Universidad Tecnológica de Puebla Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla GENERACION Y ABASTECIMIENTO DE ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE UN BIODIGESTOR Energías Renovables MATERIA: ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ALUMNO: Sandoval Pérez Erick Brandon Herrera Moreno Christian Adán Sánchez García Alejandro Cabeza Deolarte Marcos Jesús Jonathan Nanco Gracia Cazarin Franco Leonardo PROFESOR: Jiménez Alva Mario Resumen ................................................................................................................................... 1 ABSTRACT................................................................................................................................ 2 Objetivo General. ....................................................................................................................... 2 Objetivo Específico. ................................................................................................................... 2 BENEFICIOS DEL PROYECTO ................................................................................................ 2 ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................. 3 Cronograma ............................................................................................................................... 6 Plan de trabajo........................................................................................................................... 7 Desarrollo del tema.................................................................................................................... 7 Capítulo 1. Antecedentes e historia. .......................................................................................... 8 Capítulo 2. Planteamiento del problema. ................................................................................ 10 Capítulo 3. Propuesta .............................................................................................................. 12 Biodigestor ........................................................................................................................ 12 Capacidad tanque de recolección ..................................................................................... 13 Operación del biodigestor ................................................................................................. 14 Capítulo 4. Análisis financiero.................................................................................................. 17 Costos de tanques de entrada y salida ............................................................................. 18 Costos directos. ................................................................................................................ 18 Costos para invernadero y de montaje ............................................................................. 18 Producción de excretas..................................................................................................... 19 Estimación de energía para los Topoyones en un día ............................................................. 19 CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIERCOL ........................................ 20 Producción de Bioabono. .................................................................................................. 20 Impacto ambiental. .................................................................................................................. 21 Retorno de la Inversión ............................................................................................................ 21 Evaluación de mezclas biodiésel-diésel en la generación de energía eléctrica ....................... 22 1. Materiales y métodos .................................................................................................... 24 Resultados y discusión ............................................................................................................ 26 Caracterización de los combustibles ................................................................................. 26 Pruebas de funcionamiento .............................................................................................. 28 Biocombustibles puros ...................................................................................................... 28 Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno .......................................... 30 Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% .......................................... 31 Emisiones gaseosas ......................................................................................................... 32 Combustibles puros ................................................................................................................. 32 Mezclas de diésel y un biocombustible ............................................................................. 33 Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno .......................................... 33 Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% .......................................... 35 Conclusiones ........................................................................................................................... 36 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 37 Motivación de proyecto. El presente proyecto tiene como objeto principal el explicar detalladamente el proceso teórico para la implementación de biodigestores, partiendo desde desechos orgánicos y eses para la creación de biogás en un rancho de los Topoyones. La elección del tema responde a dos circunstancias: la primera de ellas es la facilidad de acceso a la información; la segunda es el interés del tema, ya que el mismo ha sido estudiado durante la estancia en la carrera, llevando a cabo prácticas en los laboratorios de la universidad. El hecho que este proyecto contenga el uso de desperdicios orgánicos y eses para la obtención de biogás nos presenta algunas ventajas: la primera es la disminución de contaminantes en el medio ambiente y la emisión de gases de efecto invernadero a nuestra atmosfera, ya que el biogás es mucho más limpio que el gas que se utiliza en la vida cotidiana; como segunda ventaja es que es más económico realizar el biogás porque para ello se usan desperdicios orgánicos y eses; y otra de sus ventajas es que es una energía renovable la cual podemos explotarla al máximo. Con este proyecto, se disminuiría el costo de combustibles los cuales se usan, en la cocina, en la calefacción, en el baño, etc.…Y para lograr esto no es necesario dañar el planeta o realizar procesos que podrían dañar la salud de muchas personas. Resumen En el siguiente trabajo se expone el desarrollo teórico de la implementación de biodigestores en el rancho “Los topoyones”, que está ubicado Acatzingo, Puebla. Se consideró un lugar óptimo para el desarrollo del proyecto por la amplia cantidad de ganado existente en el lugar, la vasta extensión territorial siendo así una fuente de materia orgánica útil para los biodigestores, dicha materia hasta el momento no tiene un uso establecido, por estos motivos se considera un lugar apto para el desarrollo de biodigestores. La implementación de biodigestores en el rancho representa una oportunidad de aprovechar los desechos orgánicos del lugar y una nueva fuente de gas útil para el rancho por otra parte la ubicación del rancho hace necesario el tener que acercarse a las localidades aledañas para conseguir estos insumos lo que sería otra ventaja de la aplicación del proyecto. 