Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

Uso de residuos orgnicos de hojas de mora para la produccin de biol en la sierra ecuatoriana

 

Use of organic waste from blackberry leaves for the production of biol in the Ecuadorian highlands

 

Uso de resduos orgnicos de folhas de amora para a produo de biol no altiplano equatoriano

Edwin W. Sailema-Sailema I
wladdimiredwin300@hotmail.es  https://orcid.org/0000-0003-4668-5554 
,Angel R. Guamn-Mendoza III
aguaman@espoch.edu.ec  https://orcid.org/0000-0001-7469-9887 
Alex I. Siza-Saquinga II
alexisaack57@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-7469-9887 

,Jaime I. Acosta-Velarde IV
ji_acosta@espoch.edu.ec  https://orcid.org/0000-0002-1034-7839
Daniela C. Vsconez-Nez V
daniela.vasconez@espoch.edu.ec  https://orcid.org/0000-0002-1898-9529
Fernando M. Tello-Oquendo VI
fernando.tello@espoch.edu.ec  https://orcid.org/0000-0002-2551-9648
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




 

Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

 

* Recibido: 20 de marzo de 2022 *Aceptado: 14 de abril de 2022 * Publicado: 16 de mayo de 2022

 

        I.            Investigador Independiente, Barrio San Luis, Parroquia Picaihua, Ambato, Ecuador.

      II.            Ecuacermica, Darquea 27-40 entre Junn y Ayacucho, Riobamba, Ecuador.

   III.            Carrera de Ingeniera Industrial, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

    IV.            Grupo de Investigacin de Energa, Ambiente y Productividad (ENAMPROD), Carrera de Ingeniera Industrial, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

      V.            Grupo de Investigacin y Desarrollo en Nanotecnologa, Materiales y Manufactura (GIDENM), Carrera de Ingeniera Industrial, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

    VI.            Grupo de Investigacin y Desarrollo en Nanotecnologa, Materiales y Manufactura (GIDENM), Carrera de Ingeniera Automotriz, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.


Resumen

El presente trabajo propone el diseo de una planta de produccin de biofertilizante orgnico para elaborar biol a partir de residuos de hoja de mora, en la regin sierra ecuatoriana. La macrolocalizacin de la planta es la provincia de Tungurahua y la microlocalizacin es en el cantn Tisaleo. En base a encuestas realizadas a agricultores del cantn Tisaleo, se determin que la demanda promedio mensual real es de 23167 litros de biol. El diseo de la planta contempla ocho reas de trabajo que incluyen las reas de picado de residuos, pesaje, biodigestin, filtrado, control de calidad, envasado del biol. Adems, se determin el requerimiento de mquinas, herramientas, operarios y recursos tecnolgicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de produccin de biofertilizante orgnico. Se realiz el diagrama de flujo de procesos de la planta y la simulacin del proceso productivo para un tiempo de 86400 minutos que corresponde a 2 meses, empleando 2 operarios que realizan las actividades para la elaboracin del biofertilizante, resultando una utilizacin promedio de los operarios del 7.8%, y una produccin mensual de 24900 litros de biol.

Palabras clave: biofertilizante; mora; distribucin de planta; simulacin de procesos; biol.

 

Abstract

This work proposes the design of an organic biofertilizer production plant to produce biol from blackberry leaf residues, in the Ecuadorian highlands region. The macro-location of the plant is in the province of Tungurahua and the micro-location is in the canton of Tisaleo. Based on surveys of farmers in the Tisaleo canton, it was determined that the real average monthly demand is 2,3167 liters of biol. The plant design includes eight work areas, including waste chopping, weighing, biodigestion, filtering, quality control, and biol packaging. In addition, the requirement of machines, tools, operators, and technological resources for the quality control laboratory of the organic biofertilizer production plant was determined. The process flow diagram of the plant and the simulation of the production process were carried out for a time of 86400 minutes, which corresponds to 2 months, employing 2 operators who carry out the activities for the elaboration of the biofertilizer, resulting in average utilization of the operators of 7.8%, and a monthly production of 24900 liters of biol.

Keywords: biofertilizer; blackberry; plant distribution; process simulation; biol.

 

Resumo

O presente trabalho prope o projeto de uma planta de produo de biofertilizante orgnico para elaborar biol a partir de resduos de folhas de amora, na regio do altiplano equatoriano. A macrolocalizao da planta a provncia de Tungurahua e a microlocalizao no canto de Tisaleo. Com base em pesquisas com agricultores do canto de Tisaleo, foi determinado que a demanda real mdia mensal de 23.167 litros de biol. O projeto da planta contempla oito reas de trabalho que incluem as reas de triturao de resduos, pesagem, biodigesto, filtragem, controle de qualidade, embalagem de biol. Alm disso, foi determinada a necessidade de mquinas, ferramentas, operadores e recursos tecnolgicos para o laboratrio de controle de qualidade da planta de produo de biofertilizante orgnico. O fluxograma do processo da planta e a simulao do processo produtivo foram feitos para um tempo de 86400 minutos correspondente a 2 meses, empregando 2 operadores que realizam as atividades para a produo do biofertilizante, resultando em um aproveitamento mdio dos operadores dos 7,8%, e uma produo mensal de 24,9 mil litros de biol.

Palavras-chave: biofertilizante; Amora; planta de distribuio; simulao de processos; biol.

 

Introduccin

Ecuador es un pas con una gran biodiversidad, el cual dispone de una amplia variedad de especies frutcolas que son comercializadas a nivel nacional e internacional, fortaleciendo as la economa del pas. La mora es uno de los productos andinos con alta demanda a nivel mundial, la demanda de este fruto va creciendo a medida que se van comprobando los beneficios que proporciona a la salud de los seres humanos.

