FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA AGROINDUSTRIAL Y COMERCIO EXTERIOR

PROYECTO DE TESISDiseo de un biodigestor para generar biogs y bioabono a partir de desechos orgnicos de animales y plantas aplicable en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015.

Autor:Ruiz Antn Luis Enrique

Asesor:Ing. Daniel Ruiz Zapata

Lnea de investigacinAgronegocios.

PIURA PER2015

I. GENERALIDADES 1.1. TTULO Diseo de un biodigestor para generar biogs y bioabono a partir de desechos orgnicos de animales y plantas aplicable en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 20151.2. AUTOR Ruiz Antn Luis Enrique: alumno de la Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Agroindustrial Y Comercio Exterior, Facultad de Ingeniera.1.3. ASESOR 1.3.1. Asesor: Nombre: Ing. Daniel Ruiz Zapata Grado Acadmico: CIP. Ing. Agroindustrial Institucin: Universidad Csar Vallejo - Piura1.4. TIPO DE INVESTIGACIN 1.4.1. De acuerdo al fin que se persigue: Aplicada:El tipo de investigacin segn su finalidad ser aplicada ya que tendr una utilidad prctica y traer consigo beneficios en cuanto al manejo de los desechos orgnicos en este caso en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos Piura.1.4.2. De acuerdo a la tcnica de contrastacin: Investigacin experimental En este caso el mtodo de investigacin es experimental ya que se podr manipular la variable independiente con el fin de medir su efecto sobre la variable dependiente que se manifiesta a travs de cambios resultantes.

1.4.3. De acuerdo al rgimen de investigacin: Orientada La investigacin es orientada ya que en este caso se va a trabajar con tipo de biodigestor el cual implica seguir una serie de lineamientos y parmetros para obtener los resultados deseados.1.5. LNEA DE INVESTIGACIN: Agronegocios.

1.6. LOCALIDAD El Lugar donde se llevar a cabo la investigacin es en el distrito de Catacaos ubicado en el departamento de Piura. Especficamente el estudio se realizar en el Centro Ecolgico Rancho Chico el cual se encuentra ubicado en la Carretera a Catacaos desvo viduque

1.7. DURACIN DE LA INVESTIGACIN 1.7.1. FECHA DE INICIO: 30 de Marzo de 2015. 1.7.2. FECHA DE TRMINO: 25 de Julio de 2015. II. PLAN DE INVESTIGACIN 2.1. REALIDAD PROBLEMTICA En la actualidad se observa que en el Per los desechos orgnicos generados por los animales tales como el estircol no son aprovechados debidamente, si bien se usan como abonos para las plantas no son usados para otros fines esto se da a nivel nacional, regional y local. Por otro lado los desechos orgnicos generados en los hogares peruanos se votan a la basura en el caso de la ciudad de Piura estos residuos orgnicos los recogen los carros recolectores y los llevan a depsitos de basura, en otros casos la basura es acumulada por los pobladores cerca de las casas generando un foco de contaminacin trayendo consigo daos a la salud de las personas esto se debe a que la poblacin no tiene una cultura de manejo de recursos slidos.Desde hace muchos aos, los combustibles fsiles como el petrleo han representado la principal fuente de energa para uso domstico e industrial; sin embargo, el problema ambiental que genera el uso indiscriminado de esta fuente ha ocasionado severos problemas de contaminacin, pues el trasmitir a la atmsfera millones de toneladas anuales de anhdrido carbnico y gases metanognicos, repercute en problemas particulares y globales como el cambio climtico y el calentamiento global. Una de estas alternativas es aprovechar el gas metano que generan los desechos orgnicos al ser descompuestos por microbios anaerbicos. El metano es un hidrocarburo bsico (CH4) ms ligero que el aire, incoloro, inodoro e inflamable, que en las capas altas de la atmsfera es causante del llamado efecto invernadero al impedir la salida de la radiacin en la superficie terrestre; sin embargo, su poder calorfico es aprovechable en labores domsticas como coccin de alimentos e iluminacin, en labores industriales como sustituto de la gasolina, diesel y otros combustibles para calentar agua en calderas. La mayora de los procesos de degradacin de materia orgnica emiten este gas gracias a la accin de bacterias metanognicas, que descomponen las largas y complejas cadenas orgnicas en metano si se encuentran en un ambiente anaerobio (libre de oxgeno), en el proceso resulta una mezcla de gas metano, cido sulfhdrico, dixido de carbono, as como una variedad de slidos y lquidos con compuestos nitrogenados. En el caso especfico del centro ecolgico Rancho Chico se observa que los desechos orgnicos no son aprovechados adecuadamente en ese sentido se propone la creacin de un biodigestor el cual permitir obtener productos tales como biogs y bioabono en estado lquido: biol y en estado slido generados a partir de la fermentacin de materia orgnica.Si el centro ecolgico Rancho Chico no toma las medidas correspondientes de aprovechar los desechos orgnicos no podr obtener los productos mencionados anteriormente y tales residuos se irn acumulando ocupando espacios que pueden ser utilizados para otros fines adems cabe la posibilidad que se genere contaminacin si se acumula la basura.2.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA 2.2.1. Pregunta general Cul es el efecto que causara el diseo de un biodigestor para generar biogs y bioabono a partir de desechos orgnicos de animales aplicable en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015.2.2.2. Preguntas especficas En qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de biogs en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015.

En qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de bioabono liquido: biol en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015.

En qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de bioabono solido: biosol en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015.

2.3. OBJETIVOS2.3.1. General: Disear un biodigestor para generar biogs y bioabono a partir de desechos orgnicos de animales y plantas aplicable en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos, Abril Julio 2015

2.3.2. Especficos: Determinar en qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de biogas en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos Piura Abril 2015.

Determinar en qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de bioabono liquido: biol en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos Piura Abril 2015.

Determinar en qu medida el diseo de un biodigestor influye en la produccin de bioabono solido: biosol en el centro ecolgico Rancho Chico Catacaos Piura Abril 2015.

2.4. ANTECEDENTES 2.4.1. ANTECEDENTES REGIONALES2.4.1.1. ANTECEDENTE REGIONAL 012.4.1.1.1. Ttulo de la investigacin ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA INSTALACION DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE ABONOS ORGANICOS EN EL DEPARTAMENTO DE PIURA2.4.1.1.2. Autor JANET ARLENEIDA VIERA RAMREZ2.4.1.1.3. Ao de publicacin 20112.4.1.1.4. ResumenLa investigacin est conformada por cuatro captulos; Los cuales se distribuyen de la siguiente manera;CAPITULO I; Lo constituye el Marco Terico y consta de los antecedentes del estudio (proyectos similares aportes e inters de los mismos), antecedentes de la situacin, las bases tericas y legales que sustenten este estudio.CAPITULO II; Contiene el Estudio del Mercado de Abonos Orgnicos, a travs de la encuesta.CAPITULO III; Se presenta los Aspectos Tcnicos: Localizacin e ingeniera de la instalacin de la planta.CAPITULO VI; Finalmente se presentan la Inversin y Financiamiento del Estudio.Por ltimo, se presentan las Conclusiones, Bibliografa y Anexos que sustentan la investigacin.

