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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VILLAHERMOSA.

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by

Ángel Gabriel

on 4 December 2014

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Transcript of INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VILLAHERMOSA.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VILLAHERMOSA.
Participantes:
Iván de Jesús Del Ángel Cordova.
Luis Enrique Jiménez Nemiga.
Ricardo Antonio López Cupil.
Ángel Gabriel Izquierdo Pérez.

Generación de biogás a partir de desechos orgánicos de cacao.
"Tierra, Tiempo, Trabajo y Tecnología"

Capítulo 1: Planteamiento del problema.
1.1 Antecedentes del problema.

Se sabe que el hombre conoce desde muy antiguo la existencia del BIOGAS, pues este se produce en forma natural en los pantanos, de allí que se lo llama gas de los pantanos. En Argentina se encuentra en el delta del Paraná donde se perfora hasta llegar a alcanzarlo con una cañería obteniéndose el biogás acumulado por la naturaleza. En 1808 Humpry Dhabi produce gas metano (principal componente del biogás) en un laboratorio. Se toma este acontecimiento como el inicio de la investigación en biogás. Desde esos días hasta la actualidad mucho se ha avanzado sobre el tema y actualmente se cuenta en instalaciones que van desde la pequeña escala doméstica hasta las aplicaciones agroindustriales. China es el país que ha llevado a la práctica el uso del biogás en mayor escala. Existen allí más de siete millones de digestores rurales en funcionamiento. Estos proveen gas para cubrir necesidades de cocción e iluminación, a la vez que van recuperando suelos degradados a través de siglos de cultivos. La biomasa se puede convertir en energía a través de medios tradicionales y nuevos y, por lo tanto, tiene el potencial de ser una importante fuente de energía actual y futura.
Se puede convertir en combustibles sólidos, líquidos y gaseosos que pueden substituir combustibles fósiles a bajos niveles de inversión e interesantes niveles de rentabilidad. La falta de energía es considerada también como la principal barrera para proveer medios básicos de cuidado de la salud. Los sistemas energéticos descentralizados son probablemente la única respuesta para los serios problemas energéticos que enfrenta más del 50 por ciento de la población mundial. En el sector agropecuario de México, existen una gran cantidad de unidades productivas, en este caso en particular, hacemos referencia a las granjas de cerdos y establos lecheros, los cuales generan diariamente desechos orgánicos.
Estos representan una condición desfavorable que incide en los impactos hacia el medio ambiente, causando un grave problema de contaminación y salud pública. Sin embargo, actualmente se ha visto una gran oportunidad para su aprovechamiento como una fuente de energía renovable, por el uso de las excretas para la producción de biogás, que puede ser utilizado para generar energía eléctrica o térmica.

En ese sentido, la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) a través del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) promueve el apoyo a agronegocios interesados en aprovechar la biomasa (materia orgánica obtenida de los productos y residuos de animales) para la generación de energía eléctrica.
En el estado de Tabasco existen varias haciendas de cacao que para la producción y el procesamiento de estas semillas, se consume demasiada corriente eléctrica elevando sus gastos de producción, para ello es necesario crear o implementar energías renovables y alternas que garantice una producción optima, que corresponda al uso adecuado de la electricidad por parte de la hacienda o empresa y así no depender de una solo fuente de energía contribuyendo de alguna manera al cuidado del medioambiente, por eso hemos seleccionado a una hacienda en Comalcalco. . En todas las haciendas ranchos y empresas que existen en el estado se consume demasiada electricidad, y muchas personas aún no saben que pueden hacer con los residuos que generan pues solo piensas que es basura y que no se le puede dar algún otro uso a esos residuos.
En el caso de la hacienda La luz ubicada en Comalcalco alimentaremos con energía a tres molinos y debido a lo anterior crearemos un biodigestor del cual obtendremos el biogás requerido con los restos sólidos del cacao que se generan durante su cosecha, esto se convertirá en energía eléctrica capaz de poder hacer funcionar las maquinas que procesan la semilla del cacao durante la temporada, ya que el abastecimiento de energía es muy importante y el consumo por parte de las maquinarias utilizadas es alto por eso abasteceremos a tres molinos que consumen 220volts y una tostadora que consumo 380 volts. Sabemos que en estado se cuenta con una red eléctrica muy abastecedora sin embargo su costo es muy elevado lo que contrarresta las ganancias por parte de la hacienda. Además el uso de las energías alternas hoy en día es muy importante porque estas ayudan de alguna manera a contra restar la contaminación.
Por todo lo anterior se cree que al obtener el biogás por medio de un biodigestor a partir de desechos sólidos del cacao, se obtendrá en la hacienda productora de esta semilla, un modelo fijo sostenible para la empresa, pero a su vez lograremos el desarrollo sustentable que favorezca a la hacienda y a proteger el ambiente llevando así la idea a otros sectores.
1.2.1 Objetivo general:
Generar biogás a partir de los desechos orgánicos del cacao, el cual será usado para abastecer de energía a molinos y secadoras de la hacienda La luz en Comalcalco, Tabasco.

