19-10-2014PROYECTO_TERMINADO_

PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTE A PARTIR DE JUGO Y BAGAZO DE
FIQUE
LEIDY VIVIANA MUESES SANCHEZ
LINA MARIA AYALA GUTIERREZ
INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE COMFACAUCA TECNOLOGÍA EN
TECNOLOGIA EN PRODUCCIN INDUSTRIAL
PUERTO TEJADA (CAUCA)
2014
PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTE A PARTIR DE JUGO Y BAGAZO DE
FIQUE
LEIDY VIVIANA MUESES SANCHEZ
LINA MARIA AYALA GUTIERREZ
Trabajo de grado para optar al título de
Tecnólogo en producción industrial
Supervisor:
Ing. Julián Orlando Yépez
Supervisor
INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE COMFACAUCA TECNOLOGÍA EN
TECNOLOGIA EN PRODUCCIN INDUSTRIAL
PUERTO TEJADA (CAUCA)
2014
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma del Director de la Institución
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Firma del Decano
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Firma del Supervisor de Tesis
Puerto Tejada – Cauca. 2014
AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
0. Introducción
1. Planteamiento del problema.
2. Justificación.
3. Objetivos.
3.1 Objetivo general.
3.1 Objetivos específicos.
4. Estado del arte.
5. Marco teórico.
6. Metodología.
6.1 Realizar una digestión anaeróbica utilizando la flora bacteriana y fúngica
presente en el jugo y bagazo de fique a escala laboratorio.
6.2 Analizar las propiedades fertilizantes y pesticidas del producto fermentado
a escala laboratorio obtenido a partir de jugo y bagazo de fique.
6.3 Examinar las características del biogás generado a escala laboratorio en la
fermentación anaerobia del jugo y bagazo de fique.
6.4 Efectuar el escalamiento a nivel piloto sobre los mejores resultados
obtenidos en la etapa laboratorio conservando las características del
material fermentado.
7. Cronograma.
8. Presupuesto.
9. Resultados esperados.
10. Impactos esperados.
11. Bibliografías.
12. Web grafía.
13. Anexos.
.
.
LISTADO DE FIGURAS
LISTADO DE TABLAS
RESUMEN
La producción de fibra de fique (cabuya) es una actividad tradicional de la zona
andina colombiana, de la que dependen un gran número de habitantes de zonas
rurales, principalmente, de los departamentos del Cauca, Nariño, Antioquia,
Santander y Boyacá.
El proceso productivo del fique cuenta con una importante limitación derivada del
bajo contenido de fibra presente en las hojas de fique. La fibra, de la cual se
elabora la cabuya, sólo representa el 4% del peso de la hoja; el restante 96%
corresponde a residuos de jugo y bagazo.
Con este proyecto se presenta el proceso de fermentación anaerobia como un
método alternativo de aprovechamiento de los residuos –jugo y bagazogenerados en el procesamiento del fique. Por medio de este proceso, se busca
fermentar el material hasta convertirlo en un fertilizante amigable con el ambiente,
que al mismo tiempo tenga características alelopáticas y funcione como pesticida.
Se realizaran corridas a nivel de laboratorio y por medio del diseño experimental
desarrollado lo que se busca es encontrar los valores más adecuados de
fabricación; con los que se generen bases referentes a la ejecución de un proceso
rentable para la obtención de un producto nutritivo para las plantas y repelente a
las plagas, que den pasó a la producción a escala mayor. En conclusión, se busca
transformar algunos “desechos” en un producto valioso para la comunidad y el
sector.
ABSTRACT
The production of sisal fiber (sisal) is a traditional activity in the Colombian Andes,
from which depend a large number of rural inhabitants mainly in the departments of
Cauca, Nariño, Antioquia, Santander and Boyacá areas.
The sisal production process has an important limitation derived low fiber content
in the leaves of sisal. The fiber, which is made sisal, represents only 4% of the
weight of the sheet; the remaining 96% is waste of juice and bagasse.
With this project the anaerobic fermentation process as an alternative method of
utilization of waste and bagasse generated -Juice in sisal processing is presented.
Through this process, the aim is to ferment the material into a fertilizer friendly to
the environment, at the same time have characteristics and function as allelopathic
pesticide. Runs were carried out at laboratory level and through the experimental
design developed what is sought is to find the most suitable manufacturing values;
basis with that concerning the implementation of a cost for preparing a nutritional
product for plant pest repellent which give way to larger scale production process
are generated. In conclusion, it seeks to transform some "waste" into a valuable
product for the community and industry.