2.4.1.1.5. Objetivos2.4.1.1.5.1. Objetivo general: Formular un estudio de factibilidad para la instalacin de una planta productora de abonos orgnicos en el departamento de Piura.2.4.1.1.5.2. Objetivos especficos: Analizar la demanda, as como las condiciones actuales y futuras del mercado para los abonos orgnicos. Identificar los principales agentes involucrados en el sistema de produccin de abonos orgnicos. Evaluar la viabilidad tcnica de la instalacin de la planta productora de abonos orgnicos en el departamento de Piura. Evaluar la factibilidad econmica y financiera del estudio.2.4.1.1.6. Conclusiones Analizando el estudio de factibilidad, queda claro que los agricultores tradicionales que utilizan bajos insumos pueden esperar incrementos en la productividad si utilizan mtodos agrcolas orgnicos como la introduccin de nuevos mtodos de conservacin de suelos a travs de la utilizacin de abonos orgnicos. La ejecucin del proyecto es factible de acuerdo a los indicadores financieros utilizados, los cuales indicaron que este proyecto ser rentable. El valor presente resultante fue de 79,854.69 y una tasa interna de retorno del 79,859.5. La elaboracin de compost y humus de lombriz es una alternativa viable para el tratamiento de los desechos generados en el mercado agrcola y ganadero de la regin Piura con esto se le da un valor a los desechos minimizando la contaminacin que los mismos causan al ambiente y a la sociedad. Es una propuesta factible al ser realizable desde el punto de vista tcnico, desde una ptica de mercado insatisfecho y tanto viable como rentable al mirarlo desde la perspectiva financiera.2.4.1.2. ANTECEDENTE REGIONAL 022.4.1.2.1. Ttulo de la investigacin "Construccin de un biodigestor chino"2.4.1.2.2. Autor Ing. Juan Cruz.2.4.1.2.3. Ao de publicacin 19852.4.1.2.4. ResumenEn la primera fase se realiza una fermentacin aerbica usando desechos vegetales secos y estircol fresco como sustratos. En la segunda fase de fermentacin sumergida se carga el biodigestor con el producto de la primera fermentacin y se adiciona lquido ruminal conteniendo bacterias biognicas (proveniente de agua de lavado de mondongo). Como producto final se obtiene gas, que puede usarse como combustible; biol (abono lquido) y biosol (abono slido), para biohuertos.

2.4.1.2.5. Objetivos2.4.1.2.5.1. Objetivo general: Generacin de bioabono lquido y slido para cultivos de alfalfa y meln2.4.1.2.5.2. Objetivos especficos: 2.4.1.2.6. Conclusiones

2.4.2. ANTECEDENTES NACIONALES

2.4.2.1. ANTECEDENTE NACIONAL 012.4.2.1.1. Ttulo de la investigacin DISEO Y CONSTRUCCION DE UN BIODIGESTOR.2.4.2.1.2. Autores: Camacho Molero Glenda Marcatoma Palomino Darik Soto Huamanahui L. Miguel

2.4.2.1.3. Ao de publicacin 20122.4.2.1.4. ResumenEn el presente trabajo se realiza una evaluacin histrica de los factores fundamentales que han influido en la produccin de biogs en la provincia de Abancay as como los usos ms frecuentes que ha tenido el biogs. Se identificaron las principales deficiencias que presenta la provincia para asumir tecnologas de produccin de biogs con fines energticos y sobre la base de estos resultados se propone una estrategia para el desarrollo sostenible de tecnologas de produccin de biogs con fines energticos para lo cual se realiz una matriz FODA, con la participacin de expertos de la provincia. Como mtodos de trabajo se emplearon adems, encuestas y entrevistas a trabajadores que estuvieron o an permanecen vinculados a la produccin de biogas.2.4.2.1.5. Objetivos2.4.2.1.5.1. Objetivo general: El presente trabajo tiene como objetivo principal hacer un diagnstico de la situacin actual e histrica de la produccin de biogs en la provincia de Abancay y proponer una estrategia para el desarrollo sostenible de tecnologas de produccin de biogs con fines energticos.2.4.2.1.5.2. Objetivos especficos: 2.4.2.1.6. Conclusiones En estos momentos en la provincia se encuentran 4 plantas en funcionamiento, en su mayora perteneciente al sector rural, vinculadas a vaqueras y los diseos ms difundidos son el chino y el hind, consideradas estas como de pequea o mediana escala. Existen factores objetivos que incidieron en el fracaso de estas plantas de biogs en la provincia y de forma general en el fracaso de las tecnologas de produccin de biogs, los cuales se pueden agrupar en problemas tcnicos, institucionales, socioeconmicos y financieros. De acuerdo con la matriz FODA obtenida, es necesario para el desarrollo de tecnologas del biogs en Abancay una planeacin estratgica basada en la minimizacin de las amenazas y las debilidades. La utilizacin de biodigestores ofrece grandes ventajas para el tratamiento de los desechos orgnicos, adems de disminuir la carga contaminante de los mismos, extrae gran parte de la energa contenida en el material mejorando su valor fertilizante controlando, de manera considerable, los malos olores. El biodigestor es una tecnologa que puede implantarse no solo en la parte rural sino tambin en la urbana porque no solo beneficia a los individuos sino que adems se convierte en un proyecto ventajoso para la biodiversidad y la sostenibilidad de la misma.

