������������������������������������������������������������������������������

 

Uso de residuos org�nicos de hojas de mora para la producci�n de biol en la sierra ecuatoriana

 

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

 

Uso de res�duos org�nicos de folhas de amora para a produ��o de biol no altiplano equatoriano

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: wladdimiredwin300@hotmail.es ���

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ��

Art�culo de Investigaci�n �����

 

* 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.            Ecuacer�mica, Darquea 27-40 entre Jun�n y Ayacucho, Riobamba, Ecuador.

   III.            Carrera de Ingenier�a Industrial, Facultad de Mec�nica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

    IV.            Grupo de Investigaci�n de Energ�a, Ambiente y Productividad (ENAMPROD), Carrera de Ingenier�a Industrial, Facultad de Mec�nica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

      V.            Grupo de Investigaci�n y Desarrollo en Nanotecnolog�a, Materiales y Manufactura (GIDENM), Carrera de Ingenier�a Industrial, Facultad de Mec�nica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

    VI.            Grupo de Investigaci�n y Desarrollo en Nanotecnolog�a, Materiales y Manufactura (GIDENM), Carrera de Ingenier�a Automotriz, Facultad de Mec�nica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador.

Resumen

El presente trabajo propone el dise�o de una planta de producci�n de biofertilizante org�nico para elaborar biol a partir de residuos de hoja de mora, en la regi�n sierra ecuatoriana. La macrolocalizaci�n de la planta es la provincia de Tungurahua y la microlocalizaci�n es en el cant�n Tisaleo. En base a encuestas realizadas a agricultores del cant�n Tisaleo, se determin� que la demanda promedio mensual real es de 23167 litros de biol. El dise�o de la planta contempla ocho �reas de trabajo que incluyen las �reas de picado de residuos, pesaje, biodigesti�n, filtrado, control de calidad, envasado del biol. Adem�s, se determin� el requerimiento de m�quinas, herramientas, operarios y recursos tecnol�gicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de producci�n de biofertilizante org�nico. Se realiz� el diagrama de flujo de procesos de la planta y la simulaci�n del proceso productivo para un tiempo de 86400 minutos que corresponde a 2 meses, empleando 2 operarios que realizan las actividades para la elaboraci�n del biofertilizante, resultando una utilizaci�n promedio de los operarios del 7.8%, y una producci�n mensual de 24900 litros de biol.

Palabras clave: biofertilizante; mora; distribuci�n de planta; simulaci�n 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 highland�s 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 prop�e o projeto de uma planta de produ��o de biofertilizante org�nico para elaborar biol a partir de res�duos de folhas de amora, na regi�o do altiplano equatoriano. A macrolocaliza��o da planta � a prov�ncia de Tungurahua e a microlocaliza��o � no cant�o de Tisaleo. Com base em pesquisas com agricultores do cant�o de Tisaleo, foi determinado que a demanda real m�dia mensal � de 23.167 litros de biol. O projeto da planta contempla oito �reas de trabalho que incluem as �reas de tritura��o de res�duos, pesagem, biodigest�o, filtragem, controle de qualidade, embalagem de biol. Al�m disso, foi determinada a necessidade de m�quinas, ferramentas, operadores e recursos tecnol�gicos para o laborat�rio de controle de qualidade da planta de produ��o de biofertilizante org�nico. O fluxograma do processo da planta e a simula��o do processo produtivo foram feitos para um tempo de 86400 minutos correspondente a 2 meses, empregando 2 operadores que realizam as atividades para a produ��o do biofertilizante, resultando em um aproveitamento m�dio dos operadores dos 7,8%, e uma produ��o mensal de 24,9 mil litros de biol.

Palavras-chave: biofertilizante; Amora; planta de distribui��o; simula��o de processos; biol.

 

Introducci�n

Ecuador es un pa�s con una gran biodiversidad, el cual dispone de una amplia variedad de especies frut�colas que son comercializadas a nivel nacional e internacional, fortaleciendo as� la econom�a del pa�s. 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 agr�colas optan por el cultivo y comercializaci�n de la mora debido a las caracter�sticas agroecol�gicas y clim�ticas consideradas aptas para la producci�n de este fruto. La mora puede ser cosechada durante todo el a�o en per�odos continuos cortos, consider�ndose una ventaja en comparaci�n con otros pa�ses que solo pueden cosecharla durante ciertas temporadas o estaciones.