1 ABSTRACT The next study explores the theoric process of the implementation of biodigestors in “Los topoyones” Ranch, which is located Acatzingo, in the state of Puebla. It is an optimal place for the development of the project cause the big amount of cattle in the zone, the vast territorial extension generating a reliable source of organic material useful for the biodigestors, such material has no apparent use, for this motives the ranch is considered to be apt for a biodigestors project. The implementation of biodigestors in the ranch represents a new opportunity to take advantage of the existing organic waste of the place and a new source of useful gas on the other hand the location of the ranch makes necessary the recollection of supplies in the near localities which would result in another advantage for the project. Objetivo General. Análisis de un biodigestor para ranchos, para uso doméstico y comercial. Objetivo Específico. 1.- Posible solución al problema que vive el rancho los “Topoyones” 2.- Selección del biodigestor con las caracteristicas adecuadas. 3.- Análisis del posible biodigestor. 4.- Análisis Financiero 5.- Evaluación de combustible para generación eléctrica. BENEFICIOS DEL PROYECTO Uso de las heces de un rancho Producción de gas más renovable 2 Accesible la venta para los pueblos vecinos Altas cantidades de heces a la mano Ubicación con terreno amplio Fácil sustitución del gas tradicional Control de plagas como las moscas Los restos que salen del biodigestor se pueden utilizar para el campo El uso de los biodigestores puede contribuir a la reducción de problemas para las comunidades lejanas a las zonas céntricas, por otro lado el aprovechamiento de los animales en cuanto a sus heces quita el problema de donde almacenar esos residuos y que se creen virus o atraigan animales no deseados de manera que si se implementan en gran mayoría este tipo de dispositivos aumentaría también la fertilidad de la tierra al usar los restos que quedan en el biodigestor lo cual sustituiría en menor cantidad el uso de químicos en la tierra. Dado que el deterioro ambiental ha venido creciendo en gran proporción el reciclaje de heces de los animales será de gran ayuda para contribuir más a este efecto y tener ventajas para fuentes de energía alternativas. A través de este tipo de tecnologías se puede obtener un combustible de más alta calidad y no tendrá un efecto mayor al de las energías tradicionales. Ya que aparte de crear gas para nuestras necesidades básicas se puede implementar para la creación de energía eléctrica. ESTADO DEL ARTE UNIVERSIDAD AUTONAMA DE YUCATAN, MEXICO (Laínez Canepa, José Ramón, Sosa Oliver, José Aurelio) El estudio echo se implementa (Degradación anaeróbica del contenido gástrico ruminal bovino para obtención de biogás, biodigestor tipo cúpula. La finalidad de esta investigación es promover en el trópico húmedo la aplicación de este sistema en el tratamiento de residuos orgánicos. Es una celda sobre el suelo de 67 m3, aislada térmicamente con geomembrana de polivinilo de cloruro. Cuenta con tubería de conducción de biogás y recirculación de polivinilo de cloruro. El proceso inicia con el acopio y transporte del contenido gástrico ruminal bovino (rumen) y con la medición de Humedad, Sólidos Volátiles y Cenizas. La alimentación es una mezcla rumen: agua en proporción 4:1. Se agita hidráulicamente con una bomba autocebante. Durante 90 días se monitoreó el Oxígeno disuelto, pH y la temperatura. 3 Escuela de ingeniería en bioecosistemas (universidad de costa rica. implementación del biodigestor en un biosistema integrado como tecnología para manejo del desecho agroindustrial bovino para producción de energía. Rosalía Chinchilla Vargas, Oviedo Matamoros, Ariana Parajeles Blanco, Steven Valverde Delgado. Para este estudio se implementa a través de los residuos que hay en una lechería y de manera que se separen todos los residuos que haya para dejar las heces de manera que sea automático el proceso, por otro lado, se aprovechan los demás solidos flotantes que hay en las heces como lo que es pastura u otros solidos en el cerca de las vacas. Laines.C, Ramón, Oliver.S. Aurelio. (2013) Degradación anaeróbica del contenido gástrico ruminal para la obtención de biogás revista académica. Chinchilla.V Oviedo.M Parejeles.B Valverde.D(2016) IMPLEMENTACIÓN DEL BIODIGESTOR EN UN BIOSISTEMA INTEGRADO COMO TECNOLOGÍA PARA MANEJO DEL DESECHO AGROINDUSTRIAL BOVINO PARA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA. Universidad Costa Rica. Reciclaje de Materia Orgánica para la Producción de Biogás en Comunidades de Bajos Recursos Referencia Municipio de Asientos, Ags. (2015). Plan municipal de desarrollo 2014- 2016. 26 de enero del 2016, de Asientos, Alianza para el progreso Sitio web: http://www.aguascalientes.gob.mx/Transparencia/Puntos/ Obligaciones/Formatos/ASIENTOS/23.PLANESTATALYMUNICIPAL- 1682014182115.pdf Introducción: 4 Según el informe de la FAO de 2006, el 18% de las emisiones de efecto invernadero provienen de los desechos del ganado. El gas metano que emite el excremento de vaca es 23 veces más dañino para la atmósfera que el CO2. Este proceso es una reacción química llamada fermentación anaeróbica, en la cual las bacterias metanogénicas digieren la materia orgánica y se estima que anualmente la actividad microbiológica libera a la atmósfera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano (CH4).1 La universidad de York (2012), a través del grupo de educación científica y la fundación EllenMcArthur se encargaron de estudiar la posibilidad de instalar estos biodigestores caseros dentro de las viviendas en Reino Unido, como parte de un proyecto de investigación en campo y estudio de caso. Según la empresa londinense Willen biogás, a principios de 2012 más de 50,000 ton. de material orgánico fueron desviadas para producción de gas, electricidad o fertilizantes. De esta manera, se pueden reducir las emisiones de efecto invernadero, reciclando y contribuyendo a proporcionar energías más económicas a la sociedad. Con el fin de reducir las emisiones de efecto invernadero y aplicar la tecnología del biodigestor para obtener biogás de lo que comúnmente son desechos, se propuso la implementación de dicha tecnología en una comunidad de bajos recursos, llamada El Tule, Asientos, en el Estado de Aguascalientes. En el Estado de Aguascalientes, 25.3% de la población es vulnerable por carencias sociales, el 3.6% de esta población carece de servicios básicos en la vivienda. Proyecto de inversión, Instalación de un biodigestor en un tambo en la localidad Huachilla, Córdoba. (2017). Bonadeo P. Universidad empresarial siglo 21(pag 57) Recuperado de: https://repositorio.uesiglo21.edu.ar/bitstream/handle/ues21/14128/BONADEO%2 0PABLO.pdf? sequence=1&isAllowed=y En el sector rural, una de las principales formas de contaminación es el mal uso del estiércol, que genera malos olores y polución con nitratos al agua de consumo. Las actividades agrícolaganaderas deben ser más respetuosas del medio ambiente, y en particular deben promover la reducción de posibles fuentes de contaminación, sobre todo en los animales en confinamiento, ya que la producción a pasto, en pastoreo directo no genera esta contaminación y solo aporta materia orgánica al suelo. Los desechos recuperables generados por el tambo serán utilizados como biofertilizantes unas veces procesados el material en el biodigestor, dado que contienen cantidades útiles de nutrientes esenciales y proporcionan una mayor variedad de los mismos que muchos abonos fabricados (estos abonos químicos no aportan MO). El beneficio al utilizar abonos orgánicos, es un mejoramiento en el rendimiento de los cultivos y la calidad de los suelos. 