2.4.2.2. ANTECEDENTE NACIONAL 022.4.2.2.1. Ttulo de la investigacin OBTENCIN DE BIOGAS DE ESTIRCOL PORCINO Y RESTOS VEGETALES, POR FERMENTACIN SEMICONTINUA

2.4.2.2.2. Autor Betty Lucila Cueva Ancalla 2.4.2.2.3. Ao de publicacin 20122.4.2.2.4. ResumenEl objetivo de la presente investigacin fue producir biogas a partir de estircol porcino y residuos orgnicos, por fermentacin semicontinua. La experimentacin se llev a cabo en el INPREX; Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna. Se utiliz un biodigestor tipo chino modificado de fibra de vidrio de 250 cm3 de capacidad para realizar en ella la fermentacin. Se preferment el substrato fermentativo formado por excremento de cerdo, resto de vegetales del mercado, hojas de pecana y agua para obtener un compost que constituy el material fermentativo que se cargo al biodigestor para la produccin de biogas. La fermentacin se realizo a temperatura de ambiente durante 4 meses (Octubre 2009-Enero 2010). Se obtuvo una produccin promedio diario de biogas de 14,864 cm3 a partir de los 18 das de iniciada la fermentacin y una produccin acumulada, hasta los 58 das en que termin la fermentacin; Se obtuvo un volumen total de biogas de 644,668 cm3 durante la etapa del experimento.2.4.2.2.5. Objetivos2.4.2.2.5.1. Objetivo general: Producir biogas a partir de estircol porcino y restos vegetales, por fermentacin semicontinua2.4.2.2.5.2. Objetivos especficos: Disear y construir un biodigestor para fermentacin semicontinua. Obtener un semicompost a partir de restos vegetales y estircol porcino. Producir biogas utilizando como sustrato fermentativo semicompost y estircol porcino. Evaluar la produccin de biogas en funcin del volumen de produccin.2.4.2.2.6. Conclusiones Se dise y construy un biodigestor para fermentacin semicontinua de produccin de biogas.

Se obtuvo semicompost a partir de restos vegetales y estircol porcino en un tiempo de 17 das de fermentacin aerbica en pila.

Se produjo biogas de buena calidad a partir de estircol porcino, hojas de pecana y residuos vegetales que se expenden en el mercado.

Se obtuvo una produccin promedio diario de biogas de 14,864 cm3 a partir de los 18 das de iniciada la fermentacin y una produccin acumulada 644, 668 cm3 en 58 das en que termino la fermentacin. 2.4.3. ANTECEDENTES INTERNACIONALES

