Artículo científico: Generación de biogás mediante desechos sólidos de ganado bovino en la Estación
Experimental Tunshi
Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 54-74)
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Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 54-74). Edición continua
GENERACIÓN DE BIOGÁS MEDIANTE DESECHOS SÓLIDOS DE GANADO
BOVINO EN LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL TUNSHI
John Ortega-Castro1,2, Gerardo Antonio Herrera-Brunett1, Catherine Frey_E3
1
Universidad Estatal Península de Santa Elena, Instituto de Posgrados, Maestría Gestión Ambiental, Santa Elene,
Santa Elena, Ecuador.
2Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Carrera de Recursos Naturales
Renovables, Riobamba, Chimborazo, Ecuador.
3Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Riobamba, Chimborazo, Ecuador
*Dirección para correspondencia: john.ortegacastro3989@upse.edu.ec
Fecha de Recepción: 13/12/2024 Fecha de Aceptación: 15/01/2025 Fecha de Publicación: 27/01/2025
Resumen
En la Estación Experimental Tunshi (EET – ESPOCH), se encuentra ubicada una planta de ordeño de ganado
bovino, los residuos orgánicos del ganado que se acumulan a diario en el establo son desechados mediante el
proceso de lavado sin darle ningún uso; el objetivo de la investigación fue aprovechar estos residuos para la
producción de biogás buscando establecer un manejo eficiente y de esta manera aportar a la sostenibilidad
ambiental; la metodología incluyó: la localización y condiciones climatológicas del área de estudio, recolección
y caracterización de los residuos mediante pruebas fisicoquímicas de los residuos (sólidos totales, potencial de
hidrógeno, conductividad eléctrica, nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio), el diseño y construcción de un
biodigestor; los resultados establecieron que en función de los datos climatológicos, la materia orgánica
disponible y la proporción de la mezcla la necesidad de un biodigestor tipo tubular de flujo continuo cuya
capacidad sea de 7 m³, obteniéndose a partir de un volumen de 0.1733 m³/día de la mezcla (materia orgánica y
agua) la producción de 0.5 m³/día de biogás, valor de biogás ligeramente inferior al teórico calculado debido
fundamentalmente a la influencia de bajas temperaturas en la EET-ESPOCH; se recomienda tecnificar el proceso
de recolección de residuos, y promover procesos de capacitación a los agricultores para facilitar el empleo de esta
tecnología, maximizando su impacto en la economía y mejorar la gestión ambiental de la localidad; este trabajo
establece las bases para futuras investigaciones sobre el biogás, su potencial en la generación de energía y su papel
en la agricultura sostenible.
Palabras claves: Biogás, gestión ambiental, sostenibilidad, tratamiento de residuos orgánicos
IDs Orcid:
John Oswaldo Ortega Castro: http://orcid.org/0000-0001-8197-7371
Gerardo Antonio Herrera-Brunett: https://orcid.org/0000-0001-5948-6998
Catherine Frey_E: http://orcid.org/0000-0002-4434-7394
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
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USE OF BIOGAS GENERATED BY SOLID WASTE FROM CATTLE AT
ESTACIÓN EXPERIMENTAL TUNSHI
Abstract
A cattle milking plant is located at the Tunshi Experimental Station (EET – ESPOCH), the organic waste from
the cattle that accumulates daily in the barn is discarded through the washing process without giving it any use;
The objective of the research was to take advantage of this waste for the production of biogas seeking to establish
efficient management and thus contribute to environmental sustainability; The methodology included: the location
and climatological conditions of the study area, collection and characterization of the waste through
physicochemical tests of the waste (total solids, hydrogen potential, electrical conductivity, nitrogen, phosphorus,
potassium, magnesium), the design and construction of a biodigester; The results established that depending on
the climatological data, the available organic matter and the proportion of the mixture, the need for a continuous
flow tubular biodigester with a capacity of 7 m³, obtaining from a volume of 0.1733 m³/day of the mixture (organic
matter and water) the production of 0.5 m³/day of biogas, biogas value slightly lower than the theoretical
calculated due mainly to the influence of low temperatures on the TSE-ESPOCH; it is recommended to modernize
the waste collection process, and to promote training processes for farmers to facilitate the use of this technology,
maximizing its impact on the economy and improving the environmental management of the locality; This work
lays the groundwork for future research on biogas, its potential in energy generation and its role in sustainable
agriculture.
