DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS TECNOLÓGICOS, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE

UN PROTOTIPO DE SECADOR QUE EMPLEA BIOGÁS PARA EL SECADO DE

HORTALIZAS Y FRUTAS EN EL DISTRITO DE MAJES, PROV. CAYLLOMA –AREQUIPA

Gustavo Pacheco Pacheco,gustavopach@homail.com

Max Delgado Montesinos

Vicerectorado de Investigacion - Universidad Católica de Santa María Universidad Católica de

Santa María

RESUMEN

Biogás producido en la Ciudad de Majes, Arequipa, Perú, zona de alta actividad Pecuaria, se empleó

como combustible en un Secador diseñado específicamente para el uso del mismo. El Secador es

utilizado para el secado de Frutas y Hortalizas, el funcionamiento implica el uso de aire caliente con

flujo forzado para absorber la humedad del producto dispuesta en un mallas de acero inoxidable con un

área de 9.6 m2 y distribuidas de manera vertical. Para lograr el aire caliente de secado, se diseño un

área de intercambio de calor con los gases de combustión del biogás de 2.275 m2, alcanzado una

temperatura de 45-50°C.

Los resultados de la evaluación en cuanto a determinar el decremento de humedad libre y velocidad de

secado fueron de Orégano 0.521 Kg agua/hora m2 en el periodo de velocidad constante con un tiempo

de 4.5 horas y para el plátano 0.466 Kg agua/hora m2 en el periodo de velocidad constante con un

tiempo de 5 horas

Los tiempos en que se logró el secado son similares a los equipos similares que utilizan gas licuado de

petróleo, por lo que su empleo se encuentra factible para las zonas como Majes que es una zona

pecuaria.

Palabras clave Fuerza verde

INTRODUCCIÓN

UBICACIÓN DEL PROYECTO:

Región: Arequipa, Departamento: Arequipa, Provincia: Caylloma, Distrito: Majes

Población Censada – 2007: 39`445 Habitantes, Superficie (Km2): 1,625.8 km2

Densidad población. (Hab. /Km2): 9.6, Región Geográfica: Costa, Altura: 1482 m.s.n.m

El distrito de Majes se localiza ocupando las pampas Alta y Baja de Majes, accesible

entre los Km. 862 y 913 de la carretera Panamericana Sur, a una distancia de 100 Km.

de la ciudad de Arequipa.

CONDICIONES CLIMÁTICAS

Es desértico. Las lluvias son escasas y no significativas con un promedio mensual acumulado de 0.6 mm.

La temperatura máxima es de 30 ºC y la mínima 7 ºC, siendo la media anual de 19 ºC, con medias

mensuales muy uniformes. La humedad relativa tiene un promedio anual es de 52 %, en ciertos meses del

año,por neblinas se valores en verano (87%) y en invierno (26%). La velocidad del viento es en promedio

4 m/s, lo que puede ser reducida en un 20 a 25 % por efecto del microclima de las plantas. -La presión

media de 855,7 mm Hg en Majes, dato de SENAMHI, Oficina General de Estadística e Informática. Abril

del 2,009

ACTIVIDAD PECUARIA

La actividad pecuaria es una de las actividades económica - productivas más significativas para el distrito

de Majes.

La población pecuaria en el Distrito de Majes está compuesta por ganado vacuno, ovino, porcino, caprino

y aves, de las cuales la principal producción es la de ganado vacuno con 9997 unidades (saca), siendo la

producción lechera la que más se aprovecha de esta especie con un total de 70 472.6 TN. Registradas en

el año 2007, las aves ocupan el segundo lugar con una producción de 7 367 unidades (saca), de los cuales

se aprovecha su carne. Ver Cuadro N° 01- Anexos

En promedio la cantidad de producción de heces húmedas por vacas de 30 litros de producción de leche

/día es de 70 Kg de heces húmedas /día de acuerdo al artículo “Estrategias de alimentación para disminuir

la producción de estiércol de vacas lecheras” cuyo autor es William P. Weiss y Normand St-Pierre

Department of Animal Sciences,Ohio Agricultural Research and Development Center,The Ohio State

University.

Existe otros estudios que refieren un aproximado de 40 Kg de heces húmedas /400 Kg de peso vivo del

animal, considerando este último dato podríamos mencionar que según la población de 9997 de unidades

(saca) para el año 2007, se deduce, disponer de 399.88 ton/día, en Majes lo que explica el creciente

empleo de biorreactores de Biol, que también producen Biogás.

Asimismo la zona es Agroindustrial, lo que implica que existe potencial aplicación para el secado de

frutas y hortalizas del equipo propuesto, pues actualmente el secado es al sol y al aire libre lo que arroja

un producto de pobre calidad en cuanto a contaminación microbiana y no uniforme en cuanto a

características como el color,es decir perdidas de carotenos y similares, además existe riesgos físicos del

producto es decir material extraño y también exposición a vectores como aves y roedores e insectos.

