 57 34 34 35 33 32 38 31 33 33 33 29 32 35 36 35 36 39 57 57 50 50 56 50 58 57 56 33 35 34 34 33 36 33 33 35 34 32 32 35 36 36 36 37 57 56 51 50 56 49 58 57 57 33 35 35 33 33 38 33 33 35 32 30 30 31 32 32 32 33 33 34 34 34 34 34 34 34 34 31 30 30 30 30 30 30 30 31 30 31 30 31 32 33 32 33 34 34 34 34 34 34 34 33 34 31 29 30 31 30 31 31 30 31 29 30 30 32 32 32 32 34 33 33 34 33 34 34 34 34 34 32 30 30 30 30 32 30 30 31 30 30 30 31 32 32 33 33 33 34 34 34 34 33 34 34 34 31 31 31 30 30 31 30 31 30 30 30 30 31 32 32 32 33 33 33 34 34 34 34 34 34 34 31 30 30 30 30 31 30 30 31 30 Temperatura interna REPLICA 3 Temperatura de pared Tip Tpp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 31,2 31,8 35,0 35,6 35,6 35,6 38,4 56,0 56,4 50,0 49,6 56,4 50,2 57,8 57,0 56,6 33,0 34,6 34,6 33,2 32,8 37,0 32,6 32,6 34,6 33,4 30,2 30,0 31,2 32,0 32,2 32,2 33,2 33,2 33,6 34,0 33,8 34,0 33,8 34,0 33,8 34,0 31,2 30,0 30,2 30,2 30,0 31,0 30,2 30,2 30,8 29,8 32 37 35 39 45 36 50 44 50 62 58 40 55 39 35 38 35 34 33 33 33 33 33 33 33 33 32 36 35 38 44 37 50 44 51 60 57 40 55 37 34 38 34 33 33 33 33 33 32 32 33 33 33 36 35 38 45 36 47 43 52 61 58 41 53 38 34 36 35 34 33 33 33 33 33 33 33 33 32 37 35 38 45 37 51 45 50 61 56 42 56 40 34 37 36 35 33 33 33 33 33 33 33 33 32 37 35 39 44 37 51 42 51 60 57 41 54 38 35 38 36 33 33 33 33 32 33 33 33 33 29 30 30 31 32 30 33 33 34 33 34 34 34 31 31 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 31 32 31 33 32 35 34 33 34 32 31 30 31 30 31 30 30 30 30 30 31 30 30 29 31 30 32 33 30 32 32 34 34 34 34 33 33 31 32 30 31 31 30 30 30 31 30 30 30 29 30 30 31 32 30 33 32 34 34 34 33 34 31 30 31 31 30 30 30 31 31 30 30 30 30 29 30 30 30 32 30 33 32 34 34 34 34 34 31 30 31 30 30 31 31 30 30 30 30 30 30 Temperatura interna Temperatura de pared Tip Tpp 32,0 37,8 37,4 33,6 40,0 47,2 53,8 60,0 52,6 57,0 60,0 56,8 49,4 57,2 38,4 35,0 33,0 32,8 33,0 32,8 32,8 33,0 32,8 33,0 33,0 32,0 29,2 31,0 30,8 30,2 31,0 32,0 32,4 33,8 32,8 34,0 34,8 34,0 32,2 33,8 31,0 31,0 31,0 31,0 29,0 29,2 30,0 30,0 30,0 30,0 30,2 29,8 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 32,2 36,6 35,0 38,4 44,6 36,6 49,8 43,6 50,8 60,8 57,2 40,8 54,6 38,4 34,4 37,4 35,2 33,8 33,0 33,0 33,0 32,8 32,8 32,8 33,0 33,0 29,2 30,2 30,2 31,0 32,2 30,2 32,8 32,2 34,2 33,8 33,8 33,8 33,4 31,4 30,4 31,2 30,2 30,4 30,4 30,2 30,2 30,2 30,2 30,2 30,0 30,0 32 38 38 33 41 47 54 59 53 58 58 58 50 58 37 35 33 33 33 33 33 33 32 33 33 33 33 37 38 34 40 47 55 59 52 58 60 56 50 56 39 35 33 32 33 33 32 33 33 33 33 32 32 38 37 33 39 48 50 61 53 54 61 56 49 58 39 35 33 33 33 32 33 33 33 33 33 33 31 38 38 34 40 46 55 60 52 58 60 57 48 58 39 35 33 33 33 33 33 33 33 33 33 31 32 38 36 34 40 48 55 61 53 57 61 57 50 56 38 35 33 33 33 33 33 33 33 33 33 31 29 31 31 30 31 32 32 34 33 34 35 34 32 34 31 31 31 31 29 29 30 30 30 30 30 30 30 31 31 31 31 32 33 34 33 34 35 34 32 33 31 31 31 31 29 29 30 30 30 30 31 30 29 31 30 30 31 32 32 34 32 34 34 34 33 34 31 31 31 31 29 29 30 30 30 30 30 30 29 31 31 30 31 32 33 33 33 34 35 34 32 34 31 31 31 31 29 30 30 30 30 30 30 30 29 31 31 30 31 32 32 34 33 34 35 34 32 34 31 31 31 31 29 29 30 30 30 30 30 29 Tabla A.10 Valores de temperatura interna y externa para el tratamiento abc durante el proceso de compostaje Tratam. (abc) FECHA 11/01 14/01 17/01 20/01 23/01 26/01 29/01 01/02 04/02 07/02 10/02 13/02 16/02 19/02 22/02 25/02 28/02 03/03 06/03 09/03 12/03 15/03 18/03 21/03 24/03 27/03 REPLICA 1 REPLICA 2 Temperatura interna Temperatura de pared T1 32 32 70 70 67 68 67 65 66 66 65 60 58 55 55 52 52 50 48 40 39 40 39 36 36 35 T2 31 32 68 67 68 66 66 66 65 64 65 62 57 55 57 49 52 48 46 40 40 38 39 36 35 35 T3 32 32 69 70 66 68 67 65 66 65 64 61 58 57 55 52 50 50 48 40 39 40 39 36 36 35 T4 32 32 70 71 68 68 66 64 64 66 65 62 57 56 56 51 52 51 48 40 40 40 39 37 36 34 T5 31 32 71 70 66 68 67 66 66 66 64 62 58 56 55 52 52 50 46 40 40 39 39 37 34 35 T6 32 31 45 45 44 44 44 44 44 44 44 41 41 41 39 38 38 38 38 35 36 37 36 36 34 34 T7 31 32 45 46 43 44 44 44 44 43 44 42 40 41 36 38 38 37 38 37 37 35 36 35 34 33 T8 32 31 46 45 44 44 44 43 44 44 43 41 41 41 39 37 38 37 38 35 35 35 36 36 33 34 T9 31 31 45 45 44 43 43 44 44 44 43 42 41 41 40 38 38 38 36 37 37 37 36 34 34 34 T10 31 32 45 45 44 44 44 44 44 44 44 42 41 41 39 38 38 37 38 37 37 37 36 33 34 34 Tip 31,6 48,0 65,0 69,6 67,0 67,6 66,6 65,2 65,4 65,4 64,6 61,4 57,6 55,8 55,6 51,2 51,6 49,8 47,2 40,0 39,6 39,4 39,0 36,4 35,4 34,8 Tpp 31,4 31,4 45,2 45,2 43,8 43,8 43,8 43,8 44,0 43,8 43,6 41,6 40,8 41,0 38,6 37,8 38,0 37,4 37,6 36,2 36,4 36,2 36,0 34,8 33,8 33,8 Temperatura interna T1 32 51 69 65 68 67 62 64 64 64 62 62 62 57 58 58 56 54 50 45 42 41 40 39 36 35 T2 32 51 66 66 66 65 66 65 64 62 61 58 57 57 58 56 52 55 48 46 42 41 40 36 37 33 T3 31 50 69 64 68 66 66 62 61 63 62 62 61 60 58 58 53 54 50 45 40 41 41 39 37 35 T4 32 50 64 69 67 64 65 65 62 64 62 58 62 57 57 55 55 53 49 46 42 40 40 38 36 35 T5 32 50 69 69 68 67 67 67 64 64 62 62 61 60 58 58 56 54 50 45 39 41 40 39 37 35 REPLICA 3 Temperatura de pared T6 31 38 45 44 44 43 42 42 42 41 41 43 41 41 40 40 40 39 39 38 38 38 38 37 35 34 T7 31 39 42 45 43 42 42 42 42 41 41 42 39 41 39 41 37 37 37 38 36 36 36 35 33 33 T8 32 37 42 45 43 42 42 42 42 39 41 41 39 39 41 39 39 37 38 37 38 38 38 35 35 35 T9 32 37 44 42 45 42 42 42 42 41 41 41 39 39 42 41 38 38 36 37 36 38 37 35 35 33 T10 32 37 43 41 42 42 42 42 42 42 41 41 42 42 41 41 37 37 37 37 36 38 34 34 35 35 Tip 31,8 54,0 61,0 64,0 67,4 65,8 65,2 64,6 63,0 63,4 61,8 60,4 60,6 58,2 57,8 57,0 54,4 54,0 49,4 45,4 41,0 40,8 40,2 38,2 36,6 34,6 Tpp 31,6 37,6 43,2 43,4 43,4 42,2 42,0 42,0 42,0 40,8 41,0 41,6 40,0 40,4 40,6 40,4 38,2 37,6 37,4 37,4 36,8 37,5 36,6 35,2 34,6 34,0 Temperatura interna T1 32 53 67 68 68 65 64 63 62 60 57 56 55 52 48 48 46 45 44 40 38 37 36 35 35 35 T2 33 55 72 66 68 67 66 64 61 61 58 56 55 54 48 46 45 45 44 40 38 36 36 35 35 34 T3 32 54 70 67 65 66 64 60 62 61 56 55 55 53 50 46 46 45 44 41 38 37 36 35 33 35 T4 33 51 72 65 68 66 65 64 61 61 59 56 55 54 50 48 47 45 43 40 38 37 35 35 35 35 T5 33 53 72 68 68 67 66 64 62 60 57 56 55 54 50 48 46 47 44 40 38 37 36 35 35 35 Temperatura de pared T6 33 39 45 45 44 44 44 41 41 41 40 40 39 38 36 37 37 37 37 37 37 34 34 33 33 32 T7 32 39 44 45 43 44 43 41 41 41 39 40 39 38 38 35 37 37 37 35 37 33 34 33 33 31 T8 33 38 45 44 44 42 44 40 41 40 40 40 38 39 37 37 37 35 37 37 36 34 33 33 31 32 T9 33 39 45 45 43 44 44 40 40 41 40 39 39 39 36 34 34 37 37 37 35 34 34 33 33 32 T10 33 39 45 45 44 44 44 40 41 41 40 40 39 39 38 37 36 37 37 37 37 34 33 33 33 32 Tip Tpp 32,6 53,2 60,0 64,0 65,0 68,0 69,0 63,0 61,6 60,6 57,4 55,8 55,0 53,4 49,2 47,2 46,0 45,4 43,8 40,2 38,0 36,8 35,8 35,0 34,6 34,8 32,8 38,8 44,8 44,8 43,6 43,6 43,8 40,4 40,8 40,8 39,8 39,8 38,8 38,6 37,0 36,0 36,2 36,6 37,0 36,6 36,4 33,8 33,6 33,0 32,6 31,8 Apéndice A Figura A.1 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (1) Figura A.2 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (a) 136 Apéndice A Figura A.3 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (b) Figura A.4 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ab) 137 Apéndice A Figura A.5 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (c) Figura A.6 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (ac) 138 Apéndice A Figura A.7 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (bc) Figura A.8 Comportamiento de la temperatura de pared durante el proceso de compostaje para el tratamiento (abc) 139 Apéndice A Tabla A.11 Resultados del ANOVA obtenidos a través del software Minitab 13.2 del diseño de experimento en estudio Factorial Design General Factorial Design Factors: Runs: 3 24 Factor Levels: 2. 2. 2 Replicates: 3 General Linear Model: MOD versus Aislamiento. Rd.Lixiviado. Bioaumentación Factor Aislamie Rd.Lixiv Bioaumen Type Levels Values fixed 2 -1 1 fixed 2 -1 1 fixed 2 -1 1 Analysis of Variance for MOD, using Adjusted SS for Tests Source Aislamie Rd.Lixiv Bioaumen Aislamie*Rd.Lixiv Aislamie*Bioaumen Rd.Lixiv*Bioaumen Aislamie*Rd.Lixiv* Bioaumen DF 1 1 1 1 1 1 Seq SS 95,20 1,02 1594,47 0,94 8,83 44,01 Adj SS 95,20 1,02 1594,47 0,94 8,83 44,01 0,67 0,67 1 Error Total 16 23 45,30 1790,43 Adj MS 95,20 1,02 1594,47 0,94 8,83 44,01 0,67 45,30 F 33,63 0,36 563,21 0,33 3,12 15,55 0,24 P 0,000 0,557 0,000 0,572 0,096 0,001 0,634 2,83 Fuente Minitab 13.2 Tabla A.12 Resultados del análisis de la regresión lineal obtenidos a través del software Minitab 13.2 del diseño de experimento en estudio Regression Analysis: mod versus A. B. C The regression equation is mod = 15,9 + 1,99 A - 0,206 B + 8,15 C Predictor Constant A B C Coef 15,8592 1,9917 -0,2058 8,1508 SE Coef 0,4559 0,4559 0,4559 0,4559 R-Sq = 94,4% Analysis of Variance Source Regression Residual Error Total DF 3 20 23 SS 1690,68 99,75 1790,43 T 34,79 4,37 -0,45 17,88 P 0,000 0,000 0,656 0,000 R-Sq(adj) = 93,6% MS 563,56 4,99 F 112,99 P 0,000 Fuente Minitab 13.2 140 APÉNDICE B MODELOS MATEMÁTICOS Y CÁLCULOS TÍPICOS 1 Cálculo de propiedades 1.1 Humedad Para Determinación del porcentaje de Humedad se utiliza la siguiente expresión: %P = m 2 − m1 *100 m2 (B.1) Donde: %P: es el porcentaje de humedad % m 1: es la masa seca de la muestra en g m2 : es la masa total de la muestra en g Sustituyendo los valores de la tabla A.1 para la muestra (1) del desecho tipo ( A) se tiene: P= 75,0 − 15,36 * 100 = 79,52 % 75,00 de igual manera se aplica este mismo cálculo para las demás muestras y tipos de residuos 1.2) Densidad Para la determinación de la densidad se aplicó el siguiente modelo matemático ρ= m V (B.2) 141 Apéndice B Donde : m es la masa que presenta el volumen e la muestra V: es el volumen que ocupa la materia Sustituyendo los valores de la tabla A.1 para la muestra (1) del residuo tipo ( A) se tiene: ρ= 75,00 g g = 0,50 150,00ml ml de igual manera se aplica este mismo cálculo para las demás muestras y tipos de residuos Cálculo de la masa de la mezcla de residuo Para la determinación de la masa de residuo se aplicá el modelo matemático (B.2) utilizando la relación masa volumen (Rm/v) del residuo y el volumen aparente. Por lo tanto para la primera semana de noviembre y el desecho tipo (A) con una (Rm/V) igual a 59,7 Kg/m3 y un volumen aparente de 12 m3 se despeja y sustituye como sigue: m = 59,7 kg * 12m3 = 716,40 kg 3 m de igual manera se aplica este mismo cálculo para las demás volúmenes generados y tipos de residuos. Cálculo de masa en base seca A continuación se presenta el modelo matemático utilizado en la determinación de la masa en base seca %P msX = mhX * 1 − 100 (B.3) 142 Apéndice B donde: msX:es la masa seca del residuo tipo (X) mhX: es la masa humeda del residuo tipo (X) Por lo tanto para la primera semana de noviembre y el desecho tipo (A) tomando la masa húmeda, se aplica la ecuación B.3 como sigue: 78,84% m sX = 716,40kg * 1 − = 151,60kg 100 de igual manera se aplica este mismo cálculo para las demás masas generados y tipos de residuos. 1.3) Porcentaje de Carbono en la mezcla inicial %C = msA * Xccs + msB * Xchs + msC * Xcrs * 100 MT (B.4) Donde: %C: Porcentaje de carbono de la mezcla msA: masa de grama en base seca msB: masa de hojas en base seca msC: masa de ramas en base seca XcsA: composición de carbono en grama en base seca XcsB: composición de carbono en hojas en base seca XcsC: composición e carbono en ramas en base seca MT: masa total de la mezcla de residuo 143 Apéndice B Sustituyendo los valores de la primera semana de noviembre tabla 4.9 y los valores bibliográficos de composición de carbono para estos residuos (ver tabla 4.8) se obtiene la siguiente concentración: %C = 151,60kg * 0,48 + 614,01kg * 0,40 + 38,48kg * 0,45 * 100 804,09kg %C = 41,75% de igual manera se aplica este mismo cálculo para las demás masas generados y tipos de residuos; así como también la misma metodología de cálculo para la determinación del porcentaje de Nitrógeno inicial del residuo 1.5) Relación C/N C/N = %C %N (B.5) Donde %N: porcentaje de nitrógeno en la muestra C/N: relación Carbono Nitrógeno C/N = 41,75 = 27,25 adim 1,53 Valor promedio de temperatura Tp = T1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 5 (B.6) donde : Tp: es igual a la temperatura de promedia 144 Apéndice B Para el día 11 de enero del tratamiento (1) se sustituyen los datos de temperatura interna en la expresión (B.6) como sigue: Tp = 32,0 + 31,0 + 32,0 + 31,0 + 32,0 = 31,6°C 5 De igual manera se determinan los valores promedio de la temperatura de pared y así también para el resto de los días y demás tratamientos. 2 Determinación del tamaño de la pila para la aplicación del compostaje El área transversal se aproximará a una forma triangular y se multiplicará por el largo para obtener el volumen total de residuo que conformará la pila 2.1 Determinación del Volumen e la pila A continuación se presenta la formula empleada para la obtención del volumen de la pila Vp = b * hp *l 2 (B.7) Donde b: base de la sección triangular de la pila h: altura e la sección triangular de la pila l: longitud de la pila Por lo tanto para el experimento a escala piloto, tomando una base de 0,6m, una altura de 0,5m y 1 m de largo sustituyendo en la ecuación (B.7) , se obtiene: 145 Apéndice B Vp = 0,6m * 0,5m * 1m = 0,15m 3 2 2.2 Dimensionamiento de la pila a escala industrial Para el dimensionamiento de la pila para el experimento a escala industrial se partirá de la data de masa generada por cada desecho para las 25 semanas de estudios. Cálculo del valor promedio de masa generada por semana Msx = MTx Nsem (B.8) Donde: Mtx: es la masa total generada del residuo tipo(X) para el tiempo de estudio Msx: es la masa promedio generada por semana de residuo tipo (X) Sustituyendo en la ecuación (B.8), para el desecho tipo (A) en las 25 semanas de estudio (ver datos tabla 4.9), se obtiene M SA = 23402,4kg = 936,10 Kg / semana 25semanas Por lo tanto para un mes se tiene la siguiente expresión Mmx=Msx*4 (B.9) Donde: Mmx: es la masa total mensual del residuo tipo (X) Sustituyendo para el desecho tipo (A) se tiene: 146 Apéndice B M mA = 936,10 kg semanas kg *4 = 3774,4 semana mes mes Para convertir la cantidad másica a cantidad volumétrica se utiliza la expresión (B.2); con una densidad de residuo tipo (A) de 460 kg/m3 se determina el volumen de desecho como sigue: VmA = 3744,4 kg/mes = 8,14m 3 / mes 3 460 kg/m de igual manera se aplicaron estos cálculos a cada uno de los otros residuos teniendo como resultados los valores de la tabla B.1 Tabla B.1 Cuantificación de Cantidades de residuo por mes Materia Tipo de desecho Masa mensual (kg) Densidad de la materia kg/m3 Volumen mensual (m3) Cesped Hojas Ramas Mezcla A B C A+B+C 3744,4 2605,4 256,12 6.605,92 460 350 550 ---- 8,14 7,44 0,48 16,06 De manera que la pila con material a compostar tendrá que tener un volumen total de 16,06m3, por lo tanto considerando un ancho de base igual a 3m y una altura de 1,5 m, se determina el largo que tendrá el camellón despejando de la ecuación (B.7) como sigue: l= 2 * 16,06m 2 = 7,14m 3m * 1,5m Por lo tanto se aproximará a un valor de 8 m de largo para el camellón 147 Apéndice B 3 Dimensionamiento de la cancha 3.1 Cálculo del área de de la base de la pila La pila o camellón tendrá una base en forma rectangular, por lo tanto el área de la base será calculada con la siguiente expresión: Ap=b*l (B.10) Sustituyendo los datos de las dimensiones de la base de la pila se obtiene: Ap =3m*8m= 24m2 3.2 Cálculo del área de la cancha De acuerdo a que cada tratamiento durará aproximadamente tres meses para degradar la materia orgánica, se necesitará calcular el área total para tres pilas como sigue Apt = 24m2*3= 72m2 y tomando en cuenta espacios de cuatro metros alrededor de las mismas para el transito del volteo para realizar la aireación (ver figura5.2) se determina el área total de la cancha de la manera siguiente: Ac=25m*16m=400m2 4 Dimensiones del tanque Los tanque que se diseñarán tendrán forma cilíndrica por lo tanto el cálculo del volumen estará relacionado con las dimensiones con la siguiente expresión 148 Apéndice B Vt = π * r 2 * ht (B.11) Donde: Vt :volumen el tanque cilíndrico r: radio del tanque ht: altura del tanque Se expresará como ejemplo los cálculos relacionados con la determinación de las dimensiones del tanque que contendrá inóculo, partiendo de los requerimientos de inóculo respecto a la masa de desecho planteando la siguiente expresión Rir = Vi Mr (B.12) donde: Rir: es la relación entre el volumen de inóculo y la masa de residuo Vi: Volumen de inóculo Mr: masa de residuo por lo tanto sabiendo que la relación entre el volumen de inóculo y la masa de residuo es 1:4 y tomando la masa total de residuo para un mes de la tabla B.1 se tiene: Vi = 6605,92 kg = 1651,48 l kg 4 l y con un factor de seguridad mayor al 20% se aproximará a una capacidad de 2000 l (2m3) para garantizar los requerimientos del proceso. 149 Apéndice B Para el diseño del tanque se tomarán dimensiones de manera que el alto sea aproximadamente dos veces el radio. Por lo tanto considerando un radio de 0,75m , se despeja ht de la ecuación (B.11) y se obtiene la siguiente altura: 2m3 ht = = 1,13m π * (0,75) 2 Para el cálculo de las dimensiones del tanque de almacenamiento de agua se seguirá la misma metodología de cálculo, teniendo en cuenta una relación entre el volumen de agua y la masa de residuo de 1:4 y considerando que cada una de las tres pilas del sistema podrá requerir agua en tiempos simultáneos, la capacidad será de 6000 L; por lo tanto asumiendo un radio de 1m se necesitará una altura del tanque de 1,91m 5 Diseño del sistema de bombeo 5.1 Cálculo del caudal Para la determinación del caudales utiliza la siguiente expresión: Q= Vol t (B.13) Donde: Q: es igual al caudal de trabajo Vol: volumen a aplicar t: tiempo de sumistro Por lo tanto partiendo de un volumen de 2m3 de inóculo para recuperar el valor de la humedad de un camellón y fijando un tiempo de riego de una hora , se determina el caudal de trabajo sustituyendo los valores en la ecuación (B.13) como sigue: 2m 3 Q= 1h 150 Apéndice B Q=2 m3 h 5.2 Determinación de la potencia de la bomba para el sistema de riego 5.2.1 Ecuación general de energía V22 − V12 P −P + (Z2 − Z1 ) + 2 1 + Wf + hl = 0 2*g γ (B.14) 1y2: puntos de comienzo y fin del volumen de control respectivamente V: velocidad el flujo P: Presión puntual Z: altura respecto a la referencia Wf: es el equivalente de potencia hidráulica hl: pérdidas de energía entre los puntos 1 y 2 g: es la aceleración de gravedad 5.2.2 Determinación de la diferencia del cabezal e velocidad Para la determinación del cabezal de velocidad se tiene la siguiente expresión V22 − V12 2* g (B.15) por lo tanto se tendrá que determinar las velocidades en ambos puntos del volumen de control como sigue a continuación. 5.2.3Determinación del diámetro interno de la tubería Di=De-2*(e) (B.16) 151 Apéndice B Donde Di: diámetro interno de la tubería De:Es el diámetro externo de la tubería e: es el espesor de la tubería Para el sistema de riego se utilizará una tubería de 1” elaborada en PVC, con diámetro externo de 33,40mm y un espesor de 1,6mm (léase apéndice D, Figura D.1), por lo tanto sustituyendo en la ecuación ((B.16), se obtiene el siguiente diámetro interno: Di=33,4mm-2*(1,6mm)=30,2mm 5.2.4 Determinación del área interna de la tubería A= π * Di 2 (B.17) 4 A: Área interna de la tubería Di: diámetro interno de la tubería Por lo tanto sustituyendo el valor de diámetro interno de la tubería se tiene la siguiente cálculo: A= π * (33,4mm )2 4 * (1m )2 (1000mm )2 A = 357,98.10 −6 m 2 5.2.5 Determinación de la velocidad del flujo en la tubería Para la determinación de esta variable se utiliza la siguiente expresión: 152 Apéndice B V = Q A (B.18) Donde : V: es la velocidad del flujo en la tubería Por lo tanto sustituyendo los datos en la expresión (B.18) se obtiene la velocidad como sigue: V = 2,00m3 / h 1h * −6 357,98.10 m 3600 s V = 1,55 m s Por lo tanto de acuerdo al volumen de control planteado se tiene que la velocidad de la tubería es mucho mayor que en la superficie del tanque, esta última se desprecia aproximándola a V1=0 m/s y V2=1,55m/s según el cálculo anterior por lo tanto tomando g= 9,8 m/s2, sustituyendo en la expresión de cabezal de velocidad según la ecuación (B.15) se tiene: V 2 − V12 (1,55m / s ) = 0,12m ∆V = 2 = 2* g 2 * 9,8m / s 2 2 5.2.6 Determinación de la diferencia del cabezal de presión Para el cálculo del cabezal de presión se tiene la siguiente expresión: 153 Apéndice B ∆P = P2 − P1 γ (B.19) P1 es la presión ambiente igual a 10332,30kgf/m2 P2 es la presión que debe tener los aspersores según su diseño (4 bar) Por lo tanto sustituyendo en la expresión de cabezal de presión se obtiene lo siguiente: 4bar * 10196,95kgf / m 2 − 10332,3kgf / m 2 1bar ∆P = γ 995,67 kgf / m3 ∆P γ = 30,59 m 5.2.7 Determinación de la diferencia del cabezal de altura Para el cálculo del cabezal de altura se aplica la siguiente expresión ∆Z = Z 2 − Z1 (B.20) De acuerdo al volumen de control tomando como referencia la superficie del suelo se tiene lo siguiente según la figura (5.3) Z2=3m Z1=-1m por ser un tanque subterráneo Por lo tanto sustituyendo en la expresión de cabezal de altura se obtiene lo siguiente: ∆Z = 3m − (− 1m ) = 4m 154 Apéndice B 5.2.8 Determinación de las perdidas de energía La ecuación mas utilizada en determinar las perdidas de carga es la Darcy Weishbach Lt hl = fd * + Di ∑ V2 k * 2*g (B.21) Donde: hl: Perdidas de energía por fricción fd: factor de fricción (Darcy) adimensional Lt: Longitud total del sistema de radio Di k: coeficiente de fricción de accesorios A continuación se presenta una tabla con todos los coeficientes de perdidas de los accesorios en la línea del sistema. Tabla B.2 Coeficientes de fricción para tuberías y accesorios del sistema de riego planteado Coeficiente de fricción K (adim) Válvula de globo 1 10 Válvula check 1 2 Válvula de compuerta 1 0,15 Válvula de bola 1 0,05 codos 4 1,5 T lineal 2 0,9 T cambio de dirección 1 2 Sumatoria de todos los coeficientes de fricción Accesorio Cantidad Total 10 2 0,15 0,05 6 1,8 2 22 Fuente adaptado de Munson B.R 1994 Así también se tiene una longitud total de tubería en el sistema de 33,00m con un diámetro interno Di=0,0302m según cálculo (5.2.3); por lo tanto la relación Lt/Di se calcula como sigue: 155 Apéndice B Lt 33,00m = = 1092,72 a dim Di 0,0302m Luego para la determinación del factor de Darcy será necesario la determinación del número de Reynolds(Re) según la siguiente expresión: Re = Di * V * ρ (B.22) µ donde: ρ: densidad del fluido de trabajo (kg/m3) µ: viscosidad del fluido (cp) Por lo tanto para el agua la viscosidad será de 0,81cp y sustituyendo en la expresión (B.22 ) se calcula el Re como sigue: Re = 0,0302 * 1,55m / s * 995,67kg / m3 10 −3 kg / m.s 0,81cp * cp = 57.614,14 a dim 5.2.8.2 Cálculo del factor de fricción Para la determinación del factor de fricción se tiene que la rugosidad relativa de la tubería es igual a (E)=1,5.10-6 m según figura D.6 del apéndice D. Por lo tanto utilizando la figura D.2 del apéndice D y el número de Reynolds se obtiene gráficamente el valor del factor de Darcy igual a fd=2,0438.10-2 adim Por lo tanto sustituyendo estos valores calculados en la ecuación (B.21) , se obtiene las perdidas de energía como sigue: 156 Apéndice B [( ) ] hl = 2,0438.10 −2 * 1092,72 + 22 * 0,12m = 4,92m 5.2.8.3 Perdidas de energía ocasionados en el distribuidor del sistema de riego Las perdidas de energía ocasionadas en el distribuidor de riego serán consideradas según la expresión: 2 fd * Ld V hd = − 1 * 3 * Di 2* g (B.23) donde: Ld: es la longitud que presenta el distribuidor (m) Por lo tanto si el distribuidor presenta una longitud de 8 m se calculan las perdidas ocasionadas en este como sigue: 1,9182.10 −2 * 8m hd = − 1 * 0,12m = 8,46.10 − 2 m −2 3 * 3,02.10 m Estas perdidas serán cuantificadas junto con las perdidas por tubería y accesorios como un solo término dentro de la ecuación general de energía (B.14) Por lo tanto para la determinación de la energía hidráulica se despeja de la ecuación antes nombrada el término (ŊBWs) y se sustituyen los cabezales de energía como sigue: Wf = V22 − V12 P − P1 + (Z2 − Z1) + 2 + + hl + hd 2*g γ (B.24) Wf = 0,12m + 4m + 30,59m + +4,92 + 8,46.10 −2 = 39,71 m 157 Apéndice B 5.3 Cálculo de la potencia de la bomba Para la determinación de la potencia entregada por la bomba se utiliza la ecuación siguiente: Pb = Ws * m (B.25) donde: Pb: es igual a la potencia de la bomba(Hp) Por otra parte la relación entre el equivalente de la potencia hidráulica y el equivalente del trabajo de eje y esta dada por: ηB = Wf WS (B.26) Donde: ŊB: eficiencia de la bomba adim Ws: equivalente del trabajo de eje (m) Por lo tanto para el cálculo de Ws se despeja de la ecuación (B.26) asumiendo una eficiencia del 60% y despejando de la ecuación se sustituyen los datos como sigue: WS = 39,71 m 0,60 WS = 66,18 m 158 Apéndice B 5.3.1 Cálculo del flujo másico Para la determinación del flujo másico se tiene la siguiente expresión: m = ρ *V * A (B.27) donde : m es el flujo másico en el sistema de riego Por lo tanto Sustituyendo los datos de densidad y los resultados de los cálculos (5.2.4) y (5.2.5) se obtiene el flujo másico como sigue: m = 995,67kg / m3 * 1,55 m = 5,53.10 −1 m * 357,98.10 − 6 m 2 s kg s Sustituyendo los datos, en la ecuación (B.25), se obtiene la potencia como se muestra a continuación Pb = 66,18 m * 5,53.10 −1 Pb = 36,60 kg g * s gc kgf * m kg Convirtiendo con el factor de unidades queda: 159 Apéndice B Pb = 36,60 kgf * m 1Hp * kg 76kgf * m / s Pb = 0,48 Hp Por lo tanto por características técnicas del fabricante de bombas se necesitará una bomba de ½ Hp. De igual forma se aplicó la metodología de calculo para el riego con inóculo, resultando una bomba de igual capacidad. 6 Consumo eléctrico del motor acoplado a la bomba Para la determinación de la energía eléctrica suministrada al motor acoplado a la bomba será necesario determinar la potencia eléctrica suministrada y el tiempo de suministro de esta energía. 6.1 Calculo de la potencia electrica WE = Ws ηM (B.28) Donde: WE: es la potencia eléctrica suministrada ηM : es la eficiencia del motor (adim) Por lo tanto asumiendo una eficiencia del motor de 70% se sustituyen los datos en la ecuación (B.28), se calcula la potencia eléctrica como sigue: WE = 1 / 2Hp 0,70 160 Apéndice B WE = 0,71 Hp Por lo tanto, tomando en cuenta el factor de conversión, se plantea el siguiente cálculo para la determinación del consumo eléctrico por hora: WE = 0,71 1Hp − H 0,746kw − H * H HP − H WE = 0,53 kw H 6.2 Cálculo del costo por consumo eléctrico de la bomba. Considerando la tarifa para Servicios General II de 26,81Bs/kw .según la Figura D.8 de tarifas de energía eléctrica ELEVAL (apéndice D), se obtiene el equivalente en Bs; para una hora de trabajo (CB) como sigue: CB = 0,53 kw Bs * 26,81 H kw CB = 14,2 Bs H Por lo tanto el costo total por consumo eléctrico de las bombas será considerado de acuerdo a las horas de trabajo de las mismas. Lo cual se planteará en el análisis de costo de la sección siguiente. 161 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental APÉNDICE C REFERENCIA DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS Y NORMATIVA AMBIENTAL VENEZOLANA 1. DISEÑO DE EXPERIMENTOS En el ámbito industrial, cuando se presentan situaciones no deseadas en un proceso determinado, es común recurrir a la experimentación por ensayo y error con el objeto de obtener mejoras. Esto algunas veces permite subsanar el problema; sin embargo, existen herramientas estadísticas que mediante un plan experimental adecuado, analizan los datos estadísticamente, garantizando la obtención de conclusiones y decisiones que, indiscutiblemente, derivan en mejoras del proceso en cuestión. Una de estas herramientas la constituye el diseño de experimentos, el cual se define como “un conjunto de técnicas que permiten manipular el proceso, para así inducirlo a proporcionar la información que se requiere para mejorarlo” (Gutierrez, 2003). Actualmente en la industria, dicha herramienta refiere a un serie de técnicas estadísticas y de ingeniería que permiten lograr la máxima eficacia de los procesos con el mínimo costo. Es preciso aclarar, que tales técnicas tienen aplicación tanto en la fase de diseño del producto y del proceso, como en procesos ya establecidos. 1.1 Terminología básica en el diseño de experimentos A continuación se presentan algunos términos y conceptos comunes aplicados a los estudios de investigación científica: Experimento: se refiere a una prueba o serie de pruebas en las que se hacen cambios deliberados en las condiciones de operación de un sistema o proceso, a 162 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental fin de observar, evaluar, identificar y medir las implicaciones de dichas acciones en una o varias propiedades del producto. Variables de respuesta: es la característica, variable de salida o propiedad del producto, cuyo valor interesa mejorar aplicando un diseño de experimentos. Factores de diseño: también conocidos como factores independientes, son aquellos en los cuales se desea mejorar el análisis (Montgomery, 2002). Se divide en: Factores constantes: Estos pueden tener un efecto significativo en la respuesta, pero no pueden ser variados para efectos del experimento, por lo cual son mantenido fijo en un nivel especificado. Factores potenciales del diseño o estudiados: Son las variables que se investigan en el experimento para observar como afectan o influyen en la variable respuesta (Gutierrez, 2003). Se debe acotar que, para poder estudiar un factor es necesario que durante el experimento se prueben al menos dos condiciones o niveles. Factores perturbadores: Son aquellos que pueden influir en la respuesta experimental, pero no hay un interés especifico en su estudio. Son clasificado en: Factores controlables: Su nivel puede ser ajustado por el experimentador. Factores no controlables: No es posible fijar su valor. Existen factores que varían de manera natural y no pueden ser controlados; pero se puede lograr su control para fines de la experimentación, estos son considerados de Ruido. 163 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental Niveles: son los diferentes valores que se asignan a cada factor estudiado en un diseño experimental. Tratamiento: Son el conjunto de circunstancias creados para el experimento, en respuesta a la hipótesis de investigación, constituyendo el centro de la misma. Implica la combinación de niveles de todos los factores. Unidad experimental: es la entidad física expuesta al tratamiento, independientemente de otras unidades 1.2 Principios básicos del diseño de experimentos Réplica: la comunidad científica considera la replica de un experimento como el primer requisito para obtener resultados experimentales válidos. La replica se define como la repetición independiente del experimento básico, es decir, implica correr de una vez un tratamiento o combinación de factores. Las razones más notables por las cuales se deben hacer réplicas de un experimento son: Proporciona los datos para estimar la varianza del error experimental. Demuestra que se pueden reproducir los resultados, al menos bajo las condiciones experimentales actuales. Proporciona cierto grado de seguridad contra resultados anormales en el experimento, debidos a accidentes no previstos. Proporciona la posibilidad de aumentar la precisión en la estimación de las medias de los tratamientos. Bloquización: consiste en nulificar o tomar en cuenta en forma adecuada todos los factores que pueden afectar la respuesta observada (Gutiérrez, 2003). Este 164 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental principio proporciona control local del ambiente para reducir el error experimental. Las unidades experimentales se bloquizan en grupos de unidades similares, con base en un factor o factores que se espera o se sabe que tienen alguna relación con la variables de respuesta o con la medición que se supone responde de manera diferente a los diversos tratamientos. Aleatorización: las réplicas y la bloquización por si solos, no garantizan estimaciones validas de las varianza del error experimental o de las comparaciones de tratamientos. Fisher (1926) señalo que la sola aleatorización proporciona estimaciones válidas de la varianza del error para los métodos de interferencia estadísticas justificados para la estimación y pruebas de hipótesis en el experimento. La aleatorización es la asignación aleatoria de tratamientos a las unidades experimentales. 1.3 Clasificación y selección de los diseños de experimentos Existen ciertos aspectos que influyen marcadamente en la selección de un diseño de experimentos, los cuales no son independientes entre si, pues al cambiar uno de ellos, también cambia el diseño a utilizar. Estos aspectos se citan a continuación: Objetivo del experimento Número de factores a controlar Número de niveles que se prueban en cada factor. Efectos que interesa investigar (relación factores – respuesta). Costo del experimento, tiempo y precisión deseada El objetivo del experimento se ha empleado como un criterio general de clasificación de los diseños de experimentos, mientras que los otros cuatro puntos son útiles para subclasificarlos. De acuerdo con su objetivo, los diseños de experimentos se pueden clasificar: 165 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental Diseño para comparar dos o más Diseño para estudiar el efecto de varios factores sobre una o más variables de respuesta Diseño para optimización de Diseños robustos Diseños de mezclas Diseño completamente al azar Diseño de bloques completamente al azar Diseño factoriales 2k Diseño factoriales 3k Diseños factoriales fraccionadas 2k- p Diseño factoriales 2k y Diseño para el 2k- p modelo de primer Diseño de Plakett orden Burman Diseño central compuesto Diseño de Box Diseños para el Behnken Arreglos modelo deortogonales segundo Diseños factoriales de Diseño con arreglos interno orden k y k- p y 3 3 externo Diseño de latice – simplex Diseño simplex con centroide Diseño con restricciones Diseño axial Fuente: (Gutiérrez, 2003) Figura C.1 Clasificación de diseño de experimentos 1.4 Diseño factorial Este tipo de diseño de experimentos permite estudiar el efecto individual y de interacción de varios factores sobre una o varias respuestas. Específicamente, el diseño o arreglo factorial, se define como el conjunto de puntos experimentales o tratamientos que pueden formarse considerando todas las posibles combinaciones de los niveles de los factores. Dichos factores pueden ser de tipo cualitativo, cuando sus niveles toman valores discretos o de tipo nominal que no pueden ser fracciones, y de tipo cuantitativo cuando sus niveles de prueba pueden tomar cualquier valor dentro de cierto intervalo. 166 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental Diseño factorial 23 Este diseño estudia tres factores en dos niveles cada uno, y consta de ocho tratamientos diferentes (23), los cuales pueden nombrarse en diversas notaciones, según se muestra a continuación: Tabla C.1 Notaciones diversas que representan un diseño factorial 23 Tratamiento A B C A B C A B C Notación de Yates 1 Bajo Bajo Bajo - - - -1 -1 -1 (1) 2 Alto Bajo Bajo + - - 1 -1 -1 a 3 Bajo Alto Bajo - + - -1 1 -1 b 4 Alto Alto Bajo + + - 1 1 -1 ab 5 Bajo Bajo Alto - - + -1 -1 1 c 6 Alto Bajo Alto + - + 1 -1 1 ac 7 Bajo Alto Alto - + + -1 1 1 bc 8 Alto Alto Alto + + + 1 1 abc 1 Fuente: (Montgomery, 2002) La notación de signos +,- es muy útil para escribir las matrices de diseño, además que combinada con la notación de yates permite representar y calcular fácilmente los efectos de interés. Es preciso acotar que la notación de yates representa el total o la suma de las observaciones en cada tratamiento, en especifico, (1) es la suma de todos los datos obtenidos según el total de réplicas del tratamiento (-1,-1,-1); a es la suma de todas las mediciones hechas en la combinación (+1,-1,-1), y así sucesivamente. Si se corre una replica del diseño, solo se tiene un dato en cada combinación, de manera que cada tratamiento en la notación de yates representa ese único dato. En esta notación, si una letra minúscula esta presente, entonces el factor correspondiente se encuentra en su nivel alto, si esta ausente, el factor esta en su nivel bajo. Este diseño factorial permite estudiar siete efectos, de los cuales tres efectos son principales A, B y C; tres interacciones dobles AB AC y BC, y una interacción triple ABC; esta ultima 167 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental puede ser que no influya de manera significativa, sin embargo es recomendable asegurarse de que su valor sea lo suficientemente pequeño para considerarlo como un efecto ignorable Tabla C.2 Tabla de signos del diseño factorial 23 Totales (1) a b ab c ac bc abc A + + + + B + + + + C + + + + AB + + + + AC + + + + BC + + + + ABC + + + + Fuente: (Montgomery, 2002) Al multiplicar las columnas de signos de la tabla C.2 por la columna de totales representados por la notación de Yates, se obtienen los contraste para los sietes efectos, dados por: Contraste A= [a + ab + ac + abc – (1) – b –c –bc)] Contraste B= [b + ab + bc +abc – (1) – a – c – ac)] Contraste C= [c + ac + bc + abc – (1) – a – b – ab)] Contraste AB= [ab – b – a +abc + (1) – bc – ac + c)] Contraste AC= [(1) – a + b – ab – c + ac – bc + abc)] Contraste BC= [(1) + a – b – ab – c –ac + bc +abc)] Si se hacen n replicas de cada tratamiento, los efectos de un diseño 23 se estiman como se muestra a continuación: Contraste efectoi Efecto i = n * 2 k −1 Las sumas de cuadrados de los efectos se calculan a partir de sus contrastes según: SC Efectoi ( Contraste efectoi = n * 2k )2 168 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental La suma total de cuadrados se obtiene a partir de la ecuación: 2 SCT = 2 2 n ∑∑∑∑ i =1 j =1 l =1 2 y ijlm m =1 − Y ...2 n * 2k Donde: SCT: Sumatoria total de cuadrados yijlm: Valor de la observación ijlm Y…: Suma de todas las observaciones La suma de cuadrados del error (SCE) se calcula por sustracción: SCE = SCT – (SCA + SCB + SCC + SCAB + SCAC + SCBC + SCABC) El cuadrado medio (CM) se calcula por: CM efectosi = SC efectoi GL Donde: GL: grados de libertad Tabla C.3 ANOVA para el diseño 23 FV A B C AB AC BC ABC Error Total SC SCA SCB SCC SCAB SCAC SCBC SCABC SCE SCT GL 1 1 1 1 1 1 1 3 2 *(n-1) n*23 - 1 CM CMA CMB CMc CMAB CMAC CMBC CMABC CME Fo CMA/CME CMB/CME CMC/CME CMAB/CME CMAC/CME CMBC/CME CMABC/CME p - value P(F>Fo) P(F>Fo) P(F>Fo) P(F>Fo) P(F>Fo) P(F>Fo) P(F>Fo) Fuente: (Montgomery, 2002) Según se observa en la tabla anterior, es preciso correr el diseño con al menos dos réplicas, ya que se requieren dos repeticiones (n≥2) para poder calcular el cuadrado medio del error, y así contar con suficientes grados de libertad para el error. 169 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental Cabe destacar que para aplicar y analizar un diseño de experimentos, es fundamental el planteamiento de una hipótesis estadística, que es una afirmación sobre los valores de los parámetros de una población o proceso que puede probarse a partir de la información contenida en una muestra. De esta manera, resulta imprescindible plantear una hipótesis nula (Ho), que designe cualquier sentencia formulada que será sometida a la aprobación, y una hipótesis alternativa (HA), la cual debe aceptarse en caso de rechazar a Ho. El estadístico de prueba Fo es un número calculado a partir de los datos y la hipótesis nula, cuya magnitud permite discernir si se rechaza o no Ho. Al conjunto de posibles valores del estadístico de prueba que llevan a rechazar a Ho se le llama región o intervalo de rechazo para la prueba, y a los posibles valores donde no se rechaza Ho se les llama región o intervalo de aceptación. La significancia predefinida (α), es el riesgo máximo que el experimentador esta dispuesto a correr en caso de rechazar la hipótesis nula planteada siendo verdadera. La significancia observada o calculada (p – value) es el área bajo la distribución de referencia mas allá del valor del estadístico de prueba, este valor es difícil de obtener en forma manual, por lo cual se recomienda comparar el estadístico de prueba contra un numero o valor critico que se lee en las tablas de la distribución de referencia, y se puede pensar como el numero que separa las regiones de aceptación y rechazo. Se rechaza Ho si la significancia observada es menor que la significancia dada (p- value < α). 2 Los coeficientes de determinación R2 y R aj miden la proporción o porcentaje de variabilidad en los datos experimentales que es explicada por el modelo considerado. Se definen de la siguiente forma: R2 = SCtotal − SCerror SCtotal Raj2 = CM total − CM error CM total Los valores de dichos coeficientes se encuentran entre 0 y 100%, y cuantifican el porcentaje de variabilidad presente en los datos que es explicado por el modelo. En general, 170 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental para fines de predicción es recomendable un coeficiente de determinación ajustado de al menos 70%. Los residuos son generados por la diferencia entre la respuesta observada y la respuesta predicha por el modelo en cada prueba experimental. Luego de ejecutar y analizar los resultados de un experimento, es común que no se obtengan las respuestas buscadas o bien el nivel de mejoras logrado no es suficiente, por lo cual es necesario experimentar de manera secuencial hasta encontrar el nivel de mejoras deseado. De ahí el hecho de que muchas veces, el diseño experimental se encamine a determinar las condiciones óptimas de operación de un proceso, aplicando ciertas estratégicas experimentales. Se define como mejor tratamiento, a la mejor combinación de niveles de los factores, considerando los niveles utilizados durante el estudio experimental dondeel punto óptimo se refiere a la mejor combinación de los factores estudiados, considerando el conjunto de puntos donde el equipo o proceso puede ser operado de una manera eficiente. 2. LEYES AMBIENTALES VENEZOLANAS 2.1 Leyes Ambientales Venezolanas *Constitución nacional de la Republica Bolivariana de Venezuela. 1999 (Cap IX articulo 127, 128, 129). Contiene disposiciones de rango constitucional en materia ambiental Establece la filosofía del desarrollo sustentable en el país Le da rango constitucional al ordenamiento del territorio. *Convenio Mundial Control de los movimientos Transfronterizos de los Desechos Peligrosos. (Basilea). 1998.. 171 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental *Ley Orgánica de la administración central. 1976. *Ley Orgánica del Ambiente Nace en la constitución de 1961 a través de su articulo 106 y fue promulgada el 16 de junio de 1976. En ella se establecen los principios rectores para la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente en beneficio de la calidad de vida. Señala en su artículo 21 la autorización para el registro de actividades susceptibles de degradar el ambiente (RASDA) donde se establecen las condiciones que deben cumplir las industrias para realizar operaciones. *Ley Penal del ambiente Publicada en la gaceta oficial N.4.358 de fecha 03-01-92 Tiene por objeto tipificar como delitos aquellos hechos que violen las disposiciones relativas a la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente. Establece sanciones penales correspondientes y determina las medidas precautelativas de restitución y de reparación a que haya lugar. *Ley Orgánica de Salud. *Ley Orgánica para la Ordenación del Territorio *Ley Orgánica para la ordenación Urbanística. *Ley Orgánica de Descentralización , Delimitación y Transferencia de competencias del poder Público. *Ley Orgánica de Prevención, condiciones y Medio ambiente de Trabajo. *Ley Forestal de suelos y aguas.1966. reglamento de la ley forestal de suelos y aguas, publicada en gaceta oficial 2.022 en abril de 1977. 172 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental *Normas sobre evolución ambiental de actividades susceptibles de degradar al ambiente. Publicada en gaceta oficial 35.846, Decreto Nº 1.257 en abril de 1996. *Normas para regular la introducción y propagación de especies exóticas de la flora y la fauna silvestre y acuáticas, publicada en gaceta oficial 4.418E, Decreto 2.223. abril de 1992. *Normas para la administración de parques nacionales y monumentos naturales , Decreto Nº276. 1989. De materiales y desechos *Normas sanitaria para proyectos y operación de un relleno sanitario de residuos sólidos de índole atóxicos, publicada en Gaceta Oficial 34.600. noviembre de 1990. *Normas para el manejo de desechos sólidos de origen domésticos, comercial, industrial o de cualquier otra naturaleza que no sean peligrosos, Publicada en Gaceta Oficial 4.418E, Decreto 2.216. Abril de 1992. *Comisión técnica Nacional para los Residuos y Desechos sólidos, semisólidos peligrosos o no. Decreto 1.232 De suelos *Reglamento parcial de la ley forestal de suelos y de aguas sobre la regulación de las actividades que implican destrucción de la vegetación con fines agropecuarios, publicada en la Gaceta oficial32.652, decreto Nº1.804 en enero de 1983. *Normas sobre plantaciones forestales, comerciales y de usos múltiples. Publicada en gaceta oficial33.922 173 Referencia de diseño de experimentos y normativa ambiental 2.2 Grupos interdisciplinarios A finales de 1999, un grupo interdisciplinario de consultores, y contrapartes del MARN, ministerio de salud y desarrollo social, FUNDACOMUN, OPS Y Fonvis, realizó un análisis del sector de residuos sólidos, considerando las áreas: a)Institucional, b) Legal, c)Técnica y de gestión de residuos sólidos municipales, d)Técnica y de gestión de desechos peligrosos y de establecimiento de salud. e) Económica-financiera. f) Salud y ambiente y g) Socio comunitaria. 174 Apéndice D APÉNDICE D FIGURAS BIBLIOGRÁFICAS Y COTIZACIONES PARA LA EVALUACIÓN ECONÓMICA Figura D.1 Datos característicos de tuberías de PVC 175 Figura D.2 Diagrama de Moody para determinación de Reynolds 176 Tabla D.1 Coeficiente de pérdidas para conexiones y accesorios de sistemas de flujo 177 Figura D.3 Coeficiente de pérdidas para entradas a tubería de sistemas de flujo Tabla D.2 Presión de trabajo (m.c.a.) de los accesorios de riego más comunes Accesorio de descarga Aspersores pequeños Aspersores tipo medio Aspersores Carretes Goteros Micro aspersores Micro jet Válvulas de aire Válvulas de no retorno Presión Psi 20-30 20–40 40-70 3–20 16-25 15-20 0.5 1 Publicaciones para apoyo docente Prof. Eduardo Holzapfel. 2005 . 178 Figura D.4 Rugosidad absoluta de tuberías para distintos materiales 179 Tabla D.3 Valores de F de Distribución de Fischer con un nivel de significancia de 5% 180 CONTINUACIÓN Tabla D.3 Valores de F de Distribución de Fischer con un nivel de significancia de 5% 181 Tabla D.4 Tarifas de Eleval aprobadas según Gaceta Oficial No. 37.415…… CON DERECHO A 200 kWh (Bs) POR LOS SIGUIENTES 400 kWh (Bs/Kwh) POR EL RESTO DEL CONSUMO (Bs/Kwh) Residencial Social 2.504,82 99,82 99,82 Residencial General 8.987,81 51,77 90,69 10.714,11 61,73 * 88,86 TIPO DE SERVICIO Residencial Alto Consumo CARGO POR ENERGIA (Bs./KWh) CARGO POR DEMANDA (Bs/Kva) CARGO POR EXCESO DE DEMANDA (Bs/KVA) Servicio General I 26,81 7.697,21 7.697,21 Servicio General II 26,39 7.448,47 7.448,47 Servicio General III 25,28 7.092,16 8.865,20 Alumbrado Público 59,41 - - TIPO DE SERVICIO http://www.eleval.com/ 182 Tabla D.5 Cotización de productos EPA Producto Descripción Codo. Cromado 26-10-014 Anteojos de seguridad Srtratos 14-18-003 Tubo de PVC 1" x 3 m con rosca 26-05-602 Guante de tela perchada 14-15-020 Válvula de bola liviana 1" 26-12-307 Botas de goma altas, beige, talla 37 14-03-009 Anillo. Reductor 26-10-623 Cant. Precio Unit. 1 9.464,92 0,00 9.464,92 1 7.008,78 0,00 7.008,78 1 15.868,43 1 3.938,60 1 41.710,53 0,00 41.710,53 1 28.938,60 0,00 28.938,60 1 1.859,65 Descuento SubTotal 0,00 15.868,43 0,00 0,00 3.938,60 1.859,65 183 CONTINUACIÓN Tabla D.5 Cotización de productos EPA Producto Descripción Tee 26-10-430 Cant. Precio Unit. Descuento Sub-Total 1 4.184,22 0,00 4.184,22 1 34.254,39 0,00 34.254,39 1 34.728,08 0,00 34.728,08 1 9.026,32 0,00 9.026,32 1 28.938,60 0,00 28.938,60 1 15.166,67 0,00 15.166,67 Ancho: 1 1/4 pulgada Válvula de compuerta 26-12-049 Ancho: 1 pulgada Válvula check 26-12-101 Ancho: 1 pulgada Cabo de madera para hacha, color natural 06-06-010 Oportunidad Manguera culebra 1/2" x 15 m, conexión metálica 06-08-027 Ángulo de hierro negro, 25 x 3 mm x 6m 30-09-650 184 CONTINUACIÓN Tabla D.5 Cotización de productos EPA Producto Descripción Gancho corto 2 x 1, 100 x 26 mm, Lit 30-22-022 Alambre kiliado, calibre 12, 1 Kg 30-13-022 Flotante eléctrico Aqua, cable 3m 14-06-021 Machete rozador 06-05-293 Cant. Precio Unit. Descuento Sub-Total 1 254,39 0,00 254,39 1 3.587,72 0,00 3.587,72 1 46.043,86 0,00 46.043,86 1 10.517,55 0,00 10.517,55 1 5.692,99 0,00 5.692,99 1 21.745,62 0,00 21.745,62 1 21.043,86 0,00 21.043,86 Ancho: 16 pulgadas Tobo para albañil, tipo Eusse 30-42-122 Aspersor 06-09-998 Cabeza de hacha 06-04-980 185 CONTINUACIÓN Tabla D.5 Cotización de productos EPA Producto Descripción Motosierra Efco 162 06-15-008 Carretilla guerrera, rueda maciza, 113 litros 30-42-015 Bomba centrífuga monofásica 1/2 HP, 1 1/4" x 1" 14-05-022 Pala cuadrada mango corto 06-06-647 Orilladora eléctrica de césped, 500 vatios, 12" 06-15-804 Cumbrera para MilTejas, 2 m x 0,5 mm, con faldón 30-17-246 Cant. Precio Unit. Descuento Sub-Total 1 1.535.078,95 1 94.289,48 0,00 94.289,48 1 615.780,71 0,00 615.780,71 1 17.535,09 0,00 17.535,09 1 114.026,32 0,00 114.026,32 1 29.377,20 0,00 29.377,20 0,00 1.535.078,95 186