Keywords: Biogas, environmental management, sustainability, organic waste treatment
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1. INTRODUCCIÓN
El exponencial crecimiento demográfico a nivel mundial genera un crecimiento también
exponencial de recursos para satisfacer sus demandas, entre estos recursos los energéticos
especialmente los fósiles son los que afectan al planeta; como (Nogar et al., 2019) mencionan,
el consumo de energía procedente de fuentes fósiles se incrementa y preocupa pues genera
cuestiones ambientales (gases de efecto invernadero), sociales (acceso, inclusión) y territoriales
(propiedad compartida), y plantea a la generación distribuida (GD) como un modelo que
pondera las fuentes alternativas al igual que (Campos-Montiel et al., 2018); por su parte (Ponce,
2016) manifiesta que existen diversas formas de obtener nuevos recursos energéticos entre los
que menciona la generación de biogás aprovechando los residuos orgánicos para el uso de
familias en sectores rurales, hasta sistemas de gran tamaño para generar electricidad.
A nivel mundial actualmente existe una alta dependencia de productos derivados del ganado
bovino lo cual ha originado un crecimiento de este tipo de ganado ocasionando un impacto
ambiental en el entorno (Vera et al., 2022), esta situación obliga a la búsqueda de nuevas
alternativas en el manejo de los residuos generados, entre las alternativas está el uso de estos
residuos como una fuente de energía; (De Souza et al., 2015) trabajaron en optimizar y escalar
un biorreactor mediante herramientas computacionales; estos residuos sólidos pueden ser
aprovechados mediante un biodigestor para la generación de biogás como fuente de energía
limpia, reemplazando el consumo de leña en las zonas rurales del municipio de Fonseca,
Colombia (Ariza et al., 2018).
La necesidad del desarrollo de nuevas formas no contaminantes de generación de energía ha
impulsado el avance de nuevas formas de aprovechamiento de los recursos naturales a partir
de fuentes no convencionales, entre ellas el biogás según (Barreña & Knoll, 2023), estas
tecnologías, además del ahorro económico contribuyen a la mitigación del cambio climático y
al cumplimiento del compromiso internacional para alcanzar el Objetivo de Desarrollo
Sostenible 7. Energía asequible y no contaminante de la Agenda 2030 de Naciones Unidas
(Piekutin et al., 2021); es así, que en su investigación (Ronquillo et al., 2023) indican que la
digestión anaeróbica (DA) es una forma óptima para el tratamiento y valorización de residuos.
El biogás según (Piekutin et al., 2021) es una fuente viable para abordar el problema de la crisis
energética en los países en vías de desarrollo fundamentalmente los que basan su economía e
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
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industria en la agricultura y ganadería; en tanto (Merencio & Reyes, 2022) mencionan que las
tecnologías anaeróbicas juegan en varias partes del mundo un rol importante en el logro de las
metas que caracterizan la sostenibilidad, por ejemplo en Cuba (Montesdeoca-Pichucho et al.,
2023) indican que la DA es el proceso de descomposición de MO cuyo producto principal es
una mezcla de tipo gaseosa llamada biogás que tiene potencial como combustible; en este
contexto (Álvarez et al., 2021) diseñaron una planta de biogás que utiliza cachaza como materia
prima para la generación de electricidad, por su parte (Hermida García et al., 2020) evaluaron
el impacto de la generación de biogás en el consumo energético de la Granja Porcina Guayos,
en el municipio de Cabaiguán Sancti Spíritus, Cuba; mostrando que la producción de biogás es
una oportunidad de ahorro energético.
Existen algunas experiencias prácticas en el aprovechamiento del biogás que demuestran su
viabilidad, en este sentido (Iocoli & Gómez, 2015) en su investigación optimizaron y escalaron
un biorreactor; otra experiencia fue el análisis de la descomposición de desechos alimentarios
de cocina (sustrato) por lodos (inóculo) en una planta de tratamiento de aguas residuales
(Sánchez-Reyes et al., 2016).
En nuestro país la ganadería es una de las principales fuentes de ingreso en el sector rural con
una permanente producción de residuos aprovechables para la obtención de biogás que podría
ser utilizado en procesos térmicos y eléctricos; en este sentido, la provincia de Chimborazo se
caracteriza por ser ganadera siendo esta actividad una importante fuente de ingreso para sus
habitantes (León, 2018), con el empleo de tecnologías como biodigestores tanto caseros como
industriales se puede producir biogás que es una alternativa energética que favorece al medio
ambiente y de bajo costo para dar solución a varias problemáticas ambientales y sociales
(Herrero, 2019); sin embargo, en Ecuador existen escasos estudios sobre el aprovechamiento
de biogás ocasionado un uso aún reducido de biodigestores, un ejemplo según (Pazmiño, 2016)
se encuentra en las comunidades de la parroquia Peñaherrera del cantón Cotacachi, provincia
de Imbabura, donde los biodigestores han demostrado mejorar la calidad de vida de los
pobladores.
La EET-ESPOCH es un sitio de investigación donde se puede encontrar varios proyectos de
formación agrícola, ambiental y ganadera (Vargas, 2021), el cual es adecuado para generar el
biogás a partir desechos sólidos de ganado bovino pues actualmente en el sitio se encontró 50
cabezas de ganado lechero de las cuales se obtiene la leche para la planta de ordeño (Carmona
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et al., 2005); esta investigación sentará las bases para un manejo adecuado de los desechos
orgánicos producidos, a partir de los cuales se producirá biogás (Chinchilla et al., 1998).
2. METODOLOGÍA
2.1 Localización y caracterización del área de estudio
Se estableció la ubicación exacta del proyecto mediante coordenadas geográficas, utilizando la
herramienta Google Earth Pro para determinar condiciones climáticas específicas como
temperatura y precipitaciones. Esto se complementó con registros de la estación meteorológica
local en la EET-ESPOCH, ubicada en la parroquia Licto, cantón Riobamba, provincia de
Chimborazo, a una altitud de 2750 msnm (Vargas, 2021). Sus coordenadas son: 1°44'54" S,
78°37'72" O.
Figura 1. Mapa georeferenciado de la planta de ordeño de la ETT-ESPOCH, ubicación en la
cual se encuentra el biodigestor.
2.2 Recolección de residuos sólidos
Los residuos sólidos (estiércol) fueron recolectados diariamente de forma manual en el establo
de la planta de ordeño donde se cuenta con 30 vacas en producción, el estiércol recolectado se
cargó al biodigestor tubular de flujo continuo construido en el sitio; cada carga fue registrada
en términos de volumen, y las fechas de carga se sistematizo para un control preciso del proceso
como indica la Tabla 2.
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
59
2.3 Caracterización de los residuos
Se realizaron los análisis fisicoquímicos correspondientes en laboratorio para establecer las
propiedades de los residuos sólidos, los parámetros evaluados incluyeron pH, conductividad
eléctrica, contenido de nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, y porcentaje de MO (Herrero,
2019); los resultados de los análisis permitieron determinar las condiciones iniciales que posee
la materia prima empleada para el proceso de biodigestión (Hou et al., 2020).
2.4 Diseño y construcción del biodigestor
2.4.1 Selección del tipo de biodigestor
En función de la cantidad de residuos disponibles 󰇡
󰇢 y las características climáticas
de la EET - ESPOCH (13.6 °C temperatura ambiente, 182.6 °C temperatura dentro del
invernadero del biorreactor, 30 días de TRH), se optó por un biodigestor tubular de flujo
continuo, adecuado para granjas de pequeña y mediana escala (Herrero, 2019), esta selección
consideró factores como el tiempo de retención hidráulica (TRH), que se calculó aplicando la
fórmula de (Zeballos & Chate, 2021) para optimizar la actividad de las bacterias
metanogénicas.
2.4.2 Dimensiones del biodigestor
El biodigestor se dimensionó siguiendo una relación entre longitud y diámetro 󰇛󰇜 de 7.5
(Julón, 2023), ideal para evitar problemas de flujo y asegurar un adecuado tiempo de retención,
el cálculo de la capacidad del biodigestor fue realizado en función del número de vacas en
producción y del volumen estimado de residuos generados por cada animal (Julón, 2023).
2.4.3 Carga orgánica
Para la carga diaria de residuos, se empleó una proporción de 1:3 (por cada porción de residuo
orgánico tres porciones de agua), la mezcla fue adicionada al biodigestor y se calculó la carga
orgánica diaria a partir de la masa de residuos recolectados fórmula (2).
2.4.4 Producción de biogás
Se determinó la producción de biogás estimada por cada kilogramo de estiércol de ganado,
basándose en la fórmula de (Herrero, 2019), que establece una producción de 35.3 litros de
biogás por kilogramo de estiércol, estos valores calculados se compararon con los valores
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obtenidos mediante mediciones en el flujómetro para evaluar la eficiencia y sostenibilidad del
biodigestor en condiciones controladas dentro de un invernadero, lo cual permitió mantener la
temperatura óptima para la actividad metanogénica (Ahlberg-Eliasson et al., 2021).
2.4.5 Materiales utilizados
Los materiales para la construcción del biodigestor incluyeron un reactor anaeróbico de
polietileno de baja densidad, conectores y aditamentos para el ensamblaje, geotextil para la
protección del equipo, y una tina para la recolección de efluentes (Matos et al., 2017).
2.5 Materiales de construcción
El biodigestor de flujo continuo emplea los siguientes materiales:
• Reactor anaeróbico en material de polietileno de baja densidad.
• Conectores para el ensamble del equipo.
• Material protector (geotextil).
• Tina para efluente
• Línea de gas.
• Filtro para reducción de H2S.
• Válvula de alivio de presión en PVC.
• Trampas de condensado.
• Geotextil protector de tela flexible de fibras sintéticas.
• Invernadero (estructura y plástico industrial).
• Tuberías
2.6 Operación y mantenimiento del biodigestor
2.6.1 Carga inicial
El proceso de llenado inicial del biodigestor incluye la proporción de agua 3 a 1 con los residuos
orgánicos necesarios para iniciar la fermentación según (Freire & Vásquez, 2020), debido a las
características del espacio de recolección de los residuos esta carga debió ser manual, lo cual
generó dificultades de operación, pérdida de tiempo y baja cantidad de materia a ser utilizada.
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
61
2.6.2 Alimentación diaria
La cantidad de residuos orgánicos bovinos añadidos en el biodigestor se establecen en función
de la recolección en el establo previo al ordeño según la Tabla 2, esta recolección debido a los
factores como tiempo, espacio inadecuado, disponibilidad de mano de obra e incluso
disponibilidad de residuos, no pudo ser diaria sino periódica; este se convirtió en uno de los
factores para una producción relativamente baja de biogás durante el periodo de muestreo.
2.6.3 Control de parámetros operativos
Durante el proceso de digestión se monitorearon factores críticos como la temperatura interna
mediante sensores de temperatura del biodigestor, la presión de biogás fue controlada mediante
válvulas, manómetro de baja presión y llevando un registro mediante un flujómetro instalado
en la tubería de salida del biodigestor, lo cual permitió un registro eficiente de los parámetros
señalados.
2.7 Análisis de datos
En base al diseño y construcción de biodigestor se determinó la capacidad de carga de estiércol,
esto permitió la elaboración de tablas y gráficos, para evaluar patrones de producción en
relación con los cambios climáticos, el análisis incluyó la correlación entre la cantidad de MO
y la producción de biogás, así como la eficiencia de la biodigestión en las condiciones
establecidas en la EET-ESPOCH.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Condiciones climáticas
La temperatura media obtenido en los últimos tres años fue de 13.6 °C, evidencia una actividad
metabólica significativamente reducida de las bacterias metanogénicas en un biodigestor, esto
no permite que se realice una eficaz producción de biogás (Julón, 2023), al limitar la conversión
de ácidos grasos volátiles en metano y dióxido de carbono, así como también, la baja
temperatura incrementa el tiempo de retención hidráulica (TRH). Para alcanzar una producción
de biogás significativa, se procedió con la ubicación del biodigestor dentro de un invernadero
para ayudar a que las bacterias mantengan una actividad moderada, llegando de esta forma a
una temperatura promedio dentro del invernadero de 18.6 °C de acuerdo a los datos
recolectados mediante un sensor de temperatura colocado en el interior del biodigestor.
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Tabla 1. Registro de la temperatura de la Estación Experimental Tunshi (°C)
Temperatura °C
2021
2022
2023
Máxima
Mínima
Máxima
Mínima
Promedio
Máxima
Mínima
Enero
19.4
8.0
19.2
7.8
13.5
18.7
7.3
Febrero
19.8
8.5
19.2
8.1
13.7
19.2
8.1
Marzo
18.1
8.6
18.0
8.7
13.4
17.8
8.5
Abril
19.1
8.0
19.3
8.0
13.7
19.1
7.8
Mayo
19.5
8.3
19.2
8.1
13.7
20.2
9.1
Junio
18.6
7.5
18.0
7.0
12.5
19.2
8.2
Julio
18.8
7.6
18.5
7.4
13.0
19.6
8.5
Agosto
19.0
7.3
18.4
7.0
12.7
19.9
8.5
Septiembre
19.0
7.1
18.8
7.2
13.0
19.7
8.1
Octubre
19.6
8.3
19.2
7.9
13.6
20.1
8.8
Noviembre
20.4
7.5
19.8
7.1
13.5
20.9
8.2
Diciembre
20.6
8.1
19.5
7.0
13.3
20.8
8.3
Promedio
13.3
La temperatura media de los últimos tres años se determinó de la siguiente manera:




 
3.2 Tiempo de retención hidráulica (TRH)
Tomando en cuenta que la temperatura promedio dentro del invernadero donde se encuentra el
biorreactor es 18.6 °C y en función de la Tabla 2 se ha podido establecer como TRH 30 días,
este dato coincide con la ecuación planteada por (Zeballos & Chate, 2021):
󰇛
󰇜󰇛󰇜 
donde:
󰇛󰇜
Tabla 2. Tiempo de retención hidráulica (TRH)
Temperatura (°C)
Tiempo de retención
hidráulica (TRH)
recomendado (días)
Observaciones
5 – 10 °C
90 - 120 días
Digestión muy lenta; producción de biogás mínima
10 – 15 °C
60 - 90 días
Baja actividad bacteriana; baja eficiencia
15 – 20 °C
40 - 60 días
Digestión lenta; aumenta la actividad bacteriana
20 – 25 °C
30 - 40 días
Actividad bacteriana moderada; mayor estabilidad
25 – 30 °C
20 - 30 días
Actividad mesofílica adecuada para una buena producción de biogás
30 – 35 °C
15 - 20 días
Rango óptimo mesofílico; alta eficiencia de biogás
35 – 40 °C
10 - 15 días
Alta producción en condiciones mesofílicas óptimas
50 – 60 °C
5 - 10 días
Rango termofílico; máxima producción, pero mayor demanda de
control térmico
Nota. Tomado de Herrero (2019)
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
63
3.3 Características del ganado
La planta de ordeño actualmente cuenta con 65 cabezas ganado bovino lechero de raza Holstein
las cuales según (Barragán-Escandón et al., 2020) al ser una raza lechera es adecuada por su
producción entre 50 y 60 kg de estiércol fresco diario, estos bovinos son alimentadas mediante
forraje de corte y suplementos concentrados (Freire & Vásquez, 2020), actualmente 30 vacas
están en producción de leche y son las que pasan al establo previo al ordeño, debido a las
características de este sitio es necesario un proceso de recolección manual de los residuos
orgánicos mediante una pala y balde.
3.4 Recolección de residuos sólidos
La MO se obtuvo de forma periódica del establo y fue cargada manualmente en el biodigestor
con una mezcla 1:3 de agua (Herrero, 2019), como se indica en la tabla 3:
Tabla 3. Cargas del biodigestor
Fecha
Volumen cargas orgánicas de
estiércol en (m3)
Volumen agua en
(m3)
22/5/2024
0.09964284
0.29892852
23/5/2024
0.09964284
0.29892852
27/5/2024
0.09964284
0.29892852
28/5/2024
0.04982142
0.14946426
3/6/2024
0.09964284
0.29892852
4/6/2024
0.09964284
0.29892852
5/6/2024
0.04982142
0.14946426
6/6/2024
0.09964284
0.29892852
10/6/2024
0.09964284
0.29892852
11/6/2024
0.19928568
0.59785704
12/6/2024
0.04982142
0.14946426
13/6/2024
0.14946426
0.44839278
17/6/2024
0.04982142
0.14946426
18/6/2024
0.04982142
0.14946426
20/6/2024
0.04982142
0.14946426
24/6/2024
0.04982142
0.14946426
26/6/2024
0.04982142
0.14946426
2/7/2024
0.37366065
1.12098195
Total
1818482
5.4554455
El seguimiento del proceso de carga del biodigestor fue registrado durante 42 días, por lo cual
la carga promedio diaria se estableció de la siguiente manera:
󰇛󰇜
󰇛󰇜
 

󰇛󰇜
󰇛󰇜
 

donde:
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CO: carga orgánica diaria 󰇡
󰇢.
CA: carga de agua diaria󰇡
󰇢.
La carga orgánica diaria y la carga diaria de agua obtenidas durante el período de tiempo del
estudio fue de 0.0433 y 0.13 󰇡
󰇢, respectivamente estos valores coinciden con los reportados
por Bavera & Peñafort (2006).
Este proceso manual de carga de la MO para el biodigestor no es adecuado pues gran cantidad
de residuos no son aprovechados al permanecer en el establo debido a la dificultad de su
recolección, como lo establece Julón (2023) en su trabajo al proponer un proceso semi
automatizado para su recolección.
3.5 Caracterización de residuos
Se realizaron análisis de laboratorio para determinar el contenido de MO, sólidos totales,
potencial de hidrógeno (pH), conductividad eléctrica (CE), Nitrógeno (N), Fósforo (P), Potasio
(K), Magnesio (Mg), para la biodigestión.
Tabla 4. Análisis fisicoquímico estiércol bovino
Parámetros
Resultados
Unidades
Técnica analítica
pH
8.28
Potenciométrico
CE
3.84
ms/cm
Potenciométrico
N
1.36
%
Kjeldahl
P
1.01
%
Colorimétrico
K
0.32
%
A. Atómica
Mg
0.97
MO
65
%
Gravimétrico
El pH de la MO de acuerdo a los resultados de laboratorio es 8.28, situándose dentro del rango
óptimo para la DA favoreciendo la actividad de las bacterias metanogénicas que son
responsables de la generación de biogás (Carotenuto et al., 2019); la conductividad eléctrica
del estiércol es 3.84 ms/cm, lo cual establece una buena concentración de sales minerales lo
cual es positivo para el proceso, pues las sales minerales son importantes en el desarrollo y
activación de las bacterias metanogénicas (Yang et al., 2021).
La presencia del nitrógeno en la MO está en el orden de 1.36%, valor positivo para la
generación de biogás debido a ser un nutriente esencial para el desarrollo de bacterias
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
65
metanogénicas, garantizando un proceso de digestión eficiente (Yang et al., 2021); la presencia
de fósforo (P) se establece en 1.02%, que es un valor alto; por otra parte se establece una
presencia de potasio (K) en 0.32% rango adecuado favoreciendo la actividad de bacterias
metanogénicas (Hou et al., 2019); se tiene una presencia de magnesio (Mg) de 0.97% rango
adecuado (Žalys et al., 2023); el contenido de MO es de 65% un valor muy alto siendo el
principal sustrato que las bacterias metanogénicas utilizan para producir biogás (Mukawa et
al., 2022).
3.6 Selección del tipo de biodigestor
Basado en la cantidad de MO y las condiciones climáticas, se opta por un biodigestor tubular,
pues este permite una operación adecuada para pequeñas y medianas granjas (Ahlberg-Eliasson
et al., 2021).
3.7 Carga orgánica diaria del biodigestor
Según (Herrero, 2019), la mezcla recomendada para la MO de origen bovino con agua es de
1:3 (por cada kg de residuos se agrega 3 kg de agua), por lo tanto, el cálculo de la carga diaria
del biodigestor viene dada por la fórmula (2):
 (2)
donde:
: Carga diaria del biodigestor (m3)
: Cantidad de agua diaria para la mezcla (m3)
: Carga orgánica diaria (m3)





En el presente estudio, la carga diaria del biodigestor recomendada fue de 0.1733
,
garantizando de esta forma una adecuada actividad metabólica dentro del biorreactor. Este
procedimiento para el cálculo de la carga diaria del biodigestor coincide por el planteado por
(Aguilar et al., 2017) pues permite un mejor aprovechamiento de los residuos y una generación
de biogás eficiente.
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66
3.8 Producción calculada de biogás
De acuerdo con (Herrero, 2019) cada kg de residuos orgánicos de ganado bovino produce entre
(0.02 a 0.03)
 de biogás, por lo tanto, para el cálculo se utiliza la fórmula (3):
  (3)
donde:
: Volumen biogás crudo 󰇡
󰇢
: Masa del residuo orgánico de los bovinos 󰇡
󰇢
: Producción biogás bovino 󰇡
󰇢
Según (Julón, 2023), la densidad del residuo orgánico bovino fresco tiene una densidad
aproximada de 850 Kg/m3 por lo cual la masa del residuo orgánico de los bovinos es:
  󰇧
󰇨


Por lo tanto:
 
󰇧
󰇨

Este volumen de biogás crudo calculado 
, es ligeramente superior al volumen
generado el cual fue registrado diariamente por medio de un flujómetro como se indica en la
Tabla 8; valor superior al mostrado por (Baculima & Rocano, 2015) cuya investigación
establece que con una alimentación diaria al biodigestor de 13 kg día (estiércol de cerdo más
agua) producían 0.0283 m3 día de biogás; y suprior también presentado por (Almanza, 2011)
de 0.53 m3 día; lo cual demuestra una producción eficiente de biogás.
3.9 Volumen del biodigestor
Al tratarse de un biodigestor tubular de flujo continuo su volumen total se establece por la suma
del volumen del líquido (mezcla de residuos orgánicos + agua) con el volumen del biogás de
acuerdo con las fórmulas (4) y (5):
 (4)
󰇛󰇜󰇧
󰇨
 (5)
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
67

 
donde:
: Volumen líquido (m3).
