PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTE A PARTIR DE JUGO Y BAGAZO DE FIQUE LEIDY VIVIANA MUESES SANCHEZ LINA MARIA AYALA GUTIERREZ INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE COMFACAUCA TECNOLOGÍA EN TECNOLOGIA EN PRODUCCIN INDUSTRIAL PUERTO TEJADA (CAUCA) 2014 PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTE A PARTIR DE JUGO Y BAGAZO DE FIQUE LEIDY VIVIANA MUESES SANCHEZ LINA MARIA AYALA GUTIERREZ Trabajo de grado para optar al título de Tecnólogo en producción industrial Supervisor: Ing. Julián Orlando Yépez Supervisor INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE COMFACAUCA TECNOLOGÍA EN TECNOLOGIA EN PRODUCCIN INDUSTRIAL PUERTO TEJADA (CAUCA) 2014 NOTA DE ACEPTACIÓN ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _____________________________________ Firma del Director de la Institución ____________________________________ Firma del Decano ___________________________________ Firma del Supervisor de Tesis Puerto Tejada – Cauca. 2014 AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA TABLA DE CONTENIDO Pág. 0. Introducción 1. Planteamiento del problema. 2. Justificación. 3. Objetivos. 3.1 Objetivo general. 3.1 Objetivos específicos. 4. Estado del arte. 5. Marco teórico. 6. Metodología. 6.1 Realizar una digestión anaeróbica utilizando la flora bacteriana y fúngica presente en el jugo y bagazo de fique a escala laboratorio. 6.2 Analizar las propiedades fertilizantes y pesticidas del producto fermentado a escala laboratorio obtenido a partir de jugo y bagazo de fique. 6.3 Examinar las características del biogás generado a escala laboratorio en la fermentación anaerobia del jugo y bagazo de fique. 6.4 Efectuar el escalamiento a nivel piloto sobre los mejores resultados obtenidos en la etapa laboratorio conservando las características del material fermentado. 7. Cronograma. 8. Presupuesto. 9. Resultados esperados. 10. Impactos esperados. 11. Bibliografías. 12. Web grafía. 13. Anexos. . . LISTADO DE FIGURAS LISTADO DE TABLAS RESUMEN La producción de fibra de fique (cabuya) es una actividad tradicional de la zona andina colombiana, de la que dependen un gran número de habitantes de zonas rurales, principalmente, de los departamentos del Cauca, Nariño, Antioquia, Santander y Boyacá. El proceso productivo del fique cuenta con una importante limitación derivada del bajo contenido de fibra presente en las hojas de fique. La fibra, de la cual se elabora la cabuya, sólo representa el 4% del peso de la hoja; el restante 96% corresponde a residuos de jugo y bagazo. Con este proyecto se presenta el proceso de fermentación anaerobia como un método alternativo de aprovechamiento de los residuos –jugo y bagazogenerados en el procesamiento del fique. Por medio de este proceso, se busca fermentar el material hasta convertirlo en un fertilizante amigable con el ambiente, que al mismo tiempo tenga características alelopáticas y funcione como pesticida. Se realizaran corridas a nivel de laboratorio y por medio del diseño experimental desarrollado lo que se busca es encontrar los valores más adecuados de fabricación; con los que se generen bases referentes a la ejecución de un proceso rentable para la obtención de un producto nutritivo para las plantas y repelente a las plagas, que den pasó a la producción a escala mayor. En conclusión, se busca transformar algunos “desechos” en un producto valioso para la comunidad y el sector. ABSTRACT The production of sisal fiber (sisal) is a traditional activity in the Colombian Andes, from which depend a large number of rural inhabitants mainly in the departments of Cauca, Nariño, Antioquia, Santander and Boyacá areas. The sisal production process has an important limitation derived low fiber content in the leaves of sisal. The fiber, which is made sisal, represents only 4% of the weight of the sheet; the remaining 96% is waste of juice and bagasse. With this project the anaerobic fermentation process as an alternative method of utilization of waste and bagasse generated -Juice in sisal processing is presented. Through this process, the aim is to ferment the material into a fertilizer friendly to the environment, at the same time have characteristics and function as allelopathic pesticide. Runs were carried out at laboratory level and through the experimental design developed what is sought is to find the most suitable manufacturing values; basis with that concerning the implementation of a cost for preparing a nutritional product for plant pest repellent which give way to larger scale production process are generated. In conclusion, it seeks to transform some "waste" into a valuable product for the community and industry. 