2.4.3.1. ANTECEDENTE INTERNACIONAL 01 2.4.3.1.1. Ttulo de la investigacin Rediseo Y Ensayo De Un Biodigestor En La Granja Experimental De La Universidad Autnoma Chapingo.2.4.3.1.2. Autor Pascual Francisco Juan Benito2.4.3.1.3. Ao de publicacin 20112.4.3.1.4. ResumenLa ganadera es una de las actividades que ha contaminado a la atmosfera por la emisin de grandes cantidades de metano (CH4), un gas de efecto invernadero que absorbe 25 veces ms calor que el bixido de carbono (CO2) contribuyendo al calentamiento global del planeta. El metano que generan las excretas animales es tambin un combustible que se puede aprovechar para usos domsticos como calentamiento de agua y alumbrado. Este gas se puede producir en condiciones anaerobias en un dispositivo conocido como biodigestor. Esta tecnologa se puede aplicar en el sector pecuario para el desarrollo sustentable promoviendo una cultura ecologista, mediante el aprovechamiento de los desechos animales para la generacin de energa. En el presente trabajo se desarrolla una metodologa para la construccin de un biodigestor en la granja experimental de la Universidad Autnoma Chapingo, con el fin de aprovechar las excretas de las vacas para producir biogs y ser utilizado en el calentamiento de agua para uso domstico. Se dise un sistema de filtrado del biogs para depurar el cido sulfhdrico que contiene, y finalmente se adapt un quemador para el biogs en un boiler para calentar agua. PALABRAS CLAVE: biodigestor, biogs, bioabono, materia orgnica, energas alternativas

2.4.3.1.5. Objetivos2.4.3.1.5.1. Objetivo general: Redisear, construir y poner en marcha el biodigestor del mdulo de produccin de leche orgnica de la granja experimental de la Universidad Autnoma Chapingo, para aprovechar el biogs generado y satisfacer las necesidades del mdulo para el calentamiento de agua. 2.4.3.1.5.2. Objetivos especficos: Redisear el biodigestor de la granja experimental de la Universidad Autnoma Chapingo. Construir un biodigestor demostrativo en la Universidad Autnoma Chapingo. Elaborar una metodologa para redisear y construir un biodigestor adaptable en comunidades rurales.

2.4.3.1.6. Conclusiones Se redise y construy el biodigestor de la granja experimental de la Universidad Autnoma Chapingo en base a una metodologa sencilla, aplicando los principios bsicos bajo los que funciona un biodigestor de desplazamiento horizontal. Con esto se obtuvo un biodigestor demostrativo que servir de base para la difusin de sta tecnologa hacia los productores pecuarios. Se puso en marcha el nuevo biodigestor, obteniendo con ello biogs que se utiliza para calentamiento de agua en un boiler. Los filtros de cido sulfhdrico que se aadieron al circuito primario de conduccin de gas, son buenos elementos para purificar el biogs. La viruta de hierro que sirve para el filtrado tambin se tiene que cambiar de acuerdo a su estado, ya que debido a las reacciones con el cido sulfhdrico, el xido se va gastando. Para conocer el estado de la viruta, basta con ver en el interior de los filtros a travs de la manguera transparente que se le aadi.

2.4.3.2. ANTECEDENTE INTERNACIONAL 02 2.4.3.2.1. Ttulo de la investigacin Estudio Y Diseo De Un Biodigestor Para Aplicacin En Pequeos Ganaderos Y Lecheros.2.4.3.2.2. Autor Prez Medel Javier Andrs

2.4.3.2.3. Ao de publicacin Prez Medel Javier Andrs2.4.3.2.4. ResumenEsta memoria se motiva en la necesidad energtica de los pequeos ganaderos y lecheros de la zona sur de Chile y en la dbil situacin de diversificacin de la matriz energtica del pas, es por esto que se propone un Biodigestor como solucin viable a esta necesidad. Un Biodigestor es un equipo que produce gas metano (CH4), a partir de la descomposicin de restos orgnicos, particularmente heces animales (vacunos, porcinos, etc.). Aqu se propone el diseo en trminos de ingeniera bsica, de un Biodigestor adecuado para las necesidades introducidas. La metodologa comienza con una serie de anlisis elementales que caracterizan el usuario medio del equipo, la demanda esperada, la cintica de los procesos bio-qumicos presentes, las consideraciones de geometra y espacio utilizado, para concluir con los parmetros de diseo del Biodigestor y el posterior diseo. Los recursos utilizados comprendieron un apoyo bibliogrfico independiente con entidades pblicas relacionadas al rea econmicamente involucrada como el INDAP, INE o Ministerio de Economa. Se abord un proyecto de instalacin de biodigestin anaerbica a nivel bsico, utilizando un criterio econmico que permite que la inversin del proyecto sea recuperada en 3 [aos] y se realiz el diseo bsico del estanque de biodigestin con sus componentes principales. El resultado de esta memoria es un equipo de biodigestin anaerbica que procesa 59 [m3/mes] de purines de Bovino y produce 4,1 [m3/H] promedio de biogs. Se contempl la incorporacin de un equipo generador elctrico que es alimentado por un caudal compatible de biogs y que permite que la energa elctrica sea aprovechable.