0. INTRODUCCIÓN
Colombia es uno de los principales productores de cabuya de fique a nivel
mundial, esta actividad es tradicional de la zona andina del país; Son 13 los
principales departamentos productores y se calcula que el sector fiquero genera
empleo para más de 70.000 familias y 13.000 artesanos. Sin embargo, los cinco
(5) principales departamentos productores Cauca, Nariño, Antioquia, Santander y
Boyacá ofrecen el 93.9% de la superficie sembrada, estimada en 24.552
hectáreas para el año 2006 (CADEFIQUE, 2006). La producción de esta fibra
constituye la materia prima de varias industrias como la Compañía de Empaques
S.A., Empaques del Cauca y Coohilados del Fonce, dedicadas exclusivamente a
procesar cabuya para fabricar sacos, manilas, cordeles, tapices, tapetes, entre
otros. El cultivo y posterior procesamiento de esta planta representa uno de los
renglones agroindustriales más importantes, significando no sólo una considerable
fuente de empleo, sino procesos productivos y mercantiles de gran impacto para la
economía y desarrollo de estos departamentos.
Aunque si bien, el país se encuentra posicionado debido a la producción de fique y
existe toda una cadena productiva que se beneficia de su amplia salida comercial,
el proceso productivo cuenta con una importante limitación derivada del bajo
contenido de fibra larga presente en las hojas de fique. El área cultivada es
superior a 24.000 hectáreas con una producción aproximada de 18.750 toneladas
de fibra de fique al año, la cual representa únicamente el 4% del peso de la hoja;
el restante 96% son desechos industriales (70% jugo y 26% bagazo), que son
arrojados sin ningún tratamiento a suelos y fuentes hídricas en zonas rurales
(MADR & MAVDT, 2006); Originando contaminación y un impacto negativo sobre
estos recursos naturales, al no ser capaces de asimilar la carga orgánica de estos
componentes en estado fresco.
Con este proyecto se pretende plantear una alternativa de aprovechamiento de los
residuos generados en el procesamiento del fique para la obtención de cabuya,
que impactaría de forma positiva todos los escalafones de la cadena productiva.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La producción de fibra de fique (cabuya) es una actividad tradicional de la zona
andina colombiana, de la que dependen un gran número de habitantes de zonas
rurales, principalmente, de los departamentos del Cauca, Nariño, Antioquia,
Santander y Boyacá. El cultivo y posterior procesamiento de esta planta
representa uno de los renglones agroindustriales más importantes de estas zonas,
significando no sólo importantes fuentes de empleo, sino procesos productivos y
mercantiles de gran impacto para la economía y desarrollo de estos
departamentos, que tienen, en la producción de fibras orgánicas a partir de fique,
oportunidades de mejorar su infraestructura y posicionarse dentro de los mercados
internacionales que apetecen estas fibras.
Pese a que la fibra de fique es la fibra colombiana por excelencia y que existe toda
una cadena productiva que se beneficia de su amplia salida comercial, el proceso
productivo cuenta con una importante limitación derivada del bajo contenido de
fibra larga presente en las hojas de fique. La fibra larga, de la cual se elabora la
cabuya, sólo representa el 4% del peso de la hoja; el restante 96% corresponde a
residuos de jugo y bagazo. Tradicionalmente estos residuos llegan a comprometer
fuentes hídricas causando su contaminación y tienen un impacto negativo sobre el
suelo, que no es capaz de asimilar la carga orgánica de estos componentes en
estado fresco.
La gran cantidad de desechos que se generan en la producción de la fibra de
fique, no sólo tiene un impacto negativo sobre la vida y bienestar de los cuerpos
de agua y el equilibrio natural de los suelos, sino que representa sobrecostos
importantes dentro del proceso productivo, que debe compensar la inversión en
cultivo, cosecha y transporte del fique, con la baja proporción de fibra larga que se
obtiene por hoja y el costo de venta de los productos elaborados con la cabuya.
Esta situación afecta tanto a los industriales dedicados al procesamiento del fique
y sus productos derivados, quienes deben lidiar con una materia prima limitada por
la misma naturaleza, como a los cultivadores de esta planta. Las personas cuyo
sustento depende del cultivo de fique, constituyen el renglón más vulnerable
dentro de la cadena productiva, y sus ingresos por esta actividad, actualmente
reflejan el bajo porcentaje útil que, para la industria productora de cabuya y
empaques orgánicos, tiene el producto cosechado.
Afectada la cadena productiva de fique, desde su escalafón más bajo, la
tecnificación y avance de los procesos que integran esta cadena se encontrará
permanentemente restringida, evitando que un importante renglón agroindustrial
de la zona andina colombiana mejore su competitividad y proyección dentro del
orden económico actual.
Figura 1. Situación actual del proceso de desfibre del fique.
