SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.8 número3Simulación del impacto del impuesto al refresco en economías rurales de México: aplicación en un caso de estudio índice de autoresíndice de assuntospesquisa de artigos
Home Pagelista alfabética de periódicos  

Serviços Personalizados

Journal

Artigo

Indicadores

Links relacionados

  • Não possue artigos similaresSimilares em SciELO

Compartilhar


Revista mexicana de ciencias agrícolas

versão impressa ISSN 2007-0934

Rev. Mex. Cienc. Agríc vol.8 no.3 Texcoco Abr./Mai. 2017

http://dx.doi.org/10.29312/remexca.v8i3.47 

Notas de investigación

Potencial de energía eléctrica y factibilidad financiera para biodigestor-motogenerador en granjas porcinas de Puebla

José Apolonio Venegas Venegas1 

Anastacio Espejel García2 

Alberto Pérez Fernández4 

José Alfredo Castellanos Suárez3  §  

Gaudencio Sedano Castro2 

1Universidad Autónoma de Chiapas-Facultad de Ciencias Agronómicas. Carretera Villaflores-Ocozocoautla, km 7.5. Villaflores, Chiapas. CP. 30470. (javenegasve@conacyt.mx; francisco.guevara@unach.mx).

2Universidad Autónoma Chapingo. Carretera México-Texcoco, km 38.5. Chapingo, Texcoco, Estado de México. CP. 56230. (aespejelga@conacyt.mx; gsedan3@hotmail.com).

3Universidad de Guanajuato-Departamento de Arte y Empresa. Carretera Salamanca-Valle de Santiago, km 3.5 + 1.8. Salamanca, Guanajuato, México. CP. 36885.

4Universidad Autónoma del Carmen-Facultad de Ciencias Económico-Administrativas. Calle 56 núm. 4 Esquina Avenida Concordia. Col. Benito Juárez, Cd. del Carmen, Campeche. CP. 24180. (apfernandez@pampano.unacar.mx).

Resumen

La creciente demanda de energía a nivel mundial a base de combustibles de origen fósil ha ocasionado severos daños al medio ambiente, la energía renovable, en particular el biogás es una opción para contrarrestar el problema, además se puede generar electricidad por medio de un motogenerador y reducir costos de producción de granjas porcinas. Se estimó el potencial de energía eléctrica en 19 municipios de Puebla en granjas de más de 500 cerdos, dichas granjas podrían generar 17 875 MW de energía eléctrica al año, también se realizó un análisis financiero para cinco tamaños de granja propuesto con sistema biodigestor-motogenerador donde los indicadores resultaron positivos en todos los casos.

Palabras clave: análisis financiero; motogenerador; tamaño de granja

La población mundial actualmente es más de 7 000 millones y se estima que para el año 2030, habrá 8 000 millones de personas, el crecimiento poblacional está estrechamente relacionado con el crecimiento de la demanda de energía mundial (Estrada, 2013). Las fuentes primarias de energía más utilizadas en la actualidad son el gas natural, carbón, petróleo, energía nuclear y las fuentes renovables (Blanco, 2004). La generación de energía en las últimas décadas es una de las grandes preocupaciones mundiales, debido a que en su mayoría para su generación, se emplean grandes cantidades de combustibles de origen fósil lo cual repercute en severos daños al ambiente por la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). Las energías renovables se caracterizan porque, en sus procesos de transformación y aprovechamiento en energía útil, no se consumen ni se agotan en una escala humana de tiempo (Jara, 2006). En los procesos de descomposición anaeróbica se obtienen compuestos altamente energéticos que pueden ser usados para la obtención de energía eléctrica y calorífica (Magaña et al., 2006).

El biogás producido puede ser quemado en una turbina de gas o motores de combustión interna, los cuales generan electricidad y calor; los motores de cuatro tiempos fueron desarrollados originalmente para el gas natural y por lo tanto son bien adaptados a las características especiales del biogás (Alexopoulos, 2012; Deublein y Steinhauser, 2008; Meggyes y Nagy, 2012). Diversos investigadores realizan adaptaciones a motores convencionales y los operan con biogás para generar electricidad, sin embargo los motogeneradores con biogás son más costosos en la actualidad; la energía se genera localmente y no es centralizada, además juega un papel muy importante para acelerar las actividades socioeconómicas (Siripornakarachai y Sucharitakul, 2007; Nindhia et al., 2013; Ga et al., 2013; Sosa et al., 2014; Alam et al., 2015).

En 2006 la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) a través del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) en colaboración con la Universidad Autónoma de la Ciudad de México implementaron un proyecto de aprovechamiento de biogás en 9 granjas porcinas, instalaron motogeneradores de capacidad 60 kW accionados con biogás para la generación de energía eléctrica (SAGARPA, 2007). De 2008 a 2012, la SAGARPA apoyó la adquisición de 137 motogeneradores a partir de biogás, para generar energía eléctrica y térmica la cual es utilizada para diversos fines productivos dentro de las explotaciones agropecuarias Secretaría de Energía (SENER), 2012). Vera et al. (2014) estimaron el potencial de generación de biogás y energía eléctrica, a través del manejo de excretas de ganado vacuno y porcino en la región Ciénega del estado de Michoacán. Los estudios de factibilidad financiera de generación de energía eléctrica con biogás en actividades pecuarias demuestra la autosuficiencia energética de las granjas, además ayuda a los productores a tomar la decisión de incorporar en sus granjas un motogenerador para producir electricidad (Cervi et al., 2011; Escalera et al., 2014).