2.4.3.2.5. Objetivos2.4.3.2.5.1. Objetivo general: Disear un biodigestor que cumpla con las necesidades energticas de los pequeos ganaderos y lecheros presentes en las zonas rurales del sur de Chile y que sea tcnica y econmicamente viable. 2.4.3.2.5.2. Objetivos especficos: Disear una instalacin tipo para un productor ganadero/lechero de un tamao sustentable.

Efectuar el clculo y diseo bsico de los componentes principales de la instalacin. Evaluar la factibilidad econmica en trminos del perodo de recuperacin de la inversin.

2.4.3.2.6. Conclusiones Se puede generar un equipo tcnica y econmicamente viable para solventar las necesidades energticas de los pequeos ganaderos y lecheros.

Existe un criterio de fcil verificacin que permite decidir la viabilidad del proyecto y con la ayuda de ndices generales entrega el tiempo de recuperacin de la inversin.

Con un mnimo de 20 animales es posible generar energa elctrica del orden de 4,4 [kWH] y ser aprovechada a travs de un generador elctrico alimentado con biogs.

Con un mnimo de 44 animales es posible generar un proyecto de generacin que tiene un perodo de recuperacin de la inversin de 3 aos, tiempo prudente para el sector econmico involucrado.

2.5. JUSTIFICACIN

Actualmente en la regin Piura no se aprovechan los residuos orgnicos de manera adecuada, sin embargo existen muchas formas de aprovecharlos obtenindose productos tales como el compost, humus de lombriz, y bioabonos como el biol (abono orgnico en forma lquida) y biosol (abono orgnico en forma slida), por otro lado los desechos orgnicos acumulados en la regin Piura generan contaminacin, lo cual puede traer consigo daos a la salud de la poblacin.Es as que se ha considerado buscar formas alternativas de aprovechamiento de los residuos orgnicos, para lo cual se propone el diseo de un biodigestor en el Centro Ecolgico Rancho Chico ubicado en el distrito de catacaos situado en el departamento de PiuraSi se llegara a concretar la construccin del biodigestor en el Centro ecolgico se lograra aprovechar los residuos orgnicos disminuyendo los costos ya que al obtener biogs ya no gastara en comprar gas para cocinar y el biol se utilizara como un abono foliar para la fructificacin de los frutales que se encuentran en el lugar y adems el biosol se utilizara como un abono parecido al compost. Adems posteriormente se podra plantear una propuesta para manejar los residuos orgnicos que se arrojan a la basura en la ciudad de Piura.

2.6. LIMITACIONESDentro de las limitaciones para la investigacin encontramos las siguientes: Falta de recursos econmicos para la construccin del biodigestor ya que el financiamiento es propio hasta el momento. Adems hace falta la asesora de profesionales especialistas en el tema de biodigestores. En el caso de Piura actualmente no existen lugares donde se encuentren biodigestores o posiblemente no se quieran dar a conocer. Existe la falta de antecedentes como por ejemplo investigaciones tales como tesis, artculos cientficos que estn formulados de manera correcta sobre el tema de biodigestores. Ausencia de equipos de laboratorio en la Universidad Csar Vallejo para realizar los anlisis pertinentes para las muestras que se obtengan en este caso las de biogs, biol y biosol por lo tanto los anlisis se tendrn que realizar en otros lugares cuyo costo ser asumido por el autor de la investigacin.19