Biogas_final4

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO 
LATINO-AMERICANA 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E 
TERRITÓRIO 
ENGENHARIA DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
INFORME DE LABORATORIO: OBTENCIÓN DE BIOGAS 
PRÁTICA LABORATORIAL III 
 
GRUPO 3: 
Camila Bonatto de Melo 
Cristhian Rolando A. Dominguez 
Mayda M. Benitez Medina 
Mayra A. Calderon Carreno 
Shirley C. Chamby Espejo 
Rodrigo A. Flores Escalante 
 
Prof. Dr. Walfrido Alonso Pippo. 
 
FOZ DO IGUAÇU 
2018
I 
 
Camila Bonatto de Melo 
Cristhian Rolando A. Dominguez 
Mayda M. Benitez Medina 
Mayra A. Calderon Carreno 
Shirley C. Chamby Espejo 
Rodrigo A. Flores Escalante 
 
 
 
OBTENCIÓN DE BIOGAS 
PRÁTICA LABORATORIAL III 
 
 
 
 
Laboratorio descriptivo del proceso de 
obtención de biogás presentado a la 
disciplina de biocombustibles como 
requisito parcial de aprobación. 
Prof. Dr. Walfrido Alonso Pippo 
 
 
FOZ DO IGUAÇU 
2018 
II 
 
 RESUMEN 
El presente informe de laboratorio hace referencia a la práctica experimental realizada 
en laboratorio para la obtención de biogás, a partir de la fabricación de un biodigestor 
didáctico y de carácter demostrativo (a pequeña escala). El biogás se caracteriza por ser 
un combustible renovable y ecológico, obtenido a partir del proceso de digestión 
anaeróbica de materia prima por medio de la acción de bacterias específicas. En el caso 
particular analizado, los residuos utilizados corresponden a desechos de bovinos, 
previamente recolectados y almacenados para su colocación en el biodigestor fabricado. 
Etapas y procedimientos adoptados para el correcto diseño y funcionamiento de este 
sistema se presentan, como también el fundamento teórico previo que respecta a esta 
práctica experimental. 
Palabras clave: Biogás, biodigestor, biocombustible, digestión anaeróbica, residuos. 
 
 
 
III 
 
ABSTRACT 
This laboratory report refers to the experimental practice carried out in the laboratory 
for obtaining biogas, based on the production of a didactic biodigester and of 
demonstrative character (on a small scale), to obtain the aforementioned biofuel. Biogas 
is characterized as a renewable and ecological fuel, obtained from the process of 
anaerobic digestion of raw material through the action of specific bacteria. In the 
particular case analyzed, the waste used corresponds to bovine waste, previously 
collected and stored for its placement in the fabricated biodigester. Stages and 
procedures adopted for the correct design and operation of this system are presented, as 
well as the previous theoretical foundation regarding this experimental practice. 
 
Keywords: Biogas, biodigester, biofuel, anaerobic digestion, waste. 
 
 
 
 
 
 
 
 
IV 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1:Etapas de degradación anaeróbica. ................................................................. 9 
Figura 2: Influencia de la temperatura sobre las tasas relativas de crecimiento de 
arqueas metanogénicas. ................................................................................................. 12 
Figura 3: Modelo del biodigestor a pequeña escala ...................................................... 18 
Figura 4:Conexión de tres salidas ................................................................................. 19 
Figura 5: Ingreso de la carga al biodigestor ................................................................. 19 
Figura 6: Dependencia del PH de la actividad metanogénica ...................................... 21 
Figura 7: Quema de biogás ............................................................................................ 23 
Figura 8:Observación de la llama producida ................................................................ 24 
 
 
 