0. INTRODUCCIÓN Colombia es uno de los principales productores de cabuya de fique a nivel mundial, esta actividad es tradicional de la zona andina del país; Son 13 los principales departamentos productores y se calcula que el sector fiquero genera empleo para más de 70.000 familias y 13.000 artesanos. Sin embargo, los cinco (5) principales departamentos productores Cauca, Nariño, Antioquia, Santander y Boyacá ofrecen el 93.9% de la superficie sembrada, estimada en 24.552 hectáreas para el año 2006 (CADEFIQUE, 2006). La producción de esta fibra constituye la materia prima de varias industrias como la Compañía de Empaques S.A., Empaques del Cauca y Coohilados del Fonce, dedicadas exclusivamente a procesar cabuya para fabricar sacos, manilas, cordeles, tapices, tapetes, entre otros. El cultivo y posterior procesamiento de esta planta representa uno de los renglones agroindustriales más importantes, significando no sólo una considerable fuente de empleo, sino procesos productivos y mercantiles de gran impacto para la economía y desarrollo de estos departamentos. Aunque si bien, el país se encuentra posicionado debido a la producción de fique y existe toda una cadena productiva que se beneficia de su amplia salida comercial, el proceso productivo cuenta con una importante limitación derivada del bajo contenido de fibra larga presente en las hojas de fique. El área cultivada es superior a 24.000 hectáreas con una producción aproximada de 18.750 toneladas de fibra de fique al año, la cual representa únicamente el 4% del peso de la hoja; el restante 96% son desechos industriales (70% jugo y 26% bagazo), que son arrojados sin ningún tratamiento a suelos y fuentes hídricas en zonas rurales (MADR & MAVDT, 2006); Originando contaminación y un impacto negativo sobre estos recursos naturales, al no ser capaces de asimilar la carga orgánica de estos componentes en estado fresco. Con este proyecto se pretende plantear una alternativa de aprovechamiento de los residuos generados en el procesamiento del fique para la obtención de cabuya, que impactaría de forma positiva todos los escalafones de la cadena productiva. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La producción de fibra de fique (cabuya) es una actividad tradicional de la zona andina colombiana, de la que dependen un gran número de habitantes de zonas rurales, principalmente, de los departamentos del Cauca, Nariño, Antioquia, Santander y Boyacá. El cultivo y posterior procesamiento de esta planta representa uno de los renglones agroindustriales más importantes de estas zonas, significando no sólo importantes fuentes de empleo, sino procesos productivos y mercantiles de gran impacto para la economía y desarrollo de estos departamentos, que tienen, en la producción de fibras orgánicas a partir de fique, oportunidades de mejorar su infraestructura y posicionarse dentro de los mercados internacionales que apetecen estas fibras. Pese a que la fibra de fique es la fibra colombiana por excelencia y que existe toda una cadena productiva que se beneficia de su amplia salida comercial, el proceso productivo cuenta con una importante limitación derivada del bajo contenido de fibra larga presente en las hojas de fique. La fibra larga, de la cual se elabora la cabuya, sólo representa el 4% del peso de la hoja; el restante 96% corresponde a residuos de jugo y bagazo. Tradicionalmente estos residuos llegan a comprometer fuentes hídricas causando su contaminación y tienen un impacto negativo sobre el suelo, que no es capaz de asimilar la carga orgánica de estos componentes en estado fresco. La gran cantidad de desechos que se generan en la producción de la fibra de fique, no sólo tiene un impacto negativo sobre la vida y bienestar de los cuerpos de agua y el equilibrio natural de los suelos, sino que representa sobrecostos importantes dentro del proceso productivo, que debe compensar la inversión en cultivo, cosecha y transporte del fique, con la baja proporción de fibra larga que se obtiene por hoja y el costo de venta de los productos elaborados con la cabuya. Esta situación afecta tanto a los industriales dedicados al procesamiento del fique y sus productos derivados, quienes deben lidiar con una materia prima limitada por la misma naturaleza, como a los cultivadores de esta planta. Las personas cuyo sustento depende del cultivo de fique, constituyen el renglón más vulnerable dentro de la cadena productiva, y sus ingresos por esta actividad, actualmente reflejan el bajo porcentaje útil que, para la industria productora de cabuya y empaques orgánicos, tiene el producto