FUENTE: PROPIA
2. JUSTIFICACIÓN.
Plantear una alternativa de aprovechamiento de los residuos generados en el
procesamiento del fique para la obtención de cabuya, impactaría de forma positiva
todos los escalafones de la cadena productiva. Teniendo en cuenta la gran
proporción de bagazo y jugo que se obtiene por cada hoja de fique, desarrollar un
producto de alto valor comercial empleando este material no sólo garantizaría gran
disponibilidad de materia prima para su producción sino que convertiría en un
proceso productivo el necesario manejo de los residuos de este renglón
agroindustrial que actualmente constituyen una amenaza para el medio ambiente.
En este sentido, emplear los principios de digestión anaerobia para la producción
de un fertilizante orgánico a partir de bagazo y jugo de fique, constituiría al
desarrollo de una iniciativa dirigida a frenar el deterioro ambiental de cuerpos de
agua y suelos afectados por el manejo inadecuado de este material, al tiempo que
se obtienen beneficios económicos que sin duda mejorarían las condiciones de
vida de los cultivadores de fique, los cuales verían valorizado su producto, del que
ahora podría aprovecharse el cien por ciento.
Al beneficio de los cultivadores, se sumarían las oportunidades de desarrollar toda
una industria de producción de biofertilizante, dinamizando un sector económico
en los departamentos en los que se cultiva esta planta. El impulso de una nueva
industria que avance de la mano con la producción de cabuya y productos
derivados, significaría nuevas fuentes de empleos, tecnificación e infraestructura
para la zona andina colombiana, constituyendo un nuevo pilar en el desarrollo y
avance en esta región del país.
Además, el reciente interés por mitigar el deterioro de los suelos, producto de las
malas prácticas agrícolas, a través de productos de origen orgánico que puedan
repercutir en una producción abundante, rentable y saludable para el campo,
sustentan la necesidad de disponer de un biofertilizante que además de
representar una alternativa eficiente para el manejo de desechos agroindustriales,
contribuya a los procesos de recuperación y reactivación de la vida del suelo y
minimice los costos de producción y dependencia de fertilizantes químicos que
pueden llegar a contaminar el medio ambiente.
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Obtener un fertilizante orgánico por digestión anaeróbica de jugo y bagazo de
fique a escala laboratorio como alternativa para el aprovechamiento integral del
cultivo.
3.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS

Realizar una digestión anaeróbica utilizando la flora bacteriana y fúngica
presente en el jugo y bagazo de fique a escala laboratorio.

Analizar las propiedades fertilizantes y pesticidas del producto fermentado a
escala laboratorio obtenido a partir de jugo y bagazo de fique.

Examinar las características del biogás generado a escala laboratorio en la
fermentación anaerobia del jugo y bagazo de fique.

Determinar y efectuar una corrida experimental sobre el mejor resultado
obtenido en la etapa de laboratorio conservando las condiciones del
proceso.
4. ESTADO DEL ARTE
Los problemas de vertimiento de agentes contaminantes en las fuentes hídricas y
la generación de altas cantidades de residuos sólidos, en las distintas etapas del
proceso de producción de fibras a partir de la planta de fique, ha suscitado el
interés científico de investigadores nacionales por plantear alternativas de
aprovechamiento integral de la planta, considerando las potencialidades del
bagazo y del jugo de fique como materia prima de una gran variedad de
productos.
Distintas investigaciones han demostrado que el bagazo de fique (material sólido)
puede emplearse en la producción de abonos orgánicos, hongos comestibles y
concentrados para animales. Gómez (1993) determinó el valor nutricional del
bagazo de fique en la alimentación de rumiantes gracias a su alta densidad
energética. De acuerdo a este estudio, el bagazo ensilado durante 30 días,
utilizando fríjol de la variedad Cannavalia como suplemento, puede integrarse a la
dieta del ganado con excelentes resultados nutricionales.
Moreno (1996) realizó pruebas de producción de orellanas, hongos comestibles
que se desarrollan en los desperdicios lignocelulósicos de la cosecha del fique,
encontrando una eficiencia biológica de más de 700 gramos de hongos por cada
kilo de sustrato elaborado con bagazo, en un periodo de 20 a 25 días.
No obstante, uno de los usos potenciales más estudiados y aplicados a escala
productiva es el de los abonos orgánicos. CORNARE (1996) realizó la
construcción de una planta demostrativa para la producción de abonos sólidos en
el municipio de Alejandría, Departamento de Antioquia, como alternativa del
manejo integral del fique en las áreas rurales.