5 Producción de Biogás a partir de residuos orgánicos en Biodigestores de Bajo coste. Ferrer. I, --Uggetti. E, Poggio.D, Marti.J, Velo.E. (2015) Pag-3 Recuperado de: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099/8074/31_Ivet_Ferrer.pdf?sequ ence=1&isAll owed=y Entre los años 2005-2008 se han implementado un total de 13 biodigestores en Yanaoca y 4 en Cajamarca. La mayor parte son biodigestores de tipo tubular de plástico o geomembrana, excepto un sistema en dos etapas de hormigón en Yanaoca. En general se trata de biodigestores tubulares de polietileno con un volumen útil de 5 m3. Se diseñan para trabajar a un tiempo de retención de 90 días, y se alimentan diluyendo las éstiercol con agua en una proporción 1/3 (v/v), ambos valores bastante conservadores, pero que ayudan a que no se formen espumas en la superficie, y a que la mezcla en el interior del biodigestor fluya correctamente. Los biodigestores familiares implementados funcionan a temperatura ambiente. CINDET, Hernández G.V, Cruz.O. A, Gonzalez.O. A, Contretas.E. J, Morillón.G. D (2010) pag-3 Recuperado de: http://b-dig.iie.org.mx/BibDig2/P11-0498/p381.pdf Estudiaron la composición del biogás generado por tres diferentes materiales para obtener información para un posible potencial de utilización como biocombustible. Los materiales estudiados fueron: residuos de alcantarilla, residuos de basura y residuos fecales de animales. Encontraron que se genera mayor cantidad de metano empleando residuos de alcantarillado y el más bajo con residuos de basura. presentan un estudio realizado durante un año, en donde encontraron que el plástico, como un material alternativo para el diseño de biodigestores comparándolo con el convencional de ladrillo, presenta una mayor generación de biogás. Incorporan elevación de la temperatura de la mezcla mediante calentamiento solar. Cronograma 6 En el siguiente diagrama se muestra el cronograma que se sigo para realizar las actividades en el proyecto de integradora, siendo una manera efectiva de manejar los tiempos de las actividades. Plan de trabajo. Septiembre Octubre Actividad Noviembre Diciembre Identificar el problema Propuesta de proyecto Propuesta de biodigestor Análisis del lugar Análisis del Biodigestor a utilizar Análisis de costos Desarrollo del tema 7 Capítulo 1. Antecedentes e historia. Santa maría Zacatepec es una comunidad perteneciente al municipio de Juan C. Bonilla, ubicado en Acatzingo, puebla con una población aproximada de 18,537 habitantes, dentro de sus fuentes de economía encontramos la ganadería y la porcicultura. En la actualidad el municipio se está viendo afectado por la contaminación que se produce por los malos olores que expelen la granja porcícola debido a que no se tiene conocimiento del manejo que se le puede dar a las excretas de los cerdos. Como un mecanismo para mitigar el impacto ambiental y al mismo tiempo generar beneficios económicos y sociales, se propone aprovechar las excretas de los cerdos como materia prima para la generación de energía mediante un Biodigestor. El no aprovechamiento de dichos desechos ocasionará un incremento en los niveles de fetidez, enfermedades, impacto ambiental, mala imagen para el sector turístico, afectado negativamente en el sector social y económico del municipio. El pueblo de Acatzingo fue fundado por los indígenas nahuatlatos; posteriormente es conquistado por los españoles, quienes trajeron a los frailes franciscanos que llegaron a este lugar el 13 de mayo de 1524. Se transformó en pueblo de corte español, sobre todo después de la construcción de su convento edificado en 1528, por Fray Juan de Rivas; estuvo al frente de la obra Fray García de Cisneros; de este mismo año es la pila bautismal, por lo que se supone fue la primera en la Nueva España. Existe una fuente que data del año 1591 y un santuario a la virgen de los Dolores construido en 1764. En el siglo XVI fue Tenientazgo de Tepeaca, en el año de 1811, los realistas son derrotados en este lugar. En 1859 es tomada la ciudad por los liberales y en 1862 se establecen las tropas francesas. El 3 de junio de 1876, se realiza una batalla entre el comandante republicano Capitán Rafael Romero y tropas rebeldes comandadas por Couttolenc y Fidencio Hernández; es derrotado el primero y pierde la vida. En el año de 1872, por decreto del entonces Gobernador del estado Lic. Ignacio Romero Vargas es elevado a la categoría de Villa de Acatzingo de Hidalgo, en honor al Padre de la Patria. En la época colonial perteneció al distrito de Tepeaca y en 1895 se constituye en municipio con cabecera en la Villa de Acatzingo de Hidalgo. 8 Arquitectónicos: Convento Franciscano del siglo XVI, Santuario a la Virgen de los Dolores del siglo XVIII; Portal Hidalgo de 47 arcos, el más grande de las ciudades coloniales de Puebla, construido en el siglo XVI, localizados en la cabecera municipal. Obras de Arte Esculturas: Pila Bautismal de piedra monolítica; al frente ostenta el Sacramento de la Eucaristía sostenida por ángeles, construida en el siglo XVI. Fuente de la Virgen de los Dolores de planta octagonal de finales del siglo XVI; imágenes del Santo Ecce Homo y la Virgen de los Dolores, camerin de la Virgen de los Dolores de forma octagonal y marco de oro y plata del siglo XVIII. Pinturas: Cuadros del Santuario de la Virgen de Dolores y del templo de la Soledad, entre ellas un autorretrato del Pintor Miguel Jerónimo Zendejas; dos obras del pintor Muñoz, en el templo principal. 9 Capítulo 2. Planteamiento del problema. Vecinos de la comunidad de Santa María Zacatepec, perteneciente al municipio de Juan C. Bonilla, denunciaron que la granja de cerdos Topoyones tira diariamente cientos de kilos de excremento que producen más de 8 mil puercos, lo cual ha causado daños a la salud en los pobladores de dicha junta auxiliar. Ubicado justo a la orilla del río Ametlapanapa, desde hace 20 años la empresa de cárnicos vierte sus desperdicios al afluente provocando infecciones en la piel, náuseas y dolor de cabeza a la gente que habita la zona colindante al lugar. La comunidad e integrantes del Frente de Pueblos en Defensa de la Tierra y el Agua (FPDTA), informó que hace dos décadas, la misma granja Topoyones fue retirada de la comunidad de San Juan Tlautla, por los daños a la salud que causó a sus habitantes. Actualmente, se vive en una sociedad donde el crecimiento de enfermedades, insectos y malos olores debido a la descomposición y por el manejo inadecuado de la basura orgánica. Se pretende realizar un biodigestor en el Rancho “Los topoyones”, que está ubicado Acatzingo, Puebla. Para poder aprovechar el uso de las heces de algunos animales y desperdicios orgánicos y así poder generar biogás. Y así tener una mejor visión sobre el uso de las energías renovables en el sector. Uno de los mecanismos de tratamiento de los residuos orgánicos generados por este tipo de industria, se hace a través de los biodigestores, en donde los residuos orgánicos son fermentados, y por descomposición generan biogás y otros componentes que ayudan significativamente a disminuir el deterioro de los factores ambientales. Al implementarse un biodigestor, este será una opción con garantía de rentabilidad, ya que es una alternativa que no solamente resuelve una problemática ambiental al momento de darle un adecuado manejo a la materia orgánica, sino que representa para las granjas un posible ahorro económico al volverse auto sustentable en la generación de energía. El adecuado reaprovechamiento del metano que se genera por los residuos representa una forma significativa de disminución de emisiones de gases efectoinvernadero al medio ambiente. Así mismo, es una práctica que contribuye en la disminución de las reservas de combustibles fósiles. Por lo tanto, al colocar las heces y los residuos orgánicos dentro del Biodigestor, representará una opción de importantes ventajas a pequeña, mediana y gran 10 escala, con mecanismos adecuados para el tratamiento y disposición final de los residuos orgánicos. En este documento se presenta un proyecto en el cual se muestra unos puntos importantes para la implementación del mismo. Así como también se mostrarán algunos parámetros para el diseño y el funcionamiento del biodigestor para la generación de energía. Se pretende implementar un Biodigestor en la granja, para aprovechar las excretas de los cerdos, ya que por medio de ellas se puede generar energía, así como actualmente lo están implementando en algunos países Países que tienen una visión clara para la utilización de energías propias y naturales que posee. Uno de los mecanismos de tratamiento de los residuos orgánicos generados por este tipo de industria, se hace a través de los biodigestores, en donde los residuos orgánicos son fermentados, y por descomposición generan biogás y otros componentes que ayudan significativamente a disminuir el deterioro de los factores ambientales El adecuado reaprovechamiento del metano que se genera por los residuos representa una forma significativa de disminución de emisiones de gases efectoinvernadero al medio ambiente. Así mismo, es una práctica que contribuye en la disminución de las reservas de combustibles fósiles. Por lo tanto al colocar las excretas de los cerdos dentro del Biodigestor, representará una opción de importantes ventajas a pequeña, mediana y gran escala, con mecanismos adecuados para el tratamiento y disposición final de los residuos orgánicos que no sólo representa la oportunidad de reincorporarlos en forma de energía al proceso, sino que evita incurrir en sanciones legales por parte de la Secretaría Distrital de Ambiente y evitar un posible cierre temporal o permanente de las granjas, por el incumplimiento de la normatividad nacional en materia de vertimientos, residuos sólidos entre otros. En esta investigación se describe las características fisicoquímicas de las excretas porcinos, y a partir de dichas características, se establecen los parámetros de diseño, y funcionamiento del Biodigestor para la generación de energía. Estos parámetros se toman con base en la generación de excretas proveniente de 14.760 porcinos que actualmente se tiene en la granja de los topoyones 11 Capítulo 3. Propuesta Una vez identificada la problemática que se presenta en la granja de los topoyones, nace la necesidad de desarrollar un mecanismo que permita dar un adecuado tratamiento a los residuos orgánicos (excretas), producidas por la granja porcina que han presentado un incremento en su producción en los últimos años. Mediante la implementación de un Biodigestor del Municipio de juan C. bonilla Acatzingo se busca mitigar el impacto económico, social y ambiental generado por los residuos orgánicos que producen los cerdos. Biodigestor Proponemos un digestor de desechos orgánicos o biodigestor que es un contenedor cerrado, hermético e impermeable, dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar, este puede ser excrementos de animales y humanos, desechos vegetales, etcétera, en determinada dilución de agua para que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y, además, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos. Por lo tanto, materiales que ingresan y abonan el Biodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en biogás. Biodigestiones la fermentación realizada por bacterias anaerobias sobre la materia orgánica y posee las siguientes ventajas: Proporcionar combustible para suplir las principales necesidades energéticas rurales. Reducir la contaminación ambiental al convertir las excretas, que hacen proliferar microorganismos patógenos, larvas e insectos, en residuos útiles. Producir abono orgánico, con un contenido similar al de las excretas frescas e igualmente útil para los suelos, los cultivos y para el desarrollo del fitoplancton y del zooplancton utilizado por algunas especies acuáticas en su alimentación. Los digestores anaeróbicos son para producir biogás se pueden emplearse diversos materiales orgánicos tales como residuos vegetales, estiércol, basura doméstica, algas, efluentes de las industrias de alimentos, bebidas, papel, y químicas. Durante la bioconversión de materiales orgánicos a metano las distintas etapas tienen distinta velocidad: la degradación de la celulosa ocurre en semanas, la de 12 las hemicelulosa y proteínas en días y la de las moléculas pequeñas, como azúcares, ácidos grasos y alcoholes, en horas, pero la lignina no es degradada en la mayoría de los sistemas de digestión anaeróbica. El proceso en un digestor difiere de otros tipos de fermentaciones en que no es necesario utilizar cultivos puros de microorganismos. Las diversas bacterias capaces de descomponer las sustancias orgánicas y producir biogás están ampliamente distribuidas en la naturaleza. Capacidad tanque de recolección Para las dimensiones del tanque de recolección, se contempló que en caso de tener algún problema con el biodigestor o con cualquier otro componente de la planta, es necesario, que la capacidad de dicho tanque sea mayor a tres veces el volumen de la carga diaria. Para calcular la carga diaria del tanque de recolección se necesita: Estiércol + orina = 5.75 por cerdo al día 235.75 Kg * 3 = 707.25Kg 707.25Kg / 1000 = 0,70725 m3 El material que se pretende utilizar para construir el tanque corresponde a concreto, porque es de mejor calidad y mayor vida útil, lo cual es más benéfico para los porcicultores. A continuación, se presentamos las dimensiones del tanque de recolección el cual tiene una capacidad de 4.5 m3, que es mayor a la requerida 13 previniendo un aumento en la carga diaria en los próximos años. Hablando teóricamente. Operación del biodigestor Rangos de temperatura para la operación del Biodigestor La tasa de fermentación anaerobia de los sólidos orgánicos y su conversión parcial en biogás, están directamente relacionadas con la temperatura interna de operación. Aunque el proceso se lleva a cabo en un amplio rango de temperaturas, desde 15°C hasta 60°C, la mayor eficiencia de conversión se obtiene en los rangos de temperatura 30°C a 40°c y 55°C a 60°C. La mayoría de las bacterias metanogénicas digieren la materia orgánica más eficientemente en el rango 30°C a 40°C, que puede ser alcanzado por la fase líquida, no solo por efecto de la temperatura ambiental, sino también porque la temperatura interna se incrementa debido a la generación de calor ocurrida durante la fermentación de la materia orgánica. Transporte de Mezcla El transporte de la mezcla desde el tanque de almacenamiento hasta el digestor, se hará a través de una bomba sumergible de alto flujo, que evita el choque térmico que puede producirse si una gran masa de mezcla entra al digestor, y la descarga del material digerido se hace de una forma mucho más gradual, evitando que salga material sin digerir. El volumen del biodigestor, es de 31.83 m3. teniendo en cuenta que la carga diaria es de 0.70725 m3 y los días de retención para la producción del biogás es de 45 días, de igual manera se planea construir un biodigestor con una capacidad de 32 m3. Relación carbono hidrógeno Los carbohidratos y las proteínas son los nutrientes indispensables para el crecimiento, desarrollo y actividad de las bacterias anaerobias. El carbono contenido en el estiércol, es el elemento que las bacterias convierten en metano 14 (CH4). El nitrógeno es utilizado para la multiplicación bacteriana y como catalizador en el proceso de producción de biogás. Producción de biogás. Una vez realizado el cálculo del biodigestor nos da como resultado una producción de gas de aproximadamente 9,6 m3 diarios lo cual es el 30% del volumen total, para almacenar el gas producido se requiere que el digestor tenga una capacidad de volumen de almacenamiento igual a 9,6 m3, para un volumen total del biodigestor de 32 m3. Para almacenar el gas se requiere 5 m2 de hypalon debe sellarse con calor a las paredes del tanque, con resistencia a los rayos ultravioleta y las condiciones climáticas adversas. Conducción del biogás La tubería que se va utilizar para la conducción del biogás es de cobre para gas natural de 2” pulgadas, se