cosechado. Afectada la cadena productiva de fique, desde su escalafón más bajo, la tecnificación y avance de los procesos que integran esta cadena se encontrará permanentemente restringida, evitando que un importante renglón agroindustrial de la zona andina colombiana mejore su competitividad y proyección dentro del orden económico actual. Figura 1. Situación actual del proceso de desfibre del fique. FUENTE: PROPIA 2. JUSTIFICACIÓN. Plantear una alternativa de aprovechamiento de los residuos generados en el procesamiento del fique para la obtención de cabuya, impactaría de forma positiva todos los escalafones de la cadena productiva. Teniendo en cuenta la gran proporción de bagazo y jugo que se obtiene por cada hoja de fique, desarrollar un producto de alto valor comercial empleando este material no sólo garantizaría gran disponibilidad de materia prima para su producción sino que convertiría en un proceso productivo el necesario manejo de los residuos de este renglón agroindustrial que actualmente constituyen una amenaza para el medio ambiente. En este sentido, emplear los principios de digestión anaerobia para la producción de un fertilizante orgánico a partir de bagazo y jugo de fique, constituiría al desarrollo de una iniciativa dirigida a frenar el deterioro ambiental de cuerpos de agua y suelos afectados por el manejo inadecuado de este material, al tiempo que se obtienen beneficios económicos que sin duda mejorarían las condiciones de vida de los cultivadores de fique, los cuales verían valorizado su producto, del que ahora podría aprovecharse el cien por ciento. Al beneficio de los cultivadores, se sumarían las oportunidades de desarrollar toda una industria de producción de biofertilizante, dinamizando un sector económico en los departamentos en los que se cultiva esta planta. El impulso de una nueva industria que avance de la mano con la producción de cabuya y productos derivados, significaría nuevas fuentes de empleos, tecnificación e infraestructura para la zona andina colombiana, constituyendo un nuevo pilar en el desarrollo y avance en esta región del país. Además, el reciente interés por mitigar el deterioro de los suelos, producto de las malas prácticas agrícolas, a través de productos de origen orgánico que puedan repercutir en una producción abundante, rentable y saludable para el campo, sustentan la necesidad de disponer de un biofertilizante que además de representar una alternativa eficiente para el manejo de desechos agroindustriales, contribuya a los procesos de recuperación y reactivación de la vida del suelo y minimice los costos de producción y dependencia de fertilizantes químicos que pueden llegar a contaminar el medio ambiente. 3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Obtener un fertilizante orgánico por digestión anaeróbica de jugo y bagazo de fique a escala laboratorio como alternativa para el aprovechamiento integral del cultivo. 3.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS Realizar una digestión anaeróbica utilizando la flora bacteriana y fúngica presente en el jugo y bagazo de fique a escala laboratorio. Analizar las propiedades fertilizantes y pesticidas del producto fermentado a escala laboratorio obtenido a partir de jugo y bagazo de fique. Examinar las características del biogás generado a escala laboratorio en la fermentación anaerobia del jugo y bagazo de fique. Determinar y efectuar una corrida experimental sobre el mejor resultado obtenido en la etapa de laboratorio conservando las condiciones del proceso. 4. ESTADO DEL ARTE Los problemas de vertimiento de agentes contaminantes en las fuentes hídricas y la generación de altas cantidades de residuos sólidos, en las distintas etapas del proceso de producción de fibras a partir de la planta de fique, ha suscitado el interés científico de investigadores nacionales por plantear alternativas de aprovechamiento integral de la planta, considerando las potencialidades del bagazo y del jugo de fique como materia prima de una gran variedad de productos. Distintas investigaciones han demostrado que el bagazo de fique (material sólido) puede emplearse en la producción de abonos orgánicos, hongos comestibles y concentrados para animales. Gómez (1993) determinó el valor nutricional del bagazo de fique en la alimentación de rumiantes gracias a su alta densidad energética. De acuerdo a este estudio, el bagazo ensilado durante 30 días, utilizando fríjol de la variedad Cannavalia como suplemento, puede integrarse a la dieta del ganado con excelentes resultados nutricionales. Moreno (1996) realizó pruebas de producción de orellanas, hongos comestibles que se desarrollan en los desperdicios lignocelulósicos de la cosecha del fique, encontrando una eficiencia biológica de más de 700 gramos de hongos por cada kilo de sustrato elaborado con bagazo, en un periodo de 20 a 25 días. No obstante, uno de los usos potenciales más estudiados y aplicados a escala productiva es el de los abonos orgánicos. CORNARE (1996) realizó la construcción de una planta demostrativa para la producción de abonos sólidos en el municipio de Alejandría, Departamento de Antioquia, como alternativa del manejo integral del fique en las áreas rurales. Bolaños y Acosta (2008), realizaron una investigación dirigida a la obtención de abonos orgánicos a partir de los bio-sólidos generados en el procesamiento del fique. En este estudio, tanto el bagazo como el jugo de fique, fueron empleados como ingredientes principales para la elaboración de compost, el cual, de acuerdo a los resultados, resulta de alto valor fertilizante en plantas como maíz, brócoli, repollo, coliflor, entre otras. Otros estudios se han enfocado en la utilidad del fique en la producción de lombricompuestos (CADEFIQUE y otros, 2006). En cuanto a los usos del jugo de fique, las investigaciones se han enfocado en sus propiedades tensoactivas, plaguicidas y su contenido de esteroides naturales como saponinas y fitoesteroles. Muñoz y otros (1988) desarrollaron un método mejorado para producir sapogeninas, sustancias esteroidales, sexuales y corticoides, a partir de hojas de la planta de fique. Gómez y Vanegas (2001) por su parte, realizaron estudios para la síntesis de hecogenina, mediante etapas de prensado, fermentación e hidrólisis empleando jugo de fique como materia prima. Subproductos como el sulfato de sodio y los ácidos grasos, los cuales se obtienen como resultado de la síntesis de sapogeninas a partir del jugo de fique, también han sido considerados en otros estudios (Segura de Correa y otros, 2004). Las saponinas son moléculas de estructuras diversas denominadas químicamente como triterpenos y glicósidos esteroidales que consisten en agliconas no polares unidas con una o más fracciones de monosacáridos (Oleszek y Bilaly, 2006); esta combinación de elementos polares y no polares explican su comportamiento como jabón en soluciones acuosas. Debido a sus propiedades como agente espumante las saponinas son utilizadas en la industria cosmética y farmacéutica (San Martin and Briones, 1999). La mayoría de las sapogeninas exhiben actividades farmacológicas, lo que las ha convertido en objeto de estudio para el desarrollo de nuevos medicamentos (Augustín et al., 2011), entre tales actividades se encuentran efectos antiinflamatorios (Sun et al., 2010; Tapondjou et al., 2008) anticancerogénicos (Musende et al., 2009; Man et al., 2010), antibacteriales, antifúngicos y antivirales (De Leo et al., 2006; Saleem et al., 2010; Coleman et al., 2010; Rattanathongkom et al., 2009). Fundamentalmente las sapogeninas se han constituido desde hace bastante tiempo como precursores únicos de muchos medicamentos esteroides tales como hormonas sexuales (Hostettmann and Marston, 1995). Las sapogeninas son consideradas como una alternativa de excelentes posibilidades comerciales y de industrialización debido a su alto precio en el mercado el cual puede variar de acuerdo a su nivel de pureza desde 6 hasta 142 dólares por gramo de producto (MADR & MAVDT, 2006). Respecto a las propiedades fungicidas del jugo de fique, Gómez (2001) realizó un estudio in vitro para determinar la acción biocida del extracto de fique sobre dos tipos de hongos fitopatógenos (Colletotrichum gloeosporioides y Sclerotinia slerotiorum) causantes de enfermedades de la plantas de lulo y tomate de árbol. El estudio concluyó que el desarrollo y germinación de estas dos variedades de hongos, se inhibe cuando la concentración del extracto de fique en medio de cultivo PDA es del orden del 5%. Por su parte, Arias y Cano (1996) evaluaron las propiedades insecticidas del jugo de fique, determinando su efectividad sobre cuatro plagas reportadas en los cultivos de flores, confirmándose su poder como controlador de los insectos contemplados en el estudio. La investigación incluyó la determinación del poder repelente del jugo sobre poblaciones de moscas blancas y minadoras, el cual también fue corroborado a nivel de laboratorio. Mientras en Colombia las pencas de fique son empleadas para la producción de fibras naturales, en países como México se emplean las cabezas de las Agaváceas para la producción de mezcal (Durán y Pulido, 2007). El jugo hidrolizado de las pencas de Agave tequilana presenta un importante contenido de azúcares fermentables, por lo cual ha sido estudiado en la producción de bioetanol como alternativa para el aprovechamiento integral del cultivo (Montañez et al., 2011). 