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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

versão On-line ISSN 2071-0054

Rev Cie Téc Agr vol.30 no.3 San José de las Lajas jul.-set. 2021  Epub 01-Jul-2021

 

ARTÍCULO ORIGINAL

Propuesta de una red de suministro de biogás en la comunidad rural “El Almirante”

Ing. Wernel Rondón-CapoteI  * 
http://orcid.org/0000-0003-2377-9515

Dr.C. Alain Ariel de la Rosa-AndinoII 
http://orcid.org/0000-0001-6593-8583

MSc. Yusimit Karina Zamora-HernándezIII 

Dr.C. Yoandrys Morales-TamayoIV 
http://orcid.org/0000-0001-7456-1490

Dr.C. Idalberto Macías-SocarrasV 
http://orcid.org/0000-0003-3512-7098

Lic. Laida Figueroa-RodríguezVI 
http://orcid.org/0000-0002-2638-7536

ICoperativa de Crédito y Servicios José Nemesio Figueredo, Río Cauto, Granma, Cuba.

IIUniversidad de Granma, Facultad de Ciencias Técnicas, Dpto. de Ingeniería Mecánica, Bayamo, Granma, Cuba.

IIIUniversidad Técnica Estatal de Quevedo, Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Dpto. de Ingeniería Mecánica, Quevedo, Ecuador.

IVUniversidad Técnica de Cotopaxi, Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, Dpto. Ingeniería Electromecánica, Extensión La Maná, Ecuador.

VUniversidad Estatal Península de Santa Elena, La Libertad-Santa Elena, Ecuador.

VIUniversidad de Granma, Facultad de Humanidades, Dpto. de Lenguas Extranjeras, Manzanillo, Granma, Cuba.

RESUMEN

Generalmente, las aplicaciones del biogás se han limitado solamente al uso puntual en los lugares donde se produce, siendo muy escasa las experiencias relacionadas a la distribución en red en las viviendas para uso doméstico. El presente trabajo se desarrolló en la finca Los Hermanos, ubicada en la comunidad El Almirante, municipio Bayamo, cuyo principal renglón económico es la crianza de cerdos. La cantidad de purines generados tiene un potencial teórico de biogás de generar diariamente más de 200 m3d-1; no obstante, el actual sistema de tratamiento, compuesto por 4 biodigestores de 60 m3 cada uno, producen aproximadamente 100 m3d-1 de biogás, lo que permite proveer a 149 personas para las labores de cocción de alimentos en las 50 viviendas más cercanas. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue proponer una red de distribución de biogás, a partir de criterios técnicos, económicos, energéticos y ambientales, que permita una adecuada distribución del biogás para su utilización en la cocción de alimentos en las comunidades rurales cubanas. En la presente investigación, la red de distribución de biogás ramificada presentó varias ventajas comparadas con una red de distribución circular de acuerdo a los seis órdenes de prioridades establecidos. Como principal resultado de este trabajo, se demostró que las redes de distribución de biogás tienen importantes beneficios ambientales y sociales; asimismo, los favorables resultados de los indicadores financieros indican la factibilidad de económica de esos sistemas considerando lo significativo que representa el ahorro de energía eléctrica en las viviendas.

Palabras clave: energía renovable; impacto ambiental; digestión anaerobia

INTRODUCCIÓN

Las tecnologías de la digestión anaerobia para la producción de biogás contribuyen a disminuir la contaminación del medio ambiente, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, y disminuir el uso de los combustibles fósiles y fertilizantes químicos, así como mejora la calidad de vida de los pobladores en zonas rurales y suburbanas. Además, ha tenido un creciente auge en los últimos años por ser una solución económicamente factible, y la posibilidad de recircular los nutrientes y reducir la contaminación (Zhang et al., 2016).

El biogás puede ser utilizado como combustible para los motores de combustión interna, las turbinas de gas, las celdas de combustible, los calentadores de agua, calentadores industriales, entre otros muchos procesos. También, el biogás puede ser utilizado como combustible para la generación de electricidad, donde la eficiencia de conversión global está alrededor de 10 - 16 % (Fantin et al., 2015).