Bolaños y Acosta (2008), realizaron una investigación dirigida a la obtención de
abonos orgánicos a partir de los bio-sólidos generados en el procesamiento del
fique. En este estudio, tanto el bagazo como el jugo de fique, fueron empleados
como ingredientes principales para la elaboración de compost, el cual, de acuerdo
a los resultados, resulta de alto valor fertilizante en plantas como maíz, brócoli,
repollo, coliflor, entre otras. Otros estudios se han enfocado en la utilidad del fique
en la producción de lombricompuestos (CADEFIQUE y otros, 2006).
En cuanto a los usos del jugo de fique, las investigaciones se han enfocado en sus
propiedades tensoactivas, plaguicidas y su contenido de esteroides naturales
como saponinas y fitoesteroles. Muñoz y otros (1988) desarrollaron un método
mejorado para producir sapogeninas, sustancias esteroidales, sexuales y
corticoides, a partir de hojas de la planta de fique. Gómez y Vanegas (2001) por su
parte, realizaron estudios para la síntesis de hecogenina, mediante etapas de
prensado, fermentación e hidrólisis empleando jugo de fique como materia prima.
Subproductos como el sulfato de sodio y los ácidos grasos, los cuales se obtienen
como resultado de la síntesis de sapogeninas a partir del jugo de fique, también
han sido considerados en otros estudios (Segura de Correa y otros, 2004).
Las saponinas son moléculas de estructuras diversas denominadas químicamente
como triterpenos y glicósidos esteroidales que consisten en agliconas no polares
unidas con una o más fracciones de monosacáridos (Oleszek y Bilaly, 2006); esta
combinación de elementos polares y no polares explican su comportamiento como
jabón en soluciones acuosas. Debido a sus propiedades como agente espumante
las saponinas son utilizadas en la industria cosmética y farmacéutica (San Martin
and Briones, 1999). La mayoría de las sapogeninas exhiben actividades
farmacológicas, lo que las ha convertido en objeto de estudio para el desarrollo de
nuevos medicamentos (Augustín et al., 2011), entre tales actividades se
encuentran efectos antiinflamatorios (Sun et al., 2010; Tapondjou et al., 2008)
anticancerogénicos (Musende et al., 2009; Man et al., 2010), antibacteriales,
antifúngicos y antivirales (De Leo et al., 2006; Saleem et al., 2010; Coleman et al.,
2010; Rattanathongkom et al., 2009). Fundamentalmente las sapogeninas se han
constituido desde hace bastante tiempo como precursores únicos de muchos
medicamentos esteroides tales como hormonas sexuales (Hostettmann and
Marston, 1995). Las sapogeninas son consideradas como una alternativa de
excelentes posibilidades comerciales y de industrialización debido a su alto precio
en el mercado el cual puede variar de acuerdo a su nivel de pureza desde 6 hasta
142 dólares por gramo de producto (MADR & MAVDT, 2006).
Respecto a las propiedades fungicidas del jugo de fique, Gómez (2001) realizó un
estudio in vitro para determinar la acción biocida del extracto de fique sobre dos
tipos de hongos fitopatógenos (Colletotrichum gloeosporioides y Sclerotinia
slerotiorum) causantes de enfermedades de la plantas de lulo y tomate de árbol. El
estudio concluyó que el desarrollo y germinación de estas dos variedades de
hongos, se inhibe cuando la concentración del extracto de fique en medio de
cultivo PDA es del orden del 5%.
Por su parte, Arias y Cano (1996) evaluaron las propiedades insecticidas del jugo
de fique, determinando su efectividad sobre cuatro plagas reportadas en los
cultivos de flores, confirmándose su poder como controlador de los insectos
contemplados en el estudio. La investigación incluyó la determinación del poder
repelente del jugo sobre poblaciones de moscas blancas y minadoras, el cual
también fue corroborado a nivel de laboratorio.
Mientras en Colombia las pencas de fique son empleadas para la producción de fibras
naturales, en países como México se emplean las cabezas de las Agaváceas para la
producción de mezcal (Durán y Pulido, 2007). El jugo hidrolizado de las pencas de Agave
tequilana presenta un importante contenido de azúcares fermentables, por lo cual ha sido
estudiado en la producción de bioetanol como alternativa para el aprovechamiento integral
del cultivo (Montañez et al., 2011).
5. MARCO TEÓRICO
EL FIQUE Y SU CULTIVO
El fique es una planta grande densamente poblada de hojas verdes de hasta tres
metros, tallo erguido y con una altura variable de entre dos y siete metros. Florece
una sola vez en su ciclo de vida, el cual en promedio es de 10 a 20 años, aunque
se han registrado plantas de fique con más de 50 años de edad. Esta planta posee
una gran cantidad de raíces que se expanden y enraízan profundamente
haciéndola una planta antierosiva (CADEFIQUE y otros, 2006).