: Volumen total (m3).
: Carga diaria del biodigestor 󰇡
󰇢.
: Volumen de biogás crudo (m3).
: Tiempo de retención hidráulica (días).
Los resultados obtenidos en este estudio tanto para el volumen líquido en metros cúbicos fueron
de 5.2, y 7 m3, para el volumen total.
3.10 Dimensiones biorreactor
Para el cálculo del radio del biodigestor se utiliza la ecuación (Herrero, 2019) con la siguiente
ecuación (Herrero, 2019):

donde:
: Longitud de la circunferencia (m).
: Radio de la circunferencia (m).
Se tomó el valor de que es el ancho del material, el cual comercialmente se encuentra con
un valor de 4m.
Por tanto:
  
Dado que el volumen calculado del biodigestor es de  y el radio 0.6 m; se procede a calcular
la longitud de este, mediante la siguiente fórmula:
Figura 2: Esquema del cilindro


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68

󰇛󰇜
Para obtener un diseño adecuado en el biodigestor de tipo tubular (Julón, 2023) su longitud
debe ser 5 a 10 veces el diámetro del biodigestor 󰇡
󰇢 (Herrero, 2019).

 
Al estar dentro del parámetro este diseño es óptimo.
Figura 3: Parámetros de la zanja
Tabla 5. Parámetros para diseño de zanja
Ángulo α
(grados)
a (m)
b (m)
p (m)
Área de la
zanja (m²)
0.0°
1.49*r
1.49*r
1.57*r
2.34*r²
0.0°
1.41*r
1.41*r
1.57*r
2.22*r²
0.0°
1.34*r
1.34*r
1.57*r
2.10*r²
7.5°
1.23*r
1.63*r
1.54*r
2.20*r²
15.0°
1.02*r
1.82*r
1.49*r
2.12*r²
30.0°
0.72*r
2.26*r
1.33*r
1.98*r²
45.0°
0.43*r
2.57*r
1.07*r
1.61*r²
Nota. tomado de Herrero (2019)
Tabla 6. Ángulo de inclinación de talud de zanja
Ángulo α (grados)
Tipo de Suelo
0° a 7.5°
Pedregosos
7.5° a 15°
Humíferos (tierra negra de cultivos)
15° a 30°
Arcillosos
30° a 45°
Sueltos y arenosos
Nota. tomado de Herrero (2019)
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
69
A partir de la tabla se estableció el ángulo α de 0° que es adecuado para el suelo de tipo
pedregoso de la EET-ESPOCH.
Tabla 7. Dimensionamiento de la zanja
Ángulo α
(grados)
r(m)
a (m)
b (m)
p (m)
Área de la
zanja (m²)
L(m)
D=2r (m)
L/D
0°
0.6
0.894
0.894
0.942
0.8424
6.19
1.2
5.16
La Tabla 8 establece el dimensionamiento de la zanja para el biorreactor tubular de flujo
continuo.
Figura 4. Construcción biodigestor.
Las dimensiones del biodigestor, biorreactor y la zanja resultan la adecuadas para el espacio
físico elegido que se encuentra cerca del establo, lo cual facilita la carga manual de la materia
orgánica.
3.11 Medición de producción de biogás
Se registra la producción diaria de biogás en volumen mediante un flujómetro instalado en el
biodigestor como indica la siguiente tabla:
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Tabla 8. Producción de biogás
Día
Lecturas (m3)
Producción (m3)
1
0.13
0.13
2
0.14
0.01
3
0.18
0.04
4
0.50
0.33
5
1.01
0.50
6
1.51
0.50
7
1.99
0.48
8
2.61
0.63
9
3.11
0.50
10
3.60
0.49
11
4.01
0.41
12
4.55
0.54
13
5.01
0.46
14
5.65
0.64
15
6.01
0.36
16
6.51
0.50
17
7.01
0.50
18
7.43
0.42
19
8.00
0.58
20
8.51
0.50
21
9.01
0.50
22
10.38
1.37
23
10.81
0.42
24
11.13
0.32
25
11.62
0.49
26
12.10
0.48
27
12.69
0.59
28
13.05
0.36
29
13.60
0.55
30
14.00
0.40
Promedio
0.47
En la Tabla 8 se presenta el registro de producción del biogás durante el periodo de un mes.
Para tener un registro preciso del biogás generado el uso de un flujómetro es indispensable, lo
cual permite un control del volumen dentro del biorreactor y así evitar posibles accidentes.