Hoy en d�a, el sector agr�cola busca nuevas alternativas de fertilizaci�n que mejoren la calidad de los productos sin contaminar excesivamente al medio ambiente. En muchos cultivos se est�n utilizando abonos org�nicos debido a la situaci�n actual del planeta, con relaci�n a la contaminaci�n con finalidades ecol�gicas, que buscan reemplazar los fertilizantes qu�micos por biofertilizantes o abonos org�nicos que pueden ser elaborados a partir de los residuos agr�colas.

Un abono org�nico es todo material de origen animal o vegetal que se utiliza para mejorar las caracter�sticas del suelo, como fuente de vida y nutrientes. Entre los abonos org�nicos, los m�s conocidos son el compost, el bocashi y el lombricompost o lombrihumus, el biol, pero tambi�n son com�nmente utilizados las aplicaciones de gallinaza y otros desechos vegetales frescos, entre otros (Soto y Mel�ndez, 2004, p.91).

La agricultura org�nica no solamente implica el hecho de fertilizar con abonos org�nicos (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 clasificaci�n de los abonos org�nicos m�s comunes.

 

Figura 1. Tipos de abonos org�nicos (Mosquera B., 2010).

 

 

La producci�n y utilizaci�n de biofertilizantes o abonos org�nicos se basa en cuatro principios:

• aprovechar y reutilizar ciertos recursos que las personas poseen
• buscar la independencia de insumos externos, mediante la utilizaci�n de lo que se tiene a la mano y volvi�ndose productor de sus agroinsumos,
• reducir el impacto ambiental generado por el uso de fertilizantes qu�micos
• no poner en riesgo la salud del productor ni del consumidor, haciendo alusi�n a los consultores y vendedores de abonos org�nicos que no est�n bien estabilizados, y que su efecto no es igual al de un abono estable que pas� cierto tiempo de maduraci�n

El uso de abonos org�nicos en los cultivos aporta nutrientes al suelo y funciona como base para la formaci�n de m�ltiples compuestos que ayudan a la conservaci�n de la actividad microbiana, como son: las sustancias h�micas (�cidos h�micos, f�lvicos, y h�minas) que al incorporarla ejercer� distintas reacciones en el suelo como son (Herr�n F. et al., 2008):

• mejora la estructura del suelo, facilitando la formaci�n de agregados estables con lo que mejora la permeabilidad, aumenta la cohesi�n a suelos arenosos y disminuye �sta en suelos arcillosos.
• mejora la retenci�n de humedad del suelo y la capacidad de retenci�n de agua.
• estimula el desarrollo de plantas.
• Mejora y regula la velocidad de infiltraci�n del agua, disminuyendo la erosi�n producida por el escurrimiento superficial.
• eleva la capacidad tamp�n de los suelos.
• contribuye en la disminuci�n 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 org�nicos presentan algunos aspectos que pueden ser considerados como desventajas, pero que a largo plazo ser�n superadas:

• Son de lento efecto, y al principio se recomienda un sistema combinado (convencional y org�nico) para ir remplazando totalmente los fertilizantes qu�micos por los org�nicos, 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, observ�ndose un mejor porcentaje de germinaci�n, mejor adaptaci�n de pl�ntulas al trasplantarlas al mismo, entre otros. El tiempo estimado para que un suelo sea completamente org�nico var�a entre los 3 a 5 a�os, o puede tardar m�s 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 contaminaci�n del agua y medio ambiente.

La calidad del abono de los materiales utilizados en su elaboraci�n y depende del proceso y de los m�todos de producci�n. Seg�n estos factores existir� variaci�n del contenido de nutrientes y de microorganismos en los biofertilizantes. Por ejemplo, la microflora nativa de las compostas puede o no tener efecto antag�nico sobre pat�genos del suelo y, adem�s, esta microflora continuar� la degradaci�n de la materia org�nica volviendo disponibles los nutrientes para la planta. Mientras mayor diversidad tenga la materia org�nica de la que se forma la pila o cama, mayor cantidad de nutrientes tendr� la composta madura (Herr�n F. et al., 2008).

Las hojas de mora presentan buenas propiedades para la elaboraci�n de biofertilizantes como el compost y el biol, presentando una relaci�n carbono/nitr�geno de 11,66; que de acuerdo con la norma chilena NCh2880 del Instituto Nacional de Normalizaci�n, el compost que se puede obtener es de clase A, cumpliendo con los est�ndares de calidad para su aplicaci�n en cultivos. Los valores de los macronutrientes que presenta el compost elaborado a base de la hoja de mora y esti�rcol de cuy son: Carbono=9,33%; Nitr�geno= 0,80%; F�sforo=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 tama�o (Coyacham�n Chiliquinga, 2020; Casaca A., 2020).