V 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Tabla 1: Ventajas y desventajas de los procesos anaeróbicos ......................................... 9 
Tabla 2: Principales gases que componen el biogás ..................................................... 14 
Tabla 3: Poder calorífico del biogás comparado a otros combustibles ........................ 15 
Tabla 4: Clasificación de régimen de alimentación usado en biodigestores. ................ 15 
Tabla 5: Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica ....................... 20 
Tabla 6: Medición de pH cada semana del mes ............................................................. 21 
Tabla 7: Datos finales del biodigestor.. ......................................................................... 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
INDICE 
RESUMEN ................................................................................................................. II 
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 7 
2. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 8 
3. FUNDAMENTACIÓNTEÓRICA: LA GENERACIÓN DEL BIOGÁS ............................... 8 
3.1 Biodigestion anarobica ...................................................................................................... 8 
Principales etapas de la degradación anaeróbica ................................................................... 10 
a. Hidrólisis.................................................................................................................................... 10 
b. Acidogénesis ............................................................................................................................. 10 
c. Acetogénesis ............................................................................................................................. 10 
d. Metanogénesis ................................................................................................................ 10 
3.2 Factores que afectan la producción de biogás ................................................................ 11 
 Temperatura.................................................................................................................... 11 
 Impermeabilidad al aire: ................................................................................................. 11 
 Composición química del residuo: .................................................................................. 12 
 Potencial de Hidrógeno (pH): .......................................................................................... 12 
 Alcalinidad ....................................................................................................................... 13 
 Acidez: ............................................................................................................................. 13 
 Producción y consumo de ácidos orgánicos: .................................................................. 13 
3.3 Composición y características del Biogás .......................................................................... 13 
3.4 Tecnologías de digestión anaeróbica para producción de biogás. ................................... 15 
4. METODOLOGIA ................................................................................................ 17 
4.1 Materiales ......................................................................................................................... 17 
4.2 Procedimiento ................................................................................................................... 17 
4.3 Diseño de biodigestor a pequeña escala ........................................................................... 18 
4.4 Carga del biodigestorde pequeña escala ......................................................................... 19 
4.5 Temperatura...................................................................................................................... 19 
4.6 Tiempo de retención ......................................................................................................... 20 
4.7 PH optimo .......................................................................................................................... 21 
4.8 Volumen de Biogás producido .......................................................................................... 22 
5. Resultados ....................................................................................................... 23 
6. Conclusiones .................................................................................................... 25 
7. REFERENCIAS ................................................................................................... 27 
ANEXOS ................................................................................................................................... 31 
7 
 
1. INTRODUCCIÓN 
El biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, 
por las reacciones de biodegradación de materia orgánica, mediante la acción de 
microorganismos (bacterias metanogénicas, etc) y otros factores, en ausencia de oxígeno 
(esto es, en un ambiente anaeróbico). El producto resultante es una mezcla constituida por 
metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 40% a un 70% y dióxido de carbono 
(CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno 
(N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno (H2S). 
La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil 
para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de valor además de 
generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. 
El biogás posee un contenido energético elevado, semejante al gas natural, pudiendo 
substituirlo en muchas aplicaciones. La ventaja del biogás en relación al gas natural es el 
hecho de ser renovable y producido en todos los locales donde haya disponibilidad de 
biomasa. La desventaja es que el poder calorífico del biogás es menor que el del gás natural 
y posee en su composición sulfuro de hidrógeno y humedad. 
En vista del aprovechamiento energético del biogás estar apenas en fase de desarrollo 
en muchas regiones del Brasil y la región, se observa algunas dificultades para un mercado 
incipiente. De entre estas, la falta de guías y normas técnicas adaptados a la realidad 
brasilera que indiquen las soluciones tecnológicas más apropiadas para proyectos de manejo 
y recuperación de biogás, incluyendo las particularidades de su producción, de su 
tratamiento y de su utilización. 
A partir de este contexto, el presente trabajo trae la propuesta metodológica empleada 
para el desarrollo de cada una de las etapas de construcción del biodigestor experimental y 
la producción de biogás a través del mismo. Materiales y métodos adoptados son detallados, 
para los cuales una revisión bibliográfica previa fue realizada, definiendo condiciones y 
aspectos aplicados a la práctica experimental en cuestión. 
 
8 
 
2. OBJETIVO GENERAL 
 Analizar la producción de biogás a partir de residuos orgánicos (biomasa), siguiendo 
un proceso experimental anaeróbico, por medio del uso de un biodigestor de 
carácter didáctico. 
 
3. FUNDAMENTACIÓNTEÓRICA: LA GENERACIÓN DEL BIOGÁS 
El Brasil posee una posición bastante favorable para la producción de biogás, pues 
es el mayor país tropical del mundo, recibiendo durante todo el año, intensa radiación solar, 
que es la base de la producción de biomasa. A demás de este factor, el país posee gran 
generación de residuos urbanos y una agroindustria muy representativa, especialmente 
compuesta por las actividades de producción de granos y proteína animal, las cuales 
favorecen enormemente el país a desenvolver tecnologías de energías renovables y limpias, 
aprovechando los residuos (y consecuentemente, el biogás) generados por estas actividades 
(Curso de Actualización en Energías del Biogás, Módulo 2, Aula 1, CiBiogás). 
3.1 Biodigestion anarobica 
 
La degradación anaeróbica de substratos orgánicos es un proceso fermentativo y 
oxidativo, que acontece bajo condiciones anaeróbicas, es decir, en la ausencia de oxígeno. 
El entendimiento del proceso de obtención del biogás es de gran importancia para el suceso 
de la tecnología de aprovechamiento del biogás, puesto que en el caso de no aplicar los 
debidos procedimientos y cuidados en la generación, los procesos de utilización podrán 
estar seriamente perjudicados o hasta inviabilizados. La tabla 1 presenta algunas 
características, ventajas y desventajas de la digestión anaeróbica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
Tabla 1: Ventajas y desventajas de los procesos anaeróbicos 
Ventajas Desventajas 
- Baja producción de sólidos, cerca de 5 a 10 
veces menor a la que ocurre en los procesos 
aeróbicos; 
- Bajo consumo de energía. Esto hace con que 
los sistemas tengan costos operacionales muy 
bajos; 
- Baja demanda de área; 
- Producción de metano, un gas combustible de 
elevado teor calorífico; 
- Tolerancia a elevadas cargas orgánicas; 
- Aplicabilidad en pequeña y gran escala. 
 