1.2.2 Objetivos específicos:
• Utilizar los desechos orgánicos del cacao para generar biogás.
• Crear una producción de energía a partir de biogás para el desarrollo de potencial bioenergética de una hacienda en Comalcalco.
• Analizar si la energía eléctrica producida puede abastecer el voltaje de los molinos y secadoras.

1.2 Objetivos.
1.3 Justificación.
Con el incremento de los precios de los combustibles fósiles, unido a la crisis medioambiental que estos generan, hemos valorado la utilidad de los desechos orgánicos para obtener combustibles de ellos.
En nuestra sociedad existe la tendencia general de deshacernos sistemáticamente de los restos orgánicos de nuestras actividades por considerarlos inservibles y molestos. Restos no comestibles de cosechas, podas, estiércol o basura se abandonan y/o se queman desaprovechándose el potencial útil que tienen y contaminando el ambiente. De esta manera empieza a entenderse así lo poco sensato que resulta importar o extraer combustibles fósiles de zonas remotas para obtener una energía la cual puede conseguirse en buena medida de los materiales que desechamos habitualmente.
El propósito de este proyecto es generar biogás a partir de los desechos sólidos del cacao con el fin de generar electricidad.
Al utilizarse este medio será posible abastecer eléctricamente los molinos y secadoras de una hacienda en Comalcalco, Tabasco. Se analizara la eficiencia y la factibilidad que tiene el biogás para generar energía eólica a partir de desechos sólidos.


Se identificaran las cantidades de desechos sólidos generados y las temporadas en que se pueden conseguir para determinar el número de biodigestores y convertidores de biogás a energía eléctrica.
Entre los beneficios que este proyecto puede dar está el aprovechamiento de los desechos orgánicos del cacao para generar biogás, los cuales muchas veces son desechados, desaprovechándose el potencial energético que estos contiene además de ser una energía totalmente limpia y libre de contaminantes.
Los impactos que se pretenden obtener de este proceso son el disminuir el costo de obtención de electricidad y disminuir la contaminación producida por el excesivo uso de combustibles fósiles.
Por lo relativamente sencillo de su proceso y por no requerirse alta tecnología, la generación de biogás es un recurso al alcance de muchas sociedades rurales, incluyendo aquellas de pocos recursos.
Si se realiza este proyecto se podrá determinar si es económicamente acto para llevarse a otras haciendas del municipio.