5. MARCO TEÓRICO EL FIQUE Y SU CULTIVO El fique es una planta grande densamente poblada de hojas verdes de hasta tres metros, tallo erguido y con una altura variable de entre dos y siete metros. Florece una sola vez en su ciclo de vida, el cual en promedio es de 10 a 20 años, aunque se han registrado plantas de fique con más de 50 años de edad. Esta planta posee una gran cantidad de raíces que se expanden y enraízan profundamente haciéndola una planta antierosiva (CADEFIQUE y otros, 2006). Con sus orígenes en la América Tropical, el fique se encuentra sobre todo en las regiones andinas de Colombia, Venezuela y Ecuador, donde las condiciones tropicales adecuadas para esta planta prevalecen durante todo el año. En Colombia el fique se cultiva en varias regiones del país, principalmente en los departamentos de Antioquia, Boyacá, Cauca, Nariño y Santander, donde la producción de cabuya, fibra natural que se obtiene de esta planta, constituye un importante sector industrial y representa una de las principales actividades económicas de las comunidades rurales (EMPACA y otros, 2005). La fibra extraída constituye un 4% máximo del peso total de la hoja. Dicha fibra constituye la estructura principal de las paredes celulares del tejido vegetal y está compuesta por celulosa, y algunas impurezas como ligninas y pigmentos. Cada filamento está constituido por fibrillas elementales soldadas entre sí por lignina y los extremos de las fibrillas se sobreponen para formar filamentos multicelulares a lo largo de la hoja, conformando la fibra de fique (CADEFIQUE y otros, 2006). El 96% restante de la hoja de fique, está constituido por residuos de jugo y bagazo, los cuales cuando no son tratados correctamente, son arrojados directamente a las fuentes hídricas, comprometiendo la vida presente en estos cuerpos de agua por la gran demanda bioquímica de oxígeno que representan. El bagazo está conformado por un 30% de fibrillas y un 70% de pulpa vegetal. Las fibrillas, conocidas como estopa, pueden extraerse por tratamiento fisicoquímicos del residuo para ser utilizados en la fabricación de pulpa para papel, mientras que el producto restante, conocido como bagazo, se utiliza como fertilizante orgánico en los mismo cultivos (Osorio y otros, 2010). Mientras que Magda Esther Aguilar Rodríguez (2011). De las hojas de fique con una maquina desfibradora, se obtiene la fibra que corresponde a un 4 % de la hoja, el 41 % lo constituye la pulpa y bagazo y el 55 % restante lo conforma el jugo que es arrojado como desecho a las aguas superficiales o a los cultivos como abono. Figura. Composición de las hojas del fique. COMPOSICIÓN DE LAS HOJAS DEL FIQUE ESTOPA BAGAZO FIBRA JUGO 7% 18% 4% 71% El jugo, por su parte, es una suspensión con características variables dependiendo de la edad, la estación del año y la fertilidad del suelo. De color verdad ocre, tiene un olor característico fuerte y es muy corrosivo. Su densidad media a escala experimental es de 1.02Kg/L y su pH varía entre 4 y 5. Sus constituyentes se conocen en forma cualitativa, siendo agua, celulosa, materia orgánica y minerales en porcentajes estimados de 85, 6, 8, y 1% respectivamente (CADEFIQUE, 2006). Figura. Composición química del jugo de fique. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL JUGO DE FIQUE CELULOSA PARTE ORGÁNICA 6% 85% MINERALES 8% AGUA 1% LOS BIOFERTILIZANTES Los biofertilizantes son productos derivados de compuestos orgánicos, con base en bacterias y hongos, que viven en asociación o simbiosis con las plantas y ayudan a su proceso natural de nutrición, fijando el nitrógeno de la atmósfera. Estos microorganismos, además, contribuyen extrayendo nutrientes del suelo como fosforo, potasio y azufre, cediendo estos minerales a las plantas para su desarrollo y producción (CEUTA, 2006). Siendo grupos de microorganismos que mejoran la disponibilidad de nutrientes en los cultivos, la utilización de los biofertilizantes en los sistemas productivos es una alternativa viable y sumamente importante para lograr un desarrollo agrícola ecológicamente sostenible, ya que permite una producción a bajo costo, no contamina el ambiente y mantiene la conservación del suelo desde el punto de vista de fertilidad y biodiversidad (Soto y Meléndez, 2003). Ante el incremento en los precios de los fertilizantes químicos, los biofertilizantes representan una opción en la producción de granos, en especial para los pequeños productores. Está demostrado que propician altos rendimiento