En ciertas zonas del Ecuador muchos productores agrcolas optan por el cultivo y comercializacin de la mora debido a las caractersticas agroecolgicas y climticas consideradas aptas para la produccin de este fruto. La mora puede ser cosechada durante todo el ao en perodos continuos cortos, considerndose una ventaja en comparacin con otros pases que solo pueden cosecharla durante ciertas temporadas o estaciones.

Hoy en da, el sector agrcola busca nuevas alternativas de fertilizacin que mejoren la calidad de los productos sin contaminar excesivamente al medio ambiente. En muchos cultivos se estn utilizando abonos orgnicos debido a la situacin actual del planeta, con relacin a la contaminacin con finalidades ecolgicas, que buscan reemplazar los fertilizantes qumicos por biofertilizantes o abonos orgnicos que pueden ser elaborados a partir de los residuos agrcolas.

Un abono orgnico es todo material de origen animal o vegetal que se utiliza para mejorar las caractersticas del suelo, como fuente de vida y nutrientes. Entre los abonos orgnicos, los ms conocidos son el compost, el bocashi y el lombricompost o lombrihumus, el biol, pero tambin son comnmente utilizados las aplicaciones de gallinaza y otros desechos vegetales frescos, entre otros (Soto y Melndez, 2004, p.91).

La agricultura orgnica no solamente implica el hecho de fertilizar con abonos orgnicos (composta, biol, fermento, lombricomposta, entre otros) el suelo, sino generar un cambio de conciencia general para preservar el medio ambiente saludable. La Fig.1 muestra una clasificacin de los abonos orgnicos ms comunes.

 

Figura 1. Tipos de abonos orgnicos (Mosquera B., 2010).

 

 

La produccin y utilizacin de biofertilizantes o abonos orgnicos se basa en cuatro principios:

  • aprovechar y reutilizar ciertos recursos que las personas poseen
  • buscar la independencia de insumos externos, mediante la utilizacin de lo que se tiene a la mano y volvindose productor de sus agroinsumos,
  • reducir el impacto ambiental generado por el uso de fertilizantes qumicos
  • no poner en riesgo la salud del productor ni del consumidor, haciendo alusin a los consultores y vendedores de abonos orgnicos que no estn bien estabilizados, y que su efecto no es igual al de un abono estable que pas cierto tiempo de maduracin

El uso de abonos orgnicos en los cultivos aporta nutrientes al suelo y funciona como base para la formacin de mltiples compuestos que ayudan a la conservacin de la actividad microbiana, como son: las sustancias hmicas (cidos hmicos, flvicos, y hminas) que al incorporarla ejercer distintas reacciones en el suelo como son (Herrn F. et al., 2008):

  • mejora la estructura del suelo, facilitando la formacin de agregados estables con lo que mejora la permeabilidad, aumenta la cohesin a suelos arenosos y disminuye sta en suelos arcillosos.
  • mejora la retencin de humedad del suelo y la capacidad de retencin de agua.
  • estimula el desarrollo de plantas.
  • Mejora y regula la velocidad de infiltracin del agua, disminuyendo la erosin producida por el escurrimiento superficial.
  • eleva la capacidad tampn de los suelos.
  • contribuye en la disminucin de riesgos carenciales y favorece la disponibilidad de algunos micronutrientes (Fe, Cu y Zn) para la planta.
  • aporta elementos minerales en bajas cantidades, y es una importante fuente de carbono para los microorganismos del suelo.

Los abonos o biofertilizantes orgnicos presentan algunos aspectos que pueden ser considerados como desventajas, pero que a largo plazo sern superadas:

  • Son de lento efecto, y al principio se recomienda un sistema combinado (convencional y orgnico) para ir remplazando totalmente los fertilizantes qumicos por los orgnicos, y ayudarle al suelo a reestablecer el equilibrio natural.
  • Presentan resultados a largo plazo, pero durante este proceso mejorar la fertilidad y propiedades del suelo, observndose un mejor porcentaje de germinacin, mejor adaptacin de plntulas al trasplantarlas al mismo, entre otros. El tiempo estimado para que un suelo sea completamente orgnico vara entre los 3 a 5 aos, o puede tardar ms dependiendo del tratamiento del suelo y de los factores ambientales.
  • Implica costos elevados en el manejo del suelo, pero se compensa al obtener plantas, frutos de mejor calidad y menor costo del manejo del suelo a futuro, reduciendo la contaminacin del agua y medio ambiente.

La calidad del abono de los materiales utilizados en su elaboracin y depende del proceso y de los mtodos de produccin. Segn estos factores existir variacin del contenido de nutrientes y de microorganismos en los biofertilizantes. Por ejemplo, la microflora nativa de las compostas puede o no tener efecto antagnico sobre patgenos del suelo y, adems, esta microflora continuar la degradacin de la materia orgnica volviendo disponibles los nutrientes para la planta. Mientras mayor diversidad tenga la materia orgnica de la que se forma la pila o cama, mayor cantidad de nutrientes tendr la composta madura (Herrn F. et al., 2008).

