0 Primer Borrador Tesis Muros Trombe
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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL
EVALUACIN DEL MURO TROMBE, PARA COMPENSAR EL DFICIT DE
TEMPERATURA, DENTRO DE UN BIODIGESTOR INSTALADO EN
ATOCPAMPA, CARHUAZ, ANCASH -AO 2011
TESIS
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO AMBIENTAL
Bach. PATRICIA MNICA BARRETO SENZ
Bach. OSCAR TARAZONA ROJAS
ASESORES:
Ing. Pablo Espinoza Tumialan
Ing. Ciro Fernandez Rosales
HUARAZ ANCASH PER
NOVIEMBRE - 2012
-
i
DEDICATORIA
Oscar Tarazona Rojas:
A mis padres por darme
absolutamente todo.
Patricia Barreto Senz:
Al ambiente, por ser el
ente al cual nos regimos
y le debemos mucho.
-
ii
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, nos sentimos muy
agradecidos con DIOS, por llenar
nuestros espritus de nimo y no
dejar que nos rindamos en el camino
de la investigacin.
En segundo lugar queremos
agradecer a la ONG CARE PER,
por brindarnos su apoyo y depositar
su confianza en nosotros.
Tambin agradecer a nuestros
asesores por compartir sus
conocimientos con nosotros y darnos
las herramientas necesarias para
lograr que nuestra investigacin sea
fructfera.
Asimismo, agradecemos a nuestro
jurado evaluador por dar de su
tiempo para analizar nuestro avance
en la investigacin y emitir sus
observaciones.
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iii
RESUMEN EJECUTIVO
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iv
INDICE
1 CAPTULO I: INTRODUCCIN ................................................................................................ 1
1.1 Fundamentacin. ......................................................................................................... 1
1.2 Objetivos: ..................................................................................................................... 2
1.2.1 Objetivo general: .................................................................................................. 2
1.2.2 Objetivos especficos: ........................................................................................... 2
2 CAPTULO II: ......................................................................................................................... 3
2.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................ 3
2.1.1 Instalacin de novedoso biodigestor. ................................................................... 3
2.1.2 Sistema de Calefaccin Solar ............................................................................ 4
2.1.3 SENCICO implementa calefactores solares mediante Muros Trombe (2009). ...... 4
2.1.4 Muro caliente para la calefaccin de viviendas .................................................... 5
2.1.5 PRUEBAS DE EVALUACIN REALIZADAS ............................................................... 5
2.2 MARCO TERICO .......................................................................................................... 6
2.2.1 Biodigestor: .......................................................................................................... 6
2.2.2 MUROS TROMBE ................................................................................................ 30
3 CAPTULO III: DESCRIPCIN DEL MBITO DE ESTUDIO ...................................................... 50
3.1 Ubicacin .................................................................................................................... 50
3.2 Caractersticas ambientales ........................................................................................ 51
3.2.1 Ambiente Fsico .................................................................................................. 51
3.2.2 Ambiente Socioeconmico ................................................................................. 54
3.2.3 Vas de acceso y accesibilidad ............................................................................ 56
4 CAPTULO IV: METODOLOGA ............................................................................................ 58
4.1 Mtodos y TCNICAS .................................................................................................. 58
4.1.1 Mtodos ............................................................................................................. 58
4.1.2 Tcnicas .............................................................................................................. 59
4.2 ETAPAS DE ESTUDIO ................................................................................................... 59
4.2.1 Revisin preliminar de bibliografa ..................................................................... 59
4.2.2 Reconocimiento del lugar ................................................................................... 59
4.2.3 Consolidacin bibliogrfica sobre el tema .......................................................... 61
4.2.4 Diseo de los muros trombe. ............................................................................. 61
-
v
4.2.5 Lectura de temperaturas iniciales ...................................................................... 62
4.2.6 Construccin de muro de contencin ................................................................. 62
4.2.7 Instalacin de los muros trombe ........................................................................ 62
4.2.8 Lectura de temperaturas finales ......................................................................... 62
4.2.9 Procesamiento de datos obtenidos .................................................................... 62
4.3 PROCEDIMIENTOS ...................................................................................................... 63
4.3.1 Diseo de los muros trombe. ............................................................................. 63
4.3.2 Lectura de temperaturas iniciales ...................................................................... 63
4.3.3 Instalacin de los muros trombe ........................................................................ 65
4.3.4 Lectura de temperaturas finales ......................................................................... 73
4.3.5 Procesamiento de datos obtenidos .................................................................... 74
4.4 Recursos ..................................................................................................................... 75
4.4.1 Materiales .......................................................................................................... 75
4.4.2 Equipos y Software ............................................................................................. 76
4.4.3 Equipos: .............................................................................................................. 76
4.4.4 Software ............................................................................................................. 77
5 CAPITULO V RESULTADOS Y Anlisis .................................................................................. 78
5.1 temperaturas iniciales ................................................................................................ 78
5.2 temperaturaS finalES (instalados los muros trombe) ................................................. 81
5.3 COMPARACIN ENTRE TEMPERATURA INICIAL Y TEMPERATURA FINAL .................... 84
5.4 RELACIN ENTRE TEMPERATURA INICIAL Y TEMPERATURA FINAL ............................ 87
5.4.1 Comportamiento de la temperatura del sistema de calefaccin respecto a la
temperatura ambiental (NOCHE) en ambas etapas. .......................................................... 87
5.4.2 Comportamiento de la temperatura interna del biodigestor respecto a la
temperatura ambiental (NOCHE) en ambas etapas. .......................................................... 89
5.5 ANLISIS NUMRICO DEL INCREMENTO DE TEMPERATURA POR EFECTO DE LOS
MUROS TROMBE .................................................................................................................... 90
6 CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 92
6.1 Conclusiones .............................................................................................................. 92
6.2 RECOMENDACIONES .................................................................................................. 93
7 CAPITULO VII REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................... 94
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1
1 CAPTULO I: INTRODUCCIN
1.1 FUNDAMENTACIN.
Actualmente, los biodigestores instalados por la ONG CARE en el callejn de
Huaylas resultan eficientes en cuanto a la produccin de gas durante el da, ya
que las horas de radiacin solar contribuyen a mantener el interior del
biodigestor con la temperatura necesaria. El trabajo que desarrollaremos
buscar implementar un sistema de retencin de calor denominado muros
trombe, el cual sea replicable (con materiales de bajo costo, accesible a la
poblacin y de fcil instalacin y mantenimiento para los propietarios), es por
ello que en lugar de utilizar vidrio para la ventana, utilizaremos planchas de
policarbonato debido a su similitud con el vidrio. Todo ello con la finalidad de
asegurar una retencin de calor durante el da, que pueda ser aprovechada
durante la noche, con lo que buscamos incrementar la temperatura interna y de
ese modo extender el proceso de metanognesis tambin en horas de la noche
(ausencia de radiacin solar), lo cual pueda beneficiar a las familias para que
incrementen la cantidad de los productos del biodigestor (biol, biogs, biosol) y
de esa manera hagan uso, por ejemplo, del gas tambin en horas nocturnas,
potencialmente con fines de alumbrado o abastecimiento de energa elctrica
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2
para artefactos (acoplamiento a un generador elctrico) y con esto mejorar la
calidad de vida de los pobladores que tengan acceso a los beneficios que
otorgan los biodigestores.
Como se haba mencionado, debido a que todo sistema implementado para
mejorar el funcionamiento de los biodigestores debe tener un alto grado de
replicabilidad, para esta investigacin se ha optado por reemplazar el vidrio
(que normalmente formara parte de la ventana) por policarbonato
transparente, debido a su mayor manejabilidad, menor costo y sobre todo a su
mayor resistencia. Cabe sealar que en este caso, la caracterstica tcnica
ms relevante que debe cumplir el policarbonato es su nivel de transmisin de
la radiacin solar (83 a 90%).
Cabe resaltar que la presente investigacin est centrada en la ganancia de
calor proveniente de la radiacin solar, pero este factor fundamental ser
tratado en trminos de temperatura (C).
1.2 OBJETIVOS:
1.2.1 OBJETIVO GENERAL:
Evaluar la eficiencia del Muro Trombe en la compensacin del dficit de
temperatura interna en el biodigestor.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS:
Determinar el dficit de calor dentro del biodigestor (respecto a la
temperatura ptima), durante la noche.
Construir el sistema de muros trombe para el biodigestor.
Determinar el incremento de temperatura una vez implementado el Muro
trombe.
Conocer el tiempo de compensacin de la temperatura en el biodigestor
por el efecto del muro trombe.
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3
2 CAPTULO II:
MARCO TERICO
2.1 ANTECEDENTES
2.1.1 INSTALACIN DE NOVEDOSO BIODIGESTOR.
La ONG CARE Ancash, a travs de su programa de Cadenas Productivas Alli
Allpa que es financiada por el Fondo Minero Antamina, instal el digestor piloto
en la chacra de Don Anatolio Mota Arteaga, en la localidad de Obraje en el
distrito de Acopampa, provincia de Carhuaz. La familia tiene una granja con
200 animales lo que asegura la provisin de estircol, ya que el digestor
requiere una alimentacin diaria de 20 kg de estircol de cuy.
El digestor tipo manga tiene varias ventajas: el bajo costo, la facilidad de
instalacin, el mantenimiento y la produccin contina de biogs y biol.
Gracias al rgimen con que se alimenta al biodigestor, se ha registrado en
promedio una produccin de un metro cbico de biogs diario, que alcanza
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4
para cuatro horas diarias de funcionamiento de la cocina y hasta 80 litros
diarios de biol (http://careancash.blogspot.com/).
2.1.2 SISTEMA DE CALEFACCIN SOLAR
Los primeros ejemplos sistemticos que se describen en la literatura son de
mediados de los aos 40 en que el MIT (Massachusets Institute of Technology)
construy una casa solar experimental. Luego, a inicios de los aos 50, el
inventor Harry Thomason construy su casa cerca de Washington DC
utilizando un sistema de calefaccin solar con acumulacin de calor en un
estanque subterrneo (Thomason, 1965).