dispondrá de válvulas de bola al comienzo y al final de la línea, con los respectivos manómetros en las mismas posiciones, adicionalmente se instalara un sistema que nos permita controlar la temperatura y la presión con sensores que serán instalados en la salida de la cubierta del digestor y un sensor de caudal que será instalado a la entrada del motor. Para controlar la presión excesiva del globo se necesitará instalar una válvula de alivio y de igual manera un quemador de exceso de gas y una trampa de llama. La producción de biogás en el biodigestor es constante, pero el consumo se hace durante ciertas horas al día, para ello de almacena dicho biogás cerca al sitio de consumo, este mecanismo es importante cuando se utiliza el biogás para el funcionamiento de motores. Para la construcción se puede emplear el mismo plástico que fue empleado para la construcción del biodigestor, pero para este caso se coloca la bolsa sencilla. Valores de PH Aunque el rango de pH óptimo, para alcanzar la mayor eficiencia en la fermentación anaerobia de la materia orgánica, puede variar, el proceso de digestión bacteriana produce biogás a valores de pH entre 6.7 y 7.5, un medio prácticamente neutro (Griffis, Mote y Kienholz, 1980). El pH se mantiene en ese rango, solo si, el Biodigestor está operando correctamente. Si el pH se torna muy ácido, la acción de las bacterias se inhibe, aumentando la proporción de gas carbónico en el biogás. Las causas por las que se puede acidificar la fase líquida contenida dentro del Biodigestor son: • Un cambio excesivo de la carga. • El permanecer por largo tiempo sin recibir carga. • La presencia de productos tóxicos en la carga. 15 • Un cambio amplio y repentino de la temperatura interna • En algunos casos la alta acidez puede corregirse adicionando cal. Temperatura La temperatura promedio del municipio de Acatzingo es de 27 °C por lo cual se debe tener un tiempo de retención entre 30 a 60 días, que para efectos de nuestra propuesta contemplamos 45 días de retención, con el fin de tener una producción de gas eficiente y constante. Materiales para su construcción Unidad Descripción 500 Ladrillos 3 Bultos de cemento 100 Paladas de arena 2 Tubos PVC de un m 1 Acople macho enroscado de PVC 1 Arandelas de aluminio de 15 cm 1 Tubo PVC de 2 1 Tubo de 4m 7 Metros de manguera enroscada Ventajas • Las excretas de ganado porcino antes de su inclusión en el biodigestor no requieren tratamiento. 16 • Se minimiza el problema de fetidez en la zona, debido al almacenamiento de estiércol en las granjas porcinas sin un manejo adecuado • El estiércol después de procesado contiene propiedades fertilizantes, que puede ser usado como abono orgánico. • El manejo es sencillo y el cuidado y mantenimiento simple. • Se protege al medio ambiente permitiendo en normal funcionamiento de las demás actividades, entre ellas el turismo que actualmente se ve afectado. Desventajas El abono orgánico obtenido en este tipo de tratamiento anaerobio es líquido, lo que puede generar que al regar dicho efluente en suelos permeables se pueda producir pérdida por lixiviación de algunos de sus componentes. Capítulo 4. Análisis financiero Unidad Descripción 500 3 100 2 1 1 1 1 7 Ladrillos Bultos de cemento Paladas de arena Tubos de PVC m Acople macho enroscado Arandelas de aluminio Tubo PVC de 2 Tubo de 4m Metros de manguera enroscada Valor unitario 950 48.000 1000 43.000 5.000 6.200 12.000 29.000 5.700 Valor total 475.00 144.00 100.00 86.000 5.000 6.200 12.000 29.000 39.900 Los gastos dependen del terreno donde se va a hacer el biodigestor un ejemplo de esto son las características del terreno para calificar todos los insumos 17 La metodología del Biodigestor de polietileno tubular calibre 8 protección contra los rayos ultravioleta se trabaja con temperatura ambiente, el plástico se convierte en muy buena opción para el tema de mantener la temperatura interna controlada. Costos de tanques de entrada y salida Tanque Tanque de entrada Tanque de salida Total Valor 1.500.00 4.500.00 6.000.00 Se determinó que el biodigestor para el tratamiento de las excretas porcinas con capacidad de 32 m3 cada uno tiene un costo de materiales es de $1.571.100. Para el cálculo del valor de la inversión inicial es necesario sumar al valor del biodigestor, lo equivalente al montaje del invernadero para la protección del biodigestor, la mano de obra para la adecuación del terreno y el montaje. El terreno donde será ubicado el biodigestor se encuentra disponible en la misma granja de los topoyones y no es necesario comprar terrenos. Para establecer el costo total del montaje tipo Cipav se toman los costos directos y los indirectos. Costos directos. Están conformados por el costo de la mano de obra, los materiales. El costo asociado a la mano de obra se genera debido al tiempo empleado para la adecuación del terreno, la excavación de la fosa, montaje del biodigestor y el invernadero que servirá como protección al mismo. Para este caso, se requiere el servicio de un contratista que disponga de dos personas por un tiempo de 4 semanas, se realiza un contrato por un valor de 3’000.000. El valor correspondiente a los materiales para el montaje del invernadero se estima en $750.000 por cada uno. Costos para invernadero y de montaje Descripción Polietileno Listones Total Valor 450.000 300.000 750.000 Descripción Mano de obra Materiales de biodigestor Valor 3.000.000 1.571.100 18 Materiales de invernadero Total 750.00 5.321.1000 Producción de excretas Estimación de energía para los Topoyones en un día Descripción Cantidad por granja No. Granja Total de Granjas Consumo Kw/h Uso en horas Consumo total Kw/Día Bombillos 30 6 180 0.06 3 32 Motobomba 1 6 6 0.34 2 4 Hidrolavadora 1 6 6 1.7 1 10 Nevera 1 6 6 0.563 12 41 Computador 2 6 12 0.263 5 16 Impresora 1 6 6 0.263 2 3 Sonido 1 6 6 0.263 6 9 Total Kw requeridos al día para 6 granjas 116 19 Como se observa en la Tabla 14 los requerimientos de energía al día son de aproximadamente 116 Kw. Para la generación de energía eléctrica a partir de la alimentación de biogás, se propone un generador que consume 9m3 /día de biogás para generar 12 Kw/h. Para la generación de la energía se requiere de un generador de energía eléctrica alimentado por biogás, y así generar energía renovable. CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIERCOL Un biodigestor es un sistema económico y accesible diseñado para el aprovechamiento funcional del proceso de la digestión anaerobia, realizado por bacterias, procedentes principalmente del estiércol, que transforman la materia orgánica en biogás y fertilizante orgánico. Con la utilización de un biodigestor, es posible tratar principalmente desechos orgánicos por medio de fermentación anaeróbica, dando como resultado biogás, el que en su composición presenta un gran porcentaje de metano, gas combustible con propiedades muy similares al propano. Dentro de un proceso de biodigestión, las bacterias metanogénicas son estrictamente anaeróbicas, los gases provenientes de la fermentación de materia orgánica son productos reducidos, como resultado del medio carente de oxígeno, siendo estos gases altamente inflamables y con potencial para ser empleados como carburantes. Las excretas porcinas para el proceso de digestión anaerobia se destacan por su alta capacidad para producir metano, además porque contienen alta concentración de nutrientes comparados con otros sustratos; dichas excretas gozan de esta propiedad debido a que los cerdos son ineficientes al asimilar los nutrientes, lo que genera que desperdicien altos porcentajes de alimento, por esta razón cerca del 1.3% de su excreta generada contiene nitrógeno, fósforo y potasio, los cuales son considerados como fertilizantes primarios, y fertilizantes secundarios tales como el calcio, cloro, azufre, sodio, etc. que representan otro 1.2% de la misma. Producción de Bioabono. Esta producción depende de un proceso de fermentación el cual pierde entre 5 al 30 % de sólidos totales y depende directamente de la producción de biogás, se calcula tomando el 70% de la carga diaria: 0.23575 m^3 X 0.7 = 0.165025 m^3 de Bioabono sólido. 