Las hojas de mora presentan buenas propiedades para la elaboracin de biofertilizantes como el compost y el biol, presentando una relacin carbono/nitrgeno de 11,66; que de acuerdo con la norma chilena NCh2880 del Instituto Nacional de Normalizacin, el compost que se puede obtener es de clase A, cumpliendo con los estndares de calidad para su aplicacin en cultivos. Los valores de los macronutrientes que presenta el compost elaborado a base de la hoja de mora y estircol de cuy son: Carbono=9,33%; Nitrgeno= 0,80%; Fsforo=0,43% y Potasio=0,36%. Mediante estos valores de macronutrientes obtenidos se determina que el compost obtenido puede ser empleado en plantaciones nativas de menor tamao (Coyachamn Chiliquinga, 2020; Casaca A., 2020).

La generacin y manejo inadecuado de los desperdicios o residuos agrcolas resultantes del mantenimiento de reas verdes y podas de cultivos presentan un gran problema debido a las grandes cantidades que actualmente se genera y a que esta materia se considera un residuo sin utilidad. Estos residuos son acumulados en terrenos baldos, depositados en rellenos sanitarios o cualquier otro tipo de zonas y en muchas ocasiones son quemados por los agricultores para evitar la obstruccin de los terrenos. Una de las alternativas para el aprovechamiento de estos residuos de poda de las plantas es la elaboracin de biofertilizantes como el compost o biol, abonos orgnicos que se producen aadiendo algn tipo de estircol animal y el anlisis de laboratorio que permiten determinar las propiedades benficas de este biofertilizante para las plantas. (Cardona C. y Hernndez R., 2008, p.13).

El presente trabajo proporciona una alternativa de aprovechamiento de recursos orgnicos disponibles en la sierra ecuatoriana, como son los residuos de hoja de mora, para la produccin de biol. En primer lugar, se establece la ubicacin de la planta de produccin de biofertilizante, definiendo la macro y micro localizacin. Seguidamente, se analiza la demanda de biofertilizante de los agricultores de la zona 3 de la sierra ecuatoriana. Posteriormente, se propone un diseo de la planta de produccin en donde se describen las distintas reas y requerimientos de materiales y maquinaria para la planta. Finalmente, se analiza los tiempos de uso del personal y maquinaria en base de simulaciones del proceso productivo, para satisfacer la demanda media previamente identificada.

 

Metodologa

Determinacin de la ubicacin de la planta de produccin de biofertilizante

La localizacin de la planta de produccin se determin utilizando el mtodo de factores ponderados, que consiste en realizar una comparacin entre diferentes alternativas de posibles sectores donde podra ubicarse la planta mediante un anlisis cuantitativo. En primer lugar, se determina la macro y microlocalizacin de la planta de produccin. La macrolocalizacin se defini en funcin de la zona donde se ubicar la empresa, generalmente es una provincia. Posteriormente se define la microlocalizacin, seleccionando el lugar especfico dentro de la macrozona, donde se ubicara la empresa. La microlocalizacin se establece considerando la presencia o disponibilidad de servicios o factores que se vean involucrados con la empresa, algunos como la disponibilidad de materia prima, la disponibilidad de mano de obra, la disponibilidad de servicios bsicos, la disponibilidad de transporte, la disponibilidad de vas de acceso, el clima, requisitos legales, entre otras.

Los pasos para determinar la microlocalizacin son:

-   Identificar los factores relevantes.

-   Asignar un peso a los factores identificados acorde a su importancia.

-   Ponderar los factores en una escala de 1-10 o de 1-100.

-   Relacionar el peso de los factores con las calificaciones asignadas.

-   Establecer una conclusin en base a la alternativa que presenta mayor puntuacin.

 

Determinacin de la demanda de biofertilizante

Para la determinacin de la demanda de biofertilizantes se realiz una encuesta a los agricultores del cantn definido en la microlocalizacin. Las preguntas de la encuesta se enfocaron en recabar informacin sobre el uso de abono orgnico en cultivos, el tipo de abono orgnico que utilizan, los aspectos que se consideran al momento de adquirir un abono orgnico, y los puntos de venta a los cuales acuden para la adquisicin de abonos orgnicos. El tamao de la muestra se calcul con la Ecuacin (1), considerando un nivel de confianza del 95%, con un margen de error del 5%:

 

(1)

 

Donde:

n = Tamao de muestra

N = Poblacin total

E= Margen de error = 5% (0.05)

Z= Nivel de confianza. Para un nivel de confianza del 95%, Z=1.96

p = 0.5

q = 1-p = 0.5

 

La encuesta fue validada con el mtodo de Test Retest, el cual permite determinar si la encuesta aplicada es confiable para obtener la informacin deseada, se le conoce tambin como coeficiente de estabilidad. El mtodo Retest consiste en aplicar nuevamente la encuesta sobre la misma muestra en diferentes periodos de tiempo. Con los valores obtenidos se aplica la frmula de correlacin de Pearson (Ecuacin (2))

 

(2)

Donde:

N= Nmero de encuestados.

X= Puntuaciones del Test.

Y= Puntuaciones del Retest.

El valor obtenido de la correlacin de Pearson se analiza segn la tabla del nivel de confiabilidad establecida por el mtodo Test Retest.

 

Tabla 1. Nivel de confiabilidad Test Retest

Rango

Confiabilidad

0,81 a 1,00

Muy alta

0,61, a 0,80

Alta

0,41 a 0,60

Moderada

0,21 a 0,40

Baja

0,00 a 0,20

Muy baja

Valor negativo

Extremadamente baja

Mayor a 1

Extremadamente alta

 

 

La proyeccin de la poblacin que utilizara el biofertilizante se calcula con la Ecuacin (3):

(3)

 

Donde:

Pf= Proyeccin estimada

Pi= Poblacin inicial

r= Tasa de crecimiento poblacional

n=aos de proyeccin

 

Diseo de la planta de produccin

El primer paso en el diseo de la planta es el clculo de la superficie necesaria para cada elemento dentro de las reas de trabajo, en la que se contemplan 3 superficies: superficie esttica, superficie de gravitacin y superficie de evolucin o movimientos para obtener una superficie general para el dimensionamiento de la planta.