Hay varios ejemplos ms en la dcada de los aos 1960 a 1970, pero se
produce un primer gran cambio con los trabajos de Michel-Trombe a inicios de
los aos 70, en que se desarrolla el concepto del ahora universalmente llamado
Muro Trombe, en el cual se utiliza un sistema de calefaccin solar llamado
pasivo (Trombe,Robert, Cabanot, Sesolis, 1977).
2.1.3 SENCICO IMPLEMENTA CALEFACTORES SOLARES MEDIANTE
MUROS TROMBE (2009).
Mediante Decreto de Urgencia N 019-2008 el Estado Peruano Declara de
Inters Nacional la implementacin y aplicacin de la tecnologa alternativa de
calefaccin Sistema Pasivo de Recoleccin de Energa Solar de Forma
Indirecta denominada MURO TROMBE, en viviendas ubicadas sobre los
3.500 msnm ubicadas en los departamentos de Ayacucho, Apurmac, Arequipa,
Pasco, Cusco, Huancavelica, Hunuco, Junn, Moquegua, Puno y Tacna.
Abrigo y confort, son condiciones con las que el ser humano tiende a
desarrollarse mejor en todas sus reas de trabajo y de vida. Sin embargo,
existen situaciones extremas, como el implacable fro, que aletargan las
labores diarias de muchos peruanos. Ante esto, existe una alternativa
estudiada y comprobada que alivia la realidad del friaje en las zonas
altoandinas de nuestro pas y es la instalacin del calefactor solar conocido
como Muro Trombe, que el Servicio nacional de capacitacin para la Industria
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5
de la Construccin (Sencico) viene impulsando de manera importante (Decreto
de Urgencia N 019-2008).
2.1.4 MURO CALIENTE PARA LA CALEFACCIN DE VIVIENDAS
El grupo de apoyo al sector rural de la Universidad Catlica del Per (GRUPO
PUCP), realiz un estudio y una optimizacin del Muro Caliente,
principalmente para las zonas andinas y altoandinas, en donde se producen
temperaturas muy bajas y heladas.
El proceso de optimizacin del muro Trombe se realiz a partir de los
materiales de las zonas rurales y urbano-marginales; mediante clculos,
anlisis y pruebas experimentales de transferencia de calor para su eficaz
proceso de captacin, almacenamiento y distribucin de la radiacin solar.
Por ello, el objetivo principal de este trabajo fue incrementar la temperatura en
un valor de 10C en el interior de la vivienda y as mejorar las condiciones de
habitabilidad de los pobladores que residen en las zonas altoandinas de
nuestro pas, lugares donde estn expuestos a temperaturas muy bajas y a
heladas meteorolgicas (Koiwasi, 2009).
2.1.5 PRUEBAS DE EVALUACIN REALIZADAS
Por encargo de la Gerencia de Investigacin y Normalizacin del SENCICO,
SENAMHI, Puno efectu las mediciones de temperatura necesarias para
evaluar la efectividad del Muro Trombe Vertical como calefactor natural para
vivienda rural. Se tomaron registros de temperatura veinticuatro horas
consecutivas, durante 4 das, en viviendas con y sin muro trombe y al exterior
de las mismas.
Como resultado de la evaluacin, ha quedado demostrado que el Muro Trombe
es una alternativa vlida para mejorar el confort de temperatura de las
viviendas en zonas de fro intenso. Se han registrado incrementos de
temperatura promedio de 17 C en las horas de mayor fro (entre las 12 de la
noche y 6 de la maana).
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6
Se ha determinado, asimismo, que el muro trombe regula la temperatura al
interior de la vivienda, mantenindola aproximadamente entre los 9C y 20C
(SENCICO).
2.2 MARCO TERICO
2.2.1 BIODIGESTOR:
2.2.1.1 Definiciones
Un biodigestor es similar a nuestro aparato digestivo al ingerir los
alimentos, donde se descomponen por la accin de las enzimas para obtener,
como parte del proceso, la energa que requiere las diversas funciones vitales.
En el estmago de una vaca ilustraremos este fenmeno que simula
perfectamente un biodigestor (Guardado, 2008).
Figura N 1: Ilustracin de un biodigestor.
Fuente: J. Guardado
Los biodigestores son cmaras hermticamente cerradas, en las que se
colocan materiales orgnicos, los que a travs de un proceso de fermentacin
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7
anaerobia, es decir sin oxgeno, producen Biogs (metano), Bioabono lquido
(Biol) y Bioabono slido (Biosol). (Felipe et al., 2002)
Un biodigestor es, en su forma ms simple, un contenedor cerrado,
hermtico e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el
material orgnico a fermentar (excrementos animales y humanos, desechos
vegetales, etc.) en determinada dilucin de agua para que se descomponga,
produciendo gas metano y fertilizantes orgnicos ricos en nitrgeno, fsforo y
potasio. (Campero, 2007)
El biodigestor, es un sistema sencillo de implementar, con materiales
econmicos, que se estn introduciendo en comunidades rurales aisladas y de
pases subdesarrollados; para obtener el doble beneficio de conseguir
solventar la problemtica energtica-ambiental, as como realizar un adecuado
manejo de los residuos tanto humanos como animales. (Campero, 2007)
Al usar un biodigestor se utilizan los nutrimentos contenidos en las excretas
y, adems, se reduce la contaminacin ambiental, ya que convierte las
excretas que contienen microorganismos patgenos como bacterias,
protozoos, larvas, huevos, pupas de insectos, etc., en residuos tiles y sin
riesgo de transmisin de enfermedades (McCaskey, 1990, citado en Soria, et
al., 2001).
2.2.1.2 Partes de un biodigestor.
A. Cmara de digestin: Esta es la parte fundamental de un sistema de
digestin o fermentacin, en ella tienen lugar los procesos bioqumicos para la
transformacin de la carga y la obtencin del biogs. Pueden ser de ladrillos,
hormign, plstico u otro material que brinde las condiciones requeridas de
resistencia.
B. Cmara de gas o gasmetro: Es la parte del sistema encargada de
acumular el biogs producido durante la fermentacin, por lo que debe
construirse sobre todo a pruebas de fugas.
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C. Sistema de entrada de la materia (sistema de carga). Su funcin es
permitir la alimentacin del digestor. La misma en algunos casos est diseada
de manera tal, que permite la homogenizacin del material de carga, donde a la
vez se pueden realizar las pruebas de control de slidos totales y pH del
sustrato; de lo contrario, debe existir un tanque de mezcla donde se mezcla el
material de fermentacin con agua y se eliminan impurezas que pueden
obstruir la planta.
D. Sistema de salida del efluente (sistema de descarga): La funcin de
esta es garantizar la descarga del biol y de los lodos digeridos para su posterior
utilizacin.
Debe estar por debajo del sistema de carga, para garantizar la salida del
material por diferencia de presin hidrulica.
E. Sistema de purificacin o filtracin del biogs: Este sistema
garantiza el acondicionamiento del biogs para su uso posterior.
Eliminacin del sulfuro de hidrgeno: De los elementos del biogs, el de
mayor problema para la utilizacin es el sulfuro de hidrgeno (H2S) por su alto
poder corrosivo. La no-eliminacin del mismo provocar un deterioro rpido de
todas las instalaciones, con las correspondientes prdidas econmicas. El filtro
ms sencillo que se conoce para el sulfuro de hidrgeno es a partir de limallas
de hierro puestas en capas y separadas por virutas de madera. Este puede ser
renovado cambiando el material filtrante o haciendo pasar aire caliente a
contracorriente por el mismo.
Eliminacin del dixido de carbono: Se realiza con el objetivo de facilitar el
proceso de compresin y embotellado del biogs. El contenido de CO2 se
puede eliminar utilizando una solucin de agua de cal (1,8 kg de CaO en 1000
L de agua para eliminar 560 l de CO2). Esta solucin no es factible para ser
utilizada a gran escala debido al gasto excesivo de reactivos y acumulacin de
subproductos.
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F. Sistema de eliminacin de agua del biogs: El biogs producido y
almacenado tiende a tener un elevado contenido de vapor de agua, que por
condensacin forma gotas que tienden a depositarse en los puntos ms bajos
de las tuberas de conduccin de gas. Con el tiempo la cantidad de agua
condensada aumenta, llegando a dificultar y en ocasiones a impedir el flujo
normal de circulacin del biogs. Por ello es necesario eliminar esta agua
condensada de las tuberas y se logra colocando un drenaje o una trampa de
agua en la parte ms baja de la tubera.
G. Sistema de control de presin (vlvula de seguridad): La presin
debe ser medida y rigurosamente controlada para mejorar la operacin y la
eficiencia de los equipos que utilicen biogs como combustible (Guardado, J.,
2008)
Figura N 2: Partes del biodigestor de manga
Fuente: Gua de diseo y manual de instalacin de Biodigestores familiares- 2008
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2.2.1.3 Tipos de biodigestor
Hay muchos tipos de digestores, pero los ms comunes son el dosel
flotante (indio) y el domo fijo (Chino). La escasa aceptabilidad de estos ha sido
principalmente debida a los altos costos, la dificultad de instalacin y problemas
en la disponibilidad de repuestos.
A continuacin se describen, de manera sucinta, los tipos de biodigestores
ms conocidos y difundidos a nivel mundial.
A. Biodigestor Domo Flotante (Hindu)
Este biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero
despus reemplazado por fibra de vidrio reforzado en plstico (FRP); para
superar el problema de corrosin. La pared y la base del reactor se construyen
normalmente de ladrillo, habindose usado en algunos casos refuerzo en
hormign.
El gas producido se confina bajo una tapa flotante que se desplaza
verticalmente en un eje central, y de aqu deviene su nombre de domo
flotante. La alimentacin es semi-contnua a travs de la tubera de entrada.
(Fundacin Hbitat, 2005)
En el siguiente cuadro se muestra un resumen de las caractersticas de
funcionamiento del Biodigestor tipo Hind:
Cuadro N 1: Caractersticas del biodigestor Tipo Ind
CARACTERSTICAS DEL BIODIGESTOR TIPO HINDU
Rendimiento de prod. de biogs
en m3/m3 de digestor.
Tamaos (m3)
Material de Construccin
Materia Prima
Gasmetro
0.5 1.0 4 - 150 Concreto y ladrillos
Estircol Si
Fuente: Hilares, 2002
B. Biodigestor de domo fijo (chino)
Este reactor consiste en una cmara de gas-firme construida de ladrillos,
piedra u hormign. La cpula y la base son hemisfricos y estn unidos por
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lados rectos. La superficie interior es sellada por muchas capas delgadas de
mortero para hacerlo firme.
El gas producido durante la digestin se almacena bajo la cpula, con
presiones entre 1 y 1.5 m de agua; lo que crea fuerzas estructurales bastante
altas, por lo que se utilizan materiales resistentes y de buena calidad.
(Fundacin Hbitat, 2005).
Ms de cinco millones de este tipo de biodigestores se han construido en
China y han funcionado correctamente, sin embargo esta tecnologa no ha sido
tan popular fuera de China.
En el siguiente cuadro se muestra un resumen de las caractersticas de
funcionamiento del Biodigestor Chino:
Cuadro N 2: Caractersticas del biodigestor tipo Chino
CARACTERSTICAS DEL BIODIGESTOR TIPO CHINO
Rendimiento de prod. de biogs
en m3/m3 de digestor.
Tamaos (m3)
Material de Construccin
Materia Prima
Gasmetro
0.1 0.3 6 - 200 Concreto, ladrillos
y/o piedras Paja/
Estircol No
Fuente: Hilares, 2002
C. BIODIGESTOR DE ESTRUCTURA FLEXIBLE
La inversin alta que requera construir el biodigestor de estructura fija
resultaba una limitante para el bajo ingreso de los agricultores. Esto motivo a
ingenieros de la provincia de Taiwn, en los aos sesenta, a hacer
biodigestores de materiales flexibles ms baratos. Inicialmente se usaron nylon
y neopreno, pero ellos demostraron ser relativamente costosos; por lo que en
los aos setenta se combino el PVC con el residuo de las refineras de
aluminio, creando un producto denominado El barro rojo PVC, el cual fue
reemplazado posteriormente por polietileno por ser menos costoso; y es el
material ms comnmente usado en Amrica Latina, Asia y frica.
En este digestor el gas se acumula en la parte superior de la bolsa,
parcialmente llena con biomasa en fermentacin; la bolsa se va inflando
lentamente con una presin de operacin baja.
Este digestor presenta los siguientes componentes:
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Tubo de ingreso: est compuesto por un tubo de plstico de 20 a 30 cm de
dimetro, el cual debe estar sumergido en los residuos al menos 15 cm de
profundidad para evitar la salida del biogs. (Fundacin Hbitat, 2005). A
travs de este se ingresan los desechos que se sometern a fermentacin.
Fermentador: es el principal componente del biodigestor, su tamao
depende de la cantidad de desechos a fermentar, pero este no debe ser muy
grande. Es deseable que el biodigestor este aislado y cuente con un
dispositivo de calentamiento y agitacin. (Fundacin Hbitat, 2005).
Tubo de salida de Biol: consiste en un tubo de plstico que se localiza en
el extremo opuesto al tubo de ingreso, el tubo de efluente tambin debe ser
sumergido a 15cm de profundidad para prevenir el escape de gas.
Tubo de salida de Biosol: es un tubo de plstico que se localiza debajo del
tubo de salida de biol, a 5cm de la base del digestor, sirve para evacuar el
biosol formado por la sedimentacin de los lodos.
Tubo de metano: este tubo se ubica en la parte superior de la bolsa de
almacenamiento de biogs, generalmente es de 2 pulgadas de dimetro y se
usa para transportar el biogs al lugar de uso.
Dispositivo de seguridad: consiste en una botella de al menos 10 cm de
profundidad insertada al tubo de salida de biogs, cuando la presin del
digestor es mayor a la del agua, se libera el biogs; con lo que se previene la
ruptura del digestor.
(Fundacin Hbitat, 2005).
Figura N 3: Biodigestor de estructura flexible
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(Fuente: Captura fotogrfica de biodigestor instalado por la ONG CARE en el callejn de Huaylas)
2.2.1.4 Productos del Biodigestor.
A. Biol
Es un abono orgnico lquido, resultado de la descomposicin de
los residuos animales y vegetales: guano, rastrojos, etc., en ausencia de
oxgeno. Contiene nutrientes que son asimilados fcilmente por las plantas
(Instituto Nacional de Investigacin agraria-INIA, 2008).
Por lo anterior, el Biol posee excelentes propiedades fertilizantes,
evitando en esta forma la competencia que se podra presentar con el
aprovechamiento tradicional de los residuos animales y agrcolas con fines
fertilizantes o como combustibles. En promedio la composicin del biol es:
8.5% de materia orgnica, 2.6% de nitrgeno, 1.5% de fsforo y 1.0% de
potasio, lo cual variar de un lugar a otro. (Botero y Thomas, 1987, citados en
Soria, et al., 2001).
El Biol no posee mal olor, a diferencia del estircol fresco, tampoco
atrae moscas y puede aplicarse directamente al campo en forma lquida, en las
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cantidades recomendadas en funcin al cultivo (McCaskey, 1990, citado en
Soria, et al., 2001).
Al no dejar residuos txicos en el suelo, eleva la calidad del mismo y se
considera como un buen fertilizante que puede competir o complementarse con
los fertilizantes qumicos (Soria, et al., 2001).
D. Biosol
El biosol es el resultado de separar la parte slida del fango
resultante de la fermentacin anaerbica dentro del fermentador o biodigestor.
Dependiendo de la tecnologa a emplear, este biosol tratado puede alcanzar
entre 25 a solo 10% de humedad (de hecho esa humedad es principalmente
biol residual). Su composicin depende mucho de los residuos que se
emplearon para su fabricacin (en el fermentador). Se puede emplear solo o en
un conjunto de compost o con fertilizantes qumicos. (Aparcana. 2008)
E. Biogs
Como es conocido el biogs, es un gas-combustible, producido
durante la fermentacin anaerbica de desechos orgnicos de origen animal o
vegetal, dentro de determinados lmites de temperatura, humedad, y acidez.
El biogs es un combustible que tiene un valor calrico de 4 700 a
5 500 kcal/m3 y puede ser utilizado para la coccin de alimentos, para la
iluminacin de las viviendas; puede ser quemado en calderas de procesos
industriales, as como para la alimentacin de motores de combustin interna
en el transporte, bombeo o generacin de electricidad. (Guardado, J. 2008)
El biogs es una mezcla constituida fundamentalmente por metano
(CH4), dixido de carbono (CO2) y pequeas cantidades de hidrgeno (H2),
sulfuro de hidrgeno (SH2) y nitrgeno (N2); la composicin de estos gases en
el biogs, depender del residuo orgnico utilizado para su produccin y las
condiciones en que se procesa. Una composicin promedio del biogs se
muestra en el cuadro N3.
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15
El metano, principal componente del biogs, es el gas que le
confiere las caractersticas combustibles al mismo. El valor energtico del
biogs por lo tanto estar determinado por la concertacin de metano.
Cuadro N 3: Composicin Qumica del Biogs
COMPONENTES FRMULA QUMICA
PORCENTAJE (%)
Metano CH4 60-70
Gas carbnico CO2 30-40
Hidrgeno H2 1.0
Nitrgeno N2 0.5
Monxido de carbono CO 0.1
Oxgeno O2 0.1
cido Sulfhdrico H2S 0.1 Fuente: Instituto de Investigaciones Elctricas de Mexico-1980, citado en Botero et al., 1987
La combustin del biogs genera una llama de color azul, que
puede ser utilizada para la coccin de alimentos. Igualmente el biogs puede
ser utilizado para calefaccin, iluminacin mediante lmparas incandescentes,
que no requieran gas a presin, generacin de energa elctrica, entre otros
usos.
La energa contenida en la materia orgnica procede
originariamente de la luz solar que es transformada en energa bioqumica por
medio de la fotosntesis. Por lo tanto el aprovechamiento de biogs es en
realidad un aprovechamiento indirecto de la energa solar (Moncayo, et al.,
2003).
2.2.1.5 Proceso de digestin anaerobia
La digestin anaerobia es un proceso biolgico degradativo en el cual parte de
los materiales orgnicos de un substrato son convertidos en biogs, por un
consorcio de bacterias anaerobias.
En la digestin anaerobia ms del 90% de la energa disponible por oxidacin
directa se transforma en metano, consumindose slo un 10% de la energa en
crecimiento bacteriano frente al 50% consumido en un sistema aerobio (Muoz
Valero et al., 1987 citado en Campos, 2001).
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A. Proceso microbiolgico y bioqumico
El tratamiento anaerobio es un mtodo utilizado para reducir la contaminacin
de las operaciones agrcolas e industriales, tambin ha sido usado como
una tecnologa de tratamiento de residuos, incluyendo desechos de frutas y
vegetales, y desechos de plantas municipales de tratamiento de aguas
residuales, sus aplicaciones no solo se encuentran limitadas a este tipo de
residuos, sino tambin a tratamiento de residuos industriales (Cheng et al.,
2008). La digestin anaerobia ofrece ventajas como la baja produccin de
lodos, bajos requerimiento de energa y posible recuperacin de energa (Lee
et al., 2010). La digestin anaerbica es un proceso que involucra la
degradacin y estabilizacin de materia orgnica por microorganismos en
ausencia de O2 obteniendo biogs como principal producto.
Se caracteriza por ser un proceso multi-etapas (figura 1), las cuales son:
hidrlisis, acidognesis, acetognesis y metanognesis (Mata-lvarez et al.,
1992).