- Las bacterias anaeróbicas son susceptibles a la 
inhibición por un gran número de compuestos; 
- La partida del proceso puede ser lenta en la 
ausencia del lodo de siembra adaptado; 
- Alguna forma de pre-tratamiento es usualmente 
necesaria; 
- La bioquímica y la microbiología de la digestión 
anaeróbica son complejas y todavía se 
encuentran en fase de desarrollo; 
- Posibilidad de generación de malos olores, sin 
embargo, controlables. 
 
Fuente: Adaptado de Chernicharo, 2008. 
El mecanismo de descomposición anaeróbica se desenvuelve por la acción de un 
grupo de microrganismos, que acontece de manera interdependientes, en que uno de los 
productos finales de la degradación, y en el cual recae mayor interés, es el metano. Las 
etapas de degradación anaeróbica son demostradas en la figura a seguir: 
Figura 1:Etapas de degradación anaeróbica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Móléculas orgánicas complejas 
Ex: polisacárideos, gorduras 
Monómeros 
Ex: glicose, aminoácidos, ácidos 
grasos 
Ácidos orgánicos, alcoholes, 
cetonas 
 
Acetato, CO2, H2 
 
Metano 
 
Hidrólisis 
Acidogénesis 
Acetogénesis 
Metanogénesis 
10 
 
Fuente: BITTON, 2005. 
Principales etapas de la degradación anaeróbica 
a. Hidrólisis 
En esta etapa el material orgánico, formado por polímeros complejos y de largas 
cadenas, es 
degradadoamonómerossimplescomoazúcares,aminoácidos,ácidosorgánicos,etc.quesonmejor 
asimiladosporlosmicroorganismos.Laaccióndeencimasextracelularesprovenientesdebacteria
s fermentativas hidrofílicas torna posible este proceso (Bermúdez & Cánovas, 1988). La 
fase de hidrólisis puede ser el proceso limitante de la velocidad global del proceso sobre 
todo cuando se tratan residuos con alto contenido de sólidos. Además, depende de la 
temperatura del proceso, del tiempo de retención hidráulico, de la composición bioquímica 
del sustrato (porcentaje de lignina, carbohidratos, proteínas y grasas), del tamaño de 
partículas, del nivel de pH, de la concentración de NH4 y de la concentración de los 
productos de la hidrólisis (FAO,2011). 
b. Acidogénesis 
Los productos solubles, oriundos de la fase de hidrólisis, son metabolizados en el 
interior de lascélulas fermentativas, siendo convertidas en diversos compuestos más 
simples, los cuales son entonces excretados por las células. Los compuestos producidos 
incluyen ácidos grasos volátiles, alcoholes, ácido lático, gas carbónico, hidrógeno, amonia y 
sulfato de hidrógenio, además de nuevas células bacterianas. Como los ácidos grasos 
volátiles son el principal producto de los organismos fermentativos, estos son usualmente 
designados de bacterias fermentativas acidogénicas (Nogueira, L.A.). 
c. Acetogénesis 
Las bacterias acetogénicas son las responsables por la oxidación de los productos 
generados en la fase acidogénica, en sustrato apropiado para las bacterias metanogénicas. 
De esa forma, las bacterias acetogénicas hacen parte de un grupo metabólico intermediario, 
que produce sustrato para las metogénicas. Los productos generados por las bacterias 
acetogénicas son el hidrógenio, el dióxido de carbono y el acetato. De todos los productos 
metabolizados por las bacterias acidogénicas, apenas el hidrógeno y el acetato pueden ser 
utilizados directamente por las metanogénicas (Oliveira P.A.). 
d. Metanogénesis 
La etapa final en el proceso global de degradación anaeróbica de compuestos 
orgánicos en metano y d dióxido de carbono es operado por microrganismos 
11 
 
metanogénicos, dentro del dominio archae (grupo archeobacteria), diferente de las bacterias 
típicas (eubacterias). La formación de metano ocurre por dos mecanismos, el primero 
consiste en la formación de CH4 a partir de CO2 y de H2 por el grupo de arqueas 
hidrogenotróficas. El segundo consiste de la producción de CH4 a partir de acetato realizado 
por el grupo de arqueas acetoclásticas (Silva & Venturini, 2012). 
3.2 Factores que afectan la producción de biogás 
 
Varios factores pueden afectar la eficiencia de la producción de biogás. A seguir son citados 
y discutidos los de mayor relevancia. 
 Temperatura 
La temperatura es un parámetro sumamente importante para la digestión anaeróbica, 
pues es por medio del rango de temperatura que opera el reactor anaeróbico, que se 
diferencian las bacterias que irán a actuar en la degradación de la materia orgánica, 
interferindo en la estabilidad de las enzimas, en las condiciones del medio como: la 
viscosidad, velocidad, degradación del residuo y en la estabilidad. Los microorganismos, 
especialmente las bacterias, pueden ser clasificados de acuerdo con la temperatura, en tres 
grandes grupos: 
1. Termófilas: cuya temperatura óptima gira en torno de 60°C; 
2. Mesófilas: con temperatura óptima en torno de 37°C; 
3. Psicrófilas: con temperatura óptima girando en torno de 15°C. 
 