      Superficie esttica (Ss): Corresponde a muebles, mquinas, equipos y herramientas utilizados en el proceso productivo.

      Superficie de gravitacin (Sg): Corresponde a la superficie que utiliza los trabajadores alrededor de los puestos de trabajo y por el material utilizado para el proceso productivo. Esta superficie se obtiene a partir del producto de la superficie esttica por el nmero de lados de los equipos o las mquinas que van a ser utilizados (Ecuacin (4)).

(4)

      Superficie de evolucin (Se): Es la superficie que debe existir entre los puestos de trabajo para los desplazamientos de los trabajadores y para el mantenimiento de las instalaciones (Ecuacin (5)).

(5)

      Superficie total = Corresponde a la sumatoria de todas las superficies

      Coeficiente constante (K): Puede variar desde 0.05 a 3 dependiendo de las actividades de la empresa:

 

Tabla 2. Valores de coeficiente constante K.

Razn de la empresa

Coeficiente K

Gran industria alimenticia

0.05-0.15

Trabajo en cadena, transporte mecnico

0.10-0.25

Textil-Hilado

0.05-0.25

Textil-Tejido

0.05-0.25

Relojera. Joyera

0.75-1.00

Industria general con transportes no mecnicos

1.50-2.00

Industria mecnica

2.00-3.00

 

 

Una vez determinada la superficie de la planta, se dimensionan los equipos de procesos, estructura de la nave industrial, reas de almacenamiento, etc.

 

 

 

 

Resultados y Discusin

Ubicacin de la planta de produccin de biofertilizante

La macrolozalizacin de la planta se estableci analizando los factores que ms influyen en la produccin de biofertilizante orgnico como son el estircol de cuy y las hojas de mora para posteriormente determinar la microlocalizacin de la planta.

La produccin de mora en el Ecuador se encuentra principalmente ubicado en las provincias de Cotopaxi, Imbabura, Pichincha, Tungurahua, Chimborazo y Bolvar, de las cuales Tungurahua es la provincia con mayor produccin de mora, present un aporte del 41% del total de la produccin nacional y constituye el 32% de la superficie cosechada durante el perodo 2001-2006. En la provincia de Bolvar se registr un 25% de la produccin total y un 36% de la superficie cosechada. Mientras tanto la provincia de Cotopaxi present el 19% de la produccin total del pas y el 18% de la superficie cosechada. Finalmente, las provincias de Imbabura, Pichincha y Chimborazo presentaron valores de produccin de 2.5%, 4.5% y 8% respectivamente, las tres provincias conjuntamente ocupan el 16% de la superficie cosechada en el Ecuador (Galarza et al., 2016). La Tabla 3 muestra los datos de produccin de mora en el Ecuador en 2019. Las provincias que presentaron mayor produccin de mora fueron: Tungurahua una produccin total nacional del 39 % y un rendimiento de 7.46 t/ha; seguida de la provincia de Bolvar con una produccin del 32 % y un rendimiento de 4.73 t/ha., y le sigue el Carchi con una produccin total del 12 % y 18.22 t/ha de rendimiento. (Ministerio de Agricultura y Ganadera, 2019). De acuerdo con la Tabla 3 la produccin de mora en la provincia de Tungurahua es la ms importante en el centro del pas, lo que es un factor positivo para el abastecimiento de materia prima para la planta de produccin de biofertilizante.

 

Tabla 3. Produccin de mora en el Ecuador en 2019 (Ministerio de Agricultura y Ganadera, 2019).

Provincia

Superficie sembrada (ha)

Superficie cosechada (ha)

Produccin (t)

Rendimiento (t/ha)

Tungurahua

852

806

6014

7,46

Bolvar

1.073

1037

4908

4,73

Carchi

105

105

1915

18,22

Cotopaxi

418

363

1226

3,37

Chimborazo

171

163

730

4,49

Otras

184

151

693

4,60

Total nacional

2803

2625

15485

5,90

Uno de los principales componentes para la elaboracin del biofertilizante orgnico en base a la hoja de mora es el abono de cuy, elemento importante por los beneficios que aporta en la elaboracin de abonos orgnicos. El estircol de cuy presenta buenas propiedades para su uso en cultivos, se puede utilizar para producir compost porque es un abono rico en nutrientes. Es muy utilizado tambin para producir biol debido a que incrementa los nutrientes para la floracin de las plantas. Por tal motivo se consider la presencia del estircol de cuy como uno de los principales factores para determinar la ubicacin de la planta. Segn el censo agropecuario del Ministerio de Agricultura y Ganadera (2010), la provincia de Tungurahua es la segunda provincia con mayor produccin de cuyes, con una cifra anual de 957.221, como se muestra en la Tabla 4.

 

Tabla 4. Provincias con mayor nmero de unidades productivas de cuyes (Ministerio de Agricultura y Ganadera, 2010).

Provincia

Unidades productivas agropecuarias

Nmero de cuyes

Azuay

68084

1044487

Tungurahua

45518

957221

Bolvar

21223

274829

Caar

20146

291662

Carchi

7038

104786

Cotopaxi

36564

468178

Chimborazo

57340

812943

 

 

Segn Meza U. (2017) la presencia de abono de cuy se concentra con mayor afluencia en los siguientes cantones de Tungurahua: Tisaleo con un 33,8%; Mocha con un 36,7%; Ambato con un 9, 8% y Cevallos con un 9,5%.