Figura N 4: Etapas de la Digestin Anaerobia (Adaptado de
Bouallagui et al., 2005)
-
17
En seguida se detallan las etapas mencionadas y se incluye un factor
importante de cara a la investigacin del comportamiento trmico en el proceso
de biodigestin: la entalpa de reaccin.
i. Hidrolisis de polimeros
Durante la hidrolisis de polmeros orgnicos complejos (polisacridos, lignina,
cidos nucleicos, protenas y lpidos), son hidrolizados en unidades ms
pequeas tales como azucares y aminocidos. Estos sustratos pueden
presentarse en forma slida, estado en el cual sera difcil que los
microorganismos tomaran los nutrientes necesarios. El proceso de hidrolisis es
efectuado por medio de las enzimas extracelulares, como son la celulasa,
amilasa o proteasa. Los microorganismos que producen estas enzimas pueden
ser microorganismos aerobio obligados o facultativos. Un ejemplo de lo
mencionado, es la actividad del Clostridium thermocellum que transforma la
celulosa en etanol, hidrogeno y dixido de carbono; mientras que la celobiosa
es transformada a cido actico y cido lctico. Sin embargo, en algunos casos
la accin hidroltica durante esta etapa se ve afectada por la baja solubilidad de
algunos sustratos, como es el caso de las grasas (Mata-lvarez et al. 1992;
Bouallagui et al. 2005).
ii. Acidogenesis
La siguiente etapa en la fermentacin anaerobia es conocida como
acidognesis, en la cual los azcares y aminocidos resultantes de la
hidrlisis son utilizados como sustratos por bacterias fermentativas. La
acidognesis a menudo es la etapa ms rpida en la conversin anaerbica
de materia orgnica compleja en fase lquida. Los cidos grasos,
aminocidos y los azcares son convertidos por las bacterias
acidognicas en alcoholes, dixido de carbono, hidrgeno y cidos grasos
voltiles (AGV) como el cido actico, valrico, propinico, butrico. Esta
ruta de degradacin tambin da un alto rendimiento energtico para los
microorganismos. La flora acidognica es muy diversa y est constituida
de bacterias anaerobias facultativas (entero-bacterias, Streptococos,
Bacillus, Micrococcus, etc) y anaerobias estrictas en mayor proporcin, entre
las cuales se pueden mencionar a Ruminicola clostridium y Bifido bacterium.
-
18
Los azcares son degradados siguiendo la va clsica de la gliclisis. Las
siguientes ecuaciones describen globalmente el proceso bioqumico de la
acidognesis, pudiendo acompaarse ste de una fermentacin alcohlica,
mostrado en la ltima ecuacin (Bouallagui et al., 2005).
Figura N 5: Reacciones qumicas en la etapa de Acidognesis.
En esta etapa las reacciones son de naturaleza exotrmica y el valor de la
entalpia de formacin es: -484.2 kJ/mol (Universidad Nacional de la Pampa).
iii. Acetogenesis
La acumulacin de receptores de electrones tales como cido lctico,
propinico, butrico, etanol y otros cidos grasos voltiles (AGV) es la
respuesta de las bacterias al incremento de la produccin de hidrgeno en el
sustrato. Estos productos pueden o no ser utilizados directamente por los
microorganismos metanognicos y deben ser degradados por las bacterias
productoras de hidrgeno en el proceso denominado acetognesis (Mata -
lvarez et al., 1992; Bouallagui et al., 2005).
Las bacterias acetognicas son responsables de la conversin de los
compuestos receptores de electrones producidos en la etapa acidognica. La
conversin de estos compuestos intermedios es crucial para la exitosa
produccin de metano, debido a que los microorganismos metanognicos no
los pueden usar directamente. Entre las diferentes poblaciones microbianas
que se presentan durante esta etapa se distinguen tres (Robles, 2005):
Bacterias fermentativas.
En un cultivo puro, estas bacterias producen alcoholes, acetato e hidrgeno y
se caracterizan tambin por orientar su metabolismo hacia la produccin
privilegiada de acetato cuando la presin parcial de hidrgeno es baja. Estas
-
19
poblaciones participan tambin en la etapa de hidrlisis, por ejemplo, los
gneros Selenomas, Clostridium, etc.
Bacterias productoras de hidrgeno.
Si la presin parcial de hidrgeno es baja, estas bacterias degradan los AGV y
los alcoholes a acetato. Los principales gneros son Syntrophomonas y
Syntrophobacter, los cuales degradan primeramente el butirato y valerato y
posteriormente degradan el propionato, el desarrollo de estas bacterias es
lento.
Bacterias homoacetognicas.
Estas bacterias producen acetato como nico metabolito, esto puede ser a
partir de azcares o a partir de la mezcla H2/CO2. Gracias a la existencia de
microambientes en el seno del medio de fermentacin, los microorganismos
formadores y consumidores de hidrgeno pueden coexistir. Las siguientes
ecuaciones describen en forma general el proceso de acetognesis, a partir
del cido propinico, butrico y del etanol respectivamente:
Figura N 6: Reacciones qumicas en la etapa de acetogenesis.
Termodinmicamente, la degradacin de los AGV en acetato, es posible
solamente a presiones parciales de hidrgeno muy bajas. Por tanto, es
necesaria una sincronizacin muy estrecha entre las bacterias acetognicas y
las bacterias capaces de consumir el hidrgeno generado (Robles 2005).
En esta etapa las reacciones son de naturaleza exotrmica y el valor de la
entalpia de formacin es: -442.92 kJ/mol (Universidad Nacional de la Pampa).
-
20
iv. Metanogenesis
La metanognesis es la produccin de metano y dixido de carbono a partir de
un limitado nmero de compuestos (actico, H2/CO2, metanol y cido
frmico) que actan como sustrato para los microorganismos metanognicos
(Archeas). Alrededor de 70% del metano es obtenido va reaccin de actico y
el restante es a partir de la reaccin de H2/CO2. Los microorganismos
metanognicos son consumidores de hidrgeno (Mata- lvarez et al., 1992;
Bouallagui et al., 2005).
Las siguientes ecuaciones describen la fase de la metanognesis a partir de
diversos sustratos:
Figura N 7: Reacciones qumicas en la etapa de metanogenesis.
En esta etapa las reacciones son de naturaleza exotrmica y el valor de la
entalpia de formacin es: -74.81 kJ/mol (Universidad Nacional de la Pampa).
Microorganismos Productores de Metano (metanobacterias).
Son el grupo ms importante de microbios de ferme ntacin en la fabricacin
del biogs. Estas bacterias se caracterizan por ser muy sensibles al oxgeno y
a los cidos solo pueden usar como sustrato los compuestos orgnicos e
inorgnicos ms sencillos. El crecimiento y reproduccin de las bacterias
metanognicas es muy lento. Doblar su poblacin demora de 4 a 6 das.
A continuacin se muestran las metanobacterias ms comunes:
-
21
Cuadro N 4: Microorganismos productores de metano
Orden Familia Genero Especies
Methanobacteriates Methanobacteriaceae Methanobacterium Methanobrevibacter
Methanoformicicum Methanobryantil M.thermoautotrophic Methanoruminantium Methanoarboriphilus Methanosmithil
Methanococcates Methanococcaceae Methanococus Methanovannielii Methanovoltae
Methanomicrobiates Methanomicrobiaceae Methamisarcinaceae
Methanogenium Methanospiellum Methanomicrobium Methanosarcina
Methanocaraci Methanomarispigri Methanohongatei Methanomobile Methanobarkerie
Fuente: Tomado de El Biogs una experiencia en China. FAO (1986)
2.2.1.6 Ventajas y dificultades tcnicas del uso de biodigestores
A. Ventajas
Reduccin de la produccin de gas metano. El excremento en estado
natural expulsa grandes cantidades al espacio de este gas. (ITDG)
Se evita la tala de rboles para ser utilizados como combustible. Los
biodigestores son una de las grandes posibilidades para evitar la tala
desmedida. (ITDG)
Se optimiza el material orgnico utilizado, ya que se captan todos los
productos y subproductos (gases y lquidos con slidos disueltos)
generados en la degradacin, por lo cual existe poca prdida de
elementos nutritivos, cosa que no sucede en la biodegradacin aerobia
(Soria, et al.,2001)
Los residuos orgnicos obtenidos despus de la biodegradacin
anaerobia (efluente) tienen mayor riqueza nutricional que los obtenidos
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22
en la biodegradacin aerobia (Noyola y Monroy, 1994, citados en Soria,
et al., 2001)
Mediante la digestin anaerobia se destruyen microorganismos, huevos
de parsitos y semillas de malezas contenidos en las excretas frescas,
quedando el fertilizante residual libre de tales grmenes y plantas
indeseables (Botero et al., 1987).
Control de patgenos; aunque el nivel de destruccin de patgenos
variar de acuerdo a factores como temperatura y tiempo de retencin,
se ha demostrado experimentalmente que alrededor del 85% de los
patgenos no sobreviven el proceso de biodigestin. (Moncayo, et al.,
2003).
Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso de
lea para cocinar.
No se produce humo, por lo que no afecta la salud de las mujeres del
campo.
F. Dificultades Tcnicas
Debe mantenerse una temperatura constante y cercana a los 35C. Esto
puede encarecer el proceso de digestin en climas fros.
Es posible que como subproducto se obtenga H2S, el cual es toxico y
corrosivo, dependiendo del sustrato de partida y de la presencia o no de
bacterias sulfatorreductoras. La presencia de H2S hace que se genere
menos CH4, disminuyendo la capacidad calorfica del biogs y
encareciendo el proceso por la necesidad de depurarlo.
Riesgo de explosin en caso de no cumplirse las normas de seguridad
para gases combustibles.
El biol obtenido de este tipo de biodegradacin es lquido, y al aplicarse
en suelos permeables existe mucha prdida por lixiviacin de algunos de
sus componentes (Soria, et al., 2001).
-
23
Es necesario tener el suelo hmedo para hacer la aplicacin del efluente
porque si el suelo est seco existe gran prdida de nitrgeno del
efluente por volatilizacin (Feigin et al., 1991, citados en Soria, et
al.,2001)
2.2.1.7 Parmetros Ambientales y de Control
Como todo proceso fsico qumico, la digestin anaerobia requiere tomar en
cuenta ciertos parmetros que se involucran directamente y de los cuales
dependen los resultados ptimos. Todos estos parametros resultan de suma
importancia pero para nuestra investigacin en particular nos avocaremos
ampliamente en la temperatura.
A. Temperatura
Es uno de los factores que tiene mayor relevancia en el proceso anaerbico,
ya que define las zonas en donde el proceso puede llevarse a cabo ya sea por
la latitud y/o altura. Tambin ella es vista como el factor en potencia para
aumentar la eficiencia de los sistemas. (Taylhardat 1989 citado por A. Guevara
- 1996).