Con sus orígenes en la América Tropical, el fique se encuentra sobre todo en las
regiones andinas de Colombia, Venezuela y Ecuador, donde las condiciones
tropicales adecuadas para esta planta prevalecen durante todo el año. En
Colombia el fique se cultiva en varias regiones del país, principalmente en los
departamentos de Antioquia, Boyacá, Cauca, Nariño y Santander, donde la
producción de cabuya, fibra natural que se obtiene de esta planta, constituye un
importante sector industrial y representa una de las principales actividades
económicas de las comunidades rurales (EMPACA y otros, 2005).
La fibra extraída constituye un 4% máximo del peso total de la hoja. Dicha fibra
constituye la estructura principal de las paredes celulares del tejido vegetal y está
compuesta por celulosa, y algunas impurezas como ligninas y pigmentos. Cada
filamento está constituido por fibrillas elementales soldadas entre sí por lignina y
los extremos de las fibrillas se sobreponen para formar filamentos multicelulares a
lo largo de la hoja, conformando la fibra de fique (CADEFIQUE y otros, 2006).
El 96% restante de la hoja de fique, está constituido por residuos de jugo y
bagazo, los cuales cuando no son tratados correctamente, son arrojados
directamente a las fuentes hídricas, comprometiendo la vida presente en estos
cuerpos de agua por la gran demanda bioquímica de oxígeno que representan. El
bagazo está conformado por un 30% de fibrillas y un 70% de pulpa vegetal. Las
fibrillas, conocidas como estopa, pueden extraerse por tratamiento fisicoquímicos
del residuo para ser utilizados en la fabricación de pulpa para papel, mientras que
el producto restante, conocido como bagazo, se utiliza como fertilizante orgánico
en los mismo cultivos (Osorio y otros, 2010).
Mientras que Magda Esther Aguilar Rodríguez (2011). De las hojas de fique con
una maquina desfibradora, se obtiene la fibra que corresponde a un 4 % de la
hoja, el 41 % lo constituye la pulpa y bagazo y el 55 % restante lo conforma el jugo
que es arrojado como desecho a las aguas superficiales o a los cultivos como
abono.
Figura. Composición de las hojas del fique.
COMPOSICIÓN DE LAS HOJAS DEL FIQUE
ESTOPA
BAGAZO
FIBRA
JUGO
7%
18%
4%
71%
El jugo, por su parte, es una suspensión con características variables dependiendo
de la edad, la estación del año y la fertilidad del suelo. De color verdad ocre, tiene
un olor característico fuerte y es muy corrosivo. Su densidad media a escala
experimental es de 1.02Kg/L y su pH varía entre 4 y 5. Sus constituyentes se
conocen en forma cualitativa, siendo agua, celulosa, materia orgánica y minerales
en porcentajes estimados de 85, 6, 8, y 1% respectivamente (CADEFIQUE, 2006).
Figura. Composición química del jugo de fique.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL JUGO DE FIQUE
CELULOSA
PARTE ORGÁNICA
6%
85%
MINERALES
8%
AGUA
1%
LOS BIOFERTILIZANTES
Los biofertilizantes son productos derivados de compuestos orgánicos, con base
en bacterias y hongos, que viven en asociación o simbiosis con las plantas y
ayudan a su proceso natural de nutrición, fijando el nitrógeno de la atmósfera.
Estos microorganismos, además, contribuyen extrayendo nutrientes del suelo
como fosforo, potasio y azufre, cediendo estos minerales a las plantas para su
desarrollo y producción (CEUTA, 2006).
Siendo grupos de microorganismos que mejoran la disponibilidad de nutrientes en
los cultivos, la utilización de los biofertilizantes en los sistemas productivos es una
alternativa viable y sumamente importante para lograr un desarrollo agrícola
ecológicamente sostenible, ya que permite una producción a bajo costo, no
contamina el ambiente y mantiene la conservación del suelo desde el punto de
vista de fertilidad y biodiversidad (Soto y Meléndez, 2003).
Ante el incremento en los precios de los fertilizantes químicos, los biofertilizantes
representan una opción en la producción de granos, en especial para los
pequeños productores. Está demostrado que propician altos rendimiento en los
cultivos cuando se combinan con algunas cantidades de otros fertilizantes, abonos
orgánicos y abonos verdes. Entre las bacterias más utilizadas en los
biofertilizantes está la azospirillum brasilense, que tiene la capacidad de fijar
nitrógeno del medio ambiente y beneficiar cultivos como trigo, maíz, sorgo, arroz,
cebada, avena, café y cítricos (Reyes, 2009).