En países como China, India y otros más en vías de desarrollo, los biodigestores familiares para la producción de biogás juegan un importante rol en los programas energéticos rurales. El diseño de los biodigestores depende de las condiciones climáticas, los residuos orgánicos disponibles, los materiales locales y las habilidades de los operadores. Los excrementos de animales, y humanos, en combinación con residuos de alimentos, de frutas y verduras, pueden ser usados como materiales adecuados para obtener biogás. Normalmente, los tamaños de los biodigestores familiares están entre 8 - 10 m3 y producen entre 0,3 - 0,9 m3 de biogás por m3 de biodigestor por día; no obstante, existen otros diseños estandarizados con volúmenes entre 15 - 60 m3 (Rajendran et al., 2012; Kaur et al., 2017).

A diferencia de la experiencia internacional existente con el gas natural o licuado del petróleo, es muy escasa la relativa repartición del biogás en una red de distribución para ser consumido en viviendas. La literatura actualizada solo reporta la inyección de biogás a redes de gas natural en Suecia, Luxemburgo y España (Bekkering et al., 2010; Díaz-Trujillo y Nápoles-Rivera, 2019; Khishtandar, 2019). En Cuba hay limitadas experiencias de distribución de biogás, fundamentalmente para su utilización en la cocción de alimentos y otros usos domésticos. En estos casos el biogás se obtuvo a partir del tratamiento anaerobio de excretas de cerdo mediante dos digestores (López & Suárez, 2018). No obstante, en este estudio no se realizó un profundo análisis de la evaluación energético del suministro de biogás para la red de distribución. Por lo anteriormente expuesto se realizó la presente investigación la cual tuvo como objetivo proponer una red de distribución de biogás, a partir de criterios técnicos, económicos, energéticos y ambientales, que permita una adecuada distribución del biogás para su utilización en la cocción de alimentos en las comunidades rurales cubanas.

MATERIALES Y MÉTODOS

Determinación del potencial de producción de biogás en la “Finca Los Hermanos”

Cantidad de residuales generados en la finca

Para calcular la cantidad de residuales se determinó el número de animales estabulados, y cálculo del volumen de excretas. Además, con los datos brindados por el propietario de la finca, se obtuvo la cantidad de animales equivalentes a 50 kg de peso y, considerando un aporte per cápita de DBO5 por animal, se determinó un aporte promedio de 0,39 kg día-1.

Metodología de diseño de los biodigestores de cúpula fija

Para el cálculo de los parámetros de diseño de un biodigestor anaerobio es necesario conocer los datos de entrada, y los que deben ser calculados (Tabla 1). La cantidad diaria de material (Md) está en función directa con la cantidad de biomasa que se genera, ya sean residuos domésticos, agrícolas o de origen animal. Además, se debe tomar en cuenta la cantidad máxima que se obtiene y los planes de incrementos productivos en el futuro.

TABLA 1 Datos de entrada y salida requeridos para el diseño de un biodigestor anaerobio 

Parámetros Unidad
Datos de entrada
Cantidad de biomasa diaria generada (Md) kg d-1
Tasa de dilución (Td) L kg-1
Productividad de biogás (Y) m3 kg-1
Tiempo de retención hidráulica (TRH) d
Coeficiente de contención del biogás (k)
Datos de salida
Volumen diario de material (mezcla estiércol y agua) (Sd) kg d-1
Volumen del biodigestor, (Vbiodig) m3
Capacidad de producción de biogás (G) m3 d-1
Volumen de contención del biogás (Vbiogás) m3
Volumen del tanque de compensación (Vtc) m3

La cantidad diaria de materia de entrada (Sd), no es más que la suma del residual y la dilución de la biomasa (residual y agua).

Sd=1+NMdm3 d-1 (1)

donde:

N

es el factor de dilución

Md

es la cantidad diaria de material

Mientras, el volumen del biodigestor (Vbiodig) se calculó teniendo en cuenta el valor de Sd que entra al biodigestor y el TRH.

Vbiodig=SdTRH m3 (2)

Asimismo, la capacidad de producción de biogás (G) se calculó a través de la ecuación 3.