La generaci�n y manejo inadecuado de los desperdicios o residuos agr�colas 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 bald�os, depositados en rellenos sanitarios o cualquier otro tipo de zonas y en muchas ocasiones son quemados por los agricultores para evitar la obstrucci�n de los terrenos. Una de las alternativas para el aprovechamiento de estos residuos de poda de las plantas es la elaboraci�n de biofertilizantes como el compost o biol, abonos org�nicos que se producen a�adiendo alg�n tipo de esti�rcol animal y el an�lisis de laboratorio que permiten determinar las propiedades ben�ficas de este biofertilizante para las plantas.� (Cardona C. y Hern�ndez R., 2008, p.13).

El presente trabajo proporciona una alternativa de aprovechamiento de recursos org�nicos disponibles en la sierra ecuatoriana, como son los residuos de hoja de mora, para la producci�n de biol. En primer lugar, se establece la ubicaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante, definiendo la macro y micro localizaci�n.� Seguidamente, se analiza la demanda de biofertilizante de los agricultores de la zona 3 de la sierra ecuatoriana. Posteriormente, se propone un dise�o de la planta de producci�n 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.�

 

Metodolog�a

Determinaci�n de la ubicaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante

La localizaci�n de la planta de producci�n se determin� utilizando el m�todo de factores ponderados, que consiste en realizar una comparaci�n entre diferentes alternativas de posibles sectores donde podr�a ubicarse la planta mediante un an�lisis cuantitativo. En primer lugar, se determina la macro y microlocalizaci�n de la planta de producci�n. La macrolocalizaci�n se defini� en funci�n de la zona donde se ubicar� la empresa, generalmente es una provincia. Posteriormente se define la microlocalizaci�n, seleccionando el lugar espec�fico dentro de la macrozona, donde se ubicar�a la empresa. La microlocalizaci�n 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 b�sicos, la disponibilidad de transporte, la disponibilidad de v�as de acceso, el clima, requisitos legales, entre otras.

Los pasos para determinar la microlocalizaci�n 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 conclusi�n en base a la alternativa que presenta mayor puntuaci�n.

����

 

Determinaci�n de la demanda de biofertilizante

Para la determinaci�n de la demanda de biofertilizantes se realiz� una encuesta a los agricultores del cant�n definido en la microlocalizaci�n. Las preguntas de la encuesta se enfocaron en recabar informaci�n sobre el uso de abono org�nico en cultivos, el tipo de abono org�nico que utilizan, los aspectos que se consideran al momento de adquirir un abono org�nico, y los puntos de venta a los cuales acuden para la adquisici�n de abonos org�nicos. El tama�o de la muestra se calcul� con la Ecuaci�n (1), considerando un nivel de confianza del 95%, con un margen de error del 5%:

 

(1)

 

Donde:

n = Tama�o de muestra

N = Poblaci�n 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 m�todo de Test Retest, el cual permite determinar si la encuesta aplicada es confiable para obtener la informaci�n deseada, se le conoce tambi�n como coeficiente de estabilidad. El m�todo Retest consiste en aplicar nuevamente la encuesta sobre la misma muestra en diferentes periodos de tiempo. Con los valores obtenidos se aplica la f�rmula de correlaci�n de Pearson (Ecuaci�n (2))

 

(2)

Donde:

N= N�mero de encuestados.

X= Puntuaciones del Test.

Y= Puntuaciones del Retest.

El valor obtenido de la correlaci�n de Pearson se analiza seg�n la tabla del nivel de confiabilidad establecida por el m�todo Test Retest.

 

Tabla 1. Nivel de confiabilidad Test Retest

 

 

La proyecci�n de la poblaci�n que utilizar�a el biofertilizante se calcula con la Ecuaci�n (3):

�

(3)

 

Donde:

Pf= Proyecci�n estimada

Pi= Poblaci�n inicial

r= Tasa de crecimiento poblacional

n=a�os de proyecci�n

 

Dise�o de la planta de producci�n

El primer paso en el dise�o de la planta es el c�lculo de la superficie necesaria para cada elemento dentro de las �reas de trabajo, en la que se contemplan 3 superficies: superficie est�tica, superficie de gravitaci�n y superficie de evoluci�n o movimientos para obtener una superficie general para el dimensionamiento de la planta.

�      Superficie est�tica (Ss): Corresponde a muebles, m�quinas, equipos y herramientas utilizados en el proceso productivo.