Al tiempo que se produce un material de gran riqueza nutricional para los cultivos,
mediante el proceso de digestión anaerobia que da lugar a la producción del
biofertilizante, se genera un importante componente energético (biogás). El biogás
contiene un alto porcentaje en metano (entre 50 y 70%), por lo que es susceptible
de un aprovechamiento energético mediante su combustión en motores, en
turbinas y calderas, bien sólo o mezclado con otro combustible.
El proceso controlado de digestión anaerobia es uno de los más idóneos para la
reducción de emisiones de efecto invernadero, el aprovechamiento energético de
los residuos orgánicos y el mantenimiento y mejora del valor fertilizante de los
productos tratados. Este proceso puede aplicarse entre otros, a residuos
ganaderos y agrícolas, así como a los residuos de la industrias de transformación
de dichos productos (IDAE, 2006).
EL BIOGÁS
El biogás es un producto gaseoso de la digestión anaerobia de compuestos
orgánicos. Su composición, que depende del sustrato digerido y del tipo de
tecnología utilizada, es:
-
50 – 70% de metano (CH4)
-
30 – 40% de anhídrido carbónico (CO2)
-
5% de hidrógeno (H2), ácido sulfúrico (H2S) y otros gases.
Tabla No 1.Componentes del biogás y sus respectivos porcentajes.
COMPONENTES
PORCENTAJE
metano
54-70 %
dióxido de carbono
27-45 %
nitrógeno
0,3-3,0 %
hidrógeno
1-10 %
monóxido de carbono
0,10%
oxígeno
1,0%
ácido sulfhídrico
trazas
FUENTE: LA WEB
Tabla No 2. Según el tipo de residuos el volumen de gas que se obtiene.
TIPOS DE RESIDUOS ORGÁNICOS
VOLUMEN DE BIOGÁS [ cm3/ Kg MS ]
Residuos de matadero y de la transformación de
pescado.
0.34 - 0.71
Residuos "verdes" de jardinería y agrícola.
Residuos alimenticios.
0.35 - 0.46
0.32 - 0.80
Residuos de la transformación de papa y cereales.
aprox. 0.48
Residuos orgánicos domésticos.
0.40 - 0.58
Residuos de separadores de grasa.
0.70 - 1.30
Purinas agrícolas
0.22 - 0.55
Lodos de procesos de purificación.
0.45 - 0.55
FUENTE: LA WEB
Debido a su alto contenido en metano, tiene un poder calorífico algo mayor que la
mitad del poder calorífico del gas natural. Un biogás con un contenido en metano
del 60% tiene un poder calorífico de 5500 Kcal/Nxm 3 (6.4kWh/Nm3), lo que lo hace
ideal para su uso en calderas para generación de calor o electricidad, en motores
o turbinas, como material base para la síntesis de productos de alto valor
agregado y como combustible de automoción (IDAE, 2006).
EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA
La digestión anaeróbica se trata de un proceso natural, que corresponde al ciclo
anaeróbico del carbono, por el cual es posible que mediante una acción
coordinada y combinada de diferentes grupos bacterianos en ausencia total de
oxígeno, éstos puedan utilizar la materia orgánica para alimentarse y reproducirse,
como cualquier especie viva que existe en los diferentes ecosistemas.
Cuando se acumula materia orgánica (compuesta por polímeros, como
carbohidratos, proteínas, celulosa, lípidos, etc.) en un ambiente acuático, los
microorganismos aerobios, actúan primero, tratando de alimentarse de este
sustrato. Este proceso consume el oxígeno disuelto que pueda existir. Luego de
esta etapa inicial, cuando el oxígeno se agota, aparecen las condiciones
necesarias para que la flora anaerobia se pueda desarrollar consumiendo también,
la materia orgánica disponible (Decara y otros, 2004).
Como consecuencia del proceso respiratorio de las bacterias se genera el biogás,
compuesto por una importante cantidad de metano (CH4), anhídrido carbónico
(CO2) y trazas de nitrógeno (N2), hidrógeno (H2) y ácido sulfhídrico (H2S). En la
puesta en marcha de un biodigestor se desarrollan y actúan dos tipos de
bacterias: las desnitrificantes que son básicamente aerobias, y cumplen con la
función inicial de remover el oxígeno disuelto y las sulfato-reductasas, que
siempre están presentes y producen ácido sulfhídrico que, caracteriza el mal olor
del biogás.
Las etapas de digestión anaeróbica son: “hidrólisis y fermentación”; “acetogénesis
y deshidrogenación”; y “metanogénesis”.
•.Hidrolisis: En esta primera fase los compuestos orgánicos complejos se disocian
en monómeros más sencillos, tales como azucares, aminoácidos, ácidos grasos
volátiles de bajo peso y alcoholes. Así, se permite que las bacterias puedan
asimilar la materia orgánica como fuente de nutrientes.