El estudio se realizó en tres etapas, la primera consistió en el análisis de 18 proyectos que apoyó el Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) en el período de 2008 a 2012 en granjas porcinas en Puebla. En una segunda fase, se hace una estimación para determinar el potencial de generación de energía eléctrica con la fórmula de United States Environmental Protection Agency (EPA, 2006), en 19 municipios para granjas con más de 500 cerdos, dicha fórmula fue empleada por Casas et al. (2009), para establos lecheros. La tercera fase consistió en una propuesta para cinco tamaños de granja, donde se realizó un análisis de factibilidad financiera de cada tamaño propuesto con sistema integral biodigestor-motogenerador. El análisis de factibilidad financiera se realizó en base a la metodología de evaluación de proyectos de Baca (2013), donde se analizaron indicadores como valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) y relación beneficio costo (B/C).

Escalera et al. (2014), evaluaron proyectos de mecanismo de desarrollo limpio (MDL) de granjas porcinas en México, la evaluación financiera contempló la adquisición, instalación y costos de mantenimiento de un motogenerador de 60 kW con 15 horas de operación durante 365 días, este estudio demostró que el motogenerador operado con biogás es rentable para las granjas generar su propia energía. Obtuvieron indicadores financieros muy altos, por ejemplo TIR con valores entre 30.34 y 152.58%, considerando una tasa de actualización de 12%.

El FIRCO del año 2008 al 2012 apoyó a 18 proyectos con motogeneradores, a partir de 2012 el ahorro total derivado de los proyectos de FIRCO es de 6 590 163 pesos por año. Las granjas están ahorrando en promedio 71.99% de sus costos en energía eléctrica, las granjas pueden cubrir 100% de sus necesidades de energía eléctrica pero los motogeneradores no están operando a su máxima capacidad. Por otra parte en Puebla existen 37 granjas con gran potencial para implementar sistemas completos biodigestor-motogenerador distribuidas en 19 municipios. Las estimaciones obtenidas para las 37 granjas distribuidas en 19 municipios de Puebla representan un potencial de 17 875 MW de energía eléctrica por año (Figura 1).

Figura 1 Potencial de generación de energía eléctrica en 19 municipios de Puebla (MW año-1). Elaboración con base a la metodología de EPA (2006)

El consumo de electricidad per cápita en México, aumentó 1.5% respecto a 2013, al ubicarse en 2 015.28 kW en 2014 (SENER, 2015). Al considerar dicho dato como referencia, las 37 granjas de Puebla podrían abastecer el consumo de 8 869 personas por año.

El análisis financiero contempló el tamaño de granja de 500 cerdos con un motogenerador de 10 kW, para granjas de 1 000 y 2 000 cerdos un motogenerador de 30 kW y para granjas de 3 000 y 5 000 cerdos un motogenerador de 60 kW, para los cinco tamaños de granja se consideró que el motogenerador opere 312 días, solo varía el número de horas de operación. El análisis contempla la adquisición, instalación, mantenimiento del sistema biodigestor-motogenerador y como ingresos, el ahorro por pago de energía eléctrica y venta de fertilizante. La evaluación se realizó con una tasa de actualización de 12%.

Los resultados indican que hay una relación directa entre tamaño y rentabilidad, a mayor tamaño de granja mejor indicador financiero, los cinco tamaños de granja propuestos presentan indicadores financieros favorables, por lo que los productores que tengan granjas con tamaños similares pueden realizan una inversión para generar su propia energía y hacer más eficiente su unidad de producción con el ahorro de costos, además de contribuir con el cuidado del ambiente (Cuadro 1).

Cuadro 1 Análisis financiero para diferentes tamaños de granja (cabezas). 

¥= Elaboración con base en la metodología de evaluación de proyectos de Baca (2013).

Conclusiones

Cada granja tiene necesidades diferentes de energía eléctrica. Los motogeneradores pueden cubrir 100% de las necesidades de cada granja y el sobrante de energía eléctrica lo pueden implementar para incorporar nuevas actividades dentro de las unidades de producción, por ejemplo, la instalación de una planta de alimentos balanceados. Los tamaños de granja de 500 y 1 000 cerdos ya no tendrían suficiente biogás para otras actividades, pero los tamaños de granja de 2 000, 3 000 y 5 000 cerdos cuentan con suficiente biogás incluso para operar otro motogenerador.