Por lo tanto es probable que se pueda usar el biogás como medio calefactor en un secador para Frutas y

Hortalizas diseñando un área de calefacción idónea donde exista una idónea transmisión de calor y lograr

un secado que emplee aire caliente, y que para el logro de ello podamos usar gases de combustión de

Biogas.

Respecto al combustible empleado en nuestro trabajo podemos mencionar que el biogás es una mezcla de

gases resultantes de la descomposición de la materia orgánica realizada por acción bacteriana en

condiciones anaerobias. La composición de biogás depende del tipo de desecho utilizado y las

condiciones en que se procesa. Los principales componentes del biogás son el metano (CH4) y el dióxido

de carbono (CO2).

Aunque la composición del biogás varia de acuerdo a la biomasa utilizada, su composición en promedio

es: (Werner 1989):

Metano, (CH4 )54 - 70% volumen

Bióxido de carbono, (CO2 ) 27 – 45%

Hidrógeno, (H2) 1 - 10%

Nitrógeno, (N2) 0.5 – 3%

Acido Sulfhídrico, (H2S) 0.1%

El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere las características combustibles al

mismo.

El Objetivo general es el uso del biogás como fuente energética para producir secado de frutas y

hortalizas producidos en majes que cumplan los requisitos de calidad y minimizar el impacto ambiental

por las heces de vacunos y otros en el distrito de Majes.

MATERIAL Y MÉTODOS

El combustible Biogas usado fue producido en las instalaciones del fundo ubicado en Asentamiento B-4

Parcela 58,Distrito Majes y cuyas características de la instalación son:

Tabla N° 1 Caracteristicas de las Instalaciones de Producción de Biogas

N° de

Bioreactores

Volumen

y Forma

Volumen de

Biogas

Teorico/dia

Volumen de

Biogas

Práctico/día

Otras características

04 10m3,

Tubular 1,5m3/

día 1,0 m3/día Longitud 7.9 m de

longitud y diámetro 1.27

m volumen de liquido, 8.5

m3

Fuente: Fabricantes Cidelsa,2014

Fuente: Fabricantes Cidelsa,2014

Asimismo las características químicas del biogás usado se expresan en la Tabla Nº 2

Tabla Nº 2 –Analisis quimico del gas usado –Majes 2013

Punto de Muestra %CH4 %CO2 %O2 %H2S

Biogas Salida de biodigestor 49,3 31 5 0,13

Biogas luego de filtros para eliminación

acido sulfihidrico

32,7 20 11,2 880 ppm

Fuente: Laboratorio de Ensayo y Control de Calidad –Universidad católica de Santa Maria, 14 de

Noviembre 2013-El análisis se efectúo con sensor infrarojo y electroquímico –Analizador de gases

Multitech 450 Sewerin

Para minimizar la cantidad de Ácido sulfihidrico se uso viruta de Hierro en un tubo de diámetro 2

pulgadas(5,08 cm) y 100 cm de largo.

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DEL EQUIPO

Los criterios mínimos a cumplir para el diseño del equipo y que logro obtener en nuestro secador fue:

Temperatura: menor a 70 °C (de acuerdo a las temperaturas máximas usadas en el secado de

alimentos).

Velocidad de aire: de 1 a 4,1 m/s (promediando las velocidades de aire usadas por secadores

comerciales empleados industrialmente).

Tipos de flujo: radial y transversal.

Tipo de Secador elegido para nuestro proyecto,para frutas y hortalizas es, un secador de bandejas, de

cabina y por lotes que consiste en una cabina aislada provista interiormente de un ventilador para

forzar el aire frio del ambiente y que atraviesa un intercambiador de calor; el aire caliente saliente es

direccionado con deflectores ó láminas ajustables, horizontalmente entre bandejas cargadas de

alimento ó producto a secar

Fig. Nº 1 Vista General del secador

Fig Nº 2- Detalle de la Cámara de secado-ubicación de las Bandejas

Fig Nº 3.- Detalle de los tubos Intercambiadores de calor-Gases de la combustión de biogás y aire

frio del ambiente

Fig Nº 4 Dimensiones de las bandejas de Acero inoxidable donde se dispone el producto a secar

Fig Nº 5 Producto y Bandejas en la cámara de secado

Material:

Acero inoxidable

Detalle de luz

0.003 m

0.003 m

0.08 m

0.8 m

0.60 m

Fig Nº 6 Ubicación del ventilador para forzar el flujo de aire frio al equipo

OTRAS CARACTERÍSTICAS DEL SECADOR

Secador de Flujo forzado,ventilador con motor ¼ HP,220 Voltios

Material de Fabricación: Cabina Interna donde se ubican las mallas de secado: Acero Inoxidable, Parte

externa planchas de acero fundido,Aislante Lana de vidrio espesor 10 cm.