• Acidogénesis: Los monómeros obtenidos en la fase anterior son degradados
durante esta fase a ácidos de cadena corta (de uno a cinco átomos de carbono en
su estructura), alcoholes, hidrogeno y dióxido de carbono.
• Acetogénesis: Los productos de la fase anterior sirven como sustrato para las
bacterias que intervienen durante la acetogénesis, formándose ácido acético e
hidrogeno, principalmente.
• Metanogénesis: Durante la metanogénesis se completa la transformación
comenzada en la etapa anterior, produciéndose alrededor del 70% al 90% del CH 4
total del proceso.
En cada una de estas fases intervienen diferentes tipos de microorganismos,
relacionados entre sí, pero que necesitan de distintas condiciones en el entorno.
Figura 1.Etapas de la digestión anaeróbica.
Para que estos procesos se desarrollen y la flora microbiana actúe es necesario
que la materia orgánica contenga una cierta cantidad de nutrientes,
principalmente, carbono y fósforo. Además requieren de metales alcalinos y
alcalinos térreos, como sodio, potasio, calcio y magnesio, en pequeñas
concentraciones como micronutrientes; de lo contrario, pueden ser causa de la
inhibición del proceso de digestión. Para cumplir con las funciones enzimáticas
también requieren muy pequeñas concentraciones de hierro, cobre, zinc; níquel,
azufre, etc., los que se encuentran en las cantidades necesarias, en todos los
residuos orgánicos habitualmente utilizados (Soria y otros, 2001).
6. METODOLOGÍA
Montaje sistema a nivel laboratorio:
Como primera medida, se realizará el montaje experimental del sistema de
fermentación anaerobia a nivel de laboratorio.
Corridas preliminares diseño experimental y análisis de resultados:
Dentro de esta etapa del desarrollo del proyecto se harán corridas preliminares de
forma simultánea para poder evaluar las variables respuesta en condiciones
similares, esto con el fin de identificar las variables más incidentes en la
fermentación anaerobia orientada a obtener un producto rico en nutrientes y con
características alelopáticas. Con los datos obtenidos, se realizará un diseño
experimental.
Corridas en el punto óptimo:
Por medio del número de corridas establecidas por el diseño experimental se
determinará el punto óptimo que cumpla con las condiciones en cuanto a la
capacidad del material como fertilizante, pesticida y la calidad del biogás en
términos de su poder calorífico.
Escalamiento nivel piloto:
Con el punto óptimo, se realizará el montaje del escalamiento del proceso a nivel
piloto con los equipos (biodigestor), materiales y análisis necesarios; con lo que se
determinara la factibilidad de su utilización a gran escala.
Corridas escala piloto:
Estas se realizaran en condiciones similares a las de laboratorio buscando
conservar los valores obtenidos en el laboratorio.
Análisis de resultados:
En esta fase, ya obtenido el producto y los datos en cuanto a su capacidad como
fertilizante, pesticida y la calidad del biogás cotejaremos esta información para
obtener una conclusión respeto a la factibilidad de la ejecución de este proceso a
gran escala.
Redacción de informes finales:
Finalizando el desarrollo del proyecto compilaremos los datos y análisis de todos
los diferentes procesos y/o etapas para la contrición del documento final.
7. CRONOGRAMA
Tabla 3. Cronograma general de actividades.
FASE
1
ACTIVIDADES
Montaje
sistema
nivel
laboratorio
a
1
Corridas
preliminares y
análisis
de
resultados
1
Corridas
diseño
experimental
y
análisis
resultados
1
Corridas en el
punto optimo
2
Escalamiento
nivel piloto
2
Corridas
escala piloto
2
Análisis
de
resultados
2
Redacción de
informes
finales
MES 1
MES 2
MES 3
MES 4
MES 5
MES 6
8. PRESUPUESTO
RUBROS
Personal
JUSTIFICACION
FUENTES
UNICOMFACAUCA
Fuente
1
TOTAL
Fuente
2
El tiempo de dedicación
semanal 25 horas.
*Valor hora estudiante =
$13.000
*Número de estudiantes
=2
$390.000
15 horas x 2 estudiantes
= 30 horas.
30 horas x $ 13.000 =
$ 390.000.
Equipos
Salidas de
campo
Para el proceso de
fermentación en el
diseño experimental se
utilizará: un congelador
vertical, una estufa
eléctrica, un
termocuplas, bomba de
pecera, gramera marca
setra max 400gr y min
o,1 gr, computador.
x
$1500.000
x
$200.000
se visitará 2 veredas
para la adquisición de la
materia prima:
*vereda Chisquío del
municipio de Tambo de
la variedad uña de águila
negra.