La temperatura afecta el tiempo de retencin para la digestin y degradacin
del material dentro del biodigestor, la degradacin se incrementa en forma
geomtrica con los aumentos de la temperatura de trabajo, adems se
incrementa la produccin de gas.
Cuadro N 5: Rendimiento de gas con materiales empleados
comnmente a distinta temperatura
Materiales Mesoflico (35c) Ambiente (8-25C)
Estircol de cerdo 0.42 0.25-0.3
Estircol 0.3 0.2-0.25
Estircol de humano 0.43 0.25-0.3
Paja de arroz 0.4 0.2-0.25
Paja de trigo 0.45 0.2-0.25
Pasto verde 0.44 0.2-0.25
Fuente: Fundamentos bsicos para el diseo de Biodigestores anaerbicos rurales. Guevara. 1996.
Conceptos citados en P. Dominguez y J. Ly (2007):
La velocidad del proceso de digestin y el grado de conversin de
biomasa en biogs (produccin especfica de metano) dependen directamente
-
24
de la temperatura, puesto que la tasa de crecimiento de las bacterias
incrementa con la misma. (Schimid y Lipper 1969).
As, en el ptimo mesoflico entre 32 y 38 C el proceso es ms rpido
que en el rango psicroflico (< 25 C). (Kashyap et al 2003)
Existen dos rangos definidos en que las bacterias presentan una buena
produccin de biogs: la mesfila, entre 30 y 40C y la termfila entre 45 y
60C (Pfeffer, 1974;Ten Brummeler, 1993; Verma, 2002).
Aunque no exista un modelo para predecir la produccin de metano en
funcin de la temperatura, como regla de diseo bsica puede considerarse
que la velocidad de produccin de biogs se duplica cada 10 C de aumento de
temperatura en el rango de 15-35 C (Fulford 1988).
Segn Wellinger (1999): la velocidad de produccin a 22 C es la mitad
respecto a digestores operando a 35 C.
Por otro lado, la biodegradabilidad de la biomasa tambin aumenta con
la temperatura, sobre todo con compuestos recalcitrantes a la hidrlisis como la
celulosa. En el caso de la digestin anaerobia psicroflica de estircol vacuno, y
con tiempos de retencin razonables (< 100 das), la conversin de sustrato en
biogs puede llegar a ser hasta un 30 % inferior respecto al rango mesoflico
(Wellinger 1999).
Una temperatura muy alta puede causar una declinacin en el ritmo
metablico del proceso, debido a la degradacin de las enzimas que son
esenciales para la vida celular. Los microorganismos tienen un crecimiento y
ritmo metablico ptimos dentro de un rango de temperatura muy bien definido,
y que es especfico para cada especie bacteriana. Particularmente, el lmite
superior depende de la termoestabilidad de las molculas de protena
sintetizadas por cada tipo particular de organismo.
Las bacterias metanognicas son ms sensibles a los cambios de
temperatura que los otros microorganismos del digestor. Esto es debido a que
-
25
la velocidad de crecimiento de los otros grupos bacterianos es mayor que la de
las metanobacterias. Todos los microorganismos presentes en el biodigestor
pueden resistir cambios variables de temperatura hasta un lapso de dos horas
aproximadamente, y pueden retornar rpidamente a los ritmos normales de
produccin de gas cuando la temperatura se restablece. Sin embargo, cuando
la temperatura cae numerosas veces o por un tiempo prolongado, esto puede
conducir a un desbalance en la proporcin de los microorganismos y en ltima
instancia a problemas de bajos pH. (Gunnerson y Stuckey - 1986).
Se han detectado dos regiones de temperatura para la digestin de las
excretas: El primer rango es apropiado para la vida de las bacterias mesoflicas
(de 20 a 45C) y el segundo rango es caracterstico de bacterias termoflicas
(de 35 a 55C). (Gunnerson y Stuckey - 1986).
Una ventaja de una digestin termoflico es que el ritmo de produccin
de metano es aproximadamente el doble de una digestin mesoflica. Por
consiguiente, los biodigestores termoflicos pueden tener la mitad del volumen
de uno mesoflico, y an mantener as la misma eficiencia en el proceso.
i. Temperatura ambiental.
En el siguiente cuadro, tomado de un estudio realizado en las
comunidades de Macashca, San Nicols y Santa Cruz, en el distrito de Huaraz
Ancash, se muestran las temperaturas ambientales registradas.
Cuadro N 6: Temperatura ambiental.
CARACTERSTICAS VALOR
Altura De 3,150 a 3,600
Temperatura ambiente mxima
20 C
Temperatura ambiente mnima
0 C
Temperatura ambiente promedio
15 C
Mximo viento: - Excepcional (cada 50 aos). - Ocasional (1 hora cada ao)
104 KPH 52 KPH
Mximo hielo 6.0 mm
-
26
Humedad relativa promedio 65%
Fuente: EIA CINYDE SAC.
ii. Temperatura dentro de un biodigestor.
En el cuadro N 7, se puede observar los rangos de temperatura de trabajo
dentro de un biodigestor, segn la geografa y la altura sobre el nivel del mar.
Cuadro N 7: Identificacin de ecorregiones segn temperatura ambiente
y altura.
Regin Temperatura
ambiente Temperatura
de trabajo
Altura sobre el nivel del
mar
Altiplano -12 a 20 C 6 a 10 C
(con invernadero)
2900 4500
Valle 5 a 30 C 15 a 20 C 1800 2900
Trpico 13 a 38 C 25 a 30 C 0 - 1800
Fuente: Biodigestores familiares guia de diseo y manual de instalacion (2002) (10)
B. Contenido de nutrientes.
El proceso anaerobio se caracteriza, frente a procesos aerobios, por los bajos
requerimientos de nutrientes, debido fundamentalmente a los bajos ndices de
produccin de biomasa. A pesar de ello, la biomasa necesita para su desarrollo
el suministro de una serie de nutrientes minerales, adems de una fuente de
carbono y de energa. Los principales nutrientes necesarios para el crecimiento
de los microorganismos son el carbono, el nitrgeno y el fsforo, y una serie de
elementos minerales como S, K, Na, Ca, Mg y Fe que deben de estar
presentes a nivel de trazas (Mart, 2006). Otros autores sostienen que adems
de los mencionados anteriormente, son necesarios compuestos orgnicos
especiales, como vitaminas, y los siguientes nutrientes: cobalto, nquel,
molibdeno, selenio, riboflavina y vitamina B12 (Speece, 1987, citado en
Campos, 2001).
C. Tiempo de retencin hidrulico.
El tiempo de retencin es un parmetro muy importante, que depender del
tipo de reactor utilizado.
-
27
En biodigestores sin un sistema de calefaccin, depende de la temperatura
ambiente que en muchas regiones es inferior al rango de temperaturas ptimo.
A menores temperaturas se sigue produciendo biogs, pero de manera ms
lenta. A temperaturas inferiores a 5C se puede decir que las bacterias quedan
dormidas y ya no producen biogs.
Por ello es necesario estimar un tiempo de retencin segn la temperatura a la
que se trabaje. El tiempo de retencin es la duracin del proceso de digestin
anaerobia, es el tiempo que requieren las bacterias para digerir el lodo y
producir biogs. Este tiempo, por tanto, depender de la temperatura de la
regin donde se vaya a instalar el biodigestor. As, a menores temperaturas se
requiere un mayor tiempo de retencin que ser necesario para que las
bacterias, que tendrn menor actividad, tengan tiempo de digerir el lodo y de
producir biogs. (Mart, 2008, pg. 17).
-
28
Cuadro N 8: Tiempo de retencin segn temperatura
Regin Temperatura (C) Tiempo de retencion (das)
Tropico 30 15
Valle 20 25
Altiplano 10 60
Fuente: Gua de diseo y manual de instalacin de Biodigestores familiares, J. Marti. 2008
Figura N 8: Efecto de la temperatura y tiempo de retencin sobre
la produccin de gas
Fuente: Golueke (1977), citado por Guevara. 1996
D. pH
El valor ptimo de pH est en el rango de 6.6 a 7.6 (Yongfu et al. 1989 citado
en Dominguez, P.; Ly, J - 2007).
Los cidos grasos de cadena corta (AGCC) que se producen durante el
proceso de digestin reducen el pH en la fase lquida del digestor.
-
29
Si las bacterias metanognicas no pueden convertir los AGCC tan rpidamente
como son formados por las bacterias acetognicas, los AGCC se acumularn y
causarn un descenso en el pH del medio. Sin embargo, el equilibrio
CO2/HCO3- en el digestor ejerce una resistencia sustancial a los cambios de
pH.
2.2.1.8 Calor al biodigestor
(Tomado de D Poggio, I Ferrer, Ll Batet y E Velo. 2009)
En vista de la importancia de la temperatura dentro del biodigestor, se conoce
de tcnicas y mtodos para aportarles mayor calor.
Se han investigado soluciones innovadoras para calentar los digestores, por
ejemplo mediante colectores solares (Axaopoulos et al 2001; El-Mashad et al
2004), aunque su coste de inversin y mantenimiento podra resultar
insostenible. Por otro lado, tambin es posible mejorar el funcionamiento de
digestores enterrados mediante el uso de invernaderos (Usmani 1996),
oscureciendo el terreno para aumentar la absorcin solar (Anand y Singh
1993), y pre-calentando la alimentacin (Tiwari 1986; Kishore 1989).
No obstante, en el caso de condiciones extremas (temperaturas medias < 10
C), estas soluciones podran no ser suficientes para mantener una produccin
satisfactoria de biogs, a causa de las prdidas de calor hacia el suelo a travs
de las paredes del digestor (Kishor et al 1988).
Tambin se han realizado prototipos de digestores enterrados cubiertos con
invernaderos y con paredes aisladas en zonas montaosas de Nepal a 2500 m
(5 C de temperatura media anual), obteniendo una produccin de biogs
satisfactoria incluso en los periodos ms fros del ao. En este caso, la
complicacin constructiva y el mayor coste de los materiales utilizados, hasta
tres veces superior respecto a un modelo estndar (Bajgain y Shakya 2005),
ponen serias limitaciones a la aplicabilidad real de la solucin.