Sistema de intercambio de calor: Indirecto con tubos de fierro fundido de 1.5” y 2” distribuidos de la

manera siguiente así:

Tabla Nº 3 Intercambiadores de calor de tubos que integran la zona de Intercambio de calor del

aire frio y los gases de combustión del biogás

Tubos Intercambiadores de calor

Que integran la intercambio de calor del

equipo

Diametro del tubo

(Pulgadas)

Area de

calefacción(m2)

01 1.5 0,62

02 1.5 0,307

03 1.5 0,439

04 1.5 0,213

05 1.5 0,4092

06 2.0 0,2873

Total 2,2755

Fuente : Elaboración propia-2014

Temperatura de Entrada de aire a la camara de secado donde se ubica el producto 50°C

Quemadores distribuidos en 03 puntos de la zona de calefacción con sus salidas de gases de combustión

correspondiente.

Gasto de combustible: 2.4 m3/hora

Salida de Aire húmedo de salida con recirculación parcial opcional al 30% regulable con válvula

Desviadores de flujo regulables de ingreso del aire caliente: 04

Área de secado disponible en el equipo: 02 Pilas de Bandejas distribuidas cada 08 cm entre bandeja y bandeja en número de 10 unidades por pila

de bandejas con un área por bandeja de 0.8 x0.6 m es decir 0,48 m2 considerando 20 bandejas en total son

9,6 m2 de superficie en bandejas. El Material de las bandejas es de malla de acero inoxidable luz de 3 mm

con marcos de acero inoxidable.

Control de Temperatura con dos termómetros de 0 a 100°C distribuidos al ingreso de aire a la cámara y

a la salida de los gases de calefacción

Combustible empleado: Biogás

PROCEDIMIENTO

Para evaluar la operatividad del equipo se procedio a analizar los parámetros de

a.-El decremento de la humedad libre en el tiempo y

b.-La velocidad de secado

El Procedimiento de operatividad para el secado del producto en el del equipo fue:

1. Encendido y regulación de los quemadores

2. Pesado y disposición del producto en las bandejas de secado y en la camara de secado con las puertas

cerradas

3. Calentamiento 0.5 horas hasta alcanzar los 50°C con la carga del material a secar en bandejas

4. Inicio de encendido de ventilador para el tiro forzado

5. Regular la válvula de recirculación salida del aire caliente a desicion del operador, si es que se

recircula aire humedo

6. Evaluar los pesos de las bandejas en intervalos de 30 minutos, las bandejas evaluadas fueron

previamente taradas.

7. Los pesos se registran hasta que no exista variación y luego se procede a los cálculos de decremento

de la humedad libre en el tiempo y velocidad de secado

8. Al término de haber alcanzado la Humedad del producto deseada, siga haciendo

circular aire con los quemadores apagados aproximadamente 15 minutos

RESULTADOS

SECADO DE OREGANO

Decremento en el tiempo del contenido de agua en el producto

Para determinar experimentalmente la velocidad de secado se procedió al secado de orégano Humedad

inicial del Orégano, 55.6%.

Se colocó 1,15 Kg /bandeja y se evaluó el peso cada 30 minutos hasta obtener peso constante, el ratio de

peso por área expuesta es 2,4 Kg/m2, la altura del lecho fue de 3 cm aproximadamente

Tabla Nº 4 -Decremento en el tiempo del contenido de agua en el producto

Peso (W),Kg Tiempo Decremento de

peso(Kg) masaH2O/ss

Minutos Xt=(W-Ws)/Ws

1.15 0 0 1.252

1.025 30 0.125 1.007

0.902 60 0.123 0.767

0.812 90 0.09 0.590

0.743 120 0.069 0.455

0.685 150 0.058 0.342

0.638 180 0.047 0.250

0.608 210 0.03 0.191

0.588 240 0.02 0.152

0.578 270 0.01 0.132

0.578 300 0 0.132

Fuente: Elaboración Propia –Majes 2014, ss=solido seco

Obtención de curva de velocidad de secado

Se procede al cálculo del contenido de masa total del agua por masa total del solido Xt

Xt= W-Ws = Masa Total de agua

Ws Masa total del solido seco

Donde,

W= Peso del solido húmedo (masa total del agua + solido seco) a diferentes tiempos de (t) horas de

secado

Ws= Peso del solido seco (cuando el peso de la muestra se mantiene constante, es decir ya no Pierde

humedad

Habiendo establecido las condiciones de velocidad constante, se determinó el contenido de humedad de

equilibrio, X*

X*= Masa de Humedad de equilibrio

Masa de solido seco

Con esto se procede a calcular el valor del contenido de humedad libre X en masa de agua libre/masa de

solido seco para cada valor o dato obtenido

X= Xt- X*

Usando los datos calculados con la ecuación anterior se traza una gráfica del contenido de humedad libre

en función del tiempo t en horas.