*vereda Paniquitá del
municipio de Totoró de la
variedad uña de águila
dorada.
Materiales
de
suministro
*En la fase de diseño
experimental se requiere
los siguientes materiales:
tarros,
mangueras,
guantes,
tapabocas,
batas, gafas, nevera,
materia prima, válvulas
de salida de biogás,
tarros de agua de cristal
de 750 ml, bombas
sempertex
metalizada
R12,
levadura
seca
instantánea masa dulce
de 500 gr, cinta teflón,
silicona marca sista sella
fácil antihongo, azúcar.
x
$750.000
Se necesita realizar
varias pruebas al
material antes y ya
fermentado para analizar
sus propiedades
fertilizantes y pesticidas
a nivel experimental.
X
$
Material
bibliográfico
Servicios
técnicos
total
FUENTE 1: Recursos propios.
FUENTE 2: Inversionista externo.
9. RESULTADOS/ PRODUCTOS ESPERADOS
Con la realización de este proyecto, se esperan obtener dos productos a partir de
la fermentación anaerobia de los residuos de la agroindustria cabuyera como son
el jugo y el bagazo de fique. El primer producto es un compuesto solido rico en
nutrientes, que tendrá características de biofertilizante y que servirá como sustrato
en el enriquecimiento del suelo y favorecerá el crecimiento vegetal, lo que ayudara
a obtener plantas de mejor calidad en tiempos más cortos.
Al mismo tiempo, se espera que las evaluaciones de este producto nos orienten a
su utilización como pesticida, ya que se quiere demostrar que por medio de su
aplicación foliar, la planta estará protegida de la acción de plagas, teniendo un
efecto alelopático.
El segundo producto, es el biogás que se genera simultáneamente en el proceso
de fermentación anaerobia, y que representa una fuente de energía alternativa por
su alta composición de metano. Este puede utilizarse para diferentes tareas como
por ejemplo: la calefacción, generación de vapor, etc.
10. IMPACTOS ESPERADOS DEL PROYECTO
DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL
De la obtención de la cabuya del fique (desfibrado), se obtienen dos subproductos
que son: jugo y bagazo de fique, estos mal llamados desechos representan un
foco de contaminación, dado que al realizarse el lavado de la cabuya comúnmente
a orillas de las quebradas cercanas a los cultivos, estos productos contaminan el
agua, trayendo graves consecuencias para la biodiversidad presente. Esto se
debe a las propiedades fisicoquímicas de los jugos ya que estos contienen altos
contenidos azucares (sacarosa, glucosa y fructosa), proteínas sapogénicas,
esteroides y minerales que como muestra un estudio realizado por la universidad
del Bosque son extremadamente tóxicos para peces y organismos acuáticos
(Martínez & Caicedo, 2002).
Con la realización de este proyecto, se busca eliminar este foco de contaminación,
de una forma efectiva y eficiente que permita aprovechar estos productos por su
gran cantidad materia orgánica, además de sus propiedades y nutrientes,
transformándolos en bioproductos que servirán a la comunidad generadora,
además de convertirse en fuente de ingreso adicional para la misma.
DESDE EL PUNTO DE VISTA ECONOMICOSOCIAL
El cultivo del fique ha sido considerado desde hace mucho tiempo un medio de
sustento para los habitantes de la región, su importancia ha venido evolucionando
de manera favorable gracias al desarrollo alcanzado en los últimos años, motivo
por el cual, se han registrado avances significativos en las formas tradicionales de
producción.
En estos momentos, en el proceso de fique se está aprovechando del 4% de la
hoja de la planta que está dado por la fibra o cabuya, siendo este el principal
producto. El 96 % restante corresponde al jugo y bagazo de fique, que
normalmente es desechado.
Este proyecto busca, plantear una forma de aprovechamiento de este 96%
restante, obteniendo un producto de características nutricionales y alelopáticas
que puedan ser utilizados en plantaciones como fertilizantes y pesticidas. Para la
elaboración de estos productos se necesitará mano de obra, implicando emplear a
más personas, mientras que al mismo tiempo la venta de estos productos
representara una fuente de ingresos adicionales para los productores.
11. BIBLIOGRAFIA
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<http://www.sutatenzaboyaca.gov.co/apcfiles/34323332663534623464383035653
533/CARTILLA_T_CNICA_BIODIGESTOR_1_.pdf > [Citado el 6 de marzo del
2014].
Webgrafía
* Bibliografia de videos que el profe como nos recomienda hacerlo.
*falta colocar bien en el cronograma la duracion de las actividades.
http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v23n3/art09.pdf
http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/6214/2/120990.pdf