A medida que la temperatura aumenta, hay un incremento en la producción de 
biogás (figura 2). En regiones con una gran amplitud térmica, la producción de biogás 
puede ser comprometida y cuando la biomasa es submetida a temperaturas muy bajas, la 
producción puede prácticamente cesar. Por este motivo, se destaca la importancia de 
estudiar acerca de la pertinencia del control de la temperatura de la biomasa, para garantizar 
la uniformidad de la generación del biogás. 
 Impermeabilidad al aire: 
 Las bacterias productoras de metano son anaeróbicas. La descomposición de la 
materia orgánica en la presencia de oxígeno irá producir apenas dióxido de carbono (CO2). 
 
12 
 
Figura 2: Influencia de la temperatura sobre las tasas relativas de crecimiento de arqueas 
metanogénicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Adaptado de Chernicharo (1997) 
 Composición química del residuo: 
Substancias orgánicas fácilmente biodegradables, como los carbohidratos, 
proteínas y lípidos, proporcionan una mayor producción de metano comparado a 
las substancias de difícil degradabilidad, como celulose, lignina y compuestos 
artificiales. 
 Las numerosas materias primas que se pueden manipular en la digestión 
anaeróbica pueden ser residuos orgánicos de origen vegetal, animal, 
agroindustrial, forestal, doméstico, etc. Las características físicas y bioquímicas 
que presenten estos residuos deben permitir el desarrollo y la actividad microbiana 
dentro del reactor. El proceso no requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino 
que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, 
fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, 
selenio, tungsteno, níquel y otros menores) (Silva & Venturini, 2012). 
 Potencial de Hidrógeno (pH): 
Las bacterias que producen metano tienen un crecimiento óptimo en un rango de pH 
entre 6,6 a 7,4. Con todo, la estabilidad de la producción del metano puede ser mantenida 
con un pH entre 6,0 y 8,0. El rango de pH óptimo es el resultado de las diversas reacciones 
que ocurren. 
 
13 
 
Caso el proceso se mantenga dentro de las condiciones de normalidad, el pH se 
mantendrá próximo a la neutralidad, no afectando la eficiencia de la generación de biogás. 
 Alcalinidad 
La alcalinidad es importante, pues, conforme las bacterias producen ácidos y 
dióxido de carbono, implicando en la disminución del pH, el carbonato/bicarbonato 
consume estos ácidos, impidiendo grandes fluctuaciones de pH (efecto tampón). Cuando la 
cantidad de ácidos volátiles presentes es pequeña, la alcalinidad total es prácticamente igual 
a la alcalinidad en bicarbonato. Cuando los ácidos volátiles aumentan, estos son 
neutralizados por la alcalinidad en bicarbonato. 
 Acidez: 
La acidez del medio está directamente relacionada al pH y a la alcalinidad. Una alta 
producción y acúmulo de ácidos volátiles puede consumir rápidamente la alcalinidad del 
medio y causar la reducción del pH. 
 Producción y consumo de ácidos orgánicos: 
El valor del pH durante la biodigestión anaeróbica está ligado a la producción de 
ácidos grasos y a la degradación de sus compuestos en metano. Cuando las condiciones 
óptimas de digestión son perjudicadas, ocurre un aumento en la concentración de ácidos 
volátiles, consecuencia de un desequilibrio del proceso. Durante un cierto tiempo, las 
substancias que ejercen tamponamiento (alcalinidad del medio), impiden la caída del pH. 
Más, cuando sea neutralizado por los ácidos volátiles, es cuando ocurrirá la caída del pH. 
3.3 Composición y características del Biogás 
En términos generales, el biogás es compuesto mayoritariamente por 
metano (CH4) y gás carbónico (CO2), con otros gases presentes a bajas 
concentraciones, como gas sulfhídrico (H2S), hidrógeno (H2) y nitrógeno, 
conforme la tabla 2. 
 