Segn los datos mostrados, Tungurahua en el perodo 2001-2006 es la provincia con mayor produccin de mora, con 41% del total de la produccin nacional y un rendimiento de 4.75 t/ha; en el ao 2016 se posicion como la segunda provincia con mayor produccin de mora, con un 33% de la produccin nacional y un rendimiento de 8 t/ha, siendo el valor ms elevado de todas las provincias productoras en ese ao. Finalmente, en el ao 2019, Tungurahua nuevamente es la provincia con mayor produccin de mora con un valor del 39 % de la produccin total y un rendimiento de 7,46 t/ha.

Para la ubicacin de la planta de produccin se consideraron 4 provincias de la Zona 3 del Ecuador que son: Cotopaxi, Chimborazo, Pastaza y Tungurahua. De las cuales, segn la mayor presencia de materia prima (hoja de mora y estircol de cuy) para la elaboracin del biofertilizante, se decidi localizar la planta de produccin en la provincia de Tungurahua, debido a que esta provincia presenta mayor cultivo y produccin de mora y es la segunda provincia con mayor produccin de cuyes y por ende existe mayor presencia del estircol de cuy, siendo estas las principales ventajas para una localizacin estratgica de la planta para el abastecimiento constante de materia prima para la elaboracin del biofertilizante.

Para establecer la microlocalizacin de la planta se utiliz el mtodo de factores ponderados el cual consiste en asignar valores a los factores que se consideran importantes. Este mtodo permite seleccionar la mejor opcin de ubicacin entre varias alternativas. En la microlocalizacin se delimita de manera exacta la ubicacin de la planta de produccin dentro de la macrozona, para lo cual se debe considerar factores importantes como:

  • Disponibilidad de mano de obra.
  • Disponibilidad de materia prima.
  • Servicios bsicos (Agua, energa elctrica, telfono).
  • Clima.
  • Vas de acceso y facilidad de transporte.

Para la microlocalizacin de la planta se consideraron los cantones con mayor produccin de mora en Tungurahua, los cuales son: Ambato, Baos, Cevallos, Mocha, Patate, Pelileo, Pllaro y Tisaleo, y los cantones que se destacan en la crianza de cuyes para la obtencin de estircol de esta especie, los cuales son: Tisaleo, Mocha y Cevallos. Por lo tanto, teniendo en cuenta los factores mencionados, se determinaron 3 sectores para la ubicacin de la planta de produccin del biofertilizante, estos son:

                    Tisaleo

                    Mocha

                    Cevallos

Tabla 5 muestra la matriz de factores ponderados para la microlocalizacin aplicada a los 3 cantones seleccionados. La escala definida fue de cero a diez y se seleccion la que mayor puntuacin acumul en la suma de las ponderaciones.

 

Tabla 5. Matriz de microlocalizacin de la planta de produccin de biofertilizante orgnico.

Factores de localizacin

Peso %

Alternativas de localizacin

Mocha

Tisaleo

Ambato

Califica-cin

1-10

Pondera-cin

(Peso*calif.)

Califica-cin 1-10

Pondera-cin

(Peso*calif.)

Califica-cin 1-10

Pondera-cin

(Peso*calif.)

Materia prima disponible

40%

9

3.6

10

4

7

2.8

Servicios bsicos

15%

8

1.2

9

1.35

9

1.35

Vas de acceso y transporte

20%

7

1.4

8

1.6

8

1.6

Condiciones climatolgicas

15%

8

1.2

7

1.05

7

1.05

Mano de obra

10%

9

0.9

9

0.9

9

0.9

Puntuacin total

100%

8.3

8.9

7.7

 

 

De acuerdo con la matriz de microlocalizacin, las condiciones ms favorables para la microlocalizacin de la planta de produccin del biofertilizante orgnico es en el cantn Tisaleo que se encuentra ubicado en la provincia de Tungurahua, con una altitud promedio de 3280 m.s.n.m. y una extensin aproximada de 59,90 km2. La Fig. 2 resume la localizacin establecida para la planta de produccin de biofertilizante orgnico.

 

Mapa

Descripcin generada automticamente

Interfaz de usuario grfica, Diagrama, Aplicacin

Descripcin generada automticamente

Figura 2. Localizacin de la planta de produccin de biofertilizante orgnico.

 

 

Demanda de biofertilizante

Para establecer la demanda de mercado del biofertilizante se procedi a realizar una encuesta a los productores agrcolas de cantn Tisaleo, partiendo de 2670 personas dedicadas a la agricultura en el ao 2021, se tom una muestra de 336 personas, calculada con la Ecuacin (1), a las cuales se dirigi la encuesta con la finalidad de conocer el criterio del uso del biofertilizante orgnico y determinar la capacidad de produccin de la planta. La correlacin de Pearson obtenida con los datos de la encuesta a travs de la Ecuacin (2) es de 0,63; que segn la escala de ponderacin de la Tabla 1, los resultados de la encuesta tienen un nivel de confiabilidad alto.

 

Figura 3. Resultados representativos de la encuesta aplicada a agricultores del cantn Tisaleo.

 

 

La Fig. 3 muestra los resultados de las preguntas ms representativas aplicadas a los agricultores del cantn Tisaleo. Los resultados muestran que el 93% de la poblacin encuestada adquiere abonos orgnicos para la aplicacin en los cultivos. De este nmero de encuestados el 45% prefiere aplicar estircol de animales a sus cultivos, el 38% prefiere aplicar biol, el 10% compost, el 1% adquiere humos y el 6% de la poblacin mencion que adquiere otros tipos de abonos orgnicos como: te de estircol, bocashi y efluentes. Otro aspecto importante es que el 91% de los encuestados est dispuesto a adquirir abono orgnico tipo BIOL. De ellos, el 41% estara dispuesto a comprar entre 20 a 40 litros trimestralmente, el 19% est dispuesto a comprar entre 5 y 10 litros trimestralmente, el 18% comprara entre 10 a 20 litros, el 14% entre 50 a 100 litros y el 8% estara dispuesto a comprar entre 1 a 5 litros.

La poblacin proyectada que podra utilizar el biofertilizante a partir del ao 2021 para 5 aos se calcula con la Ecuacin (3), considerando una poblacin inicial de 2670 y una taza de crecimiento del 1,9%. Dicha poblacin es de 2933 habitantes en el ao 2026. A partir de estos valores se realiz un estudio de mercado, en donde se calcul la demanda potencial, demanda efectiva, consumo per cpita y demanda real, considerando un porcentaje de agricultores del cantn Tisaleo que emplean abonos orgnicos en sus cultivos del 93% de la poblacin encuestada, el porcentaje de la poblacin que estara dispuesta a adquirir el biofertilizante orgnico BIOL del 92%. La demanda promedio real es de 278000 litros de biol anuales.

 

 

Diseo de la planta de produccin

La planta de produccin de biofertilizante estar diseada bajo los parmetros tcnicos de dimensionamiento y distribucin de sus componentes, de forma que las instalaciones presten las facilidades necesarias para la ejecucin de las actividades del sistema productivo y posean la capacidad para satisfacer la demanda promedio.

La Tabla 6 resume las reas de trabajo de la planta de produccin, los equipos, mquinas, herramientas y requerimientos tecnolgicos para el laboratorio de control de calidad, que se consideraron para la elaboracin de biofertilizante orgnico.

 

Tabla 6. reas de trabajo, equipos, mquinas, herramientas y requerimientos tecnolgicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de produccin de biofertilizante orgnico.

reas de trabajo de la planta de produccin

Equipos, mquinas y herramientas

Requerimiento tecnolgico para el laboratorio de control de calidad

      rea de picado

      rea de pesado

      rea de biodigestin

      rea de filtrado

      rea de control de calidad

      rea de envasado del biol

      rea de secado, rea de molido

      almacenamiento final del biosol

 

      picadora industrial,

      bscula biodigestor de tecnologa CSTR,

      bomba centrfuga,

      separador de slidos y lquidos,

      mquina secadora,

      molino,

      mquina envasadora,

      depsito de agua,

      depsito del suero de leche.

      estufa de secado

      mufla

      espectrofotmetro

      pH-metro

      conductmetro

 

 

Descripcin del proceso productivo a escala industrial

En base a la demanda determinada en el estudio de mercado, la cantidad de produccin promedio requerida anualmente es de 278000 litros de biofertilizante anuales. Se requieren producir 23167 litros de biol mensualmente. Considerando que la capacidad de los biodigestores a utilizar es de 8000 litros, se producir 1 biodigestor semanalmente para satisfacer la demanda.

El rendimiento del biofertilizante es de un 78%, por lo tanto, la cantidad aproximada de biol que se obtendr de un biodigestor de 8.000 litros al final del proceso ser 6.240 litros, y se estima obtener 24960 litros de biol cada mes. En base a estas cifras, en la Tabla 7 se detallan los requerimientos de insumos para la produccin semanal.

 

Tabla 6. Requerimiento semanal de las materias primas

Insumos

Cantidades

         Estircol de cuy

2000 kg

         Hojas de mora picada

400 kg

         Microorganismos de montaa

160 kg

         Azcar morena

160 kg

         Suero de leche

120 L

         Ceniza

40 kg

         Cscara de huevo

20 kg

         Agua

5000 L

 

 

1.- El proceso inicia desde el transporte de los residuos de la planta de mora hacia la mquina picadora, hasta obtener una cantidad de residuos de 400 kg, cantidad que abastece a un biodigestor para la produccin semanal.

2.- El siguiente proceso es el pesado de los dems insumos en las siguientes cantidades:

  • 2000 kg de estircol de cuy.
  • 160 kg de tierra de bosque virgen (microorganismos de montaa).
  • 160 kg de azcar morena.
  • 40 kg de ceniza.
  • 20 kg de cscara de huevo.

3.- Transporte de todos los insumos pesados en las cantidades especificadas hacia la tolva de carga de sustrato del biodigestor. Mediante una bomba centrfuga, el agua y suero de leche deben ser transportados hacia el biodigestor en una cantidad aproximada de 5000 litros y 120 litros, respectivamente.

4.- Hermetizar el biodigestor y esperar aproximadamente 30 das que es el tiempo necesario para que se realice la correcta biodigestin de la mezcla, manteniendo una temperatura entre 33C a 40C.

5.- Posterior a la medicin de las variables del proceso de biodigestin se realiza el filtrado de la mezcla, para lo cual el contenido del biodigestor pasa por un separador de slidos y lquidos que permite separa el compuesto y obtener el biol y biosol.

6.- El biol filtrado es transportado mediante una bomba centrfuga al tanque dosificador y es envasado en botellas de 1 litro para su posterior almacenamiento y comercializacin.

 

Diagramas de flujo del proceso

El biol es el producto principal del proceso de biodigestin. Adems, se obtienen dos productos secundarios que son el biosol y el biogas. Es importante aclarar que el alcance del presente trabajo no contempla la descripcin del proceso de obtencin del biosol y del biogs.