El estado de Puebla tiene un gran potencial para que sus granjas con más de 500 cerdos puedan ser autosuficientes en energía eléctrica al emplear sus desechos. Los cinco tamaños de granja analizados en esta investigación presentan indicadores financieros favorables por lo que se recomienda implementar estos sistemas de energía renovable. Los diferentes tamaños de granja propuestos permiten a los productores implementar un sistema biodigestor-motogenerador de acuerdo a la necesidad de la granja, de esta forma el sistema será más eficiente en la generación de energía y evitará gastos innecesarios. El empleo de biodigestores en granjas porcinas es rentable en términos económicos, sociales y ambientales.

Literatura citada

Alexopoulos, S. 2012. Biogas systems: basics, biogas multifunction, principle of fermentation and hybrid application with a solar tower for the treatment of waste animal manure. Greece. J. Eng. Sci. Technol. 4(5):48 -55. [ Links ]

Alam, R. Z.; Hussien, M. E.; Siwar, C. and Ludin, N. A. 2015. The potential of renewable energy sources for sustainable energy demand of Malaysia: a review. Res. J. Appl. Sci. 6(10):212-220. [ Links ]

Baca, U. G. 2013. Evaluación de proyectos. McGraw-Hill. Séptima edición. México. 371 p. [ Links ]

Blanco, S. F. 2004. Aumento de la demanda de empleo en energías renovables. España. Rev. Galega de Economía. 1-2(13):1-11. [ Links ]

Casas, P. M. A.; Rivas, L. B. A.; Soto, Z. M.; Segovia, L. A.; Morales, M. H. A.; Cuevas, G. M. I. y Keissling, D. C. M. 2009. Estudio de factibilidad para la puesta en marcha de los digestores anaeróbicos en establos lecheros en la cuenca de Delicias, Chihuahua. México. Rev. Mex. Agron. 24(13):745-756. [ Links ]

Cervi, G. R.; Esperancini, T. S. M. y Bueno, C. O. 2011. Viabilidad económica de la utilización de biogás para la conversión en energía eléctrica. Brasil. Información Tecnológica. 4(22):3-14. [ Links ]

Deublein, D. and Steinhauser, A. 2008. Biogas from waste and renewable resources. Wiley-Vch. Germany. 443 p. [ Links ]

Escalera, C. M. E.; Gallegos, F. G. and Leal, V. J. C. 2014. Clean energy a CDM project option. Eur. Sci. J. 15(10):326-338. [ Links ]

Estrada, G. C. A. 2013. Transición energética, energías renovables y energía solar de potencia. México. Rev. Mex. Física. 2(59):75-84. [ Links ]

Ga , B. V.; Nam, T. V. and Hai, T. T. T. 2013. A simulation of effects of compression ratios on the combustion in engines fueled with biogas with variable CO2 Concentrations. Int. J. Eng. Res. Appl. 5(3):516-523. [ Links ]

Jara, T. W. 2006. Introducción a las energías renovables no convencionales. Fyrma gráfica. Primera edición.Chile, Chile. 84 p. [ Links ]

Magaña, R. J. L.; Torres, R. E.; Martínez, G. M. T.; Sandoval, J. C. y Hernández, C. R. 2006. Producción de biogás a nivel laboratorio utilizando estiércol de cabra. México. Acta Universitaria. 2(16):27-37. [ Links ]

Meggyes, A. and Nagy, V. 2012. Biogas and energy production by utilization of different agricultural Wastes. Hungary. Acta Polytechnica Hungarica. 6(9):65-80. [ Links ]

Nindhia, T. G. T.; Surata, I. W.; Atmika, I. K. A.; Negara, D. N. K. P. and Wardana, A. 2013. Method on conversion of gasoline to biogas fueled single cylinder of four stroke engine of electric Generator. Int. J. Env. Sci. Development. 3(4):300-303. [ Links ]

SAGARPA (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación). 2007. Aprovechamiento de biogás para la generación de energía eléctrica en el sector agropecuario. México. Claridades Agropecuarias. 168:3-40. [ Links ]

SENER (Secretaria de Energía). 2012. Prospectivas de energías renovables 2012-2026. México. 156 p. [ Links ]

Siripornakarachai, S. y Sucharitakul, T. 2007. Modification and tuning of diesel bus engine for biogas electricity production. Thailand. Maejo Int. J. Sci. Technol. 1(2):194-207. [ Links ]

Sosa, R.; Díaz, Y. M.; Cruz, T. and Fuente, J. L. 2014. Diversification and overviews of anaerobic digestion of Cuban pig breeding. Cuba. Cuban J. Agric. Sci. 1(48):67-72. [ Links ]

SENER (Secretaría de Energía). 2015. Balance nacional de energía 2014. Primera edición. México. 136 p. [ Links ]

United States Environmental Protection Agency (EPA). 2006. AgSTAR Digest. EPA. Washington D.C. 14 p. [ Links ]

Vera, R. I.; Martínez, R. J.; Estrada, J. M. y Ortiz, S. A. 2014. Potencial de generación de biogás y energía eléctrica Parte I: excretas de ganado bovino y porcino. México. Ingeniería Investigación y Tecnología. 3(15):429-436. [ Links ]

Recibido: Febrero de 2017; Aprobado: Abril de 2017

§Autor para correspondencia: josealfedocs@hotmail.com.

Creative Commons License Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons