Estudio de prefactibilidad para la construcción de un biodigestor como propuesta para el aprovechamiento energético de residuos orgánicos provenientes del restaurante, y del
mantenimiento de zonas verdes en el Parque Industrial Corona, Sopó
Código: 2201-001
Paula Ochoa López
Universidad El Bosque Facultad de Ingeniería Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, 4 de mayo de 2022
Estudio de prefactibilidad para la construcción de un biodigestor como propuesta para el aprovechamiento energético de residuos orgánicos provenientes del restaurante, y del
mantenimiento de zonas verdes en el Parque Industrial Corona, Sopó
Paula Ochoa López
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Ambiental
Director: Wilmar Alirio Botello Suárez Codirector: Carlos Eduardo Quintero Murillo
Línea de Investigación:
Gestión Integral Sustentable Producción Limpia CHOC IZONE
Categoría: B
Universidad El Bosque Facultad de Ingeniería Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, Colombia 2022
Acta de sustentación
Nota de Salvedad de Responsabilidad Institucional
La Universidad El Bosque, no se hace responsable de los conceptos emitidos por los investigadores en su trabajo, solo velará por el rigor científico, metodológico y ético del mismo en aras de la búsqueda de la verdad y la justicia.
Agradecimientos
A Dios, por llenarme de fuerza, valentía, sabiduría, discernimiento, y ayudarme a superar cada adversidad y reto encontrado en el camino.
A mis papás, hermana y pareja por siempre respaldarme, apoyarme, e impulsarme a siempre dar lo mejor de mí, brindándome tiempo, consejos, y confianza.
A mi director y codirector por el tiempo invertido, por los consejos, por el conocimiento transmitido y por ayudarme a lograr este gran objetivo.
A Corona y al equipo de gestión ambiental por permitirme desarrollar mi proyecto de grado dentro de la compañía, y a todas las personas que hicieron parte de este proceso, por la ayuda y por los consejos brindados.
Tabla de Contenido
Resumen 10
Abstract 10
1. Introducción 11
2. Planteamiento del problema 12
Pregunta de investigación 14
3. Justificación 14
4. Objetivos 15
4.1 General 15
4.2 Específicos 15
5. Marco de referencia 16
5.1 Estado del arte (Antecedentes) 16
5.2 Marco teórico 20
5.3 Marco conceptual 22
5.4 Marco Legal - Normativo 28
5.5 Marco geográfico 30
5.5.1 Localización geográfica y contexto geopolítico 30
5.5.2 Zona de estudio 31
5.6 Marco institucional 33
5.6.1 IDEAM 33
5.6.2 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) 33
6. Diseño Metodológico 35
6.2 Enfoque 35
6.3 Alcance 36
6.4 Unidad de análisis 36
6.5 Técnicas 36
6.5.1 Observación directa (en campo) 36
6.5.2 Entrevista 37
6.5.3 Análisis documental y de alternativas 37
6.5.4 Análisis de laboratorio 37
6.5.5 Análisis de consumo de GLP 37
6.6 Instrumentos 38
6.7 Metodología por objetivo específico
6.8 Plan de trabajo 49
6.9 Matriz de variables, aspectos e indicadores 49
7. Resultados, análisis y discusión 52
7.1 Resultados, análisis y discusión objetivo específico 1.
7.2 Resultados, análisis y discusión objetivo específico 2. Estimar el potencial energético de los
residuos sólidos orgánicos generados en el PIC. 67
7.3 Resultados, análisis y discusión objetivo específico 3. 70
8. Conclusiones 73
9. Recomendaciones 75
Referencias Bibliográficas 75
Anexos 84
Listado de Figuras
Figura 1. Etapas esquemáticas del proceso bioquímico de la digestión anaerobia 24 Figura 2. División político administrativa a nivel departamental. 31 Figura 3. Localización geográfica a nivel municipal y zona de estudio. 32 Figura 4. Diagrama del marco institucional. Azul: relación directa; Rojo: relación indirecta. 34
Figura 5. Plan de trabajo 49
Figura 6. Residuos generados en el restaurante. 53
Figura 7. Distribución de consumo (por comida) 53
Figura 8. Porcentaje de metano (CH4) obtenido para un proceso de codigestión anaerobica. 59
Figura 9. Consumo y costo de GLP en el año 2021. 65
Listado de Tabla
Tabla 1. Evaluación técnica, económica y ambiental de cada tratamiento. 17
Tabla 2. Relación de parámetros de un digestor 25
Tabla 3. Rango de temperatura y TRH 25
Tabla 4. Valores de pH según la etapa de digestión anaeróbica. 26
Tabla 5. Normatividad calidad del aire en Colombia. 28
Tabla 6. Localización geográfica a nivel municipal y zona de estudio 32 Tabla 7. Matriz de variables, técnicas e instrumentos para el desarrollo del tercer objetivo según
dimensiones. 43
Tabla 8. Composición de los residuos sólidos orgánicos. 45
Tabla 9. Parámetros usados para la estimación del potencial de producción de energía eléctrica. 46 Tabla 10. Matriz de variables, técnicas e instrumentos para el desarrollo del tercer objetivo según
dimensiones. 47
Tabla 11. Escala de Evaluación 47
Tabla 12. Matriz de variables, técnicas e instrumentos para el desarrollo del tercer objetivo según
dimensiones. 48
Tabla 13. Cantidad de residuos orgánicos generados en el restaurante 54
Tabla 14. Densidad de las muestras evaluadas 60
Tabla 15. Resultado del potencial de hidrógeno para las muestras evaluadas. 61 Tabla 16. Sólidos totales, volátiles, fijos y porcentaje de humedad para las muestras evaluadas. 62
Tabla 17. DQO según literatura. 63
Tabla 18. Resumen de los resultados del análisis de laboratorio y DQO teórica de las muestras
evaluadas (ROR, ROC, RJ). 63
Tabla 19. Consumo y costo de GLP en el año 2021. 64
Tabla 20. Pago por disposición de residuos año 2021. 65
Tabla 21. Constantes estimadas de los RSO. 67
Tabla 22. Potencial Bioquímico Teórico de Metano (PBTM) RSO con ajuste. 68
Tabla 23. Sólidos Volátiles de los RSO. 68
Tabla 24. Metano total generado mensualmente. 69
Tabla 25. Matriz de alternativas. 66
Anexos
Anexo I - Matriz de Alternativas 84
Anexo II - Árbol de problemas 85
Anexo III - Registro fotográfico pertinente de las áreas claves generadoras de RSO que permitieron
la ejecución del proyecto) 85
Anexo IV - Consentimiento 88
Anexo V - Entrevista Generación y tipo de residuos 88
Anexo VI - Entrevista Generación de residuos 89
Anexo VII - Entrevista Conocimiento sobre gestión de residuos 90
Anexo VIII - Entrevista Asistencia técnica 91
Anexo IX - Resultado Generación y tipo de residuos 92
Anexo X - Resultado Generación de residuos 94
Anexo XI - Resultado Conocimiento sobre gestión de residuos 96
Anexo XII - Resultado Asistencia técnica 98
Resumen
La tecnología de digestión anaeróbica constituye una alternativa promisoria para el aprovechamiento de residuos orgánicos con simultánea producción de energía renovable. El objetivo del presente estudio fue identificar fuentes para el potencial aprovechamiento energético de los residuos orgánicos generados en el Parque Industrial Corona (PIC), Sopó, Cundinamarca a fin de estudiar la prefactibilidad de implementación de un biodigestor. Para ello, inicialmente se identificaron las principales características de los residuos sólidos orgánicos (RSO) provenientes del restaurante (RA), y las zonas verdes (RJ); bajo este contexto, se realizó un estudio de prefactibilidad para la implementación de un biodigestor en la compañía. Se llevó a cabo un diagnóstico de los residuos generados mediante el levantamiento de la línea base de generación, caracterización, disposición, precio por disposición y consumo de GLP en el restaurante. Posteriormente, se determinó el potencial teórico de metano generado, y por último se evaluaron alternativas de biodigestores que podrían ser implementadas en el PIC. Lo anterior permitió encontrar que actualmente se cuenta con una producción promedio de Residuos Sólidos Orgánicos (RSO) de 12.540 kg/mes, con un potencial teórico de producción de metano (PBTM) de 703,67𝑚3 y el biodigestor más recomendable es el reactor CSTR, de régimen continuo.