Fig. 4 muestra el diagrama de flujo de la produccin de biol. El diagrama de flujo presenta la secuencia de las actividades de operacin, transporte, inspeccin, demora y almacenamientos de los diferentes insumos que intervienen en el proceso de produccin para la obtencin de un lote de 6240 litros de biol, que corresponde a la cantidad que puede producir un biodigestor al final de la etapa de biofermentacin.

 

Figura 4. Diagrama de flujo de la produccin de biol

 

 

Dimensionamiento de la planta de produccin

El valor del coeficiente constante (K) considerado es de 1.5 segn la Tabla 2, el cual corresponde a una industria general con transportes no mecnicos. La Tabla 7 muestra las superficies estticas de las reas de trabajo de la planta.

 

Tabla 7: Superficies estticas de las reas de trabajo

rea

Superficies estticas (Ss)

( )

Almacenamiento de residuos mora

6

Almacenamiento de Estircol de cuy

6

Almacenamiento de ceniza

6

Almacenamiento de Microorganismos

6

Laboratorio de control de calidad

15

Almacenamiento de producto terminado

30

Pasillo principal

75

Total

144

La Tabla 8 resume las superficies estticas de elementos mquinas y equipos.

 

Tabla 8: Superficies estticas de elementos, mquinas y equipos

Mquinas y equipos

Superficies estticas

()

N de elementos

Superficie total esttica (Ss)

()

Nmero de lados de operacin (N)

Maquina picadora

1,50

1

1,50

2

Bscula

1,50

5

7,50

1

Tanque biodigestor

5,15

4

20,60

2

Bomba centrifuga

0,50

6

3,00

2

Transportador de pallets

1,50

1

1,50

1

Contenedor de azcar

1,50

1

1,50

1

Contenedor de cascaras de huevo

1,00

1

1,00

1

Tanque depsito agua

5,78

1

5,78

1

Depsito leche

0,54

1

0,54

1

Separador de slidos y lquidos

1,50

1

1,50

2

Tanque dosificador de biol

5,15

1

5,15

1

Mquina secadora

2,40

1

2,40

1

Molino

 

1

1,20

2

Recipiente de almacenamiento de biosol

4,00

1

4,00

1

Total

33,22

26

57,17

 

 

 

La Tabla 9 muestra las superficies gravitacionales y de evolucin de mquinas y equipos de la planta, calculadas con las ecuaciones (4) y (5), respectivamente.

Tabla 9. Superficies gravitacionales y de evolucin de mquinas y equipos

Mquinas y equipos

Superficies estticas (Ss)

()

Nmero de lados de operacin (N)

Superficies gravitacin (Sg)

()

Superficie de evolucin (Se)

()

Maquina picadora

1,50

2

3,00

6,75

Bscula

7,50

1

7,50

22,50

Tanque biodigestor

20,60

2

41,20

92,70

Bomba centrfuga

3,00

2

6,00

13,50

Transportador de pallets

1,50

1

1,50

4,50

Contenedor de azcar

1,50

1

1,50

4,50

Contenedor de cscaras de huevo

1,00

1

1,00

3,00

Tanque depsito agua

5,78

1

5,87

17,34

Depsito leche

0,54

1

0,54

1.62

Separador de slidos y lquidos

1,50

2

3,00

6,75

Mquina envasadora dual

5,15

1

5,15

15,45

Mquina secadora

2,40

1

2,40

7,20

Molino

1,20

2

2,40

5,40

Recipiente de almacenamiento de biosol

4,00

1

4,00

12,00

TOTAL

57.17

TOTAL

85,06

213,24

 

 

Una vez obtenido todos los valores de las superficies se suma todos los valores para obtener la superficie total de la planta, resultando un rea de 499,47 m2. Este valor corresponde a la superficie mnima total de la planta de produccin de biofertilizante.

La planta de produccin de biofertilizante estar conformada por las siguientes reas:

      Almacenamientos de materia prima y producto terminado.

      rea de picado.

      rea de biodigestin.

      rea de filtrado.

      rea de envasado de biol.

      rea de secado.

      rea de molido.

      rea de control de calidad.

      Oficinas administrativas.

      Parqueadero.

 

La Fig. 5 ilustra el diseo 3D de la planta de produccin de biofertilizante

 

Interfaz de usuario grfica, Diagrama

Descripcin generada automticamente

Figura 5. Diseo 3D de la planta de produccin de biofertilizante

 

 

La Fig. 6 muestra el diagrama de recorrido de la produccin de biol. En esta figura se muestra la distribucin de los puestos de trabajo dispuestos en el layout de la planta y el recorrido que realizan los recursos durante la elaboracin de los productos, siguiendo la secuencia descrita en el diagrama de flujo.

Figura 6. Diagrama de recorrido del biol

 

 

Para satisfacer la demanda de 23167 litros de biol mensualmente, mediante la planificacin de produccin semanal con un biodigestor de capacidad de 8000 litros. La Tabla 9 muestra el diagrama de anlisis de procesos, donde se detallan las actividades de operacin, transporte, inspeccin, demora y almacenamientos de los diferentes insumos que intervienen en el proceso productivo; se detallan tambin los tiempos estimados para cada actividad acorde a la capacidad de las mquinas y distancias desplazadas por los operarios. Del mismo modo se muestra el orden del ingreso de materias primas y los valores totales, tanto de transportes de los insumos como del tiempo de ciclo de cada uno de los productos.