en los cultivos cuando se combinan con algunas cantidades de otros fertilizantes, abonos orgánicos y abonos verdes. Entre las bacterias más utilizadas en los biofertilizantes está la azospirillum brasilense, que tiene la capacidad de fijar nitrógeno del medio ambiente y beneficiar cultivos como trigo, maíz, sorgo, arroz, cebada, avena, café y cítricos (Reyes, 2009). Al tiempo que se produce un material de gran riqueza nutricional para los cultivos, mediante el proceso de digestión anaerobia que da lugar a la producción del biofertilizante, se genera un importante componente energético (biogás). El biogás contiene un alto porcentaje en metano (entre 50 y 70%), por lo que es susceptible de un aprovechamiento energético mediante su combustión en motores, en turbinas y calderas, bien sólo o mezclado con otro combustible. El proceso controlado de digestión anaerobia es uno de los más idóneos para la reducción de emisiones de efecto invernadero, el aprovechamiento energético de los residuos orgánicos y el mantenimiento y mejora del valor fertilizante de los productos tratados. Este proceso puede aplicarse entre otros, a residuos ganaderos y agrícolas, así como a los residuos de la industrias de transformación de dichos productos (IDAE, 2006). EL BIOGÁS El biogás es un producto gaseoso de la digestión anaerobia de compuestos orgánicos. Su composición, que depende del sustrato digerido y del tipo de tecnología utilizada, es: - 50 – 70% de metano (CH4) - 30 – 40% de anhídrido carbónico (CO2) - 5% de hidrógeno (H2), ácido sulfúrico (H2S) y otros gases. Tabla No 1.Componentes del biogás y sus respectivos porcentajes. COMPONENTES PORCENTAJE metano 54-70 % dióxido de carbono 27-45 % nitrógeno 0,3-3,0 % hidrógeno 1-10 % monóxido de carbono 0,10% oxígeno 1,0% ácido sulfhídrico trazas FUENTE: LA WEB Tabla No 2. Según el tipo de residuos el volumen de gas que se obtiene. TIPOS DE RESIDUOS ORGÁNICOS VOLUMEN DE BIOGÁS [ cm3/ Kg MS ] Residuos de matadero y de la transformación de pescado. 0.34 - 0.71 Residuos "verdes" de jardinería y agrícola. Residuos alimenticios. 0.35 - 0.46 0.32 - 0.80 Residuos de la transformación de papa y cereales. aprox. 0.48 Residuos orgánicos domésticos. 0.40 - 0.58 Residuos de separadores de grasa. 0.70 - 1.30 Purinas agrícolas 0.22 - 0.55 Lodos de procesos de purificación. 0.45 - 0.55 FUENTE: LA WEB Debido a su alto contenido en metano, tiene un poder calorífico algo mayor que la mitad del poder calorífico del gas natural. Un biogás con un contenido en metano del 60% tiene un poder calorífico de 5500 Kcal/Nxm 3 (6.4kWh/Nm3), lo que lo hace ideal para su uso en calderas para generación de calor o electricidad, en motores o turbinas, como material base para la síntesis de productos de alto valor agregado y como combustible de automoción (IDAE, 2006). EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA La digestión anaeróbica se trata de un proceso natural, que corresponde al ciclo anaeróbico del carbono, por el cual es posible que mediante una acción coordinada y combinada de diferentes grupos bacterianos en ausencia total de oxígeno, éstos puedan utilizar la materia orgánica para alimentarse y reproducirse, como cualquier especie viva que existe en los diferentes ecosistemas. Cuando se acumula materia orgánica (compuesta por polímeros, como carbohidratos, proteínas, celulosa, lípidos, etc.) en un ambiente acuático, los microorganismos aerobios, actúan primero, tratando de alimentarse de este sustrato. Este proceso consume el oxígeno disuelto que pueda existir. Luego de esta etapa inicial, cuando el oxígeno se agota, aparecen las condiciones necesarias para que la flora anaerobia se pueda desarrollar consumiendo también, la materia orgánica disponible (Decara y otros, 2004). Como consecuencia del proceso respiratorio de las bacterias se genera el biogás, compuesto por una importante cantidad de metano (CH4), anhídrido carbónico (CO2) y trazas de nitrógeno (N2), hidrógeno (H2) y ácido sulfhídrico (H2S). En la puesta en marcha de un biodigestor se desarrollan y actúan dos tipos de bacterias: las desnitrificantes que son básicamente aerobias, y cumplen con la función inicial de remover el oxígeno disuelto y las sulfato-reductasas, que siempre están presentes y producen ácido sulfhídrico que, caracteriza el mal olor del biogás. Las etapas de digestión anaeróbica son: “hidrólisis y fermentación”; “acetogénesis y deshidrogenación”; y “metanogénesis”. •.Hidrolisis: En esta primera fase los compuestos orgánicos complejos se disocian en monómeros más sencillos, tales como azucares, aminoácidos, ácidos grasos volátiles de bajo peso y alcoholes. Así, se