Palabras clave: Aprovechamiento energético, economía circular, energía alternativa, biogás.
Abstract
Anaerobic digestion technology is a promising alternative for the use of organic waste with simultaneous production of renewable energy. The objective of this study was to identify sources for the potential energy use of organic waste generated in the Corona Industrial Park CIP), Sopó, Cundinamarca in order to study the pre-feasibility of implementing a biodigester. For this, the main characteristics of the organic solid waste (OSW) from the restaurant (RA), and the green areas (RJ) were initially identified; In this context, a pre-feasibility study was carried out for the implementation of a biodigester in the company. A diagnosis of the waste generated was carried out by surveying the baseline of generation, characterization, disposal, price per disposal and consumption of LPG in the restaurant. Subsequently, the theoretical potential of generated methane will be reduced, and finally biodigester alternatives that could be implemented in the CIP were evaluated. The foregoing found that there is currently an average production of Organic Solid Waste (OSW) of 12.540 kg/month, with a theoretical potential for methane production (TPMP) of 703.67𝑚3 and the most recommended
biodigester is the CSTR reactor, continuous regime.
Keywords: Energy use, circular economy, alternative energy, biogas.
1. Introducción
La Organización Corona es una multinacional colombiana con más de 140 años de historia empresarial y presencia en Colombia, Estados Unidos, México, Costa Rica, Guatemala y Nicaragua, dedicada a la manufactura y comercialización de productos para el hogar, la construcción, la industria, la agricultura y el sector energético. La compañía está compuesta por cuatro divisiones de Negocios:
i. Baños y Cocinas; ii. Superficies, Materiales y Pinturas; iii. Insumos Industriales y Energía; y iv.
Mesa Servida. Adicionalmente, presenta dos unidades comerciales que son Almacenes Corona y Comercial Corona Colombia.
Corona desarrolla proyectos desde una perspectiva de la triple cuenta, cuyo foco radica en la gestión conjunta del ámbito social, financiero y ambiental, teniendo presente conceptos tales como la competitividad, el crecimiento, la responsabilidad ambiental, la gente y la proyección social. Esta perspectiva se enfoca en el aprovechamiento de fortalezas de negocio y generación de valor compartido para sus grupos de interés, de manera que su gestión se enmarca en la ejecución del Plan de Sostenibilidad Ambiental al año 2025, este plan contempla 4 frentes de trabajo: mitigación y adaptación al cambio climático, gestión del agua, cumplimiento legal, y economía circular (Informe de Sostenibilidad, 2020). En cifras, al año 2020, la compañía aprovechó internamente más de 85 mil toneladas de subproductos cerámicos y no cerámicos, y valorizó con aliados más de 64 mil toneladas de residuos logrando una tasa de valorización del 86% de ellos (Informe de Sostenibilidad, 2020).
El Parque Industrial Corona (Sopó, Cundinamarca), cuenta con un área aproximada de 461.000 𝑚2 siendo una de las principales infraestructuras de Corona, en la cual se manufacturan diversos tipos de productos. Sin embargo, en esta planta se presenta un gran reto y una gran oportunidad de trabajo frente al manejo de Residuos Sólidos Orgánicos (RSO), los cuales no son aprovechados actualmente.
Dado su potencial energético, dichos residuos pueden ser incorporados a un proceso de digestión anaerobia a fin de generar energía renovable (metano) (Borth et al., 2022). Es por esto que se realizó el estudio de prefactibilidad de un biodigestor para el aprovechamiento energético de residuos orgánicos provenientes del restaurante y del mantenimiento de áreas verdes como una contribución a la economía circular en Corona.
Por la magnitud de la compañía, y el alcance del presente proyecto, se limitó como objeto de estudio el Parque Industrial Corona (PIC) en Sopó, perteneciente a la división de Superficies, Materiales y Pinturas, donde se desarrollan y fabrican productos para la construcción y remodelación como
revestimientos, pinturas y materiales, brindando soluciones y sistemas constructivos, con miras a la futura implementación del mismo en las diferentes divisiones de la compañía.
Este estudio tiene como objetivo realizar un estudio de prefactibilidad de un biodigestor para el aprovechamiento energético de residuos provenientes del restaurante y del mantenimiento de áreas verdes del PIC.
El presente documento está dividido en 9 secciones, iniciando con la introducción sobre la compañía, sus unidades de negocio y el Parque Industrial Corona. Luego se abordó el planteamiento del problema, la pregunta de investigación, justificación, y objetivos, donde se muestran las bases de la investigación planteada. Posteriormente se encuentran los marcos de referencia, donde se describen artículos relacionados con el proyecto, se detallan las principales teorías y conceptos, el marco normativo presenta la legislación aplicable al tema, el marco geográfico contiene información sobre la zona donde se desarrolla la investigación, y el marco institucional comprende la relación directa e indirecta con diferentes actores.
Posteriormente se presenta el diseño metodológico donde se muestran los pasos realizados para la recopilación de información diagnóstica de la situación actual del PIC, el potencial teórico de metano generado por los RSO y la comparación de diversas tecnologías de digestión anaeróbica. Se presentan los resultados, análisis, discusión, conclusiones y recomendaciones que responden a la pregunta de investigación y sugiere mejoras para futuros estudios similares y pasos a seguir para complementar el presente trabajo.
2. Planteamiento del problema
Algunas compañías, en la búsqueda de una gestión empresarial ambiental “óptima”, buscan emplear energías alternativas muchas veces desconocidas por las empresas, como es el caso del Parque Industrial Corona (PIC) que desaprovecha el potencial energético de los RSO que genera, y que a su vez se traduce en que no cuenta con estudios que posibiliten el aprovechamiento de dichos residuos buscando obtener energía renovable a partir de la digestión anaeróbica.
A lo largo del tiempo, en el PIC los RSO provenientes del restaurante y del mantenimiento de las zonas verdes se han dispuesto con métodos tradicionales, los primeros están conformados por alimentos de rechazo y restos crudos; estos residuos alimentarios cuentan con un proceso de disposición final por medio de la Corporación al Servicio del Medio Ambiente
(CORPOAMBIENTE), la cual se encarga de la recolección, transporte y disposición final para su manejo ambiental a través del proceso de compostaje, los segundos se almacenan en un lugar específico para su descomposición.
Los residuos de alimentos y jardinería pueden ser empleados como fuente de generación de energía alternativa (biogás), combustible que se genera por medio de sistemas llamados biodigestores. Esta herramienta, específicamente en Colombia, cuenta con una dinámica de aprovechamiento de materia orgánica para la producción de biogás (resultante del proceso de descomposición anaerobia de residuos orgánicos por acción microbiana), la cual incluye la valorización energética como una alternativa de tratamiento de los RSO y desincentiva la disposición final de estos en los rellenos sanitarios de Colombia (UPME, 2018). No obstante, esta dinámica entró en uso hace poco tiempo en el CONPES 3874 de 2016, el cual busca implementar la gestión integral de residuos sólidos como política nacional de interés social, económico, ambiental y sanitario, para contribuir al fomento de la economía circular (CONPES, 2016).
Actualmente, Corona realiza el pago para el manejo integral de los residuos orgánicos en el parque industrial, el cual limita el óptimo aprovechamiento para los residuos generados, siendo desperdiciado todo su potencial energético. Este modelo de consumo presenta dificultades asociadas a la creciente demanda de suelo necesario para realizar el proceso de compostaje, lo que se traduce en la generación de gases de efecto invernadero (CONPES, 2016). A su vez, este proceso representa un gasto económico para la compañía el cual se desea eliminar.
Por esta razón, el planteamiento del problema se enfoca en realizar un estudio de prefactibilidad de un biodigestor para el aprovechamiento energético de residuos orgánicos provenientes del restaurante y del mantenimiento de áreas verdes como una contribución a la economía circular dentro del Parque Industrial Corona ubicado en Sopó.
Según el último informe de sostenibilidad y la información compartida por la compañía, se evidencia que el consumo de energía en todas las divisiones de la organización fue de 5.042 Tj, que equivale a 1.400 556 𝑥109 KWh (Corona, s.f.). Este alto consumo energético en toda la organización, nos permite concluir que el estudio de la alternativa que se está desarrollando al realizar este proyecto puede contribuir para la reducción del costo energético en miras hacia el futuro.
Pregunta de investigación
¿Cuál es la mejor alternativa de biodigestor que se adecue a las condiciones de la empresa para el aprovechamiento de los residuos orgánicos generados, enmarcado en el frente de trabajo de economía circular y aprovechamiento energético?
3. Justificación
La relevancia de este trabajo de investigación, visto desde la disciplina de la ingeniería ambiental, fue identificar una oportunidad de mejora dentro de la compañía Corona, para aportar en uno de los pilares de gestión que constituyen el enfoque de la triple cuenta. Este enfoque se encuentra conformado por la gestión ambiental, financiera, y social; la primera, se enmarca en cuatro frentes de trabajo referentes a cumplimiento normativo, gestión del agua, mitigación y adaptación al cambio climático, y economía circular en el manejo de materiales, productos y residuos, siendo esta última el foco del proyecto.
Así mismo, la investigación se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) al avanzar hacia la ejecución de proyectos que implementen metodologías para la generación de energía asequible y no contaminante, como lo establece el objetivo número 7. También da cumplimiento al objetivo 11, el cual busca el desarrollo de las ciudades y comunidades enmarcadas en la sostenibilidad y la resiliencia, características que se logran por medio de la implementación de una tecnología que contribuya al aprovechamiento energético y minimice la generación de emisiones de carbono (acción por el clima, ODS 13), como lo es un biodigestor.
Al analizar el proyecto desde el aspecto ecológico, la implementación de un biodigestor que maneje como materia prima residuos orgánicos para la generación de biogás y biol, permite a partir del enfoque de economía circular aprovechar el potencial energético de los mismos, crear valor a la cadena productiva y preservar los recursos disponibles para las generaciones futuras (Cortes et al., 2020). A su vez, su puesta en marcha, es una oportunidad de valorización de los desechos, ya que en Colombia este tipo de residuos se produce en gran volumen (Vera-Romero et al, 2017); como lo indica el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) en el informe de sostenibilidad publicado el año 2015, donde por medio de una gráfica muestra el comportamiento de las principales ciudades de Colombia en materia de residuos sólidos, donde el mayor porcentaje pertenece a materia orgánica
(61,54%), y el porcentaje restante (38,46%) hace referencia a siete diferentes tipos de residuos (papel y cartón, madera, plástico, vidrio, metales, textiles, y otros) (Maat, 2022).
De igual forma existe un impacto positivo en el aspecto económico ya que la implementación de un sistema de biodigestión genera ahorro en el consumo de energía, valor monetario que puede ser estimado al obtener la capacidad de reemplazar una fuente de energía fósil por biogás (Aguilar &
Botero, 2002). Para Corona, el ahorro se vería reflejado directamente en la anulación del pago por la GIRS orgánicos, y en la minimización del pago de la factura de consumo de GLP y en la obtención de beneficios tributarios por la implementación de proyectos que implementan energías alternativas dando cumplimiento a la ley 1715 de 2014 (Aldara Rodríguez, 2015).
Este estudio acerca de la prefactibilidad de implementación de un biodigestor en el PIC posibilita no solo aumentar el alcance de las metas de sostenibilidad de la empresa, sino también obtener independencia energética por medio del aprovechamiento del biogás resultante de la degradación anaerobia de los residuos, reducir gastos minimizando la dependencia energética sobre los combustibles fósiles, y ser ejemplo en el sector industrial empresarial, al existir la posibilidad de ser replicado en las distintas plantas de la organización del grupo Corona, y otras compañías.
4. Objetivos
4.1 General
Realizar un estudio de prefactibilidad de un biodigestor para el aprovechamiento energético de residuos orgánicos provenientes del restaurante y del mantenimiento de áreas verdes como una contribución a la economía circular en el Parque Industrial Corona, Sopó.
4.2 Específicos
1. Establecer un diagnóstico de la situación actual de los residuos orgánicos y gasto energético de acuerdo a algunas variables económicas, ecológicas y sociales dentro del PIC.
2. Estimar el potencial energético de los residuos sólidos orgánicos generados mediante consideraciones teóricas.
3. Realizar un análisis comparativo de diferentes tipos de biodigestores con el fin de identificar el más adecuado según los residuos orgánicos disponibles, por medio de una matriz de alternativas.
5. Marco de referencia
5.1 Estado del arte (Antecedentes)
Como parte fundamental del presente proyecto se encuentra la revisión del estado del arte y antecedentes, la cual permitió argumentar su pertinencia e importancia, a través de búsquedas en diferentes bases de datos y con el uso de palabras clave, donde se seleccionaron investigaciones alineadas con el presente proyecto; investigaciones realizadas a nivel internacional y nacional, distribuidos en países como, Costa Rica, Brasil, Perú, India, Colombia y en Bogotá.
A nivel internacional, (Ávila-Hernández et al, 2018), el estudio Generación de biogás a partir del aprovechamiento de residuos sólidos biodegradables en el Tecnológico de Costa Rica, sede Cartago, determinó la composición química de los residuos generados a partir de la toma de una muestra compuesta por residuos recolectados durante cinco días. Posteriormente construyó e instaló cuatro biodigestores a escala: el primero contuvo solamente 8,1 kg de residuos; el segundo tuvo 8,1 kg de residuos con 5 ml Índigo® (un acelerador de la degradación de la materia orgánica); el tercer biodigestor 1,5 kg de granza de arroz más 4,05 kg de residuos y, por último, se hizo una mezcla con 0,4 kg de pasto transvala con 4,05 kilogramos de residuos. Luego, se realizaron mediciones de temperatura y se monitoreó la producción de burbujas durante 37 días de retención (indicador de la generación de gas), concluyendo que el segundo biodigestor instalado fue el que generó mayor producción de biogás.
Tabla 1. Evaluación técnica, económica y ambiental de cada tratamiento.
Tratamiento
Aspectos
Técnico Económico Ambiental
RSB
No hubo producción de biogás.
No se recupera la inversión por el faltante de la generación de biogás.
No hay generación
de energía
renovable.
RSB + Índigo
Producción de biogás a partir del día 9 hasta, prácticamente el día 30. Uso de un producto concentrado, lo que permite dosificar en pocas cantidades.
Espacio reducido para su almacenamiento. No es necesaria mano de obra calificada para su aplicación, lo que incide en los costos de producción.
Alternativa
constante de producción de biogás durante el experimento, por lo que se permite mantener la fuente de energía de manera permanente.
RSB + pasto
Generación de gas después de la segunda
semana de
experimentación de manera intermitente.
Necesario contar con instalaciones para el almacenaje de las pacas de pasto, incrementando de manera considerable los costos de inversión e infraestructura y de
operación por el
aprovisionamiento del pasto. No es necesaria la mano de obra calificada.
Se debe incrementar la producción de biogás para considerarlo como una fuente estable.
RSB + granza de arroz
Se generó gas de manera intermitente durante toda la experimentación.
Asimismo, se inició después de la segunda semana de haber cargado el biodigestor.
Es necesario tener instalaciones para almacenar los sacos con granza de arroz, incrementando los costos de inversión con la dificultad de su recuperación intermitente del producto esperado. No es necesaria mano de obra calificada.
Es necesario
aumentar la
generación del gas para considerarlo como una fuente estable de energía.
Adaptado de: Ávila-Hernández et al, 2018.
Por otro lado, en Brasil un proyecto titulado Optimización de los parámetros de producción de metano durante la codigestión anaeróbica de residuos alimentarios y de jardinería, (Perin et al, 2020), evaluó la digestión anaerobia de residuos de alimentos y su codigestión con residuos de jardín y se obtuvo que la codigestión de residuos alimentarios con residuos lignocelulósicos mejoró la
producción de metano, exponiendo que una sustitución del 20 % de la Tasa de Carga Orgánica (OLR) de residuos de alimentos por el sustrato lignocelulósico mejoró tanto la producción de biogás como el rendimiento específico de metano. La mejora de la producción de biogás (86 L 𝑑−1 ), el rendimiento específico de metano (0,47 L g 𝑉𝑆−1 ) y el contenido de metano (67 %) de la codigestión de alimentos y residuos de jardín, en comparación con la digestión anaeróbica de residuos alimentarios solamente (17 L 𝑑−1 , 0.06 L g 𝑉𝑆−1 y 43%, respectivamente) indica la posibilidad de optimizar el proceso, al aplicar residuos de jardín.
De igual forma, una revisión titulada Uso de biodigestor anaeróbico en el tratamiento de residuos orgánicos de los restaurantes universitarios, de los autores (Granzotto, F et al 2021), tuvo como objetivo evaluar el tratamiento de residuos orgánicos de un restaurante universitario de la Universidad Federal de Santa María, ubicado en Brasil donde se implementó y se monitoreó un digestor anaeróbico de modelo indio durante 240 días a escala semipiloto, y se obtuvo que a pesar de la variabilidad en la composición del sustrato, los resultados frente a la eficiencia en la digestión anaeróbica fue alta, obteniendo un rendimiento de biogás de 0,22 𝑚3 /kg VS o 67 L/kg de sustrato, con 60% de 𝐶𝐻4 en promedio. A su vez, se estudió la comparación de la sustitución del GLP por la producción de electricidad a partir de biogás, y se concluyó que es mejor usar el biogás como reemplazo del GLP ya que es más eficiente energéticamente al evitar pérdidas de energía en la transformación del biogás en energía eléctrica.
Así mismo el estudio realizado en India, titulado Energía descentralizada a partir de digestores portátiles de biogás que utilizan residuos domésticos de cocina: una revisión, (Ajay, C. M. et al, 2021), hace una breve descripción de las diferentes materias primas de biomasa, aclaran las técnicas de digestión de residuos de cocina por medio de la digestión anaeróbica, exponen diferentes tipos de biodigestores de tipo portátil y se discute el procedimiento generalizado para el diseño de una unidad portátil de biogás; estudio que ratifica que el diseño sistemático de unidades de biogás y la alimentación adecuada de los desechos de cocina ofrece una ventaja de utilización efectiva de los desechos en la producción de energía descentralizada.
Otro diseño experimental realizado en Brasil, titulado Codigestión anaeróbica a escala piloto de alimentos y desechos de jardín: potencial de metano, rendimiento y análisis microbiano, (Borth, P.
L. B. et al 2022), evaluó los efectos de la codigestión de alimentos y residuos de jardinería en el desempeño del proceso anaeróbico y también en la comunidad microbiana involucrada, mediante la comparación de dos reactores a escala piloto (500 L). Se realizó una comparación entre mono
digestión y codigestión, operando un reactor únicamente con desechos de alimentos como sustrato, y el otro con un 20% de la tasa de carga orgánica proveniente de desechos de jardín y el resto de residuos de alimentos. Los resultados obtenidos mostraron un mejor desempeño en la codigestión, con una remoción del 83% en VS,4 g𝑉𝑆−1 , una tasa de producción de biogás de 86 L/d, con un contenido promedio de metano de 67% y un retraso en la acidificación del sistema cuando se aplicó una tasa de carga orgánica (OLR) de 0.24 kgVS 𝑚3 𝑑−1 . En la codigestión, los resultados mostraron que los microorganismos se adhirieron a las partículas de residuos de jardín como medio de soporte para la formación de biopelículas, favoreciendo el desarrollo de ciertas especies de microorganismos más resistentes a las variaciones externas y retrasó la acidificación del reactor; tuvo un mejor desempeño general en todos los parámetros analizados durante las diferentes fases.
A nivel nacional el estudio Producción y valorización energética de biogás, a partir de residuos alimenticios y biomasa vegetal, (Jiménez Lobo, 2018), evaluó la producción de biogás a partir de la codigestión de varias relaciones de residuos alimenticios/biomasa vegetal, así como el efecto de la relación entre el sustrato/inóculo en la composición del biogás producido en la mejor relación residuo alimento/biomasa vegetal y por último, valoró energéticamente el biogás obtenido con el mejor contenido de metano. Obtuvo que la codigestión incrementa el rendimiento de metano, y la mayor producción se obtuvo en el tratamiento con relación 70:30 (70 para residuos de alimentos y 30 para biomasa vegetal), con un rendimiento de 425 ml 𝐶𝐻4 /gSV en la producción de biogás.
El estudio titulado Estimación del potencial de conversión a biogás de la biomasa en Colombia y su aprovechamiento, (UPME & UNAL, 2018), identificó la disponibilidad de biomasa en Colombia, expuso el potencial teórico y factible para la generación de biogás, y evaluó los costos de producción del mismo. De igual forma realizó experimentación y concluyó que los resultados de la codigestión permiten establecer un alto potencial a nivel nacional para resolver la problemática actual del país tanto para la disposición de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como de lodos de PTAR. Ayudando a reducir la brecha del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio (MVCT) para cumplir con la meta del 20% en reducción de gases efecto invernadero. Por último, expone que el panorama Nacional amerita el desarrollo de esta fuente de energía renovable, como sustituto y/o complemento del gas natural y valorización energética de residuos.
A nivel regional, un estudio realizado en Bogotá, (García Rodríguez, A. M., & Gómez Franco, J. D., 2016), titulado Evaluación de la producción de biogás a partir de residuos vegetales obtenidos en la central de abastos de Bogotá mediante digestión anaerobia, se realizó buscando el aprovechamiento y caracterización de residuos orgánicos, evaluando sus características físico- químicas y microbiológicas para darle una adecuada utilización mediante el proceso de digestión anaerobia. Donde se obtuvo como resultado altos porcentajes de biogás, con un contenido de metano para la mezcla de vegetales de 69,5%, para la mezcla de frutas de 67.7%, y para la mezcla control (estiércol y agua) de 64.1%. Para la selección del mejor sustrato se realizó un análisis estadístico, que permitió identificar la mezcla que presentaba un menor tiempo de retención, con un mayor porcentaje de metano, siendo esta, la mezcla de vegetales con un tiempo de retención de 50 días para iniciar la fase metanogénica.
En conclusión, las investigaciones relacionadas con la presente investigación exponen que la mejora del comportamiento de un digestor se consigue mediante, la aplicación de pre-tratamiento a residuos lignocelulósicos y posterior codigestión con residuos no lignocelulósica, aplicando una mezcla adecuada de cada tipo de residuo. Además de evaluar parámetros como el pH de la materia prima, el tiempo de retención hidráulica (HRT), la composición de la materia prima (equilibrio que se establece entre macro y micro nutrientes), la temperatura de funcionamiento, la presión, la relación carbono- nitrógeno, la tasa de carga orgánica (OLR), la relación sólido-humedad en la biomasa, la toxicidad y agitación del contenido del digestor (Ajai et al., 2021)
5.2 Marco teórico
La elaboración de este apartado se estructuró bajo tres teorías, abordando la temática desde el contexto global hasta el particular, comenzando con la teoría general de Economía Circular (EC), que nace de la necesidad de cambiar el modelo de producción que el mundo venía implementando desde la primera revolución industrial, donde se tenía una producción lineal y masiva, para tomar la cadena productiva como un todo, la cual debía transformarse radicalmente para replicar el ciclo perfecto de la naturaleza, donde no se produce material tóxico o existen desperdicios (Girelli, C.S., 2018).
La EC definida como un modelo económico de desarrollo sostenible, busca obtener un flujo de materiales cerrado donde la implementación de las materias primas sea repetido en múltiples fases (Moneva et al., 2018), lo que implica que los productos mantengan su valor, se reduzca su obsolescencia y se disminuya la generación de residuos (Chaves et al., 2018). La EC en empresas
representa una estrategia de desarrollo, desde la transformación en la cadena de producción, los hábitos de consumo y una nueva concepción de los sistemas industriales, se basa en la innovación tecnológica, social y organizativa, que conlleva al crecimiento económico sin aumento en el consumo de recursos (CESE, 2014).
Por tal razón, se aborda la energía alternativa ya que existe una relación unidireccional desde la implementación de este tipo de energía hacia el crecimiento económico (Godoy, V. S. L., 2018), y la sostenibilidad ambiental, disminuyendo impactos que son generados desde la extracción hasta el uso de energía proveniente de combustibles fósiles. En el contexto colombiano y según la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), la explotación de fuentes convencionales de energía se encuentra en 93%, donde 9% lo representa el gas, y solo el 7% de energía es renovable, como lo es la energía proveniente de materia orgánica cada vez más destacada en el ámbito industrial (Ministerio de Energía, 2012).
Actualmente existen varias tecnologías para el tratamiento de desechos y la generación de energía, una de estas es la implementación de biodigestores anaeróbicos, que son sistemas herméticamente cerrados donde ocurre un proceso de digestión anaeróbica a partir de bacterias, que se alimentan de materia orgánica diluida en agua, para producir biogás y biol (Freitas, F. F, 2018). La elección del digestor más adecuado es importante, razón por la que se deben evaluar los principales factores que influyen en los diversos tipos de digestores como son la hidrodinámica de los sustratos, aspectos mecánicos como la resistencia de los materiales, el costo de los diversos componentes, la complejidad de la planta, la accesibilidad del material (Kalaiselvan et al., 2022), la modalidad de carga (única vez o batch, semi continua o continua), el contenido de materia seca de la mezcla de alimentación (húmedo, semi-húmedo o seco), el grado de mezclado (mezcla completa, parcial o nula), el manejo del sustrato y las etapas de manejo (una o dos etapas).
A su vez, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO) explica la variedad de biodigestores en su Manual de Biogás (2011) y expone que pueden ser clasificados de distintas formas según su complejidad e implementación. Según el método de operación, pueden clasificarse por lotes o sistemas continuos; el proceso por lotes o a escala discontinua, funciona adicionando la materia prima y el inóculo al digestor, posteriormente se cierra el sistema y se completa el proceso de digestión según los parámetros del proceso. A su vez, estos son considerados simples por su tecnología e implican costos mínimos tanto en inversión como en mantenimiento (Kalaiselvan et al., 2022). Mientras que el sistema continuo ofrece una producción de biogás perfecta ya que el ingreso
de biomasa se da de manera continua, este proporciona un sistema mejorado en la producción de metano frente al primer sistema, pero implica un mayor costo de inversión tecnológica al ser necesario su control, automatización y seguimiento permanente por su rápida degradación (Mamani Condori, R., & Pacco Huarachi, C.O., 2021).
Finalmente, este proyecto busca por medio de la implementación de un biodigestor aprovechar el potencial energético del RSO generado en dos áreas distintas del Parque Industrial a partir de su transformación por medio de la digestión anaeróbica para utilizar el biogás o metano generado.
5.3 Marco conceptual
La construcción del marco se llevó a cabo a partir de la definición de conceptos relevantes dentro del desarrollo del proyecto, incluyendo conceptos particulares, y posteriormente adicionando algunos generales, como residuos sólidos, clasificación de los de residuos sólidos, residuos orgánicos, biomasa, manejo de residuos, gestión integral de residuos sólidos, digestión anaerobia, biogás, biol, estudio de prefactibilidad.
El decreto 838 de 2005 define los residuos sólidos como cualquier objeto, material, sustancia o elemento principalmente sólido proveniente de utilizar o consumir un bien en actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales o de servicios tras cumplir su ciclo de vida útil y que de manera aislada carecen de valor económico. Estos pueden ser clasificados como no aprovechables cuando carecen de valor comercial y su disposición final genera un costo, y aprovechables cuando no tienen valor de uso directo o indirecto para la persona o entidad que lo genere, pero que puede incorporarse a un proceso productivo, o puede usarse como materia prima para la Digestión Anaeróbica (DA).
Zhang et al. (2019) identifica los residuos de jardín como aquellos residuos que incluye hojas, pastos y diversas astillas de madera, siendo un porcentaje importante de los desechos sólidos urbanos. Estos desechos se acumulan en gran medida en muchas ciudades, presentándose de manera abundante como materia prima para bioconversiones a bajo costo. También, se refiere a los residuos de alimentos como material que se descarta o que se pierden durante las etapas de producción, procesamiento, transporte, transacción y consumo de materias primas alimenticias. En la investigación hacemos referencia a Residuos pasado Orgánicos Rechazo (ROR), Residuos Orgánicos Crudos (ROC) y Residuos de Jardinería (RJ), haciendo referencia a los alimentos cocidos que sobran y la comida que
las personas no se consumieron por completo, a los residuos crudos como cáscaras de fruta y verdura o que no han pasado por ningún proceso de cocción, y a los residuos de jardinería como el material que se obtiene de las tareas de poda y de mantenimiento de los jardines respectivamente.
Los residuos de alimentos pueden variar según las composiciones heterogéneas de carbohidratos, lípidos y proteínas, es por esta razón que su digestión anaeróbica se puede ver afectada y es difícil lograr una tasa de biodegradación y producción de biogás relativamente estable. La Digestión Anaerobia (DA) es un proceso biológico que se lleva a cabo en ausencia de oxígeno, en el que los microorganismos presentes en la materia prima convierten la materia orgánica en un combustible útil y rico en energía (Kalaiselvan et al., 2021). Esta, está dividida en cuatro etapas:
1. Hidrólisis. Consiste en el rompimiento de enlaces de las macromoléculas más complejas (polisacáridos, proteínas y lípidos) por la acción de enzimas extracelulares producidas por las bacterias hidrolíticas. En esta etapa, los lípidos se transforman en ácidos grasos de cadena larga y glicerina por la acción de la enzima lipasa, las proteínas son hidrolizadas por proteasas en péptidos y aminoácidos, y los polisacáridos son convertidos en monosacáridos, obteniendo como producto de esta reacción moléculas de bajo peso molecular como azúcares, ácidos grasos y compuestos relacionados, que son adecuados como fuente de energía y carbono celular (Bernal Patiño, L. E., & Suárez Ramírez, L. S., 2018).
2. Acidogénesis. En esta etapa, las bacterias acidogénicas fermentan los compuestos obtenidos por la acción de las bacterias hidrolíticas, dando lugar a ácidos grasos con bajo número de carbonos (ácido acético, fórmico, propiónico y butírico), así como compuestos reducidos (etanol, además de hidrógeno y dióxido de carbono) (Bernal Patiño, L. E., & Suárez Ramírez, L. S., 2018).
3. Acetogénesis. Los productos obtenidos en la acidogénesis son oxidados a acetato, hidrógeno y dióxido de carbono por la acción de bacterias facultativas formadoras de ácido (bacterias acetogénicas). Al igual que en la etapa anterior, las bacterias acetogénicas requieren de control en la formación de hidrógeno, debido a que una alta concentración de este elemento reduce la tasa de formación de acetato produciendo ácido propiónico, ácido butírico o etanol en vez de metano (Bernal Patiño, L. E., & Suárez Ramírez, L. S., 2018).
4. Metanogénesis. En esta etapa como su nombre lo indica, las bacterias que actúan en el proceso son las metanogénicas (estrictamente anaeróbicas), encargadas de convertir el acetato a metano y dióxido de carbono, o reducir el dióxido de carbono a metano. Estas transformaciones involucran dos grupos metanogénicos, las bacterias metanogénicas aceto- clásicas, y las bacterias metanogénicas hidrógeno-tróficas, encargadas de llevar a cabo las transformaciones mencionadas anteriormente (Bernal Patiño, L. E., & Suárez Ramírez, L. S., 2018).
Figura 1. Etapas esquemáticas del proceso bioquímico de la digestión anaerobia
Adaptado de: Ajay, C. M. et al, 2021.
A su vez, los procesos de DA pueden desarrollarse como digestión o monodigestión referente al uso único de un residuo o biomasa específica sin mezclarse con otro tipo de material; y codigestión, como el proceso que consiste en la digestión anaeróbica simultánea de múltiples residuos orgánicos, con características complementarias, no iguales, como lo son los RA y los RJ en un mismo reactor (Julio Guerrero et al., 2016).
Algunos factores que ejercen un alto grado de influencia en el desempeño de la digestión anaerobia son los parámetros físico-químicos que se encuentran en la siguiente figura (figura 3) y posteriormente se detallan.
Tabla 2. Relación de parámetros de un digestor
Parámetro Rango Óptimo
Temperatura (°C) 30-35
pH 6,8-7,5
Relación C/N 20-30
Tiempo de Retención (días) 10-25
Relación agua/sólidos 6-10
Adaptado de: Salamanca, J., 2009.
La temperatura es uno de los principales parámetros de diseño por su influencia en la velocidad de la digestión, y su variación brusca puede desestabilizar el proceso. Varnero, (2011) señala que para garantizar la estabilidad del parámetro debe existir un sistema de agitación adecuado junto con un controlador de temperatura. A su vez, existen tres rangos de temperatura en los que microorganismos anaeróbicos pueden trabajar:
Tabla 3. Rango de temperatura y TRH
Materiales Temperatura (°C) Tiempo de Retención
aproximada (días)
Psicrófilos <25°C 30 - 60 días
Mesófilos 25°C - 45°C 20 - 25 días
Termófilos >45 °C 10 - 15 días
Adaptado de: Salamanca, J., 2009.
Obtener un valor de pH menor a 6 indica que el producto de biogás tendrá concentraciones de metano bajas, debido a que las bacterias que actúan en la metanogénesis son sensibles a las variaciones de
este parámetro; de igual forma, la baja actividad en los microorganismos metanogénicos causa acumulación de ácido acético y al aumentar la presión de las bacterias que degradan el ácido propiónico son inhibidas dando una acumulación de ácidos grasos volátiles, disminuyendo la producción de ácido acético y el pH (Moreno, M., 2011). Sin embargo, se pueden añadir al proceso tampones de carbonato de sodio a los reactores para aumentar su valor (Perin et al., 2020).
El propósito de conocer estos valores es identificar si el sustrato requiere o no ser neutralizado antes de emplearse como materia prima para el biodigestor y evitar acidificar la reacción dentro del reactor, y disminuir la eficiencia del biodigestor provocando el paro en la producción de biogás (Hagos et al., 2017). No obstante, se debe tener en cuenta que el rango pertinente de pH depende de la etapa en la que se encuentre la digestión anaeróbica como se muestra en la Tabla 4:
Tabla 4. Valores de pH según la etapa de digestión anaeróbica.
Etapa pH
Hidrólidad 5,5 - 6-5 Acidogénesis 5,0 - 6,0 Acetogénesis 5,5 - 6,5 Metanogénesis 6,6 - 7,5 Fuente: Mariño Parada et al, 2021.
La relación C/N óptima según Varnero (2011), es de 30/1, es decir que el material fresco o crudo que se utilice para comenzar la digestión anaeróbica es de 30 unidades de carbono por una unidad de nitrógeno. Por lo tanto, si no se tiene la relación adecuada es necesario realizar mezclas en diferentes proporciones de los residuos para obtener la relación C/N pertinente.
En cuanto al tiempo de retención (días), este se ve influenciado por la temperatura del sistema, así como el tipo de digestor implementado; los digestores de carga continua coinciden con el tiempo de permanencia de los RSO en el interior del digestor. En sistemas de digestión continua y semicontinua el tiempo de retención (TRH) se define como la división entre el volumen del digestor y el volumen de la carga diaria (Salamanca, J., 2009).
Los residuos orgánicos y la biomasa provienen de organismos vivos como plantas y animales, se descomponen por medio de microorganismos o agentes físico-químicos en condiciones normales (Celis, M. D. P., 2020), como por ejemplo los desechos de comida del restaurante y mantenimiento de áreas verdes del Parque Industrial Corona. Estos residuos como lo menciona (Kalaiselvan et al., 2022) pueden ser aprovechados como recurso para producir un combustible gaseoso útil (biogás), por medio de la degradación natural de la materia orgánica en condiciones anaerobias (Scarlat, N et al., 2018), y posteriormente ser incorporado a un sistema. El biogás contiene entre 60% a 80% de Metano, lo que permite emplearlo con propósitos de generación de energía, en iluminación y para cocción de alimentos, o como combustible para una caldera, para calentar un espacio o en equipos de refrigeración (Quintero Jaramillo, J. A. et al, 2018).
Otro material resultante de la implementación de biodigestores es la generación de biol, subproducto de la degradación de la materia orgánica, y es rico en nutrientes que sirve como abono natural para plantas o cultivos (Ferro, J, 2020).
Por último, para el proyecto se realizó un estudio de prefactibilidad con el objetivo de contar con una información veraz sobre el proyecto que se desea realizar, mostrando así alternativas y condiciones que respalden al mismo, y a su vez, le permite a la empresa saber si este proyecto puede resultar favorable o desfavorable frente a las condiciones que se tienen (Quiroa, M., 2020).
5.4 Marco Legal - Normativo
La siguiente Tabla resume la normativa aplicable al proyecto, incluyendo leyes, decretos y resoluciones, especificando quién los declara, de qué se trata y cuál es su contribución e importancia dentro del proyecto.
Tabla 5. Normatividad calidad del aire en Colombia.
Acto Normativo
Declarado por Descripción relacionada con el proyecto
Ley 99 de 1993
Congreso de la República de Colombia
¨Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el sector público de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables¨.
Ley 9 de 1979 Congreso de la República de Colombia
¨Disposición reglamentaria legal para la conservación y preservación del ambiente¨.
Constitución Política de
Colombia (1991)
Presidencia de la República
Art 79°. ¨Todas las personas tienen derecho a gozar de un ambiente sano¨.
Política Nacional de
Producción Más Limpia
(1997)
Ministerio de Ambiente ¨Estrategia emergente para afrontar los retos ambientales nacionales e internacionales en la industria, esto por medio de la Producción Más Limpia (PML)¨.
Ley 629 del 2000 (Protocolo de
Kyoto)
Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático
¨Su objetivo es reducir las emisiones de GEI¨.
Ley 697 de 2001
Congreso de la República de Colombia
¨Prácticas con fines de Uso Racional y Eficiente de Energía Eléctrica. Se declara el uso racional y eficiente de la energía y se crea un programa que promueve las energías no convencionales¨.
Decreto 2501 de 2007
Ministerio de Minas y Energía
¨Por medio del cual se dictan disposiciones para promover prácticas con fines de uso racional y eficiente de energía eléctrica¨.
Departamento de Planeación
Nacional (DNP)
Resolución 909 de 2008 ¨Por el cual se reglamenta el estándar de las emisiones de fuentes fijas¨.
Ley 1715 de 2014
Congreso de la República de Colombia
¨Se regula la integración de energías renovables no convencionales¨.
Resolución 1283 de 2016
Ministerio de Ambiente ¨Establece el procedimiento y requisitos para la expedición de la certificación de beneficio ambiental por nuevas inversiones en proyectos de fuentes no convencionales de energía renovable¨.
CONPES 3874 de 2016
Departamento Nacional de Planeación (DNP)
¨Establece lineamientos para la gestión integral de residuos sólidos, como política nacional de interés social, económico, ambiental y sanitario¨.
Fuente: Autor, 2022.
A partir de la Tabla 5 se identifica que para Colombia la normativa legal vigente aplicable y relacionada con economía circular, la implementación de energías alternativas o limpias, y los requerimientos técnicos que se deben cumplir para la obtención de beneficios tributarios por su implementación es robusta en temas del uso de energía alternativa. Sin embargo, falta mayor divulgación e información brindada para su aplicación en las diferentes áreas de desarrollo industrial con el fin de que más sectores puedan desarrollar proyectos relacionados con energía alternativa en el país.
5.5 Marco geográfico
5.5.1 Localización geográfica y contexto geopolítico
El municipio de Sopó se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca, a 39 km de Bogotá, y se sitúa a 2558 m.s.n.m con una temperatura media de 14°C. Su extensión es de 114 𝑘𝑚², donde predomina el área rural con 110,44 𝑘𝑚² y 1,06 𝑘𝑚² de área urbana. El municipio limita al oriente con Guasca, al occidente con Cajicá y Chía; al norte con Tocancipá y al sur con la Calera, como se muestra en la Figura 2 (Plan de Desarrollo Municipal, 2021).
Sopó cuenta con 14 veredas, Hato Grande, Aposentos, Pueblo Viejo, La Carolina, Centro Alto, Gratamira, Meusa, San Gabriel, Mercenario, Agua Caliente, Violeta, Chuscal, Bellavista y La Diana.
Posee una densidad poblacional de 237 habitantes por 𝑘𝑚² con una población total para el 2020 según el último censo del DANE de 28.518 habitantes, donde el 67,6% (19.279 habitantes) hace parte de la población urbana y el 32,3% (9.239 habitantes) hace parte de la población rural (Alcaldía Municipal de Sopó, 2021).
Su base económica está conformada principalmente por la agroindustria dedicada a la elaboración de productos lácteos, la fabricación de fósforos, y otras actividades comerciales, de servicio y financieras, además de algunas industrias dedicadas a la producción de bienes para el sector de la construcción, como lo es el caso del Parque Industrial Corona (Alcaldía Municipal de Sopó, 2021).
Figura 2. División político-administrativa a nivel departamental.
Fuente: IGAC, 2011.
5.5.2 Zona de estudio
El Parque Industrial Corona se encuentra ubicado en la vereda La Diana (Figura 3.), aproximadamente a 3 km de la cabecera municipal del municipio Sopó, actualmente cuenta con tres fábricas, una referente a Sumicol S.A.S., y dos pertenecientes a Colcerámica S.A.S. Sumicol S.A.S.
es la empresa de la organización Corona que desarrolla soluciones innovadoras para la industria a partir del diseño y fabricación de mezclas y materiales por medio de la transformación de minerales no metálicos para la industria cerámica, y Colcerámica S.A.S. es una compañía del sector de la construcción, que en Sopó se encarga de la elaboración de baldosas cerámicas.
Figura 3. Localización geográfica a nivel municipal y zona de estudio.
Fuente: Google Earth.
A continuación, se enmarcan las características generales de la zona de estudio:
Tabla 6. Localización geográfica a nivel municipal y zona de estudio
Localización 4°56’00.92’’N
73°57’19.89’’
Temperatura promedio 12.9 °C
Área total (aproximada) 461.000 𝑚2 Áreas generadoras de residuos sólidos
orgánicos (ROR y ROC)
404 𝑚2
Área útil de generación de residuos jardinería (RJ)
25.000 𝑚2
Producción total aproximada de residuos sólidos orgánicos
12.706,67 kg/mes
Fuente: Autor, 2022.
5.6 Marco institucional
A continuación, se presentan un conjunto de actores que se relacionan con el desarrollo del presente trabajo, algunos de ellos con participación directa y otros indirecta en la definición y desarrollo de directrices y políticas orientadas al cumplimiento de los objetivos plasmados.
5.6.1 IDEAM
Es una institución pública de apoyo técnico y científico al Sistema Nacional Ambiental, que genera conocimiento, produce información confiable, consistente y oportuna, sobre el estado y las dinámicas de los recursos naturales y del medio ambiente, que facilita la definición y ajustes de las políticas ambientales y la toma de decisiones por parte de los sectores público, privado y la ciudadanía en general (IDEAM, 2022).
5.6.2 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR)
Entidad que tiene como objeto ejecutar políticas, planes, programas y proyectos sobre el medio ambiente y los recursos naturales renovables, así como velar por el cumplimiento de las disposiciones legales que se encuentren vigentes, alineado a las directrices emitidas por el Ministerio del Medio Ambiente (CAR, 2020).
5.6.3 Alcaldía Municipal de Sopó
Entidad que propende por obtener un modelo de relación sostenible entre la planificación y el desarrollo territorial, integrando la innovación y los aspectos sociocultural, ambiental y económico a partir de la pluralidad y el interés público, a partir de un municipio con calidad de vida, progreso y reconocimiento a nivel regional y nacional (Alcaldía Municipal de Sopó, 2022).
5.6.4 Secretaría Distrital de Ambiente
Es una autoridad de la administración central de Bogotá, Colombia, que promueve, orienta y regula la sustentabilidad ambiental dentro del perímetro urbano del Distrito Capital y es la entidad rectora de la política ambiental distrital.
5.6.5 Red Latinoamericana y del Caribe de Biodigestores (RED BIOCOL)
Es una red que incentiva la realización de proyectos que busquen el aprovechamiento energético de residuos orgánicos, bajo acciones de articulación, gestión del conocimiento e incidencia sociopolítica y ambiental en los territorios. A su vez expone la importancia de la tecnología del biogás como
respuesta a una crisis ambiental en América Latina y el mundo (Red Latinoamericana y del Caribe de biodigestores, 2019).
5.6.6 Universidad El Bosque
Es una universidad privada ubicada en Bogotá, Colombia, fundada en 1977, sujeta a inspección y vigilancia por medio de la Ley 1740 de 2014 y la ley 30 de 1992 del Ministerio de Educación de Colombia. Posee un enfoque biopsicosocial y cultural, asumiendo el compromiso de propender por la dignidad y el desarrollo de las personas en su integridad, promoviendo la cultura de vida, con calidad y sentido. Cuenta con dos sedes, una ubicada al nororiente de la ciudad de Bogotá, en la localidad de Usaquén (sede principal) y otra en Chía.
5.6.7 Organización Corona
Corona es una multinacional colombiana con más de 140 años de historia empresarial dedicada a la manufactura y comercialización de productos para el hogar, la construcción, la industria, la agricultura y el sector energético. Está compuesta por cuatro Divisiones de Negocios: Baños y Cocinas; Insumos Industriales y Energía; Mesa Servida; y Superficies, Materiales y Pinturas (división a la que pertenece el Parque Industrial Corona, donde se desarrolló el presente proyecto), y cuenta con dos Unidades Comerciales que son Almacenes Corona y Comercial Corona Colombia.
Figura 4. Diagrama del marco institucional. Azul: relación directa; Rojo: relación indirecta.
Fuente: Autor, 2022.
6. Diseño Metodológico
En este apartado, se describe el esquema metodológico que se formuló para la investigación, teniendo en cuenta el enfoque, alcance, método, técnicas e instrumentos que comprendiera el objetivo general del proyecto como meta, el cual se cumpliría a través de los objetivos específicos. El cumplimiento del objetivo general se logró al realizar distintas actividades que comprenden cada uno de los objetivos específicos planteados.
6.1 Método
El método del presente trabajo se consideró de tipo inductivo y deductivo; Gómez (2012) define el método inductivo como el procedimiento que parte de lo individual o particular a lo general y que intenta encontrar relaciones generales que lo fundamenten. De igual forma, permite entender a partir de un fenómeno o teoría, otra figura para obtener una perspectiva de la misma. Mientras que el método deductivo busca razonar y explicar la realidad partiendo de leyes o teorías generales a particulares como lo expresa Hernández Sampieri y Mendoza (2014).
En el presente proyecto el OE1 es inductivo ya que se analiza la información partiendo de la observación de hechos y fenómenos, en este caso se construyó la línea base de las áreas generadoras de residuos con oportunidad de aprovechamiento, los tipos de residuos, cantidades, y su manejo; el OE2 es deductivo ya que se utiliza formulaciones matemáticas para obtener el potencial teórico de biogás a partir de la información obtenida en el punto anterior; y por último, el OE3 incluye los dos métodos, ya que reúne información de los diferentes tipos de biodigestores que podrían instalarse en el PIC, y analizan variables para identificar la mejor opción según la necesidad y condiciones con las que cuenta la compañía.
6.2 Enfoque
El enfoque de la investigación es de tipo mixto, implementando el enfoque cuantitativo por el uso de variables numéricas y modelos analíticos, y a su vez aplicando el enfoque cualitativo al hacer uso de herramientas narrativas, textos y elementos visuales; en conjunto proporcionan mayor certeza sobre la veracidad de las conclusiones halladas al dar por finalizado el proyecto (Hernández Sampieri y Mendoza, 2008).
En el proyecto, el enfoque es mixto debido a que implica un conjunto de procesos de recolección, análisis y vinculación de información cuantitativa en la obtención de cantidades de residuos, del costo
por servicio de disposición de los mismos, de energía consumida, al aplicar fórmulas matemáticas, etc; y cualitativa al identificar de dónde provienen los residuos, cuál es el manejo que se le da a los mismos, y cúal es el nivel de conocimiento sobre biodigestores que se tiene en la compañía, con el fin de responder el problema de investigación.
6.3 Alcance
De acuerdo con lo anterior, el alcance fue de tipo descriptivo, debido a que se llevó a cabo la recopilación de la información sobre la cantidad de residuos sólidos orgánicos resultantes del área del restaurante y del mantenimiento de las áreas verdes, el costo por la disposición de los residuos del restaurante, y el costo del GLP consumido en la cocina; es correlacional y exploratorio al asociar variables para estimar el potencial energético que se puede obtener a partir de la materia orgánica, y por evaluar la mejor alternativa de biodigestor a partir de una búsqueda bibliográfica sobre biodigestores aplicados para industrias que cumplan con los requerimientos necesarios (Hernández, Fernández & Baptista, 2014).
6.4 Unidad de análisis
La unidad de análisis se define por Hernández, Fernández & Baptista (2006), como el objeto del cual se va a recolectar la información de la investigación conforme al planteamiento del problema y los alcances del estudio; por tal razón, para esta investigación la unidad de análisis fue llevar a cabo el estudio de diferentes alternativas de biodigestores para determinar la mejor opción de implementación en el Parque Industrial Corona.
6.5 Técnicas
Las técnicas utilizadas en el presente proyecto dan forma al proceso de la investigación científica, basado en etapas de investigación, y va orientado al cumplimiento de las actividades planteadas para cada objetivo específico; a continuación, se exponen las técnicas utilizadas.
6.5.1 Observación directa (en campo)
La observación es una técnica que implica el uso de todos los sentidos, es el proceso de mirar detenidamente, y permite conocer la realidad mediante la percepción directa de los objetos, fenómenos y conjunto de datos (Piza Burgos et al., 2019). A su vez, como lo expone Díaz Sanjuán, (2010), la observación se apoya en el investigador para obtener el mayor número de datos posible.
En la investigación, la observación permitió identificar cuáles son las fuentes generadoras de residuos sólidos orgánicos, conocer cómo es el manejo de los residuos por parte de la empresa Compass Group Service, empresa prestadora del servicio de alimentación en la compañía, así como conocer qué manejo se da a los residuos de jardinería, etc (Anexo I).
6.5.2 Entrevista
Sampieri, R. H., 2018, establece que la entrevista es una técnica que se basa en una guía de preguntas, donde se establece una comunicación interpersonal entre el investigador y el sujeto de estudio a fin de obtener respuestas verbales a las interrogantes planteadas sobre el proyecto, y permite la libertad de un diálogo fluido entre los participantes para precisar conceptos u obtener mayor información, sin perder de vista el objetivo (Sampieri, R. H., 2018). Para el proyecto, en total se entrevistaron a 4 actores claves (Anexos IV, V, VI y VII), obteniendo información concreta sobre los residuos que se generan en el restaurante, la cantidad de personas que toman alguno de los servicios de alimentación que presta la empresa, como se manejan los residuos, la frecuencia de disposición de los mismos etc.
6.5.3 Análisis documental y de alternativas
Se define como una técnica que pretende obtener información sobre un determinado tema y se toma como fuente de referencia para la investigación. Para el presente proyecto se realizó una consulta en bases de datos como ScienceDirect, Slevier, Scielo, Scopus, Google Scholar y libros respecto a la implementación de biodigestores, la digestión y codigestión de residuos orgánicos, y la digestión anaerobia a nivel mundial y nacional, enfocándose principalmente en la generación de energía alternativa, economía circular, y aprovechamiento energético haciendo uso de conectores lógicos como AND, OR, NOT, etc.
6.5.4 Análisis de laboratorio
Hace referencia a la realización del análisis físico-químico de muestras, el cual se encarga de medir diversas propiedades como pH, densidad, sólidos totales, sólidos volátiles, sólidos fijos, humedad, y DQO para el presente proyecto, pero que según el requerimiento puede analizar más parámetros y verificar cumplimiento de límites y características para sistemas.
6.5.5 Análisis de consumo de GLP
Tiene como finalidad recopilar información sobre la cantidad de combustible utilizado en el restaurante para prestar el servicio de alimentación mensualmente.