El metano es un gas que tiene un potencial de efecto invernadero 21 veces 
mayor que el dióxido de carbono, contribuyendo substancialmente para el 
agravamiento del efecto invernadero, y consecuentemente, del calentamiento 
global. El metano producido en el proceso de digestión anaeróbica puede causar 
gran impacto ambiental si liberado directamente a la atmósfera. Por eso, existe la 
necesidad de su quema, convirtiendo el CH4 para CO2, a fin de disminuir el 
14 
 
impacto causado al medio ambiente. Se trata de un gas incoloro, inodoro, 
altamente combustible. Su combustión presenta una llama azul-lilácea y a veces 
con pequeñas machas rojizas. No produce cenizas y su índice de polución 
atmosférico es inferior al butano, presente en el gas de cocina. 
 
Tabla 2: Principales gases que componen el biogás 
Gas Símbolo Concentración en el Biogás (%) 
Metano 
Dióxido de Carbono 
Hidrógeno 
Nitrógeno 
Gas sulfhídrico y otros 
CH4 
CO2 
H2 
N2 
H2S, CO, NH3 
 
50-80 
20-40 
1-3 
0,5-3 
1-5 
Fuente: COLDEBELLA (2006). 
 
Las características del biogás dependen de la presión, temperatura, humedad, 
concentración de metano y concentraciónde gases inertes y/o ácidos. Puede ser usado en 
las condiciones en que es generado y, dependiendo de la aplicación, puede ser necesaria la 
reducción de concentración de H2S, CO2, reducción de la humedad o mismo la elevación de 
la presión. 
 
Según Lima (2005), con alto poder calorífico, el biogás se constituye como una 
buena fuente de energía y puede ser transportado y almacenado. El almacenamiento del 
biogás es necesario en la mayoría de las veces, entre tanto, se debe tener una precaución, 
puesto que la mezcla de 5% a 14% de metano y aire puede hacer explosión con la ignición 
si el volumen es grande. El almacenamiento del biogás también es un proceso difícil debido 
al hecho de que el metano posee un volumen específico muy alto y esto dificulta su 
compresión (Tabla 3). 
 
 
 
15 
 
Tabla 3: Poder calorífico del biogás comparado a otros combustibles 
 Combustible Biogás Metano Alcohol 
Cantidad 
Calor liberado kJ 
Peso específico kg/𝐦𝟑 
Poder calorífico Inf. 
kJ/kg 
1 𝐦𝟑 
23.400 
1,2 
19.500 
1 𝐦𝟑 
36.000 
0,72 
50.000 
1 litro 
19.812 
809 
24.490 
Fuente: Silva y Lucas Jr. (1992). 
 
3.4 Tecnologías de digestión anaeróbica para producción de biogás. 
 
El biodigestor es un sistema o tecnología que proporciona condiciones favorables 
para la degradación de la materia orgánica realizada por microorganismos en 
ambiente anaeróbico, tratando los residuos y produciendo biogás. 
 
 Régimen de alimentación. 
Las características del sustrato definen el régimen de la alimentación de una planta 
de biogás, teniendo así, impacto en la selección del tipo de tecnología y en la 
producción de biogás. Esencialmente, la clasificación conforme el régimen sigue 
los siguientes tipos: continuo, semicontínuo y en batelada, dados en la tabla 4. 
Tabla 4: Clasificación de régimen de alimentación usado en biodigestores. 
Clasificación de régimen de alimentación usado en biodigestores. 
Contínuo Semicontínuo Batelada 
En este sistema, la 
alimentación del digestor es 
sin interrupción alguna, 
siendo el caudal de entrada 
igual al caudal de salida. Ese 
tipo de flujo es utilizado 
principalmente para 
biodigestores que realizan 
el tratamiento de esgoto 
industriales y urbanos. 
La alimentación es realizada 
apenas una vez, hasta 
completar el Tiempo de 
Retención Hidráulico (TRH), 
posteriormente son 
adicionadas nuevas cargas, 
donde el desecho es 
descargado regularmente en 
la misma cantidad de 
sustrato inserido. Este 
Conocido también como 
descontínuo, estos reactores 
trabajan con ciclos de 
alimentación, digestión y 
descarte. Son alimentados 
una única vez, hasta llegar a 
la biodigestión. Posterior a 
esto, son vaciados y 
alimentados nuevamente, 
iniciando un nuevo proceso 
16 
 
proceso es más usual en 
pequeñas escalas, como en 
áreas rurales. 
de fermentación. Ese régimen 
es utilizado cuando la 
concentración de sólidos en el 
substrato es más elevada. 
Fuente: Cibiogás - Conceitos básicos e digestão anaeróbia (1992). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
4. METODOLOGIA 
La metodología utilizada para el proyecto de laboratorio en la obtención de biogás es dado 
en cuatro etapas: 
 Revisión bibliográfica de los fundamentos teóricos sobre el tipo de materia orgánica 
y como puede ser manipulada, el proceso de biogás y las posibles técnicas a lo largo del 
diseño de un biodigestor. 
 Construcción del prototipo de un biodigestor de pequeña escala. 
 Seguimiento al proceso de la obtención de biogás. 
 Quema del metano acumulado en la cámara de gas. 
4.1 Materiales 
 