G=MdY m3d-1 (3)

donde:

Y

es la productividad específica del biogás (m3 kg-1).

También, el volumen de contención del biogás se obtuvo a partir de la ecuación 4.

Vbiogás=kG m3d-1 (4)

Por tanto, sustituyendo G en la ecuación 4, se tuvo que:

Vbiogás=kMdY m3d-1 (5)

Sistema de purificación de biogás

Como parte fundamental del sistema está instalado un sistema de filtrado para el biogás, utilizando el método de purificación por absorción. El dispositivo cuenta con dos tanques filtros con las características siguientes: 1,30 m de alto y 0,30 m de diámetro y en su interior contienen limallas de hierro. Cuando el biogás contiene pequeñas cantidades de aire, el hierro se corroe y el azufre se deposita parcialmente sobre las limallas, las cuáles pueden lavarse y se puede evitar la corrosión provocada por el H2S en las cocinas.

Determinación de la cantidad de beneficiarios de la red

La cantidad de beneficiarios de la red se calculó teniendo en cuenta que el biogás producido será usado en su totalidad para la cocción de los alimentos. Según Guardado (2007), para las condiciones de Cuba, debido a la cultura alimentaria, se consumen diariamente entre 0,38-0,42 m3 d-1 por comensal. Para ello se tuvieron en cuenta además las reservas de producción existentes.

Diseño de la red de distribución

Para el diseño de la red de distribución se partió del análisis de cada uno de los factores evaluados en el terreno por el grupo técnico, para definir la ruta más apropiada de acuerdo a los criterios técnicos, económicos y sociales, así como los criterios de los usuarios, destacándose la disposición geográfica de las viviendas, planes de desarrollo a nivel local.

Para definir el criterio de selección de las viviendas se tuvieron en cuenta varios aspectos según un determinado orden de prioridad: 1ra prioridad) las necesidades de la finca; 2da prioridad) las viviendas del propietario y sus familiares; 3ra prioridad) las viviendas ubicadas al sur ya que en esa dirección circulan los vientos y pueden estar afectadas por los malos olores; 4ta prioridad) las viviendas cercanas donde residen los trabajadores; y 5ta prioridad) las viviendas de las personas más vulnerables, como discapacitados físicos y visuales, ancianos, y niños pequeños.

El biogás producido será conducido desde los biodigestores hasta los lugares de uso a través de mangueras plásticas. Las mangueras plásticas de PVC resultan adecuadas para esta finalidad, ya que presenta las ventajas siguientes: resistente a la corrosión, facilidad de instalación y menores precios. Su desventaja radica en la necesaria protección contra los rayos solares y el movimiento de animales y el transporte pesado (López & Suárez, 2018).

El diámetro una tubería requerida depende de la distancia desde la planta hasta el lugar de consumo del gas, así como del flujo máximo de gas requerido y de la pérdida de presión admisible (Tabla 2). El flujo máximo del gas se obtiene sumando los consumos de los equipos que funcionen simultáneamente (Guardado, 2007).

TABLA 2 Pérdidas de presión en mm de columna de agua por cada 10m de tubería 

Caudal (m3/h) Diámetro de la tubería
17 mm 23 mm 30 mm 43 mm 54 mm
Pérdidas de presión cada 10 m
0,5 1,0 0,3 0,1 - -
1,0 2,5 0,7 0,2 - -
2,0 7,0 1,8 0,6 - -
2,5 9,9 2,5 0,8 - -
3,0 13,1 3,3 1,0 0,2 -
4,0 20,7 5,2 1,6 0,3 -
5,0 29,6 7,4 2,2 0,4 -
6,0 29,7 9,8 2,9 0,6 -
7,0 - 12,6 3,7 0,7 -
8,0 - 15,7 4,6 0,9 0,3
9,0 - 19,0 5,6 1,0 0,4
10,0 22,6 6,6 1,3 0,5

Aporte energético del biogás producido

El aporte energético del biogás producido se determinó a partir del ahorro de energía eléctrica que se dejará de consumir por los usuarios de la red en la cocción de los alimentos. Para esto, se realizó el análisis en el período de un año y considerando lo reportado por Argota (2013), donde concluye que en Cuba aproximadamente el 60 % del consumo de electricidad en una vivienda promedio se realiza para la cocción de alimentos. Para el estudio se realizaron tres valoraciones, considerando el consumo del 60 %, 50%, y 40% del total consumido.