Los datos previos obtenidos en laboratorio de humedad de equilibrio para el orégano 10.26%

X*= 1.15 Kg x 0.1026= 0.118 Kg

La humedad del Orégano también fue obtenido en laboratorio y fue 55.6%

Presencia de agua: Considerando un peso en bandeja de 1. 15 Kg de Orégano, tenemos

1.15 Kj x 0.556 = 0.6394 Kg de agua

La materia seca es:

1.15 Kg-0,6394 Kg = 0.5106 Kg, que se denomina Ws

Tabla N° 5 Datos obtenidos de secado y Humedad Libre

Peso Tiempo

H2O gr. Humedad Humedad Libre

Minutos Xr=(W-Ws)/Ws X=Xr-X*; X*=0.118

1.15 0 0 1.252 1.134

1.025 30 0.125 1.007 0.889

0.902 60 0.123 0.767 0.649

0.812 90 0.09 0.590 0.472

0.743 120 0.069 0.455 0.337

0.685 150 0.058 0.342 0.224

0.638 180 0.047 0.250 0.132

0.608 210 0.03 0.191 0.073

0.588 240 0.02 0.152 0.034

0.578 270 0.01 0.152 0.034

0.578 300 0 0.132 0.014

Fuente: Elaboración Propia –Majes 2014

Figura N° 7 –Grafica de la Humedad libre en relación al tiempo obtenida en el secado de Orégano

El paso siguiente es efectuar los cálculos para obtener una curva de velocidad se secado se miden las

pendientes de las tangentes de la curva lo que proporciona los valores dx/dt para ciertos valores de

tiempo(t).Se calcula entonces, la velocidad R para cada punto con la expresión:

R= - Ls dx

A dt

Donde

R= Velocidad de secado, masa de agua/tiempo x área

Ls= Masa del solido seco, 0,5106

A= Área superficial expuesta al secado, 0,48 m2

Tabla N° 6 Data para el caculo de Velocidad de Secado

Tiempo Humedad Libre Diferencial Diferencial Vel.Secado (R)

horas

X=Xr-X*;

X*=0.1313 húmedo libre dx tiempo dt Kg agua/Hora.m2

5 0.014 0

4.5 0.034 0 0.5 0.000

4 0.034 -0.039 0.5 0.083

3.5 0.073 -0.059 0.5 0.126

3 0.132 -0.092 0.5 0.196

2.5 0.224 -0.113 0.5 0.240

2 0.337 -0.135 0.5 0.287

1.5 0.472 -0.177 0.5 0.377

1 0.649 -0.24 0.5 0.511

0.5 0.889 -0.245 0.5 0.521

0

Fuente: Elaboración Propia.Majes 2014

Figura N° 8 Grafica de la velocidad de secado(R) en función de la Humedad libre

1.134 0.889

0.649 0.472 0.337 0.224 0.132 0.073 0.034 0.034 0.014

0.000

0.500

1.000

1.500

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300Hu

med

ad li

bre

Tiempo

Decremento de Humedad Libre versus tiempo

Fuente: Elaboración Propia. Majes 2014

El contenido de humedad libre que corresponde al valor 0.889, hasta el punto 0.649, a temperatura de la

superficie alcanza digamos valores parecidos o constantes, es decir hasta aquí es el periodo de velocidad

constante de secado, de allí la velocidad de secado empieza a disminuir es decir estaría en el periodo de

velocidad decreciente hasta llegar al punto 0.034 de Humedad Libre.

De donde deducimos que el tiempo de secado es 4.5 horas. para el Orégano, de acuerdo a la data obtenida

en la tabla N° 6

Secado de Plátano

La variedad que se eligio para esta operación fue el de Isla tratado con una solución de bisulfito de sodio

al 0.2% por 30 segundos.

La humedad es 72.5%,determinado experimentalmente en laboratorio.se procedio a colocar 0.895 Kg

/bandeja en rodajas de 0.3 -0.5 cm y se evaluo el peso cada 30 minutos hasta que se obtenga peso

constante, el ratio de peso por área expuesta 0.895Kg/0.48m2,es decir 1,9 Kg/m

2.

Tabla Nº 7 -Decremento en el tiempo del contenido de agua en el producto

Peso Solido

Humedo(W), Kg

Tiempo Decremento de

Peso(Kgr)

masaH2O/ss

Minutos Xr=(W-Ws)/Ws

0.895 0 0 2.623

0.783 30 0.112 2.170

0.676 60 0.107 1.737

0.591 90 0.085 1.393

0.522 120 0.069 1.113

0.472 150 0.05 0.911

0.43 180 0.042 0.741

0.397 210 0.033 0.607

0.382 240 0.015 0.547

0.378 270 0.004 0.530

0.378 300 0 0.530

Fuente: Elaboración Propia –Majes 2014 ss=Solido seco

Obtención de curva de velocidad de secado

Se procede al cáculo del contenido de masa total del agua por masa total del solido

Xt= W-Ws = Masa Total de agua

Ws Masa total del solido seco

0 0.000 0.083 0.126

0.196 0.240 0.287 0.377

0.511 0.521

0

0.2

0.4

0.6

0.014 0.034 0.034 0.073 0.132 0.224 0.337 0.472 0.649 0.889

Vel

oci

dad

de

seca

do

Humedad Libre

Velocidad de secado (R)en funcion de la Humedad Libre

Donde,

W= Peso del solido húmedo (masa total del agua + solido seco) a diferentes tiempos de (t) horas de

secado

Ws= Peso del solido seco (cuando el peso de la muestra se mantiene constante,es decir ya no Pierde

humedad

Habiendo establecido las condiciones de velocidad constante,se determino el contenido de humedad de

equilibrio,X * cuyo valor es 15%

X*= Masa de Humedad de equilibrio

Masa de solido seco

Con esto se procede a calcular el valor del contenido de humedad libre X en masa de agua libre/masa de

solido seco para cada valor de -Xt

X= Xt- X*

Usando los datos calculados con la ecuación anterior se traza una grafica del contenido de humedad libre

en función del tiempo t en horas.

Humedad de equilibrio:/18% para el platano)

x*=

0.895 x 0.18 = 0.161

El producto tiene 72.5% de humedad, eso es:

0.895 x 0.725= 0.648 Kg,de agua por tanto,

la cantidad de solido seco (Ws)es 0.895-0.648 =0,247 Kgr

Luego de ello se procede al cálculo de la humedad libre (X)

Tabla N° 8 Datos obtenidos de secado y Humedad Libre

Peso Tiempo

H2O gr. Masa de Agua /Masa ss Humedad Libre

Minutos Xr=(W-Ws)/Ws X=Xr-X*; X*=0.161

0.895 0 0 2.623 2.462

0.783 30 0.112 2.17 2.009

0.676 60 0.107 1.737 1.576

0.591 90 0.085 1.393 1.232

0.522 120 0.069 1.113 0.952

0.472 150 0.05 0.911 0.75

0.43 180 0.042 0.741 0.58

0.397 210 0.033 0.607 0.446

0.382 240 0.015 0.547 0.386

0.378 270 0.004 0.53 0.369

0.378 300 0 0.53 0.369

Fuente: Elaboración Propia –Majes 2014,ss=solido seco)

Figura N° 9 –Grafica de la Humedad libre en relación al tiempo obtenida en el secado de Platano

2.462 2.009 1.576 1.232 0.952 0.75 0.58 0.446 0.386 0.369 0.369

0

5

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Hu

med

ad li

bre

Tiempo

Humedad Libre

Fuente: Elaboración Propia, Majes 2014

Para obtener una curva de velocidad se secado se miden las pendientes de las tangentes de la curva lo que

proporciona los valores e dx/dt para ciertos valores de t .Se calcula entonces,la velocidad R para cada

punto con la expresión:

R= - Ls dx

A dt

Donde

R= Velocidad de secado,masa de agua/tiempo x area

Ls= Masa del solido seco, 0,246

A= Area superficial expuesta al secado,0,48 m2

Tabla N° 9 Data para el caculo de Velocidad de Secado

Tiempo Humedad Libre Diferencial Diferencial Velocidad de

Horas X=Xr-X*; X*=0.161 húmedo libre dx tiempo dt

Secado

Kg agua/hr. m2

5 0.369 0 0

4.5 0.369 -0.017 0.5 0.017

4 0.386 -0.06 0.5 0.062

3.5 0.446 -0.134 0.5 0.138

3 0.58 -0.17 0.5 0.175

2.5 0.75 -0.202 0.5 0.208

2 0.952 -0.28 0.5 0.288

1.5 1.232 -0.344 0.5 0.354

1 1.576 -0.433 0.5 0.446

0.5 2.009 -0.453 0.5 0.466

0 2.462

Fuente: Elaboración Propia.Majes 2014

Figura N° 10 Grafica de la velocidad de secado(R) en función de la Humedad libre

Fuente: Elaboración Propia.Majes 2014

El contenido de humedad libre que corresponde al valor 2.009,hasta el punto 1.576,la temperatura de la

superficie alcanza digamos valores parecidos o constantes, es decir hasta aquí es el periodo de velocidad

constante de secado, de allí la velocidad de secado empieza a disminuir es decir estaría en el periodo de

velocidad decreciente hasta llegar al punto 0.369 Humedad Libre.

El tiempo de secado logrado fue de 5 horas.

Analisis del Impacto económico

0 0.017 0.062

0.138 0.175 0.208 0.288

0.354 0.446 0.466

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.369 0.369 0.386 0.446 0.58 0.75 0.952 1.232 1.576 2.009 2.462

Vel

oci

dad

de

seca

do

Humedad Libre

Velocidad de secado

Los Biodigestores con los que se trabajó son tubulares y de 10 m3 de capacidad cuya producción real en

Biogás es de 1 metro cubico (m3)/día.

Para la evaluación económica se tomó como referencia el comparar el Biogás con el Gas Licuado de

Petróleo (GLP) que una mezcla de propano y butano, que sería el combustible que se podría usar en lugar

del biogás, por ello se asume el precio de 38.00 soles por 10 Kg de GLP, y en base a ello se menciona el

ahorro generado al uso del biogás en lugar de GLP

Así mismo en la producción de Biogás el biodigestor produce Biol(Biofertlizante), cuyo precio es de

12.50 soles /100 litros, lo que incrementa el ingreso y el beneficio que se tiene al desarrollar la

biodigestión de la heces del ganado.

El Biol es un biofertilizante producido en la fermentación anaerobia de las heces de animales, en este caso

de vacunos, rico en potasio, fosforo, nitrógeno capaz de reemplazar a los fertilizantes químicos, que son

más caros y dañan al medio ambiente.

En la tabla siguiente también se hace un indicador del periodo de recuperación de la inversión por la

compra de Biodigestores.

Tabla N° 10 Indicadores técnico económicos del empleo de biogás

Concepto Valores

Poder Calorífico del Biogás 5258 Kcal /m3

Poder calorífico del Gas Licuado de

Petróleo(GLP)

26695 Kcal/m3

Peso del contenido / Balón de GLP 10 Kg

Peso del Gas especifico 0.447 m3/Kg

Poder calorífico del balón de GLP

119326.65 Kcal

Precio del Balón de gas al 11.06.2014

38.00 soles

Precio de la Kcal en soles 3140.2 Kcal/soles

Ahorro al quemar 1 m3 de biogás en lugar del

GLP

1.48 soles /5258 Kcal

Gasto de Biogás por hora en el secador

2.4 m3/hora

Ratio de Equivalencia de Biogás/GLP respecto

del poder calorífico

0.197

Ahorro en soles por hora al quemar biogás en

lugar de GLP

1.48solesx 2.4 m3= 3.552 soles

Ahorro en 5 horas de secado 17.76 soles

Biol producido/1 m3 de Biogás 100 litros

Precio de Mercado de Biol 12.50soles/100 litros

I ingresos por Biogás y Biol al producir 1 m3 de

Biogás

12.50 +1.48 =13.98 soles

Inversión por Bioreactores cuya característica es

10 m3 de volumen total y producción de 1 m3 de

Biogás /día

5500.0 soles /unidad ,de la empresa CIDELSA,

en Perú

Periodo de recuperación de capital en años solo

con venta de Biol(abono producido en el

Biodigestor) y el empleo de biogás en el secador

1.09 años

Fuente: Elaboración propia-2014

Analisis del Impacto Ambiental

Cuando los residuos orgánicos se someten a una degradación aeróbica, se generan compuestos de bajo

poder energético como CO2 y H2O. Gran parte de la energía se pierde y se libera a la atmósfera. Se

estima que la pérdida de energía de un proceso aeróbico es aproximadamente veinte veces superior al de

un proceso anaeróbico.

En el caso de la degradación anaeróbica, se generan productos del metabolismo con alto poder energético

(por ejemplo, alcoholes, ácidos orgánicos y metano), los cuales sirven como nutrientes de otros

organismos (alcoholes, ácidos orgánicos), o bien son utilizados con fines energéticos por la sociedad

(biogás),que es el caso nuestro

Potencial de Calentamiento Global (PCG).

El Potencial de Calentamiento Global (PCG) es utilizado para medir la capacidad que tienen

diferentes gases de efecto invernadero en la retención del calor en la atmósfera. El dióxido de

carbono (CO2) es la base para todos los cálculos y su potencial de calentamiento global es medido en 1.

Cuanto más alto sea el PCG que produce un gas, mayor será su capacidad de retención del calor en

la atmósfera. Entonces podemos afirmar que cuantos más altos sean los índices de PCG en la

atmósfera más rápido se producirá el cambio climático.

La siguiente tabla N° 11 indica la capacidad de retención del calor de los gases de efecto invernadero en

comparación con el dióxido de carbono (CO2) en un período de 20 y 100 años.

Tabla N° 11 Potencial de Calentamiento Global de Gases de Efecto Invernadero

Potencial de Calentamiento Global de Gases de Efecto Invernadero

(Comparado al CO2)

Gas de Efecto Invernadero PCG Después de 20 Años PCG Después de 100 años

Dióxido de Carbono 1 1

Metano 62 23

Óxido de Nitrógeno 275 296

HFC-23 9400 12000

HFC-125 5900 3400

HFC-134ª 3300 1300

HFC-143ª 5500 4300

CF4 3900 5700

C2F6 8000 11900

SF6 15100 22200

Fuente: Climate Change 2007: the Fourth Assessment Report (AR4), Intergovernmental Panel on Climate

Change.

Nuestro proceso involucre tener un aproximado de 50% de metano en nuestro biogás

Del cual se produce para el proceso de secado 2.4 m3 /hora por un aproximado de 5 horas se ha logrado

evitar el 12.0 m3 de metano, es decir el impacto positivo es el usar el metano para el secado y no

liberarlo al medio ambiente.

El impacto negativo es que al combustionar el metano también liberamos dióxido de carbono CO2

En base a la ecuación o reacción química siguiente:

metano + oxígeno = dióxido de carbono + agua

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O (1)

es decir por cada mol de metano se forma 1 mol de CO2, de manera que el impacto ambiental neto

tomando en consideración solo el metano por ser el gas que está presente en mayor proporción, se

representa en la tabla N° 12

Utilizando la ecuación general de los gases:

P x V = N x R x T (2)

Dónde: P=Presión, V= Volumen, N= Número de moles, R= constante Universal de los gases ideales,

T=Temperatura en ° Kelvin.

P= 855.7 presión en majes

V= 1 m3 de biogás donde el 50% es metano es 500 litros

R= 62. 4 mmHg x litros/mol kelvin

T= 25 °C, temperatura promedio en Majes.

N= Número de moles

Reemplazando y despejando moles en la ecuación (2):

N= 23 moles

Al combustionar también se genera 23 moles de CO2, pero de acuerdo a la tabla N° 11, el impacto es

mucho menor

Asimismo la producción de biogás involucra un 40% de CO2 que aplicando la ecuación anterior (2)

tenemos

N=18.4 moles

Tabla N° 12 Potencial de calentamiento global ,PCG, por el Impacto en las operaciones de

combustión de metano en la operación de secado

Gas de Efecto Invernadero PCG Después de 20 Años PCG Después de 100 años

Metano sin combustionar 62 x 23 = 1426 23 x 23 = 529

Metano al combustionar y

producir CO2, ecuación (1)

1 x 23 =23

1 x 23 = 23

CO2 presente en el biogás 40%

en promedio

1 x 18.4 =18.4

1 x 18.4 =18.4

Subtotal al aplicar el biogás 23 + 18.4 = 41.4 23 + 18.4 = 41.4

Diferencia de no aplicar en

secado y aplicar en secado el

biogás

1426-41.4 = 1384.6

1426-41.4 = 487.6

Fuente : Elaboración propia -2014

De acuerdo al cuadro anterior el impacto de la aplicación en el secado tiene un Potencial de

Contaminación Global (PCG) expresado en moles de 41.4 mucho menor que un PCG de 1426 en 20 años

y expresado en 100 años también es menor pues tiene un PCG con 529 y un PCG de 41.4 si lo usamos en

el secador , de donde apreciamos el beneficio de atenuar el impacto de PCG cuando lo aplicamos en el

secado .

Existe entonces una reducción del PCG para después de 20 años de 1384.6 y para 100 años un PCG de

487.6, si es que se aplica el secado

Gases de efecto Invernadero (GEI) por año con y sin proyecto

Aplicamos la ecuación siguiente para el metano

RE= ELB-EP (3)

Donde:

RE= Reducción de emisiones de Gases de Efecto invernadero GEI, Toneladas/año

ELB=Emisiones Línea Base de GEI ton/año

EP=Emisiones con proyecto ton/año

Tabla N°13 Reducción de Emisiones de Metano, ton/año

GAS moles/m3 de

Biogas(a)

Peso

Molecular(b)

Metros cúbicos

de Biogas

/dia(c)

TONELADAS/AÑO

a x b x c x 360 dias/año

Metano(ELB) 23 16 gr/mol 12 1.59

Metano(EP) 0 0

Metano (RE) 23 1.59

Fuente : Elaboración propia -2014

Tabla N°14 Reducción de Emisiones de Dioxido de carbono,ton/año

GAS moles/m3 de

Biogas(a)

Peso

Molecular(b)

Metros cúbicos

de

Biogas/dia(c)

TONELADAS/AÑO

a x b x c x 360 dias/año

CO2(ELB) 23 44 gr/mol 12 4.37

CO2 (EP) 18.4 44 12 3.49

CO2 (RE)** 41.4 7.86

Fuente : Elaboración propia -2014 ** En este caso no hay reducción sino mas bien se incrementa por la

combustión del metano y el CO2 que se tiene en la producción de Biogas

CONCLUSIONES

1. Se logró la construcción y el diseño de un secador de flujo forzado cuyas características principales

son:

Material de Construcción: Revestimiento interno de Acero Inoxidable, de aproximadamente 3.80 m

de largo, 1.72 m de altura y 0,88 m de ancho. Mallas de acero inoxidable de 9.6 m2, de área de

secado, dispone asimismo de ducto de recirculación para optimizar el secado con válvula para su

regulación de acceso opcional.

2. El sistema de intercambio de calor que logra elevar la temperatura del are frio tiene

aproximadamente 2,28 m2 distribuidos en 06 intercambiadores de tubo de 1.5 “ y 2”, lo que logra

elevar la temperatura del aire de secado a 50°C.

3. El combustible que se emplea es Biogas.lo que también lo hace diferente a sus similares con un gasto

de 2.4 m3 /hora, la distribución de quemadores en la zona de calefacción es en 03 puntos, lo que hace

que el aire que logre ingresar al equipo tenga una temperatura ideal para el proceso de secado.

4. Se logró secar Orégano tomando un tiempo de 4.5 horas y 2.5 Kg de Orégano/m2, asimismo plátano

que logro 5 horas aproximadamente, los tiempos alcanzados son muy similares a los de gas y

eléctricos, con la diferencia de que en este equipo si se respeta el medio ambiente.