-
30
A. Uso de invernaderos para incrementar el calor.
En una zona de inviernos fros, la temperatura interior del invernadero ser de
aproximadamente 5C por encima de la temperatura exterior.
Fuente: Infojardin
2.2.2 MUROS TROMBE
2.2.2.1 Definiciones
El muro trombe es un colector de energa solar compuesto de una superficie
vidriada o de plstico transparente, una cmara de aire y una masa trmica.
El sol incide en la superficie vidriada produciendo, el calentamiento del aire de
la cmara. La masa de tierra (adobe) ubicada dentro de la cmara de aire,
impide el enfriamiento y fuga del aire caliente. El aire calentado en la cmara
circula por convencin y se introduce en la vivienda por un sistema de tuberas.
El calor se distribuye en la vivienda por radiacin. (Kuroiwa-SENCICO, 2007)
El muro Trombe fue diseado y patentado por Edward Morse en 1881 (US
Patent 246626), pero este fue ignorado hasta 1964. En los aos 60 el diseo
fue popularizado por las construcciones que usaban los principios de las casas
solares pasivas en Font- Romeu-Odeillo-Via, Francia, por el ingeniero Flix
Trombe y el arquitecto Jacques Michel.
Es un sistema pasivo de recoleccin de energa solar de forma indirecta, que
se utiliza para el calentamiento interno de casas, utilizando transferencia de
calor, por conduccin, conveccin y radiacin. Es un sistema indirecto porque
la captacin la realiza un elemento dispuesto entre el cristal y el interior de la
vivienda, y pasivo porque no hay elementos mecnicos en funcionamiento. El
muro debe estar orientado al sol, preferentemente al norte en el hemisferio sur
y al sur en el hemisferio norte, debe estar construido con materiales que
puedan acumular gran cantidad de calor durante el da, para paulatinamente
transmitirlo por la noche cuando se necesite. (Puertas, 2011, pg. 19)
-
31
Basado en el efecto invernadero, consta de un vidrio exterior, una cmara de
aire y una pared de masa; ste es un muro de gran espesor y densidad que
puede ser de cualquier material de gran inercia trmica (fbrica de ladrillo,
piedra, agua, hormign armado), en general pintado de un color oscuro para
captar una mayor cantidad de energa. Sus funciones son la captacin, la
acumulacin de la energa aportada por la radiacin solar y la restitucin del
calor por radiacin al espacio habitable.
La radiacin solar de onda corta atraviesa el vidrio y calienta el muro. La
radiacin emitida por el muro, de onda larga, no puede atravesar otra vez el
vidrio producindose el efecto invernadero. Como consecuencia de esto se
calienta el aire que hay en la cmara. En la versin original del muro Trombe se
incluyen dos conjuntos de orificios en la pared de masa, uno en la parte
superior y otro en la base, de forma que cuando el aire de la cmara se calienta
por la energa solar aportada, asciende por conveccin natural y, atravesando
el muro por los orificios superiores, pasa al interior del local. El vaco que se
crea en la cmara de aire succiona, a travs de los orificios inferiores del muro,
el aire fro del interior del local, que se encuentra estratificado por su
temperatura. De esta forma se crea el llamado bucle convectivo, que hace
circular el aire fro de la estancia a la cmara de aire, se calienta, y vuelve a
entrar al interior del local. El aire continuar circulando y calentando la vivienda.
(Martin y lvarez, 2008, pg. 3)
El Muro Trombe es un muro o pared orientado al norte (en el hemisferio sur)
acondicionado para actuar como Colector Solar Trmico. En la cara exterior va
una cubierta transparente, tpicamente de vidrio, dejando un espacio de aire
entre el muro y la cubierta. En la parte superior e inferior del muro hay unas
aperturas de venteo que permiten el intercambio de calor con el interior de la
vivienda (Figura 9).
Figura N 9: Muros Trombe-Sistema Solar
-
32
La radiacin solar de onda corta atraviesa la cubierta y es absorbida por el
muro que debe tener una baja reflectividad (pintura negra o selectiva). Al
calentarse el muro emite calor en forma de radiacin de onda larga, la cual no
atraviesa la cubierta que no es transparente para onda larga, producindose un
efecto invernadero que permite que el muro alcance mayor temperatura.
El aire entre el muro y el vidrio se calienta producindose un flujo ascendente
debido a la diferencia de densidad, el aire a mayor temperatura es ms liviano,
esto genera un flujo de aire caliente al interior por la parte superior del muro y
un consiguiente flujo de aire fro del interior hacia el muro por la apertura
inferior.
El muro debe ser idealmente un acumulador de calor, para esto debe ser de un
calor especifico elevado (relativo a materiales de construccin) y de un grosor
considerable, por ejemplo de hormign, piedra o adobe. La acumulacin de
calor en el muro sirve para que contine liberando calor durante la noche y as
mejorar la inercia trmica de la vivienda. (Domancic, 2008)
El muro trombe es un sistema solar pasivo de ganancia indirecta formado
bsicamente por un vidrio o captador, un muro absorbedor y almacenador, y
una cmara de aire entre el vidrio y el muro, este conjunto que forma el llamado
mutro trombe trabaja absorbiendo radiacin solar que pasa a travs del vidrio u
otro material captador y llega a la cara exterior del muro absorbedor y
-
33
almacenador, el aire de la cmara es calentado por la radiacin solar. El muro
transfiere ese calor por conduccin, puede tener compuertas de ventilacin que
permiten la distribucin del calor por conveccin dentro de la habitacin
contigua al muro. El aire caliente se almacena en la cmara de aire, sube por
diferencia de densidad, entrando por las compuertas superiores del muro, por
lo cual el muro debe estar ubicado a un nivel igual o inferior al de la habitacin,
si est a nivel superior se tendran que usar medios mecnicos para bajar el
aire caliente y hacer utilizable el sistema. (Alvial, 2009, pg. 49).
2.2.2.2 Elementos del Muro Trombe
Los siguientes elementos que se describen a continuacin constituyen y
completan el diseo de un ambiente basado en el aprovechamiento de energa
solar del muro trombe: (Alvial, 2009, pg. 50-51)
Figura N 10: Elementos del muro trombe (vista posterior)
Fuente: Alvial, 2009
A. Captador:
Es la superficie a travs de la cual la radiacin solar es captada.
-
34
El rendimiento de la captacin depende de la transmitancia del captador y de la
radiacin incidente. La temperatura sube si aumenta la radiacin, lo cual es
posible si se dirige a travs de superficies reflectantes.
A. Absorbedor:
Para el caso del muro trombe, es la superficie de muro que absorbe radiacin
solar situndose en su trayectoria, interceptndola y degradndola en forma de
calor. Cuando la radiacin solar calienta el muro, cambia su longitud de onda
corta a una longitud de onda larga, que no puede atravesar la superficie
captadora, por lo cual, parte de la radiacin es absorbida y parte de la energa
queda atrapada calentando el espacio que hay entre el captador y el
absorbedor.
B. Almacenador:
Materiales usados en la construccin del muro, con el objetivo especfico de
mantener el calor producido por la radiacin solar, constituyen la masa trmica.
Aunque generalmente el absorbedor y almacenador son el mismo muro, el
absorbedor es la superficie expuesta (pared pintada de negro) y el
almacenador es el material interior o posterior a esta superficie (adobe).
C. Distribucin:
Mtodo por el cual el calor circula desde la captacin a la habitacin contigua al
muro. Durante el da, se realiza a travs de compuertas ubicadas generalmente
en la parte inferior y superior del muro, para permitir la circulacin del aire
calentado en el espacio entre el captador y el absorbedor, espacio al cual se le
llamara cmara de aire. Las compuertas permiten la distribucin de aire de la
cmara de habitacin. Durante la noche el muro es el distribuidor (emite calor
a la habitacin contigua).
D. Control:
Son mecanismo de regulacin del calor, impiden el sobrecalentamiento, el
sobrenfriamiento y la prdida de calor. El mecanismo ms usado para control
en el muro trombe son las compuertas, se mantiene abiertas en invierno para
que el calor entre en la habitacin, cerradas durante la noche para que el calor
-
35
no se escape de la habitacin, el funcionamiento de las compuertas como
mecanismo de control dependen del objetivo del muro.
2.2.2.3 Funcionamiento:
Durante el da el aire que est entre la pared y el vidrio se calienta y se
eleva hasta la parte alta del muro trombe ingresando a la habitacin por los
orificios superiores de la pared. El aire fro de la habitacin ingresa al muro
trombe por los orificios inferiores y de igual forma se calienta y vuelve a
ingresar a la habitacin por los orificios superiores. Es necesario tener en
cuenta que este proceso se invierte en las noches y por esta razn los
orificios deben de ser cerrados cuando empieza a oscurecer.
La pared debe estar pintada de un color oscuro (preferentemente negro)
para que absorba los rayos del sol y transporte el calor ganado a travs del
Muro Trombe para luego liberarlo a la habitacin. (Koiwasi, 2007)
Figura N 11: Termocirculacin en una pared Trombe
. Fuente: Principios Fundamentales de Paredes Trombe y Chimeneas Solares-2006
-
36
Este sistema pasivo de recoleccin de energa solar de forma indirecta
utiliza transferencia de calor ya sea por conduccin, conveccin y/o
radiacin.
La radiacin solar pasa a travs del vidrio y calienta el muro, el cual ir
calentando el aire atrapado en la cmara por conveccin natural. El aire
caliente, ms ligero se elevar en la cmara de aire y penetrar en el local a
climatizar a travs de la rejilla superior.
Figura N 12: Esquema 1 de funcionamiento del muro trombe y el
aumento de energa
Fuente: Koiwasi: Casa Caliente 2009
Figura N 13: Esquema 2 de funcionamiento del muro trombe y el
aumento de energa
-
37
Fuente: Wilson, 1973
El efecto directo del muro Trombe coincide con los momentos de incidencia
de la radiacin solar, es decir, la circulacin del aire estancia-cmara-
estancia cesa en el momento en el que la radiacin deja de calentar el aire
en el interior de la cmara. Es en este momento cuando cobra importancia
la inercia trmica del muro. (Wilson, 1973, pg.3)
2.2.2.4 Factores para el diseo del muro trombe
A. Factores externos:
i. Seleccin del Sitio.