1.4 Preguntas de investigación.
1. ¿La hacienda La luz del municipio de Comalcalco, Tabasco proveerá suficientes residuos de cacao para la elaboración del biogás?
2. ¿Qué cantidad de residuos en toneladas se utilizaran para la elaboración del biogás anualmente?
3. ¿Las haciendas del municipio de Comalcalco, Tabasco producirán la misma cantidad de residuos de cacao durante las temporadas de cosecha en Octubre-Febrero y Marzo-Julio?
4. ¿Se necesitara algún tipo de aditivo o algún factor para acelerar la producción del biogás a base de residuos de cacao?
5. ¿Cuánta electricidad producirá el biodigestor durante las temporadas de cosecha en Octubre-Febrero y Marzo-julio?
6. ¿Cuantas maquinas, secadores y hornos abastecerá para cada hacienda el biodigestor?
7. ¿Abastecerá por completo el biodigestor las secadoras y hornos durante las temporadas de cosecha en Octubre-Febrero y Marzo-Julio?
8. ¿Cuál es el tiempo de vida para un biodigestor instalado en una de las haciendas del municipio de Comalcalco, Tabasco?
9. ¿Esta instalación del biodigestor ayudara a generar más empleos?
10. ¿Tendrá un impacto ecológico la instalación del biodigestor y dúrate su estancia en la hacienda cacaotera?

1.5 Presupuestos.
1.5.1 Presupuesto de un biodigestor.
Materiales necesarios para la construcción del biodigestor tipo TAIWAN de bajo costo.
-Gastos directos:

-Gastos indirectos.
Gastos totales.
1.7 Hipótesis.
HI. La energía producida a partir de los desechos orgánicos del cacao será suficiente para abastecer de energía a los molinos y secadoras de la hacienda La luz en Comalcalco, Tabasco.
HO. La energía producida a partir de los desechos orgánicos del cacao no será suficiente para abastecer de energía a los molinos y secadoras de la hacienda La luz en Comalcalco, Tabasco.

1.7.1 Variables.
Capítulo 2: Marco teórico.
2.1 Biomasa y antecedentes.
2.1.1 Biomasa
2.1.2 Origen y composición
2.1.2.1 Bacterias y enzimas
2.1.3 Tipos de biomasa
2.1.4 Biomasa residual
2.1.5 Antecedentes de la biomasa
2.1.5.1 Primeros usos

2.2 Biodigestor.
2.2.1 Biodigestor
2.2.1.1 Residuos
2.2.2 Tipos de biodigestor

2.3Construcción de biodigestor.
2.3.1 Análisis de suelo para selección de biodigestor
2.3.2Análisis de materia orgánica para selección de biodigestor
2.3.3 Construcción de biodigestor
2.3.3.1 Membranas
2.3.3.2 Válvulas y tuberías de transporte
2.3.4 Costos

2.4 Producción de Biogás y conversión a electricidad.
2.4.1 Biogás
2.4.2 Generación de Biogás a través de un biodigestor
2.4.3 Análisis de producción de biogás por selección de biodigestor
2.4.4 Conversión de biogás a electricidad
2.4.4.1 Quema del biogás
2.4.4.2 Turbinas
2.4.5 Almacenamiento y distribución

Capítulo 3: Metodología.
3.1 Tipo de investigación.
Debido a los requerimientos del proyecto sea tomado como forma metodológica la investigación aplicada ya que las características de este tipo de investigación dan la posibilidad de generar resultados óptimos sobre los sistemas de biodigestores.
El uso de los conocimientos teóricos sobre la biomasa, el biodigestor y la cantidad de los desechos orgánicos del cacao serán aplicados en un procedimiento para la conversión de biogás a electricidad en la hacienda La luz de Comalcalco, Tabasco para generar nuevos conocimientos por lo que su uso dara como resultado una forma rigurosa, organizada y sistemática de conocer la realidad del uso de biomasa de cacao en un biodigestor.

Se tendra la posibilidad de instalar sistemas de biodigestores con datos sobre las caracteristicas del suelo y temperatura, teniendo asi la capacidad de adaptar la cantidad de desecho de cacao que se necesita para producir biogas para su conversion a electricidad, teniendo en cuenta dichos datos se podra seleccionar el tipo de biodigestor acto para la hacienda la Luz.
Al generar nuevos conocimientos con dicha investigacion seran aplicables a futuro a otras haciendas del municipio por el hecho de obtener datos mas cercanos a la realidad.

3.2 Población y muestra.
A pesar de que se afirma que el cacao es originario de México, no figura entre sus principales productos, pues sólo tres estados lo producen: Tabasco, Chiapas y Oaxaca. Con una producción anual más de 27 000 toneladas de cacao.
De ellos, Tabasco es el principal productor y contribuye con 70% de la producción en el país con una producción de 18 320 toneladas.
En el estado de Tabasco Su principal región productora es la Chontalpa, que representa 97.24% de la superficie estatal dedicada al cacao (INEGI, 2010). Por la cual el municipio de Comalcalco, Tabasco aporta cerca del 90% de producción de cacao en la zona Chontalpa del estado.


Población de haciendas productoras del cacao en el municipio de Comalcalco, Tabasco.

La producción total de cacao en el municipio de Comalcalco tabasco por año es de 16 488 toneladas.

Muestra: Hacienda de La Luz.
Ubicación: Leandro Rovirosa Wade s/n, Col. Centro, C.P. 86300, Comalcalco, Tabasco.

Justificación de la muestra.
Esta no es una muestra representativa ya que no dependió de una probabilidad, sino de causas relacionadas con las características de la investigación y decisión del grupo de investigadores ya que esta muestra obedece a los objetivos del proyecto. La Hacienda La Luz es la principal productora de cacao en el municipio de Comalcalco del estado de Tabasco, la cual es apta para tener un biodigestor por su gran producción de cacao y a la vez demanda gran cantidad de cascaras de cacao para la producción del biogás de 4 a 6 mil toneladas anuales. Lo que permite una constante cantidad de desecho orgánico de cacao durante todo el año. La hacienda Cholula no pudo ser elegida como muestra por no tener una contante producción de desechos y por su menor capacidad de producción de cacao debido a menores hectáreas de árboles de cacao. La hacienda Jesús María tampoco es elegida por su menor carencia de producción de cacao y desechos orgánicos ya que cuenta con menos hectáreas de árboles de cacao y su producción no es apta para la instalación de un biodigestor.
3.2 Procedimiento.
3.3.1 Conversión de biogás a energía eléctrica
1) Manejo de desecho de cacao:
Se coloca una mezcla de desechos de cacao con agua y un acelerador de descomposición en el biodigestor, se sella el biodigestor para que no tenga contacto con la atmosfera en él se producía una estratificación que de abajo hacia arriba se puede interpretar de la siguiente manera: fango digerido, fango de digestión, sobrenadante, capa de espumas y gases de digestión. Al desarrollarse el proceso y llegar a la denominada digestión de alta carga, se estableció que era fundamental que el contenido del digestor fuera mezclado completamente de una forma más o menos continua. Con ello, se conseguía reducir sustancialmente el tiempo de digestión.

2) Conversión de biogás a electricidad:
Se coloca una tubería de acero inoxidable que va desde el tanque acumulador al motor, se añade un regulador de presión de segunda etapa con un rango de medición de 0 kPa a 103 kPa. Esto sirve para mantener una presión ajustada a la entrada del generador. De igual forma está ubicado un manómetro utilizado para medir presión a la entrada al motor en un rango de 0 kPa a 34 kPa y otra válvula de bola de acero inoxidable que sirve para realizar muestreos con analizadores de gas portátil. Por último, se encuentra una electroválvula con bobina para accionamiento eléctrico, que sirve como control automático de alimentación de gas directamente al motor. Finalmente, está ubicado el generador de tipo combustión interna de biogás natural continuo. Cuenta con una capacidad de 40 kW y una conexión de 120/240 V, 60 Hz, trifásico, delta en serie de 4 hilos. Los amperios máximos por fase son de 120 y máxima capacidad monofásica de 23 kW. El consumo de biogás a máxima carga es de 29 m3h-1 y requiere un porcentaje mínimo de metano de 61 %. Posee una atenuación de ruido de nivel dos.