Características del analizador de gases

Para verificar la composición del biogás se utilizó un analizador de gases modelo Gas Board-3200L. Este dispositivo se alimenta mediante baterías recargables de Litio (Li), y se utiliza para la medición de la concentración de CH4, CO2, H2S y O2 en el biogás. El proceso de determinación de los gases consiste en la detección de las concentraciones de CH4 y CO2 por haces infrarrojos no dispersos (NDIR) y el uso de una pila de combustible (ECD) para la determinación de los gases H2S y O2.

Análisis económico

Los métodos más utilizados para comprobar la rentabilidad económica del proyecto son el Valor Actual Neto, (VAN) y la Tasa Interna de Retorno, (TIR). El método del VAN, también conocido como Valor Presente Neto (VPN), es uno de los criterios económicos más ampliamente utilizados en la evaluación de un proyecto de inversión. Consiste en determinar la equivalencia en el tiempo cero de los flujos de efectivos futuros que genera un proyecto, y comparar esta equivalencia con el desembolso inicial, entonces es recomendable que el proyecto sea aceptado (Barta et al., 2010).

El inversionista, invierte teniendo en cuenta dos factores, primero, debe ser tal su ganancia, que compense los efectos inflacionarios, y en segundo término, debe ser un premio o sobre tasa para arriesgar su dinero en determinada inversión. Entonces antes de invertir, siempre hay que tener en cuenta una tasa mínima de ganancia sobre la inversión propuesta llamada Tasa Mínima Aceptable de Rendimiento (TMAR) (Ec. 6).

TMAR=i+f+if (6)

donde:

i

es la inflación,

f

es el premio del riesgo

Los criterios de aceptación de evaluación son: sí el VAN ≥ 0, entonces es aceptable el proyecto; mientras, si el VAN < 0 se rechaza el proyecto. Cualquier proyecto con VAN negativo se va desfinanciando según transcurre el tiempo y por lo tanto de ninguna manera será sustentable.

Asimismo, El TIR es la tasa que iguala la suma de los flujos descontados a la inversión inicial, o sea, el VAN es igual a 0. Como criterio se considera que si el TIR > TMAR, entonces se acepta la inversión.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de la calidad del biogás en los biodigestores

La calidad del biogás producido (Tabla 3) en cada uno de los biodigestores es adecuada, ya que se encuentra dentro de los valores establecidos para este tipo de tecnología de biomasa.

TABLA 3 Composición del biogás en los biodigestores 

Componentes Digestores Promedio
1 2 3 4
CH4 (%) 64,04±3,2 63,80±2,4 62,0±2,5 63,85±1,9 63,2±1,2
CO2 (%) 31,05±2,1 32,00±1,5 31,80±2,2 30,00±1,3 31,3±1,1
O2 (%) 2,60±0,5 1,80±0,3 2,00±0,2 2,30±0,7 2,00,3
H2S (ppm) 640,0±21 636,00±24 600,00±41 650,00±36 631,5

Es importante significar que los valores de la concentración de metano, son excelentes para el uso en cocinas domésticas coincidiendo con lo planteado por Guardado (2007). No obstante, los valores de H2S fueron ligeramente elevados, lo que implica que es necesario realizar un mantenimiento al sistema de purificación para evitar la formación de ácido sulfhídrico y la acelerada corrosión de los elementos metálicos de las cocinas.

La Tabla 4 muestra los resultados de las mediciones diarias de biogás en cada uno de los biodigestores durante 5 días. Se pudo observar que el valor promedio de producción diaria de gas fue de 101,48 m3 d-1. Considerando que es muy poco probable que todos los usuarios estén conectados y usando la máxima capacidad del biogás producido. Por tanto, se consideró que aproximadamente 100 m3 día-1 es el caudal teórico de biogás para determinar el número de usuarios que soportará la red de distribución.

TABLA 4 Caudal de Biogás en los digestores 

Biodigestores Caudal (m3/d)
1 2 3 4 5 Promedio
1 24,60 25,03 25,65 24,85 26,00 25,22±0,6
2 25,00 26,85 24,20 25,03 23,65 24,94±1,2
3 25,88 25,85 27,02 24,75 26,08 25,91±0,8
4 24,30 25,66 26,01 25,20 25,80 25,39±0,7
Total 99,78 103,39 102,88 99,83 101,53 101,48±1,7

En la Figura 1 se muestran las mediciones realizadas de la calidad del biogás. Estas mediciones fueron realizadas en 5 días diferentes en 2 semanas de evaluación.

FIGURA 1 Concentración de los componentes del biogás en los biodigestores. 

El rango de variación del H2S estuvo entre 80 - 140 ppm; mientras las concentraciones de CH4, CO2 y O2 estuvieron entre 52,98 - 57,74 %, 27,90 - 30,65 % y 2,70 - 5,82 %, respectivamente. La variación de las concentraciones de los componentes del biogás muestra una fluctuación en la calidad del mismo durante los días evaluados.

El rango de valores del H2S muestra que el valor máximo observado fue de 140 ppm. Estos valores se encuentran muy por debajo de los obtenidos por Zapata (1998) donde reportó contenidos de ácido sulfhídrico entre 0,125 % y 0,176 % (1 250 ppm - 1 760 ppm) en el biogás producido en biodigestores alimentados con estiércol de cerdo. Un biodigestor anaerobio puede producir biogás con diferentes proporciones en el contenido de CH4 y CO2, donde el porcentaje de metano estará entre 40 % y 70 %, dependiendo del material orgánico con el que se alimenta el biodigestor (Duque et al., 2008).

Una reducción de la concentración de H2S y un leve incremento en los porcentajes de metano en el biogás se observó en el biogás almacenado. Estos resultados muestran que, en la etapa de filtración, se obtienen eficiencias de eliminación de H2S del 50,4 % y una mejora en las concentraciones de metano debido a la leve reducción del CO2. La literatura es contradictoria en cuanto a la cantidad permisible de H2S en el biogás para operar motores sin que sufran daños. Según el criterio de los especialistas del Instituto de Energía de Hanoi, no debe sobrepasar las 50 ppm (Schirmer et al., 2014).

Los niveles de CO2 permanecieron sin una variación significativa. Este resultado parece que está relacionado con la acumulación del biogás en los depósitos de almacenamiento, lo que motiva el incremento de los niveles del CH4, además del efecto de los filtros utilizados. Resultados similares a este estudio fueron reportados por (Quesada et al. 2007), donde evaluaron un sistema de generación de energía eléctrica a partir de biogás.

Red de distribución de gas

El grupo técnico propuso el diseño de la red ramificada considerando las siguientes ventajas: i) mejor operación técnica y mantenimiento de acuerdo a las prioridades establecidas; ii) debido a la disposición de las viviendas, la red ramificada es la variante económicamente más atractiva; y iii) se obtuvieron los mayores valores de presión en los puntos críticos, los cuales son los puntos más alejados de la red, alcanzando valores de 120 mm c.a., suficientes para el trabajo de las cocinas.

Impacto energético y ambiental de la red de distribución en la comunidad

Antes de la presente propuesta del uso de biogás mediante una red de distribución, las fuentes energéticas más utilizadas para cocinar en la finca y en las viviendas eran la electricidad y la leña. Por esta razón se efectúo un estudio del consumo energético en las viviendas para determinar el gasto eléctrico tomando en cuenta las agrupaciones de viviendas por prioridades. Para esto, se utilizó la información brindada por la empresa eléctrica municipal. Información que comprendió un historial del consumo de electricidad en cada vivienda en el periodo de tiempo seleccionado, desde enero hasta diciembre de 2019.

López & Suárez (2018) se reportaron que la instalación de la red de biogás permitió reducir el consumo de energía eléctrica en todas las viviendas entre un 30 y 60 %. Teniendo en cuenta ese resultado, se realizó el cálculo de la reducción del consumo eléctrico en las 50 viviendas que fueron seleccionadas para ser beneficiadas (Figura 2).

FIGURA 2 Comportamiento del consumo eléctrico en las viviendas y considerando reducciones entre 30 % - 60 % del consumo. 

Al analizar el consumo eléctrico por agrupaciones de viviendas según los niveles de prioridad definidos, considerando reducciones del gasto eléctrico entre el 30 % - 60 % se puede afirmar que el uso de la red de biogás en la comunidad del Almirante, permitirá obtener los siguientes beneficios energéticos: i) el consumo eléctrico de las 50 viviendas tienen un valor promedio de 6 977 kW/mes, y considerando una reducción del consumo eléctrico en las viviendas entre el 30 % - 60 % por la cocción de alimentos, permitirá disminuir el consumo entre 2 093 kW/mes y 4 186 kW/mes; ii) instalada la red de distribución, el actual consumo eléctrico promedio por vivienda de 139 kW/mes disminuirá hasta un rango entre 41 kW/mes y 83 kW/mes; iii) la red permitirá reducir entre 55 kW/mes y 97 kW/mes el consumo energético en cada vivienda.

No obstante, en las visitas realizadas se evidenció que en varias viviendas la cocción de alimentos se realiza mediante leña, con el objetivo de ahorrar electricidad. Por tanto, se considera que el suministro de biogás pudiera impactar positivamente en la calidad de vida de esos habitantes. Por otro lado, la cocción diaria de alimentos para 15 trabajadores en la finca se realiza mediante el uso de leña, cuya combustión genera humo y afecta notablemente las condiciones de trabajo. Asimismo, los gastos para la búsqueda, preparación y transportación de la leña son elevados, lo que permitirá un ahorro de recursos financieros y un impacto significativo en los salarios de los trabajadores.

También existen otros impactos ambientales importantes: i) el consumo diario de 100 m3 de biogás para la cocción de alimentos permite dejar de talar 24 ha/año; ii) se puede evitar la emisión de 59,8 t de CO2 eq/año, o sea,1 255 t de metano; iii) se pueden producir aproximadamente 4 t/año de digeridos anaerobios, los cuáles se pueden utilizar como fertilizantes orgánicos para la mejora y fertilización de los suelos; iv) mejoran las condiciones higiénico-sanitarias de la cocina de la finca y de las 50 viviendas; v) se humaniza el trabajo de 15 personas (hombres y mujeres) que laboran en la finca por la sustitución de la leña por biogás; y vi) se mejora la calidad de vida de 149 habitantes.

Análisis económico

Para el análisis de la factibilidad financiera del proyecto se consideraron los tres indicadores más utilizados para este tipo de estudios: VAN, TIR y el índice de recuperación de la inversión (IR).

Se consideraron estos indicadores teniendo en cuenta el rango promedio de ahorro del consumo eléctrico, resultado de la aplicación de esta tecnología la cual ha sido sistematizado en diferentes investigaciones (Abbasi et al., 2012; Garfí et al., 2016; Masebinu et al., 2018).

La Tabla 5 muestra el análisis económico de la inversión de los biodigestores y la red de distribución de biogás. De forma general, para los dos casos analizados (reducción del consumo eléctrico entre un 30 % y 60 %) es factible la implementación del proyecto. Los indicadores financieros VAN y TIR mostraron resultados favorables; además, de manera general, a medida que se incrementa el ahorro de energía se mejoran los resultados esperados.