20 Impacto ambiental. De acuerdo a los resultados obtenidos y teniendo en cuenta que la generación de excretas es de 30.981 toneladas al año lo cual genera un impacto ambiental de 3504m^3 de gas metano causando una contaminación del medio ambiente afectando aire, suelo y agua en el Municipio de Tibaná Boyacá y teniendo en cuenta los estándares establecidos en la cumbre de Kioto y renovada recientemente en la cumbre de Paris podemos establecer un impacto de contaminación alto que afecta la parte socio-económica, Turística y ambiental. Si bien es cierto que el retorno de la inversión del Biodigestor de acuerdo al ejercicio planteado no es rentable en el corto y mediano plazo si lo es en el largo plazo, es importante resaltar la reducción que se obtiene en la huella de carbono con la implementación del biodigestor dándole el manejo adecuado a las excretas que como lo mencionábamos anteriormente es de 3504m^3 al año. Retorno de la Inversión Para realizar un estudio económico del proyecto, es necesario soportarlo en un análisis del retorno de la inversión, basado en elementos tales como: Cálculo de la tasa interna de retorno 70 (TIR), relación costo beneficio, cambios de flujo de caja, la incidencia de los efectos inflacionarios para la comparación de cifras y las proyecciones en el incremento del Kw h. Con el fin de realizar la proyección de otros ingresos y gastos para el estado de resultados se revisaron las cifras de IPC, donde se toma como base las cifras reportadas mes a mes por el DANE a partir del 2016 y se proyecta a través de un promedio móvil simple hasta el año 2021, con lo cual se obtiene: Los gastos operacionales destinados para mantener en actividad la empresa, corresponden a las variaciones del salario mínimo legal vigente de cada año proyectado a 5 años. Se relaciona el histórico del salario mínimo año a año, así como él % de incremento del mismo, se espera que acorde al crecimiento de los últimos 21 años que los valores para 2018 en adelante se comporten con aumentos de acuerdo a la tabla Nº 16 proyectada. Los ingresos no operacionales percibidos por la implementación, que corresponden a los ingresos recibidos por la venta de Bioabono tratado y en segundo lugar el valor que se dejaría de pagar a la empresa comercializadora de energía ESBA por el consumo para el desarrollo de la operación. A continuación, se presenta la cuantificación de dicho sin egresos. Para el caso del abono orgánico, cabe aclarar que actualmente en el mercado se vende Bioabono o Porcinaza a un valor de $15.000 bulto de 36 kilogramos, es decir el valor del kg es de $417 pesos. Tomaremos como base éste valor para calcular nuestros ingresos de acuerdo a la cantidad de bioabono producida (70% de la carga diaria), y proyectarla para los próximos 5 años. Evaluación de mezclas biodiésel-diésel en la generación de energía eléctrica El biodiésel es un combustible líquido de origen biológico, proveniente de diferentes fuentes renovables -por ejemplo, aceites vegetales, grasas animales, aceites de fritura usado e incluso de microorganismos fotosintéticos como algas y hongos-. El biodiésel es producto de la transesterificación de los aceites y grasas con un alcohol de cadena corta, en presencia de un catalizador ácido, básico o enzimático. La transesterificación, también llamada alcohólisis, consiste en tres reacciones consecutivas y reversibles, en la cual los triglicéridos son convertidos a diglicéridos, monoglicéridos y glicerina. En cada reacción se produce un mol de alquil éster (biodiésel). Por lo tanto, al final de las tres reacciones, se obtienen tres moles de alquil éster y un mol glicerina, a partir de un mol de triglicérido y tres moles de alcohol. Durante el proceso de transesterificación se produce glicerol o glicerina, el cual tiene muchas aplicaciones tradicionales en la industria farmacéutica, cosmética, de alimentos, en la preparación de jabón, en producción de polímeros, entre otros. Sin embargo, debido a la gran producción de glicerina, se han estudiado otras aplicaciones, como suplemento en la alimentación animal, 22 materia prima en fermentaciones, polímeros, surfactantes y lubricantes, producción de biogás, biohidrógeno y bioetanol. Como combustible, el biodiésel se caracteriza por que está prácticamente libre de azufre y aromáticos; tiene un alto número de cetano, contenido medio de oxígeno y mayor punto de ignición; reduce las emisiones de material particulado, de hidrocarburos parcialmente quemados (HC), de monóxido de carbono (CO), de dióxido de carbono (CO2); es no tóxico, y es biodegradable, aunque puede causar un incremento en las emisiones de óxidos de nitrógeno. Además, es obtenido a partir de fuentes renovables, lo que permite establecer un ciclo cerrado de carbono que se absorbe cuando la planta crece y se libera cuando se quema en el motor de combustión. Por lo tanto, el biodiésel se convierte en un combustible apropiado para ser utilizado en lugares ecológicos y ambientalmente sensibles, como lagos, parques nacionales y comunidades aisladas (zonas no interconectadas). El uso de biodiésel como combustible en motores tiene éxito, siempre y cuando no se requieran grandes modificaciones en el motor ni se presenten problemas a largo plazo, y al mismo tiempo, que la potencia y el consumo no se vean muy afectadas. Actualmente, los vehículos convencionales no demandan modificar el motor, salvo en modelos anteriores a 1998, año en el que se cambian los mangueras y empaques de goma (NBR) por un material más resistente (el biodiésel disuelve el NBR). Se ha encontrado que tanto el deterioro del motor como su rendimiento son similares al utilizar diésel o mezclas de biodiésel/diésel. Sin embargo, estos parámetros varían respecto a la materia prima utilizada para la producción del biodiésel y al aumento de la proporción de biodiésel en la mezcla. Esto último se debe al menor poder calorífico del biodiésel respecto al petrodiésel. Además del poder calorífico, propiedades como la densidad y la viscosidad influyen en el rendimiento del motor y las emisiones gaseosas. Las investigaciones realizadas en cuanto a mezclas de biodiésel de diferentes fuentes que cumplan con los parámetros establecidos en el ámbito internacional son muy limitadas; una de ellas es la mezcla de biodiésel de palma y jatrofa. También se han hallado investigaciones en las que se produce biodiésel al mezclar aceites de diferentes fuentes vegetales, como es el caso de mezclas de aceite de fritura usado con aceite de canola, y mezclas de aceites de algodón, higuerilla y soya. El objetivo de este artículo es mostrar el efecto de tres diferentes biodieseles mezclados con diésel en el funcionamiento de una planta de generación de energía eléctrica, simulando el consumo energético de una vivienda constituida por diez bombillos, una estufa eléctrica de una hornilla, una plancha y un ventilador, a fin de determinar el consumo específico de combustible y las emisiones gaseosas. 