Para cualquier colector solar, como el muro trombe, para operar
eficazmente, debe ser colocado en una buena ubicacin. El criterio ms
importante para la seleccin de un sitio de un sistema de muro Trombe, es el
acceso al sol. Para asegurar que el sitio tendr suficiente ganancia solar, se
deber determinar lo siguiente:
1) Ubicacin hacia el sur (Hemisferio Norte),
2) Cambios de la posicin del sol en el cielo durante el da y el ao, y
-
38
3) La sombra potencial del sitio debido a las estructuras existentes, rboles,
etc.
El sol cambia de posicin en el cielo durante el da y durante todo el ao, el
sol de invierno es ms bajo en el cielo que el sol del verano. En la seleccin
de un sitio para cualquier tipo de colector solar, se debe determinar si los
edificios cercanos o rboles proporcionarn sombras no deseados y en qu
momentos estos se producirn.
El sistema ser ms eficiente cuando las horas de sol directas durante el
da, sean mayores.
(Wilson, 1973, pg.5)
Figura N 14: Ubicacin del muro trombe en el hemisferio Sur.
Fuente: Koiwasi: Casa Caliente 2009
B. Factores Internos:
Los principales elementos que componen el Muro Trombe son los
siguientes: el muro (espesor, material y nmero de sus orificios),
acristalamiento (captador), y la superficie selectiva.
i. Muro Acumulador (Masa de la pared)
La masa de la pared es el componente ms importante de un muro
Trombe. En ella, el calor solar se almacena y se transmite al interior del
espacio definido.
-
39
Este recibe una cantidad importante de radiacin solar durante el da. La
radiacin solar calienta la superficie exterior del muro y ese calor es
absorbido y transmitido lentamente hacia la superficie interior (siempre y
cuando sta tenga una temperatura inferior). Unas 8 horas despus de
que el muro recibi la mayor cantidad de energa, es decir, durante la
noche, su superficie interior alcanza la mayor temperatura posible,
contribuyendo a calentar el espacio interior. Para ese momento el muro
ha almacenado una cantidad importante de energa, por lo que seguir
radiando calor hacia el interior bastantes horas despus de que la
superficie exterior haya dejado de recibir radiacin; por lo tanto el
ambiente interior se beneficia de aportaciones calorficas en los
momentos en que el sol est ausente, prolongando de forma eficaz el sol
til.
Los materiales pesados por lo general tienen la cualidad de absorber la
energa calrica y distribuirla gradualmente en su estructura interna, por
ejemplo el adobe, hormign, el ladrillo y la piedra, suelen presentar una
elevada capacidad de almacenamiento de calor, mientras que con los
materiales ligeros, como los aislantes, sucede lo contrario.
Una de las cualidades que debe tener nuestro muro acumulador es que
tenga una elevada masa trmica. Para esto necesitar tener un elevado
calor especfico, una alta densidad, y una baja conductividad trmica.
El problema que tendramos con esta bsqueda inicial tan amplia es que
en realidad el calor especfico vara relativamente poco entre los
principales materiales constructivos, por ello su capacidad de
almacenamiento de calor se debe relacionar estrechamente con su
densidad, es lo que se conoce como calor especfico volumtrico que
representa la capacidad de almacenamiento de calor de un material, de
acuerdo a su densidad, por ende la cualidad que debe tener nuestro muro
es que tenga un alto calor especfico volumtrico. (Puertas, 2011, pg. 30)
-
40
Otra cualidad del muro, es que debe tener gran capacidad de absorcin y
de guardar calor. Estos factores dependen bsicamente de la
conductividad trmica (baja) y de la resistencia del muro (k) (mayor).
Es sumamente importante tener en cuenta el ancho del muro, es decir,
debe existir un ancho ptimo (para cada material existe uno), se
recomienda utilizar los siguientes valores de la tabla:
Cuadro N 9: Espesor recomendables para los distintos
materiales a emplear
Material Espesor
recomendado (cm)
Adobe 20 30 Ladrillo 25 35
Hormign 30 - 45 Fuente: Calefactor Solar Sencico-CSS-2008
Con respecto a las caractersticas trmicas del muro, debemos tener en
cuenta su inercia trmica, lo cual consiste incluye:
1. La cantidad de calor que un material puede almacenar, y
2. la rapidez con que el calor se puede transmitir (por conduccin) a
travs del material y se libera a la atmsfera en el interior;
Estas caractersticas estn determinadas por cuatro propiedades fsicas
de un material: densidad, conductividad, calor especfico y la capacidad
calorfica. (Wilson, 1973, pg.8-9)
Densidad (Kg/m3): Es la medida referida a la cantidad de masa
contenida en un determinado volumen de un material. En general,
cuanto ms pesado (ms denso) sea un material, mayor ser la
capacidad de absorber y almacenar calor.
Conductividad trmica: es la medida de la rapidez y facilidad con
que el calor puede pasar a travs de un material. El movimiento de
calor siempre es debido a una diferencia de temperatura, el calor se
desplaza de ms caliente a las partes ms fras de cualquier material.
(W / mK)
-
41
Calor especfico: Es la cantidad de calor que necesita un material
para aumentar su temperatura en 1 C (W / Kg C).
Capacidad de almacenamiento trmico (capacidad calorfica
volumtrica): Cantidad de calor necesaria que se puede almacenar
en un determinado volumen de material cuando est experimentando
un cierto cambio en su temperatura sin cambiar de fase, (W / Kg3 C).
Cuadro N 10: Propiedades de los materiales ms comunes de
construccin:
Fuente: Wilson, 1973
Existen cuadros que indican las consideraciones tcnicas para la construccin
del muro trombe segn el rea del recinto que se desee abrigar, como se
muestra en la siguiente:
Cuadro N 11: Consideraciones Tcnicas para los Muros Trombe
-
42
Fuente: Bohrquez, J., M
Numero de los orificios
Para esto no hay un parmetro especial pero, bsicamente el rea de estos
debe ser suficiente para garantizar un flujo uniforme y constante, sin producir
movimientos fuertes del aire circulante. (Bohrquez, J., M)
ii. Acristalamiento (captador)
El acristalamiento es un componente crtico de la mayora de los sistemas de
captacin solar (como el muro trombe). El propsito de las cubiertas
translcidas claro, es para atrapar el calor de la radiacin solar entrante. La
capacidad que atrapa el calor de acristalamientos surge en gran parte de su
transmisin. Es decir, que permiten que la radiacin de ciertas longitudes de
onda pase a travs mientras que bloquea el paso de otras.
Un buen material de acristalamiento debe permitir mxima de transmisin de
energa solar (onda corta) radiacin (expresada como el porcentaje de luz
incidente que pasa a travs de ste).
-
43
La radiacin de onda larga o calor se irradia hacia fuera de las superficies que
absorben la luz en cualquier sistema colector. Al impedir el escape de esta
radiacin de onda larga, el colector se calienta. Este proceso es el conocido
"efecto invernadero" (vase la Figura 14).
Figura N 15: Efecto Invernadero (greenhouse effect)
Fuente:Wilson, 1973
- Radiacin solar incidente, de onda corta, capaz de pasar a travs del
plstico o vidrio.
- Radiacin de onda larga que no pueden pasar fcilmente a travs de los
materiales de acristalamiento.
- Radiacin de onda corta es absorbida por las superficies y luego la
radiacin de onda larga irradian hacia fuera de stas.
Por lo general se utiliza un acristalamiento ordinario de forma vertical,
aunque tambin es posible girarlo para obtener la inclinacin a travs de la
cual se pueda captar la mayor cantidad de radiacin.
Adems, un acristalamiento solar ideal debe poseer resistencia al deterioro
de rayos ultravioleta, una buena estabilidad trmica, una alta resistencia a la
abrasin y el tiempo, bajo mantenimiento y los costes de adquisicin, la
fractura y resistencia al impacto, y la facilidad de manejo.
-
44
Comnmente utilizados los materiales de vidrio se clasifican en dos grandes
categoras: vidrio y plsticos.
El Cuadro N 12 resume los diferentes tipos de acristalamientos disponibles.
La informacin se basa en gran medida en las calificaciones de los
fabricantes que por supuesto no siempre sern aceptados sin reservas.
-
45
Cuadro N 12: Tipos de acristalamiento y sus caractersticas.
Fuente: (Wilson, 1973, pg.5)
-
46
Policarbonato
El aislante trmico transparente (policarbonato) es un buen material
para su uso como captador y aislante en un muro trombe, ya que la
radiacin llega en gran cantidad a la superficie de absorcin del muro,
donde se transforma en calor. La buena aislacin trmica del muro,
gracias al aislante trmico, impide que el calor se pierda al exterior por
conveccin. (Alvial, 2009, pg. 63)
Las diferentes coloraciones permiten variar la transmisin de luz.
Estas caractersticas de transparencia quedan inalteradas en el tiempo ya
que las placas estn protegidas contra el envejecimiento.
Cuadro N 13: Transmisin luminosa a travs del policarbonato
segn espesor.
Fuente: Tecnologa ALCRISTAL C.A.
-
47
Caractersticas del Policarbonato: (FEMOGLAS)
Su resistencia al impacto es 250 veces superior al vidrio y 40 veces
ms que el acrlico.
Pesa la mitad que el vidrio 1.2 Kgr/m2.
Nivel de transmisin de luz de 90%, igual al vidrio.
Material Reciclable.
Soporta temperaturas entre - 40C y 100C.
Bloquea el 98% de los rayos UV.
Mayor propiedad trmica.
Su mantenimiento es mnimo, ya que en condiciones normales la lluvia
es suficiente para mantenerlo limpio.