Para construir un biodigestor experimental fueron utilizados materiales reciclados y 
de fácil obtención. Sigue a continuación la lista de materiales. 
 1 Recipiente plástico de 5 litros 
 4 Abrazaderas metálicas 
 2 Conectores hembra y macho de ½ pulgada PVC 
 1 Cámara de neumático de motocicleta cilindro 17 
 1 Regulador de gas GLP 
 1 Soldador 
 1 Pistola de silicona 
 1 Pegamento industrial 
 1 Cinta negra 
 Válvula de bola plástica 
4.2 Procedimiento 
 
El procedimiento de producción de biogás será subdividido en dos etapas: 
 Proceso de construcción del biodigestor de pequeña escala 
 Seguimiento al proceso del biodigestor durante su tiempo de retencion . 
 
18 
 
4.3 Diseño de biodigestor a pequeña escala 
 
En la construcción de un biodigestor en pequeña escala no fue necesario herramientas y 
procesos complicados. Utilizando los materiales antes mencionados, procedemos a perforar 
con un soldador dos orificios a la botella de 5L en la parte inferior y otra en la tapa, se 
coloca silicona y cinta para que no exista aberturas que permitan el paso al aire, acoplamos 
una válvula de bola como se muestra en la figura, en la tapa se acopla un tubo PVC 
mostrado en las figura 3. 
Figura 3: Modelo del biodigestor a pequeña escala 
 
 
 
 
Fuente: Autoria Propia 
Realizamos el corte y conexión de las conectores hembra y macho, donde debe existir 
tres salidas y una intersección entre ellas, utilizamos abrazaderas metálicas para asegurar 
cualquier tipo de fuga de gas. De las tres salidas existentes utilizamos una para la cámara de 
gas (cámara de neumático) y la ajustamos en la boquilla de ingreso de aire del mismo, y con 
una abrazadera aseguramos el área. 
En la segunda salida colocaremos el regulador GLP para controlar el flujo de gasen el 
momento de la quema. La tercera salida es colocada en la cámara de 5L un tubo PVC, 
mostrada en la figura 3. 
19 
 
Figura 4:Conexión de tres salidas 
 
Fuente: Autoria Propia 
4.4 Carga del biodigestor de pequeña escala 
 
Para la carga del biodigestor se necesitó 0.545kg de estiércol de vaca y 2 litros de agua 
potable. Se calculó la cantidad de heces y agua utilizando la relación 4/5, sin embargo 
consideramos que el estiércol del vaca tiene un contenido de agua, por lo que se consideró 
solo 2 litros y no 2, 5 litros. Se muestra en la figura 4 en momento de la carga. 
Figura 5: Ingreso de la carga al biodigestor 
 
Fuente: Autoria Propia 
4.5 Temperatura 
 
Se sabe que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad 
proporcionalmente, dando lugar a mayores producciones de biogás. 
20 
 
Es por esto que la temperatura es un parámetro crucial y también un sistema de agitación. 
Tabla 5: Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica 
Fermentación Minimo Optimo Máximo 
Tiempo de 
fermentación 
Psycrophilica 4 - 10 °C 15-18°C 20-25°C Sobre 100 dias 
Mesophilica 15 - 20 °C 25-40°C 40-50°C 30 a 60 dias 
Thermophilica 25 - 45 °C 50-60°C 75-80°C 10 - 15 dias 
 Fuente: (Varnero, 2012, pag 39). 
 El régimen mesofílico de operación es el más utilizado, a pesar que en la actualidad se 
está implementando el rango termofílico, para conseguir una mayor velocidad en el 
proceso lo que implica, a la vez, un aumento en la eliminación de organismos patógenos. 
Sin embargo, el régimen termofílico suele ser más inestable a cualquier cambio de las 
condiciones de operación y presenta además mayores problemas de inhibición. 
 Por otro lado como se trabaja con un biodigestor de pequeña escala utilizaremos el 
régimen mesophilico a 37°C grados el cual colocaremos en la cámara de gas. 
4.6 Tiempo de retención 
 
 El tiempo de retención se refiere el lapso de tiempo que las bacterias requieren para su 
degradación de materia orgánica es un parámetro fundamental para el cálculo de 
biodigestores.El tiempo de retención o de fermentación, por lo general se calcula por la siguiente 
ecuación: 
𝑉𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
) = 
𝑣𝑜𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑖𝑜𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟 (𝑚3)
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑑𝑖𝑎𝑠)
 (2) 
 Sin embargo como el tiempo de retención ocurre entre 25 a 35 días en biodigestores de 
pequeña escala, se ha definido determinar el volumen de carga para identificar la cantidad 
posible de metano a ser producida por día. Para conocer el volumen de carga solo basta 
resolver la ecuación (2) 
𝑉𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (
𝑚3
𝑑𝑖𝑎𝑠
) =
0.05 (𝑚3)
25 𝑑𝑖𝑎𝑠
 = 0.002
𝑚3
𝑑𝑖𝑎𝑠
 