En el diagrama de anlisis de procesos se determin que el proceso productivo para la obtencin de biol est conformado por 33 actividades, las cuales corresponden a: 9 almacenamientos, 3 operaciones, 8 inspecciones, 12 transportes y 1 actividad combinada. Todo el proceso productivo tiene una duracin de 43761 min para la obtencin del biol.

Simulacin del proceso productivo

La simulacin del proceso productivo se realiz empleado el software FLEXSIM, para lo cual se desarroll del diseo de la planta considerando la ubicacin de las mquinas en los puestos de trabajo segn la distribucin de planta propuesta, y se estimaron los tiempos de proceso en base a la capacidad de las diferentes mquinas y cantidad de materias primas requeridas (Villanueva C., 2008; Arbs L., 2009). Para la simulacin se consideraron dos operarios encargados de realizar las actividades productivas, los cuales cumplen las siguientes funciones:

      Picado de los residuos de mora: Operario 1.

      Transporte de las materias primas a los biodigestores: Operarios 1 y 2.

      Preparacin de las diferentes mquinas: Operarios 1 y 2.

      Envasado del biol: Operarios 1 y 2.

      Transporte del biol envasado al almacenamiento final del biol: Operarios 1 y 2.

      Transporte de residuos slidos del separador a la mquina secadora: Operarios 1 y 2.

      Transporte de residuos slidos de la mquina secadora al molino: Operarios 1 y 2.

      Transporte de residuos slidos del molino al almacenamiento final del biosol: Operarios 1 y 2.

La secuencia de llenado de los biodigestores es de uno cada semana para la produccin continua, obteniendo a partir del segundo mes la descarga de los biodigestores semanalmente.

Considerando que el proceso productivo requiere un perodo de tiempo largo de biodigestin, en la simulacin se consider un tiempo de 86400 minutos, correspondiente a 2 meses de produccin. La Fig 7muestra la utilizacin de los operarios. Los resultados de la simulacin muestran que el porcentaje de ocupacin de los operarios 1 y 2 son 7.94% y 7.83%. Esto se debe a que la mayora del tiempo del proceso corresponde a la biodigestin, por lo que los operarios deben esperar hasta que los biodigestores cumplan el tiempo estimado de biofermentacin de 30 das aproximadamente, periodo en el cual los operarios tienen baja utilizacin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 9. Diagrama de anlisis del proceso de obtencin de biogs.

Imagen que contiene Escala de tiempo

Descripcin generada automticamente

Figura 7. Resultados de la utilizacin de operarios en el proceso productivo.

 

 

Con respecto a la utilizacin de las mquinas, La Fig. 8 muestra que, a excepcin de los biodigestores, los porcentajes de utilizacin de las dems mquinas son bajos durante el tiempo de simulacin, debido a que la mayora de las mquinas nicamente trabaja cuando un biodigestor debe ser llenado o vaciado. Se debe considerar que la grfica representa valores bajos debido a la relacin con el tiempo elevado de simulacin.

 

Figura 8. Resultados de la utilizacin de mquinas en el proceso productivo.

 

 

Mediante la simulacin se determina que los 4 biodigestores estn en capacidad de producir aproximadamente 24960 litros de biol mensualmente, comprobando que se puede satisfacer la demanda determinada en el estudio de mercado, la cual fue de 23167 litros de biol mensual.

 

Conclusiones

El presente trabajo aborda el diseo de una planta de elaboracin de biol a partir de residuos de hoja de mora. En base al estudio realizado se detallan las siguientes conclusiones:

  • La ubicacin de la planta de produccin de biofertilizante se determin utilizando el mtodo de ponderacin de factores, cuyo resultado de la macrolocalizacin es la provincia de Tungurahua y la microlocalizacin es el cantn Tisaleo, por las condiciones ms favorables con relacin a la presencia de materia prima, accesibilidad, servicios bsicos, condiciones climatolgicas y mano de obra disponible.
  • En base a una encuesta realizada a 336 agricultores de Tisaleo, se determin que el 93% de la poblacin encuestada adquiere abonos orgnicos para la utilizacin en cultivos, de los cuales el 38% prefiere aplicar biol. El 91% de los encuestados est dispuesto a adquirir abono orgnico tipo biol. De ellos, el 41% estara dispuesto a comprar entre 20 a 40 litros, trimestralmente.
  • La poblacin proyectada que podra utilizar el biofertilizante a 2026 es de 2933 agricultores. En base a esta proyeccin, la demanda promedio real es de 278000 litros de biol anuales, lo que corresponde a 23167 litros de biol mensuales.
  • Se definieron 8 reas de trabajo de la planta de produccin de biofertilizante que incluyen las reas de picado de residuos, pesaje, biodigestin, filtrado, control de calidad, envasado del biol. Adems, se determinaron las mquinas, herramientas y requerimientos tecnolgicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de produccin de biofertilizante orgnico.
  • Se realiz la simulacin del proceso productivo para un tiempo de 86400 minutos que corresponde a 2 meses, empleando 2 operarios que realizan las actividades para la elaboracin del biofertilizante. Los resultados muestran que la utilizacin promedio de los operarios es del 7.8%, y la cantidad de promedio de biol que se puede producir mensualmente es de 24900 litros de biol, cantidad suficiente para satisfacer la demanda mensual de 23167 litros.

 

Referencias

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6.      GALARZA, D., et al. El cultivo de la mora en el Ecuador [en lnea]. Quito-Ecuador: Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias INIAP, Estacin Experimental Santa Catalina, Programa Nacional de Fruticultura, 2016. [Consulta: 24 abril 2021]. Disponible en: http://repositorio.iniap.gob.ec/handle/41000/4878

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