Otro componente fundamental en el sistema eléctrico es el monitor de gas infra-rojo. Este instrumento proporciona un control y un continuo monitoreo de los niveles de concentración de gas metano en el biogás utilizado. También indica la producción completa, las indicaciones de alarma y cualquier defecto a través del micro-controlador ubicado en la placa madre. Basado en la tecnología no-dispersora de longitud doble de onda infrarroja ofrece una operación segura y de alto desempeño con requisitos bajos de conservación.

La eficiencia del generador se calculó tomando en cuenta tres parámetros: consumo de biogás (m3), energía eléctrica generada (kWh) y metano presente en el biogás (% CH4).


3.3 Instrumentos.
Se tomara como instrumento un sistema de biodigestor el cual para su función se requiere:
1) Localización:
Se recomienda un lugar donde no exista el paso de vehículos, así como la consideración de futuras expansiones en la construcción de banquetas, ardas, patios, entre otras, así que el primer paso es identificar el sitio para la instalación del biodigestor.( Considere en pozo de absorción o zanja de infiltración y evite relleno o sujetos a inundaciones).

2) Ángulo de excavación en función al tipo de suelo:
Proceda a la excavación dejando como margen una endiente que no permita el deslave de la tierra, elimine las piedras que puedan dañar el tanque. Cuando el nivel freático se encuentre alto, es necesario extraer el agua bombeándola hasta que se permita la instalación del Biodigestor. Compacte el suelo antes de colocar el Biodigestor, la profundidad deberá ser de 10 cm.

3) Colocación del Biodigestor:
Se baja el Biodigestor con cuidado sin dañar las conexiones asegurándose que el mismo este en posición vertical, para eso se recomienda utilizar un “nivel de burbuja”, se alinea la entrada y salida del agua verificando que exista un margen de por lo menos 20cm de espacio libre entre el Biodigestor y la pared de la excavación.

4) Relleno:
Para el relleno de la excavación fuera del Biodigestor agrega 30cm del material extraído y compacte con un aplanador manual, después se agregan 30cm de agua dentro del Biodigestor, repita la operación las veces que sean necesario. Para zonas de nivel freático alto se recomienda llenar primero el Biodigestor con agua antes de rellenar la excavación exterior.

5) Registro de lodos:
Deberá instalarse un registro de lodos el cual se encargara de recibir los sólidos producidos por el Biodigestor, se determinara entonces la posición de la válvula donde se dejara un espacio para instalar el registro de lodos, se tomara como referencia una distancia de menos de 2cm entre el Biodigestor y el registro de lodos, la pendiente de la tubería será de 2%. El registro deberá ser impermeable y contar con una tapa no hermética para así permitir el secado de los lodos y evitar que se mojen cuando llueva.


1. Allan y Gill Bridgewater. (2009). Energías alternativas. Madrid, España: NOBEL.
2. Juan José Ponguta Hurtado. (2005). Guías para el manejo de energías alternativas. Bogotá, Colombia: CAB.
3. José Luis Calva. (2007). Política energética. México: Maporrua.
4. José Roldan Vildoria. (2013). Energías renovables lo que hay que saber. España: Level.
5. Eduardo Tolosana Esteban. (2009). Manual técnico para el aprovechamiento y elaboración de biomasa forestal. México: Mundi-Prensa.
6. Fernando Sebastián Nogués. (2010). Energía de la Biomasa. España: Universidad de Zaragoza.
7. Rosario Delgado Tardaguila. (2008). La biomasa como recurso energético. España: Universidad de Salamanca.
8. Jaime Martí Herrero. (2008). Biodigestores familiares: Guía de diseño y manual de instalación. Bolivia: Cooperación Bolivia.
9. Fabián Perdomo Delgado. (2004). Granja integral autosuficiente. Colombia: San pablo.
10. Gustavo A. Enríquez. (1987). Manual de Cacao Para Agricultores. Costa Rica: Universidad Estatal a Distancia.

Bibliografías
GRACIAS POR SU ATENCIÓN.
1.6 Cronograma.
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