3.12 Eficiencia de producción de biogás
La bibliografía nos indica que la producción de biogás es de aproximada entre 󰇛󰇜

(Hou et al., 2020), lo cual implicaría según los cálculos realizados una producción teórica de
0.736
, sin embargo, hay que tomar en cuenta que existen otros parámetros que inciden en
la generación de biogás: la cantidad de MO, la temperatura relativamente baja para el proceso,
bajo contenido de fibra y nutrientes en la alimentación de los bovinos, falta de agitación que
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
71
puede generar zonas inactivas dentro el biodigestor (Julón, 2023), factores han incidido en la
producción que alcanzó un valor aproximado de 0.5
 (Tabla9), valor inferior al estimado
teórico; pero similar al valor presentado por (Almanza, 2011).
4. CONCLUSIÓN
La investigación ha comprobado que se puede generar 0.5
 de biogás a partir de los desechos
sólidos de ganado bovino en la EET – ESPOCH, estableciéndose como la principal limitación
en la generación de biogás la actual recolección manual de la MO, que al ser más frecuente y
sistemática podría aumentar significativamente la cantidad de MO y por tanto, aumentar la
producción de biogás, lo que establece la necesidad de optimizar la logística de recolección en
futuras investigaciones.
Es necesaria la revisión permanente de los parámetros temperatura, pH y presión del biogás
para un adecuado proceso de DA, razón por la que se implementó un sistema de control para
ajustar las condiciones de operación del biodigestor, maximizando la actividad de las bacterias
metanogénicas, y aumentando la producción de biogás al estabilizar el proceso en el reactor,
para de esta manera disminuir posibles fallos operativos.; los resultados de los análisis
fisicoquímicos de la MO muestran que la materia prima que ingresa en el biodigestor es
adecuada, se ha analizado el pH, conductividad eléctrica, y contenido de nutrientes (nitrógeno
1.36%, fósforo 1.02%, potasio 0.32% y magnesio 0.97%); estos datos son necesarios para
establecer la capacidad de generación de biogás, propiciando un ambiente adecuado para la
fermentación anaeróbica.
La generación de biogás aporta a la sostenibilidad ambiental, pues mediante la generación
biogás se está gestionando los residuos orgánicos, convirtiéndolos en una fuente de energía
para diversas aplicaciones como calefacción y generación de electricidad, reduciendo la
necesidad de combustibles fósiles y aportando a la mitigación del cambio climático.
Al implementar un sistema de biodigestión en la EET-ESPOCH se obtienen beneficios
ambientales y se genera un impacto económico positivo debido a que la producción de biogás
reduce los costos de energía generando, además, otros subproductos del proceso de digestión
que son los fertilizantes orgánicos, los cuales contribuyen a mejorar la calidad de vida de los
habitantes, al proporcionar acceso a energía limpia.
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72
En próximas investigaciones se sugiere: optimizar la recolección de residuos orgánicos
empleando métodos automatizados para mejorar la eficiencia del proceso mediante la
adecuación del espacio donde se mantiene el ganado bovino previo al ordeño y un manejo
semiestabulado del ganado, se recomienda investigar la variabilidad climática de la zona y su
impacto en la producción de biogás, la integración de tecnologías adicionales como sistemas
de monitoreo en tiempo real y mejoras en el diseño del biodigestor.
Como valor adicional se plantea promover la educación y la concienciación sobre el uso de
biogás y la gestión de residuos orgánicos en las comunidades rurales, mediante la capacitación
de los agricultores y la difusión de información sobre las ventajas del biogás para fomentar su
adopción y contribuir a un manejo más sostenible de los recursos naturales.
Agradecimientos. - Los autores desean agradecer a la Universidad Estatal Península de Santa
Elena, Instituto de Posgrados, Maestría Gestión Ambiental, Santa Elene – Ecuador, a la Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Carrera de Recursos
Naturales Renovables, Riobamba, Chimborazo, Ecuador, por brindar las facilidades para el
desarrollo de la presente investigación.
Contribución de los autores. - Todos los autores contribuyeron a la concepción y diseño del
estudio. La preparación del material, la recopilación de datos y el análisis fueron realizados por
John Ortega Castro, Gerardo Antonio Herrera Brunett y Catherine Frey. El primer borrador del
manuscrito fue escrito por John Ortega Castro, y todos los autores comentaron las versiones
posteriores del manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.
Financiación. - No se recibieron fondos, ayudas económicas u otro tipo de apoyo.
Conflicto de intereses. - Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
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