23 1. Materiales y métodos Los biocombustibles utilizados son mezclas de biodiésel provenientes del aceite de palma (P), aceite de higuerilla (H) y aceite de fritura usado (AFU). El biodiésel de AFU se obtuvo por metanólisis básica en el Laboratorio de Fitoquímica de la Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira; el biodiésel de P fue adquirido por medio de la empresa BIO-D, hecho por metanólisis básica; el biodiésel de H se obtuvo por etanólisis básica, hecho en el laboratorio de Plantas Piloto de Biotecnología y Agroindustria de la Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, y el petrodiésel se adquirió en una estación de servicio, el cual no se encuentra mezclado con biodiésel. Los biodieseles puros se mezclaron individualmente con diésel (mezclas primarias). Igualmente, se prepararon mezclas binarias y ternarias de los tres biodieseles con petrodiésel, manteniendo siempre una proporción de 20% de biodiésel y 80% de diésel. Esto con el fin de cumplir con el Decreto 2629 de 2007, donde se fomenta el uso de biocombustibles en mezclas con combustibles fósiles, que para el 2012 debe ser del 20% de biodiésel (B20). El diésel, los biodiésel puros y las mezclas de biocombustibles se caracterizaron respecto a la viscosidad, índice de acidez, punto de inflamación, cenizas sulfatadas, índice de yodo, poder calorífico inferior y densidad, y se compararon de acuerdo con los criterios dados en las NTC 1438 y NTC 5444. Todos los biocombustibles se sometieron a evaluación en una planta de generación de energía eléctrica a diferentes cargas (carga 0: sin carga eléctrica; carga 1: 10 bombillos de 60 W; carga 2: 10 bombillos y una estufa de una boquilla; carga 3: 10 bombillos, una estufa de una boquilla y un ventilador, y carga 4: 10 bombillos, una estufa, un ventilador y una plancha) 24 La planta eléctrica, de marca KAMA modelo KDE 6500T, está constituida por un generador acoplado a un motor diésel monocilíndrico, con un sistema de refrigeración por aire y un sistema de inyección directa de combustible y de aire, del cual no se midió su caudal de entrada al motor. Este último tiene una potencia máxima de 6,3 kW a 3.600 rpm, una frecuencia de 60 Hz, un voltaje de 240/120 V y una capacidad en el depósito de combustible de 16 L. Para el análisis de funcionamiento del motor diésel se estableció un consumo de 100 ml, durante el cual se cuantificó el tiempo de consumo y las emisiones de gases. También se cuantificaron las revoluciones por minuto del eje central del motor, por medio de un tacómetro digital marca ERASMUS ERC-100; y la intensidad de corriente requerida por cada carga en la planta eléctrica con una pinza amperimétrica marca ERASMUS EPV-32. La cuantificación del consumo específico de combustible (CEC) y la potencia eléctrica aplicada se determinaron mediante las siguientes ecuaciones: (1) Donde CEC es el consumo específico de combustible (g/kWh), CC es el consumo de combustible (100 cm3), Pmezcla es la densidad de la mezcla a 15 °C (g/cm3), P es la potencia del motor (6,3 kW) y t es el tiempo de consumo (h). (2) Aquí PEléctrica es la potencia eléctrica (W), V es el voltaje (120 V) e I es la corriente (A). Para la cuantificación de las emisiones gaseosas, se utilizó un analizador Orsat, el cual permite determinar la composición porcentual en volumen (medición cuantitativa) en base seca de CO2 , O2 , CO, y de otros gases, a la salida del tubo de escape, al cual se le adaptó un embudo de aluminio para reducir la velocidad de los gases y no afectar la medida de las emisiones gaseosas. 25 Resultados y discusión Caracterización de los combustibles En la Tabla 1 se muestra la caracterización físico-química (viscosidad, índice de acidez, punto de inflamación, cenizas sulfatadas, índice de yodo, poder calorífico inferior y densidad) de los biocombustibles utilizados en la generación de energía eléctrica. En esta tabla se observa que tanto el diésel (D100) como el biodiésel de palma (P100) y de AFU (AFU100) cumplen con la normatividad colombiana; mientras que el biodiésel del aceite de higuerilla (H100) no cumple con la normatividad colombiana respecto a la viscosidad cinemática, cenizas sulfatadas, densidad y poder calorífica. Entre los biocombustibles puros, el biodiésel de higuerilla reporta el más bajo poder calorífico, mientras que el biodiésel de palma tiene mayor poder calorífica de los tres. 26 Para establecer la calidad de las mezclas biodiésel/diésel, se compararon las características de dichas mezclas con las normas NTC 5444 y NTC 1438, dado que en Colombia no existe una normatividad para las mezclas biodiésel/diésel. Se encontró que las mezclas formuladas cumplen con dichas normas, excepto algunas mezclas que contienen higuerilla en una proporción mayor al 6,67%. De igual manera se observa que la mezcla de mayor poder calorífica es D80/AFU20 (aunque es muy similar al poder calorífico de la mezcla D80/H20), mientras que la mezcla D80/P10/H5/AFU5 reporta el valor más bajo de poder calorífico. 27 Pruebas de funcionamiento En las tablas 2, 3, 4 y 5 se presentan los resultados del tiempo de consumo de biocombustible, velocidad del motor, potencia eléctrica y consumo específico de combustible, para los combustibles puros, las mezclas binarias y las ternarias de los tres biodieseles. En estas tablas se observa que la velocidad del motor permaneció en el rango de 3.500 a 3.600 rpm, lo cual se debe a que el motor se autorregula para mantener aproximadamente constante su velocidad a la cual está programado (3.600 rpm). De igual manera se observa que el tiempo de consumo de los 100 ml de biocombustible disminuye al aumentar la carga eléctrica exigida al generador. Esto es de esperarse, debido a que el motor se exige para mantener sus revoluciones cercanas a 3.600. También se observa que la potencia eléctrica exigida al generador es aproximadamente la misma para todos los biocombustibles evaluados en la planta eléctrica, porque siempre se trabaja en la misma secuencia de carga con los mismos equipos (diez bombillos, una estufa eléctrica, un ventilador y una plancha) a los que se les suministra la energía generada. Se analizó el efecto del tipo de biocombustible sobre el consumo específico en la planta eléctrica. Para ello los biocombustibles se dividieron en cuatro grupos: 1) los biocombustibles puros (petrodiésel, biodiésel de higuerilla, de palma y de aceite de fritura usado); 2) las mezclas de petrodiésel con cada de uno de los biodieseles (D80/P20, D80/H20 y D80/AFU20); 3) las mezclas binarias de biodiésel con petrodiésel (D80/P10/H10, D80/P10/AFU10 y D80/H10/AFU10), y 4) las mezclas ternarias de biodiésel con petrodiésel (D80/P10/H5/AFU5, D80/ H10/P5/AFU5, D80/AFU10/P5//H5, y D80/P6.67/H6.67/AFU6.67). Biocombustibles puros Los resultados de funcionamiento de la planta eléctrica empleando los biocombustibles puros se muestran en la Tabla 2. En esta se observa que el consumo específico de combustible es diferente para cada uno de ellos, de tal manera que el biodiésel de palma es el biocombustible que presenta menor consumo, mientras que el biodiésel de higuerilla es el de mayor CEC de los tres biocombustibles, lo cual posiblemente se debe a su alta viscosidad y bajo poder calorífico. 28 Además, como era de esperarse, se observan aumentos en el consumo específico de combustible a medida que se aumenta la carga en la planta eléctrica. También, una gran diferencia entre la carga 1 y la carga 2, ya que hay un aumento significativo del consumo específico, debido a que en esta carga se conectó una estufa de una boquilla, que demanda mayor carga eléctrica que los diez bombillos. Aunque se esperaba que el CEC de la carga 4 fuera mucho mayor por el uso de la plancha, se encontró que en algunos casos el aumento del CEC no fue importante, porque el termostato de la plancha, al calentarse a cierta temperatura, se dispara y no vuelve a consumir energía hasta cuando la temperatura baja a un valor determinado. Este comportamiento se observó en casi todas la mezclas utilizadas. Mezclas de diésel con un biodiésel Los resultados del funcionamiento de la planta eléctrica para los biocombustibles que resultan de mezclar cada biodiésel con petrodiésel se muestran en la Tabla 3. En esta se observa que la mezcla D80/AFU20 reporta un aumento considerable en el CEC, mientras que la mezcla D80/H20 muestra el menor CEC de las tres mezclas. Esto posiblemente se debe a la alta viscosidad de la mezcla D80/H20 (9,7 mm 2/s), que provoca un menor consumo de combustible debido a su baja fluidez. Igualmente, se observa una gran diferencia entre la carga 1 y la carga 2, por un 29 aumento significativo del consumo específico, demandado por la estufa de una boquilla y a que el CEC de la carga 4 no fue tan alto, dado el uso de una plancha con regulador de temperatura. Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno En la Tabla 4 se presentan los resultados de funcionamiento de la planta eléctrica cuando se utilizan mezclas binarias de biocombustible (a una concentración del 10% v/v cada uno) con petrodiésel. En esta tabla se muestra la influencia de las tres mezclas en el CEC y se encontró un comportamiento similar entre las mezclas. 30 Sin embargo, el menor consumo de combustible se reporta en la mezcla D80/ P10/AFU10; mientras que se observa un incremento en el CEC por parte de la mezcla D80/H10/AFU10. Esto se debe a la presencia de una proporción considerable de biodiésel de higuerilla en la mezcla, pues es el biodiésel que reporta el menor poder calorífico de los tres biocombustibles puros. Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% La Tabla 5 muestra la influencia de las mezclas ternarias de biodiésel (un biodiésel al 10% y dos al 5% v/v) y petrodiésel en el funcionamiento de la planta de generación de energía eléctrica. Se observa una notoria disminución del consumo específico de combustible en la mezcla D80/P10/H5/AFU5 y aumento en la mezcla D80/AFU10/P5/H5. 31 Emisiones gaseosas Los resultados del análisis de gases de combustión en la planta eléctrica para las diferentes mezclas de biocombustibles evaluadas se presentan en las tablas 6, 7, 8 y 9. Este análisis se presenta para los mismos cuatro grupos dados en el numeral anterior: 1) biocombustibles puros (Tabla 6); 2) mezclas de petrodiésel con cada de uno de los biodiésel (Tabla 7); 3) mezclas binarias de biodiésel con petrodiésel (Tabla 8), y 4) mezclas ternarias de biodiésel con petrodiésel (Tabla 9). Combustibles puros Los resultados de las emisiones gaseosas de la planta de generación de energía utilizando los combustibles puros se presentan en la Tabla 6. En esta tabla se observa una gran producción de CO por parte del diésel de petróleo (D100), mientras que con los biodieseles puros se observa una disminución importante respecto al diésel de petróleo puro. No obstante, se producen altos porcentajes de CO2 , lo cual no afecta considerablemente el ambiente, dado que este gas es adsorbido por las plantas y liberado durante la combustión del biodiésel. Esto hace atractivo el uso de biocombustibles, ya que se puede llegar a concluir que la utilización de 32 biocombustibles en motores diésel mejora considerablemente la combustión interna del motor. Mezclas de diésel y un biocombustible En la Tabla 7 se presentan los resultados de las emisiones gaseosas de la planta eléctrica utilizando mezclas de biodiésel de palma, de higuerilla y de aceite de fritura usado, en forma individual, con petrodiésel (B20). En la tabla se observa que se obtiene una mejor combustión con la mezcla de B20 proveniente de aceite palma (D80/P20), ya que la producción de CO durante la combustión es baja, lo que indica una combustión parcialmente completa, aunque esta baja producción de CO conlleva una alta producción de otro tipo de gases. También es evidente la baja producción de CO2 por parte de esta mezcla. La mezcla B20 proveniente de higuerilla (D80/H20) presentó la más alta producción de CO e indica una combustión incompleta de la mezcla, que posiblemente se debe a la alta viscosidad de la misma (9,7 mm 2/s). Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno La Tabla 8 muestra los resultados del análisis de gases emitidos por la planta de generación de energía eléctrica para mezclas binarias de biodiésel de palma, de 33 higuerilla y de aceite de fritura usado al 10% cada uno, con diésel al 80%. En esta tabla se observa una baja combustión de la mezcla que contiene higuerilla y AFU, ya que la producción de CO es relativamente alta respecto a las mezclas que contienen biodiésel de palma. Sin embargo, la mezcla que contiene higuerilla y palma reporta el más bajo porcentaje de CO emitido, aunque con una producción intermedia de CO 2 . La mezcla que contiene biodiésel de palma y de AFU se caracteriza por presentar los mayores valores de CO y CO . Esto indica que aunque se presenten valores altos de CO, hay una mayor eficiencia en la combustión, debido a que se reduce la cantidad de hidrocarburos inquemados, lo cual se evidencia en los valores bajos de los otros gases, comparado con las dos mezclas de este grupo. 34 Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% En la Tabla 9 se presentan los resultados de las emisiones gaseosas de la planta de generación de energía eléctrica para mezclas ternarias de biodiésel de palma, de higuerilla y de AFU, al 10% uno de ellos y al 5% los otros dos biocombustibles, con petrodiésel al 80%. De acuerdo con la Tabla 9, se observa una gran disminución de las emisiones gaseosas de CO y CO2 en las mezclas evaluadas de este grupo en comparación con las mezclas evaluadas. Esto indica que la combustión interna del motor es incompleta con este tipo de mezclas, pero predominan los altos porcentajes de otros gases, entre los que están los hidrocarburos inquemados. 35 Conclusiones El proyecto anterior muestra un desarrollo gradual de las actividades que se plantean realizar de manera sistemática para la implementación de biodigestores en el rancho “Los Topoyones” así como las bases prácticas que sustentan la realización del proyecto. Se considera que acorde a la información recabada es posible tomar el proyecto como un punto de partida para realizarlo de manera práctica y no únicamente teórica como es el caso debido a los plazos otorgados. Como recomendación para una posible continuación se recomienda un trabajo de manera integral con el personal del rancho en cuestión, así como la posibilidad de ampliar los horizontes y alcances de esta investigación. El consumo específico de combustible de un motor es directamente proporcional a la carga eléctrica que se le exige a este. Por otro lado, la combustión interna del motor es independiente de la carga eléctrica impuesta a la planta, ya que la combustión depende del tipo de combustible con el que se alimenta. 36 En términos generales, se encontró que con el empleo de biodiésel proveniente de fuentes vegetales diferentes a la palma y la mezcla de estas con diésel se obtienen reducciones en el consumo específico de combustible y se observa que los menores consumos se reportaron en las mezclas D80/H20 y D80/P10/AFU10. Se comprobó que el mejor biodiésel es el proveniente del aceite de palma, ya que este minimiza las emisiones gaseosas, aunque el uso de H100 también minimiza en altos porcentajes las emisiones de CO2 y CO. Pero los resultados más destacados se obtuvieron con las mezclas D80/P10/AFU10 y D80/AFU10/ P5/H5, las cuales lograron aumentar la producción de CO2 y disminuir la producción de CO. La mezcla de combustibles que mejor comportamiento mostró respecto a la reducción del consumo específico de combustible y emisiones gaseosas fue la mezcla D80/P10/AFU10, por cuanto representa un gran atractivo para su utilización, ya que el aceite de fritura usado es un residuo de bajo costo que puede ser reutilizado, a fin de reducir el costo del biocombustible. BIBLIOGRAFÍA Edu.mx. Recuperado el 4 de diciembre de 2021, de https://repository.uaeh.edu.mx/bitstream/bitstream/handle/123456789/10722/Biodigestor es.pdf?sequen ce=1 Fao.org. Recuperado el 4 de diciembre de 2021, de https://www.fao.org/3/as400s/as400s.pdf Edu.co. Recuperado el 4 de diciembre de 2021, de https://repository.uamerica.edu.co/bitstream/20.500.11839/6844/1/6102531-2018-2IQ.pdf Canepa, J. R. L., Olivier, J. A. S., Moguel, K. C. 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