21 
 
4.7 PH optimo 
 
Este parámetro determina la inhibición o toxicidad de las bacterias metanogénisis. 
De acuerdo con la bibliografía un adecuado funcionamiento, se presenta con un pH entre las 
escalas 6,5 y 8 (Olaya, 2009, pag 11). 
Se debe tomar en cuenta que los valores de pH en el proceso dentro del biodigestor 
no disminuya a valores inferiores a 6 o suba a niveles arriba de 8. Esta es una etapa muy 
limitante debido al proceso de metano génesis asociado, el cual es ilustra en la figura 6 a 
seguir, donde se muestra una relación de actividad metano génica vs pH. 
Figura 6: Dependencia del PH de la actividad metanogénica 
 
 
 
 
 
Fuente: Manual del biogás, pag 44. 
Mostramos a continuación la tabla de los días de evaluación del ph. 
Tabla 6: Seguimiento a la medición de pH cada semana del mes 
Días del mes 
Medición de 
pH 
19/9/2018 7 
26/9/2018 8 
3/10/2018 9 
Corrección del Biodigestor 
10/10/2018 7,5 
17/10/2018 7.5 
22 
 
20/10/2018 7.5 
24/10/2018 7.5 
Fuente: Autoría propia 
4.8 Volumen de Biogás producido 
 
La estimación de producción de biogás es calculada considerando el tamaño de la 
cámara gas (Neumático de motocicleta), considerando que tenemos una cámara 
volumétricamente mayor, presumiremos que llenaremos un 50% del volumen total del gas 
producido. El cálculo del volumen es obtenido, aproximando la geometría de la cámara a 
partir de un toroide, dada por la siguiente ecuación. 
𝑉 = 2𝜋2𝑅𝑟2 (𝑚3) (3) 
V = 2𝜋 (22) ∗ 8.52 = 31375.47 𝑐𝑚3 ∗ 50% = 15687.45 𝑐𝑚3 = 0.015 𝑚3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
5. Resultados 
 A partir del biodigestor de pequeña escala, y con aproximadamente 25 días de actividad 
(digestión anaeróbica), fue posible producir una cantidad de biogás considerable para ser 
quemado como prueba final del experimento. La tabla 7 muestra las condiciones en la que 
se encontraba el biodigestor. 
Tabla 7: Datos finales del biodigestor.. 
Datos 
Ph 8 
Temperatura 31 
Tiempo de retención 25 
Observaciones: La temperatura dentro de la 
estufa era variable por lo que no conservo 37 
°C como era lo esperado. 
Fuente: Autoría propia 
 Se debe considerar que hubo pérdidas en la cámara de biogás, por lo que no pudimos 
obtener un flujo considerable. Por ese motivo, se recomienda verificar la cámara de gas 
constantemente, para evitar pérdidas considerables. 
Figura 7: Quema de biogás 
 
Fuente: Autoría Propia 
 En este caso, la quema de biogás no fue de combustión completa. Se puede observar 
en la llama la distinción de colores, por lo que, caso la llama estuviese en un tono azul, se 
24 
 
tendría la producción de metano puro, sin embargo, como mostrado, están presentes ambas 
coloraciones (azul y amarillo), lo cual ilustra gráficamente lo que fue explicado más arriba. 
La Fig. 8 a seguir presenta un mejor acercamiento referente a la llama obtenida en la 
quema. 
. 
Figura 8: Observación de la llama producida 
 
Fuente: Autoría propia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
6. Conclusiones 
 
Delante de la necesidad de obtención y perfeccionamiento de tecnologías 
económicas y ambientalmente sustentables para la generación de energía, 
la utilización de biodigestores para la producción de biogás como 
combustible representa un potencial expresivo en esta área. El proceso 
anaeróbico de producción de biogás con la utilización de materia orgánica 
como materia prima, requiere condiciones específicas por tratarse de un 
sistema microbiológico, con todo, mantenida las condiciones 
operacionales optimizadas, este constituye un proceso eficiente, conforme 
la literatura y estudios previos realizados. 
 
Considerando la producción teórica de biogás estimada en el presente 
estudio, fue posible verificar la viabilidad práctica para obtención de este 
gás, a través de la etapa final de la quema del mismo, teniendo en cuenta 
los bajos costosos asociados a su producción, y al mismo tiempo los 
beneficios ambientales del aprovechamiento de residuos y/o desechos 
provenientes de bovinos. 
 
Es importante destacar, por otra parte, que a pesar del gran potencial para 
producción de biogás en la región, la tecnología requerida para tal efecto, 
no ha sido ampliada a grande escala para su uso e implementación, en 
muchos casos por la ausencia de planes o programas gubernamentales que 
incentiven la búsqueda y producción de energías alternativas, 
aprovechando recursos propios disponibles. 
A demás, se destaca que para la producción de biogás, es requerido un 
estricto control de forma continua y adecuada, puesto que son varios los 
parámetros influyentes para su producción, desde la etapa de selección y 
recolección de desecho, hasta su procesamiento final para ser aplicado en 
las distintas áreas de uso. 
 