5. El desarrollo del proyecto fue ubicado en la Irrigación del Pedregal, donde existe disponibilidad de

Materia prima para operar con Biogás o equipos industriales que usen energía térmica.

6. El impacto económico tiene los ratios siguientes

Ahorro en soles por hora al quemar biogás en

lugar de GLP

1.48solesx 2.4 m3= 3.552 soles

Ahorro en 5 horas de secado 17.76 soles

Biol producido/1 m3 de Biogás 100 litros

Precio de Mercado de Biol 12.50soles/100 litros

I ingresos por Biogás y Biol al producir 1 m3

de Biogás

12.50 +1.48 =13.98 soles

Inversión por Bioreactores cuya característica

es 10 m3 de volumen total y producción de 1

m3 de Biogás /día

5500.0 soles /unidad ,de la empresa CIDELSA,

en Perú

Periodo de recuperación de capital en años solo

con venta de Biol(abono producido en el

Biodigestor) y el empleo de biogás en el

secador

1.09 años

7. El impacto ambiental considerando el potencial de calentamiento global de los gases invernadero

(PCG), emitidos evaluados a 20 años y 100 años tenemos que al aplicar el biogás en secado

expresado en moles de CO2 es 41.4 moles de CO2 /metro cubico de biogás a 20 y 100 años , y el

impacto en términos de PCG si es que no se efectúa el proyecto es 1326 moles de CO2 /m3 de biogás

en 20 años y 529 moles de CO2/ m3 de biogás en 100 años

8. El Impacto ambiental consideración la emisión de gases de efecto invernadero ,si es que no se efectúa

el proyecto de 1.59 toneladas de metano /año y si se efectúa es de cero toneladas de metano /año

Respecto al dióxido de carbono es de 7.86 toneladas de CO2/año ,si es que se efectúa el proyecto y

de 3.49 toneladas de CO2/año si es que no se efectúa esto se explica por la combustión del metano en

el secador ,sin embargo se sabe que el metano es varias más incidente e las causas del calentamiento

global .

9. minimiza con los proyectos al monitorear el metano producido por degradación de las heces y que es

una opción en lugar de dejar libremente al metano que contamina el ambiente en la región por la alta

actividad pecuaria.

BIBLIOGRAFÍA

1. J. Ocon Garcia y G. Tojo Barreiro(1974) ,Problemas de Ingeniería Química –

Operaciones Básicas –Tomo II...Capitulo Secado Editorial Aguilar, Mexico 2.- Robert Perry y Cecil Chitón(1986),Biblioteca del Ingeniero Químico-Volumen V, Editorial Mc Graw Hill, México... 3.- Martí, J. (2008) Biodigestores Familiares. Guía de diseño y manual de instalación. Cooperación Técnica Alemana - GTZ. Bolivia. ISBN: 978-99954-0-339-3. Disponible en: http://www.upc.edu/grecdh/cas/energia/publicacions.htm 4.- Ferrer, I., Gamiz, M., Almeida, M., Ruiz, A. (2009) Pilot project of biogas production from pig manure and urine mixture at ambient temperature in Ventanilla (Lima, Perú). Waste Management 29(1), 168-173 5.- Paz, A. y Cristóbal, S. (2008) Estudio de biogás en Biodigestores tubulares unifamiliares de bajo costo en el Departamento de Cajamarca. Anexos

Cuadro N° 01 Producción Pecuaria-Majes 2007

Especies Variables Unid. de Medida Ejecución Año 2007

Aves / Carnes Producción Unidades (Saca) 7367

Carne (t) 15.8

Vacuno

Producción Unidades (Saca) 9997

Carne (t) 1690.8

Leche (t) 70472.6

Ovino Producción Unidades (Saca) 2345

Carne (t) 44.1

Porcino Producción Unidades (Saca) 1589

Carne (t) 69.9

Caprino Producción Unidades (Saca) 309

Carne (t) 3.7 Fuente: Gobierno Regional de Arequipa, Dirección de Información Egasa - GREA

ABSTRACT

Biogas produced in the city of Majes, Arequipa, Peru, Near Livestock high activity, was used as fuel in a

dryer specifically designed for use. The dryer is used for drying fruits and vegetables, the operation

involves the use forced warm to absorb the moisture of the product arranged on a stainless steel mesh

with an area of 9.6 m2 and vertically distributed air flow. To achieve the warm air drying, an area of heat

exchange with the combustion gases is 2.275 m2 biogas design, reached a temperature of 45-50 ° C.

The evaluation results in determining the decrease of free moisture and drying rate were 0.521 Kg

Oregano water / m2 hour period in constant speed with a time of 4.5 hours and water plantain 0.466 Kg /

hr m2 the period of constant speed with a time of 5 hours

The times when the drying is achieved are similar to similar equipment using liquefied petroleum gas, so

its use is feasible for areas like Majes is a livestock area.

Key Word

Green Force.