Figura N 16: Transmitancia del policarbonato
(FEMOGLAS Lnea Policarbonato)
-
48
Cuadro N 14: Propiedades de las diferentes coberturas
transparentes
FUENTE: calefaccin solar para regiones fras-Soluciones Prcticas ITDG
iii. Superficie Selectiva:
La aplicacin de una superficie espectralmente selectiva puede aumentar el
rendimiento del muro. La superficie selectiva consiste en el pintado de la
superficie exterior del muro. La superficie exterior del muro acumulador debera
tener una absortividad (factor de absorcin) cercano a 1, evitndose los colores
claros. De esta forma se absorben casi todas las radiaciones en la parte visible
del espectro solar emitiendo muy poco en el rango infrarrojo del espectro
(longitud de onda larga). Su alta absorcin convierte la luz en calor en la
superficie del muro y la baja emisividad evita que el calor escape a travs del
cristal. (PROYECTO RECONSOST 2006-2008)
Cuanto mayor sea la absorcin de energa en la cara exterior del muro mayor
ser la transmisin de calor hacia el interior. Por eso, una pared oscura (negra)
tiene una absorcin del 95%. El azul oscuro proporciona un 85% de
rendimiento. Por eso es importante escoger un color adecuado. (Sencico-2008)
Absortividad
-
49
Es la propiedad relativa a la radiacin que representa la fraccin de
radiacin incidente sobre una superficie que es absorbida por sta. Su
valor est comprendido en el rango 0 < < 1. Un cuerpo negro absorbe
toda la radiacin incidente sobre l, es un absorbente perfecto ( = 1). La
absortividad va de 0,0 (0%) hasta 1,0 (100%).
Figura N 17: Absortividad
Fuente: PROYECTO RECONSOST 2006-2008
2.2.2.5 VENTAJAS DEL MURO TROMBE
Uso intensivo de materiales locales
Bajo costo
Facilidades de construccin
No se requiere combustible, aplica la captacin solar pasiva
No contamina el ambiente
Al ser un sistema pasivo no tiene partes mviles, precisando poco o
ningn mantenimiento.
Finalmente cabe destacar que su construccin es sencilla y no supone
un excesivo aumento del presupuesto material de la obra,
rentabilizndose su ejecucin en la vida til del lugar a aplicar.
(Sencico-2008)
-
50
3 CAPTULO III:
DESCRIPCIN DEL MBITO DE ESTUDIO
3.1 Ubicacin
El biodigestor, materia de estudio, se encuentra ubicado en el centro poblado
Atocpampa perteneciente al distrito de San Miguel de Aco, provincia de
Carhuaz en la regin Ancash.
Figura N 18: Ubicacin poltica del mbito de estudio
-
51
Fuente: Elaboracin propia.
Es preciso destacar que el biodigestor se encuentra ubicado dentro del predio
de un miembro de la comunidad de Atocpampa. Las coordenadas geogrficas
de la ubicacin de dicho biodigestor son (WGS 1984):
222886.00 E
8963420.00 S
3.2 Caractersticas ambientales
3.2.1 AMBIENTE FSICO
3.2.1.1 Clima
Al encontrarnos a una altitud de 3450 msnm (zona sierra de nuestro pas), la
caracterstica primordial del clima son los cambios bruscos de temperatura
durante las 24 horas del da. En este caso, analizaremos el comportamiento
trmico y pluvial.
Cabe resaltar que al no contar con estaciones meteorolgicas en la misma
zona de estudio, se han tomado los datos de la estacin meteorolgica activa
ms cercana: Estacin Santiago Antnez de Mayolo de la ciudad de Huaraz
-
52
Ancash (perteneciente al SENAMHI), la cual se encuentra a unos 18 Km
(aproximadamente) de la zona de estudio.
Cuadro N 15: Datos de la estacin meteorolgica utilizada
Estacin Propietario Depart. Prov. Distrito Latitud Longitud Altitud (msnm)
Periodo
Santiago Antunez de
Mayolo SENAMHI Ancash Huaraz Independencia
9 30' 59.5"
77 31' 29.5"
3079 Enero 2007 a
Diciembre 2010
Fuente: SENAMHI
A. Temperatura
A los datos de temperatura obtenidos de la estacin Santiago Antnez de
Mayolo se les ha aplicado el gradiente de temperatura (0.65C/100m) para
obtener la temperatura estimada en nuestra zona de estudio.
Los resultados obtenidos se muestran en el grfico N 1.
Grfico N 1: Comportamiento trmico en la zona de estudio
Fuente: Elaboracin propia
Como se puede observar, la temperatura mxima promedio mensual registrada
es de 26.2 C (Octubre) y la mnima es de 3.8 C (Agosto).
22.0
24.0 24.2
26.2
8.6
3.8
6.1
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
24.0
28.0
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
(C)
Temperatura promedio mensual en el CC.PP. Atocpampa (estimado)
Tmax
Tmin
Tmed
-
53
Tomando como referencia el comportamiento de la temperatura media
promedio mensual, podemos observar que se grafica muy bien las dos
estaciones climticas caractersticas de la sierra: temperaturas ms elevadas
durante la poca de lluvia (Octubre a Marzo) y temperaturas bajas en la poca
de estiaje (Abril a Septiembre).
B. Precipitacin
Respecto a la precipitacin, se han tomado los datos obtenidos de la
mencionada estacin meteorolgica (Santiago Antnez de Mayolo) slo a
manera de referencia.
Los resultados obtenidos muestran en el siguiente cuadro
Grfico N 2: Comportamiento pluvial en la zona de estudio
Fuente: Elaboracin propia
Tal como lo muestra la grfica, se pueden distinguir las antes mencionadas
estaciones climticas propias de la zona sierra de nuestro pas. En la poca de
lluvia (Octubre a Marzo) se observan valores de precipitacin mayores,
alcanzando un pico de 287.5 mm en el mes de Enero (precipitacin mxima
mensual), mientras que en la poca de estiaje (Abril a Septiembre) se observan
valores de precipitacin mnimos, siendo de 0.9 mm el menor valor registrado
en el mes de Agosto (precipitacin mnima mensual).
287.5
0.9 0
50
100
150
200
250
300
(mm)
Precipitacion total mensual en el CC.PP Atocpampa
PPmax
PPmin
PPmed
-
54
3.2.1.2 Zonas de Vida
A. Bosque Seco Montano Bajo Tropical (bs-mbt)
La biotemperatura media anual mxima es de 16,5C y la media anual mnima
de 10,9C. El promedio mximo de precipitaciones total por ao es de 972,9
milmetros y el promedio mnimo, de 449,3 milmetros.
El relieve varia de suave o plano, propio de las terrazas de los valles
interandinos, a inclinados, tpico de las laderas que encierran a dichos valles. El
patrn edfico est constituido por suelos generalmente de texturas media a
pesada, de reaccin neutra a calcrea, de buen drenaje.
La vegetacin primaria ha sido fuertemente deteriorada y sustituida en gran
parte por los cultivos que llevan a cabo mediante el riego o con la lluvia en los
lmites superiores de la formacin. Un indicador vegetal muy significativo en
esta zona de vida es la retama, el Eucalipto, la chamana y el capul.
3.2.2 AMBIENTE SOCIOECONMICO
Para describir el ambiente socioeconmico se han tomado datos estadsticos
elaborados por el Instituto nacional de estadstica e informtica (INEI)
correspondiente al ao 2007.
3.2.2.1 Poblacin
Segn el ltimo censo nacional oficial de poblacin y vivienda, (2007), el centro
poblado de Atocpampa contaba con 226 habitantes y 53 viviendas, tal como se
aprecia en el siguiente cuadro:
Cuadro N 16: Poblacin del CC.PP. de Atocpampa
Altura capital (m.s.n.m.) 3450
Poblacin Censada 2007 226
Superficie (Km2) 373.89
Viviendas 53
Fuente: PER: Censo Nacional 2007- XI de Poblacin y VI de Vivienda
-
55
Asociacin orgnica Virgen de las Mercedes
Dentro del grupo de pobladores de Atocpampa, existe una comunidad
denominada Virgen de las Mercedes, la cual consta de 13 miembros,
representantes de distintos sectores dentro del centro poblado. Este grupo ha
sido organizado por la ONG CARE para poder gestionar y ejecutar las labores
que implican la produccin de cultivos y la operacin y mantenimiento del
biodigestor.
3.2.2.2 Servicios Bsicos
A. Abastecimiento de Agua:
En cuanto al abastecimiento de agua potable, se puede observar que la gran
mayora utiliza agua de acequia, pozo, manantial o similar (58.70%).
Cuadro N 17: Abastecimiento de Agua
Categoras %
Red Pblica Fuera de la vivienda 34.78
Ro, acequia, manantial o similar 58.70
Vecino 6.52
Total 100
Fuente: PER: Censo Nacional 2007- XI de Poblacin y VI de Vivienda
B. Desage:
El 93.48% de las familias utilizan los pozos ciego o negro / letrina, y el 6.52%
no cuenta con un servicio higinico.
Cuadro N 18: Servicio Higinico en la Vivienda
Categoras %
Pozo ciego o negro / letrina 93.48
No tiene 6.52
Total 100
Fuente: PER: Censo Nacional 2007- XI de Poblacin y VI de Vivienda
C. Energa Elctrica:
La gran mayora de personas disponen del alumbrado elctrico en sus
domicilios 74%.
Cuadro N 19: Energa Elctrica
-
56
Categoras %
Si tiene alumbrado elctrico 73.91
No tiene alumbrado elctrico 26.09
Total 100
Fuente: PER: Censo Nacional 2007- XI de Poblacin y VI de Vivienda
D. Energa para Cocinar:
El Centro poblado de Atocpampa emplea, a la hora de cocinar, la lea en su
totalidad.
Cuadro N 20: Energa que emplean para Cocinar
Categoras %
Lea 100
Total 100
Fuente: PER: Censo Nacional 2007- XI de Poblacin y VI de Vivienda
3.2.2.3 Actividad Econmica
La principal actividad a la que se dedica la poblacin es la agricultura
desarrollada bajo sistemas tradicionales de cultivos de maz, frjol, trigo,
cebada, papa, etc; as como tambin la ganadera (existen cierta variedad de
animales) y silvicultura.
Cuadro N 21: Actividad segn Agrupacin
Categoras Casos %
Agri.ganadera, caza y silvicultura 56 72.73
Construccin 15 19.48
Comercio por mayor 1 1.30
Hoteles y restaurantes 1 1.30
Transp.almac