Para esta práctica, factores como medición continua de pH y temperatura 
de operación del sistema fueron parámetros fundamentales para la 
26 
 
producción satisfactoria del biogás, considerando que el modelo 
desenvuelto no contaba con sistemas sofisticados de agitación y remoción 
interna del desecho en el biodigestor, motivo por el cual el resto de 
parámetros fueron sumamente importante para el éxito en la producción 
del gas a quemar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
7. REFERENCIAS 
 
BITTON, G. Wastewater microbiology. Ed. Willey-Liss, 2005, New 
York, NY. 
 
CASTANHO, D. S.; ARRUDA, H. J.Biodigestores. IN: VI Semana 
de Tecnologia em Alimentos. Anais. Ponta Grossa, 2008. 
 
 
CHERNICHARO, Carlos Augusto de Lemos, Reatores anaeróbios. 
2. ed. Minas Gerais: UFMG, 2007. 
 
COLDEBELLA, Anderson, Viabilidade do uso do biogás da 
bovinocultura e suinocultura para geração de energia elétrica e 
irrigação em propriedades rurais. 2006. f75. Universidade Estadual 
do Oeste do Paraná - UNIOESTE, Paraná. 
 
COSTA, David Freire. Geração de energia elétrica a partir do 
biogás do tratamento de esgoto. 2006. f.194. Programa 
Interunidades de Pós- Graduação em Energia – PIPGE 
(EP/FEA/IEE/IF). Universidade de São Paulo – USP, São Paulo. 
 
LIMA, Felipe Palma. Energia no tratamento de esgoto: análise 
tecnológica e institucional para conservação de energia e uso do 
biogás. 2005. f.139. Programa Interunidades de Pós-Graduação 
em Energia – PIPGE (EP/FEA/IEE/IF). Universidade de São 
Paulo – USP, São Paulo. 
 
NOGUEIRA, L. A. Biodigestão. A alternativa energética. São Paulo: 
Nobel, 1986. 93p. 
 
OLAYA, Y. Fundamentos para el diseño de Biodigestores. “Modulo 
para la asignatura de Construcciones Agrícolas”. Palmira, Julio de 
2009, 32p. 
 
 
OLIVEIRA, P. A. V. de, coord. Manual de manejo e utilização 
28 
 
dos dejetos de suínos. Concórdia: EMBRAPA-CNPSA, 1993. 
188 p. (Embrapa-CNPSA. Documentos,27). 
 
PROBIOGÁS. Brasil. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental. 
Probiogás. Guia técnico de aproveitamento energético de biogás em 
estações de tratamento de esgoto / Probiogás; organizadores, Ministério 
das Cidades, 2015. 
PRADO, M. A. C., Produção de biogás no tratamento dos efluentes 
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Federal de Lavras, Minas Gerais. 
SILVA, J.M. Lucas Junior, J. Biogás: produção e utilização. 
Jaboticabal: Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias de 
Jaboticabal, 1992. 7p. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
ANEXOS 
 
Dias del 
mes 
Detalles 
14/9/2018 Construcción del biodigestor 
17/9/2018 Carga de heces de vacas al biodigestor 
18/9/2018 Remoción del biodigestor 
21/9/2018 
Remoción del biodigestor , pH: 7.5, 
T°C= 38°C 
24/9/2018 Remocion del biodigestor 
25/9/2018 Remocion del biodigestor 
26/9/2018 Remocion del biodigestor 
27/9/2018 Remocion del biodigestor 
28/9/2018 Remocion del biodigestor 
3/10/2018 
Remoción del biodigestor, pH: 9, T°C= 
37 
4/10/2018 Evaluacion del biodigestor 
8/10/2018 
Correccion del biodigestor insertando 
mas pegamento industrial 
9/10/2018 
Pruebas de fugas y colocado de la nueva 
carga 
10/10/2018 
Remoción del biodigestor, pH: 7 , T°C= 
36°C 
11/10/2018 Remocion del biodigestor 
12/10/2018 Remocion del biodigestor 
13/10/2018 Remocion del biodigestor 
15/10/2018 Remocion del biodigestor 
16/10/2018 Remocion del biodigestor 
17/10/2018 Remocion del biodigestor 
18/10/2018 Remocion del biodigestor 
19/10/2018 Remocion del biodigestor 
20/10/2018 Remocion del biodigestor 
 
 
28 
 
 
22/10/2018 
Remoción del biodigestor, pH: 8, T°C= 
39°C 
23/10/2018 Remocion del biodigestor 
24/10/2018 Quema final del biogas 
Fuente: Autoría Propia