permite que las bacterias puedan asimilar la materia orgánica como fuente de nutrientes. • Acidogénesis: Los monómeros obtenidos en la fase anterior son degradados durante esta fase a ácidos de cadena corta (de uno a cinco átomos de carbono en su estructura), alcoholes, hidrogeno y dióxido de carbono. • Acetogénesis: Los productos de la fase anterior sirven como sustrato para las bacterias que intervienen durante la acetogénesis, formándose ácido acético e hidrogeno, principalmente. • Metanogénesis: Durante la metanogénesis se completa la transformación comenzada en la etapa anterior, produciéndose alrededor del 70% al 90% del CH 4 total del proceso. En cada una de estas fases intervienen diferentes tipos de microorganismos, relacionados entre sí, pero que necesitan de distintas condiciones en el entorno. Figura 1.Etapas de la digestión anaeróbica. Para que estos procesos se desarrollen y la flora microbiana actúe es necesario que la materia orgánica contenga una cierta cantidad de nutrientes, principalmente, carbono y fósforo. Además requieren de metales alcalinos y alcalinos térreos, como sodio, potasio, calcio y magnesio, en pequeñas concentraciones como micronutrientes; de lo contrario, pueden ser causa de la inhibición del proceso de digestión. Para cumplir con las funciones enzimáticas también requieren muy pequeñas concentraciones de hierro, cobre, zinc; níquel, azufre, etc., los que se encuentran en las cantidades necesarias, en todos los residuos orgánicos habitualmente utilizados (Soria y otros, 2001). 6. METODOLOGÍA Montaje sistema a nivel laboratorio: Como primera medida, se realizará el montaje experimental del sistema de fermentación anaerobia a nivel de laboratorio. Corridas preliminares diseño experimental y análisis de resultados: Dentro de esta etapa del desarrollo del proyecto se harán corridas preliminares de forma simultánea para poder evaluar las variables respuesta en condiciones similares, esto con el fin de identificar las variables más incidentes en la fermentación anaerobia orientada a obtener un producto rico en nutrientes y con características alelopáticas. Con los datos obtenidos, se realizará un diseño experimental. Corridas en el punto óptimo: Por medio del número de corridas establecidas por el diseño experimental se determinará el punto óptimo que cumpla con las condiciones en cuanto a la capacidad del material como fertilizante, pesticida y la calidad del biogás en términos de su poder calorífico. Escalamiento nivel piloto: Con el punto óptimo, se realizará el montaje del escalamiento del proceso a nivel piloto con los equipos (biodigestor), materiales y análisis necesarios; con lo que se determinara la factibilidad de su utilización a gran escala. Corridas escala piloto: Estas se realizaran en condiciones similares a las de laboratorio buscando conservar los valores obtenidos en el laboratorio. Análisis de resultados: En esta fase, ya obtenido el producto y los datos en cuanto a su capacidad como fertilizante, pesticida y la calidad del biogás cotejaremos esta información para obtener una conclusión respeto a la factibilidad de la ejecución de este proceso a gran escala. Redacción de informes finales: Finalizando el desarrollo del proyecto compilaremos los datos y análisis de todos los diferentes procesos y/o etapas para la contrición del documento final. 7. CRONOGRAMA Tabla 3. Cronograma general de actividades. FASE 1 ACTIVIDADES Montaje sistema nivel laboratorio a 1 Corridas preliminares y análisis de resultados 1 Corridas diseño experimental y análisis resultados 1 Corridas en el punto optimo 2 Escalamiento nivel piloto 2 Corridas escala piloto 2 Análisis de resultados 2 Redacción de informes finales MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6 8. PRESUPUESTO RUBROS Personal JUSTIFICACION FUENTES UNICOMFACAUCA Fuente 1 TOTAL Fuente 2 El tiempo de dedicación semanal 25 horas. *Valor hora estudiante = $13.000 *Número de estudiantes =2 $390.000 15 horas x 2 estudiantes = 30 horas. 30 horas x $ 13.000 = $ 390.000. Equipos Salidas de campo Para el proceso de fermentación en el diseño experimental se utilizará: un congelador vertical, una estufa eléctrica, un termocuplas, bomba de pecera, gramera marca setra max 400gr y min o,1 gr, computador. x $1500.000 x $200.000 se visitará 2 veredas para la adquisición de la materia prima: *vereda Chisquío del municipio de Tambo de la variedad uña de águila negra. *vereda Paniquitá del municipio de Totoró de la variedad uña de águila dorada. Materiales de suministro *En la fase de diseño experimental se requiere los siguientes materiales: tarros, mangueras, guantes, tapabocas, batas, gafas, nevera, materia prima, válvulas de salida de biogás, tarros de agua de cristal de 750 ml, bombas sempertex metalizada R12, levadura seca instantánea masa dulce de 500 gr, cinta teflón, silicona marca sista sella fácil antihongo, azúcar. x $750.000 Se necesita realizar varias pruebas al material antes y ya fermentado para analizar sus propiedades fertilizantes y pesticidas a nivel experimental. X $ Material bibliográfico Servicios técnicos total FUENTE 1: Recursos propios. FUENTE 2: Inversionista externo. 