TABLA 5 Análisis económico de la inversión 

Indicador Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Costo del biodigestor 1 50 000 - - - -
Costo del biodigestor 2 50 000 - - - -
Costo del biodigestor 3 50 000 - - - -
Costo del biodigestor 4 50 000 - - - -
Costo de instalación de la red 20 000 - - - -
Costo total de inversión 220 000 - - - -
Vida útil (años) 20 - - - -
Impuestos (%) 0 0 - - -
Tasa de interés (%) 0 0 - - -
Costo de energía eléctrica (CUP/kW h) 5,25 5,25 5,25 5,25 5,25
Energía dejada de consumir (30 %) (kW h/mes) 2 093 2 093 2 093 2 093 2 093
Energía dejada de consumir (60 %) (kW h/mes) 4 186 4 186 4 186 4 186 4 186
Ahorro para la OBE (30 %) (kW h/año) 25 116 25 116 25 116 25 116 25 116
Ahorro para la OBE (60 %) (kW h/año) 50 232 50 232 50 232 50 232 50 232
Ahorro promedio en las viviendas (30 %) (kW h/mes) 41 41 41 41 41
Ahorro promedio en las viviendas (60 %) (kW h/mes) 83 83 83 83 83
Ahorro por sustitución de leña (CUP/año) 15 000 15 000 15 000 15 000 15 000
Ahorro total (30 %) (CUP/año) 146 859 146 859 146 859 146 859 146 859
Ahorro total (60 %) (CUP/año) 278 718 278 718 278 718 278 718 278 718
Depreciación (Año) 11 000 11 000 11 000 11 000 11 000
Ahorro-Depreciación (Flujo de caja) (30 %) (CUP/año) 135 859 135 859 135 859 135 859 135 859
Ahorro-Depreciación (Flujo de caja) (60 %) (CUP/año) 267 718 267 718 267 718 267 718 267 718
Flujo de caja acumulado (30 %) (CUP/año) -84 141 51 718 187 577 323 436 459 295
Flujo de caja acumulado (60 %) (CUP/año) 47 718 315 436 583 154 850 872 1 118590
VAN (30 %) 295 012,5
TIR (30 %) 326%
VAN (60 %) 393 276,9
TIR (60 %) 1 225%

El costo total de la inversión, el cual incluye el costo de los cuatro biodigestores, el sistema de filtración de biogás y la red de distribución es de 220 000 CUP; mientras que el ahorro total esperado por año de explotación de la red de distribución de biogás ronda entre 146 859 CUP y 278 718 CUP, para valores de ahorro de 30 % y 60 %, respectivamente. Para ambos valores, la inversión se recupera entre el primer y segundo año de explotación del sistema; además ambos valores de VAN fueron mayores que cero, indicando que la inversión se justifica desde el punto de vista económico

Según López & Suárez (2018), el costo de total de inversión de dos biodigestores y una red de distribución de biogás, que abastece para labores de cocción a 110 habitantes, con un valor de 121 213 CUP fue recuperado al final del segundo año de explotación. Los autores concluyeron que el VAN fue mayor que cero para todas las variantes evaluadas, por lo que la justificación de la inversión fue evidenciada desde el punto de vista económico, permitiendo la rápida recuperación de la inversión. Resultados similares fueron alcanzados en este trabajo.

CONCLUSIONES

  • La cantidad de sustrato a fermentar requiere un volumen de aproximadamente 360 m3 de digestión, lo cual permitiría generar diariamente más de 200 m3 de biogás por día.

  • El actual volumen total del sistema de tratamiento requiere un incremento de 100 m3; no obstante, los 100 m3d-1 de biogás que generan los cuatro biodigestores construidos permiten proveer de gas a 149 personas que habitan en las 50 viviendas más cercanas a la finca.

  • La eficiencia del sistema de filtración es adecuada; sin embargo, las virutas de hierro contenidas en los depósitos requieren una periódica reactivación, aproximadamente cada 3 meses, con la finalidad de que no disminuya la capacidad depuradora de los filtros.

  • Para este estudio, la red de distribución de biogás ramificada presenta varias ventajas comparadas con una red de distribución circular de acuerdo a los seis órdenes de prioridades establecidos.

  • Las redes de distribución de biogás tienen importantes beneficios ambientales y sociales; asimismo, los favorables resultados de los indicadores financieros indican la factibilidad de económica de esos sistemas considerando lo significativo que representa el ahorro de energía eléctrica en las viviendas.

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Recibido: 20 de Enero de 2021; Aprobado: 18 de Junio de 2021

*Author for correspondence: Wernel Rondón-Capote, e-mail: e-mail: arosaa@udg.co.cu

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