9. RESULTADOS/ PRODUCTOS ESPERADOS Con la realización de este proyecto, se esperan obtener dos productos a partir de la fermentación anaerobia de los residuos de la agroindustria cabuyera como son el jugo y el bagazo de fique. El primer producto es un compuesto solido rico en nutrientes, que tendrá características de biofertilizante y que servirá como sustrato en el enriquecimiento del suelo y favorecerá el crecimiento vegetal, lo que ayudara a obtener plantas de mejor calidad en tiempos más cortos. Al mismo tiempo, se espera que las evaluaciones de este producto nos orienten a su utilización como pesticida, ya que se quiere demostrar que por medio de su aplicación foliar, la planta estará protegida de la acción de plagas, teniendo un efecto alelopático. El segundo producto, es el biogás que se genera simultáneamente en el proceso de fermentación anaerobia, y que representa una fuente de energía alternativa por su alta composición de metano. Este puede utilizarse para diferentes tareas como por ejemplo: la calefacción, generación de vapor, etc. 10. IMPACTOS ESPERADOS DEL PROYECTO DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL De la obtención de la cabuya del fique (desfibrado), se obtienen dos subproductos que son: jugo y bagazo de fique, estos mal llamados desechos representan un foco de contaminación, dado que al realizarse el lavado de la cabuya comúnmente a orillas de las quebradas cercanas a los cultivos, estos productos contaminan el agua, trayendo graves consecuencias para la biodiversidad presente. Esto se debe a las propiedades fisicoquímicas de los jugos ya que estos contienen altos contenidos azucares (sacarosa, glucosa y fructosa), proteínas sapogénicas, esteroides y minerales que como muestra un estudio realizado por la universidad del Bosque son extremadamente tóxicos para peces y organismos acuáticos (Martínez & Caicedo, 2002). Con la realización de este proyecto, se busca eliminar este foco de contaminación, de una forma efectiva y eficiente que permita aprovechar estos productos por su gran cantidad materia orgánica, además de sus propiedades y nutrientes, transformándolos en bioproductos que servirán a la comunidad generadora, además de convertirse en fuente de ingreso adicional para la misma. DESDE EL PUNTO DE VISTA ECONOMICOSOCIAL El cultivo del fique ha sido considerado desde hace mucho tiempo un medio de sustento para los habitantes de la región, su importancia ha venido evolucionando de manera favorable gracias al desarrollo alcanzado en los últimos años, motivo por el cual, se han registrado avances significativos en las formas tradicionales de producción. En estos momentos, en el proceso de fique se está aprovechando del 4% de la hoja de la planta que está dado por la fibra o cabuya, siendo este el principal producto. El 96 % restante corresponde al jugo y bagazo de fique, que normalmente es desechado. Este proyecto busca, plantear una forma de aprovechamiento de este 96% restante, obteniendo un producto de características nutricionales y alelopáticas que puedan ser utilizados en plantaciones como fertilizantes y pesticidas. Para la elaboración de estos productos se necesitará mano de obra, implicando emplear a más personas, mientras que al mismo tiempo la venta de estos productos representara una fuente de ingresos adicionales para los productores. 11. BIBLIOGRAFIA Arias N. Gabriel J. y Cano L. Diana M., Evaluación de propiedades insecticidas del jugo de fique. Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Tesis de Grado. Facultad de Ciencias Agropecuarias. 1996. 273 p. Bolaños D. y Acosta J. Obtención de abonos orgánicos a partir del procesamiento del fique. Tesis de pregrado Facultad de Ingeniería Agroindustrial. Universidad de Nariño, 2008. 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Webgrafía * Bibliografia de videos que el profe como nos recomienda hacerlo. *falta colocar bien en el cronograma la duracion de las actividades. http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v23n3/art09.pdf http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/6214/2/120990.pdf