�      Superficie de gravitaci�n (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 est�tica por el n�mero de lados de los equipos o las m�quinas que van a ser utilizados (Ecuaci�n (4)).

(4)

�      Superficie de evoluci�n (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 (Ecuaci�n (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.

 

 

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 Discusi�n

Ubicaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante

La macrolozalizaci�n de la planta se estableci� analizando los factores que m�s influyen en la producci�n de biofertilizante org�nico como son el esti�rcol de cuy y las hojas de mora para posteriormente determinar la microlocalizaci�n de la planta.

La producci�n de mora en el Ecuador se encuentra principalmente ubicado en las provincias de Cotopaxi, Imbabura, Pichincha, Tungurahua, Chimborazo y Bol�var, de las cuales Tungurahua es la provincia con mayor producci�n de mora, present� un aporte del 41% del total de la producci�n nacional y constituye el 32% de la superficie cosechada durante el per�odo 2001-2006. En la provincia de Bol�var se registr� un 25% de la producci�n total y un 36% de la superficie cosechada. Mientras tanto la provincia de Cotopaxi present� el 19% de la producci�n total del pa�s y el 18% de la superficie cosechada. Finalmente, las provincias de Imbabura, Pichincha y Chimborazo presentaron valores de producci�n 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 producci�n de mora en el Ecuador en 2019. Las provincias que presentaron mayor producci�n de mora fueron: Tungurahua una producci�n total nacional del 39 % y un rendimiento de 7.46 t/ha; seguida de la provincia de Bol�var con una producci�n del 32 % y un rendimiento de 4.73 t/ha., y le sigue el Carchi con una producci�n total del 12 % y 18.22 t/ha de rendimiento. (Ministerio de Agricultura y Ganader�a, 2019). De acuerdo con la Tabla 3 la producci�n de mora en la provincia de Tungurahua es la m�s importante en el centro del pa�s, lo que es un factor positivo para el abastecimiento de materia prima para la planta de producci�n de biofertilizante.

 

Tabla 3. Producci�n de mora en el Ecuador en 2019 (Ministerio de Agricultura y Ganader�a, 2019).

Uno de los principales componentes para la elaboraci�n del biofertilizante org�nico en base a la hoja de mora es el abono de cuy, elemento importante por los beneficios que aporta en la elaboraci�n de abonos org�nicos. El esti�rcol 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 tambi�n para producir biol debido a que incrementa los nutrientes para la floraci�n de las plantas. Por tal motivo se consider� la presencia del esti�rcol de cuy como uno de los principales factores para determinar la ubicaci�n de la planta. Seg�n el censo agropecuario del Ministerio de Agricultura y Ganader�a (2010), la provincia de Tungurahua es la segunda provincia con mayor producci�n de cuyes, con una cifra anual de 957.221, como se muestra en la Tabla 4.

 

Tabla 4. Provincias con mayor n�mero de unidades productivas de cuyes (Ministerio de Agricultura y Ganader�a, 2010).

 

 

Seg�n 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%.

Seg�n los datos mostrados, Tungurahua en el per�odo 2001-2006 es la provincia con mayor producci�n de mora, con 41% del total de la producci�n nacional y un rendimiento de 4.75 t/ha; en el a�o 2016 se posicion� como la segunda provincia con mayor producci�n de mora, con un 33% de la producci�n nacional y un rendimiento de 8 t/ha, siendo el valor m�s elevado de todas las provincias productoras en ese a�o. Finalmente, en el a�o 2019, Tungurahua nuevamente es la provincia con mayor producci�n de mora con un valor del 39 % de la producci�n total y un rendimiento de 7,46 t/ha.

Para la ubicaci�n de la planta de producci�n se consideraron 4 provincias de la Zona 3 del Ecuador que son: Cotopaxi, Chimborazo, Pastaza y Tungurahua. De las cuales, seg�n la mayor presencia de materia prima (hoja de mora y esti�rcol de cuy) para la elaboraci�n del biofertilizante, se decidi� localizar la planta de producci�n en la provincia de Tungurahua, debido a que esta provincia presenta mayor cultivo y producci�n de mora y es la segunda provincia con mayor producci�n de cuyes y por ende existe mayor presencia del esti�rcol de cuy, siendo estas las principales ventajas para una localizaci�n estrat�gica de la planta para el abastecimiento constante de materia prima para la elaboraci�n del biofertilizante.

Para establecer la microlocalizaci�n de la planta se utiliz� el m�todo de factores ponderados el cual consiste en asignar valores a los factores que se consideran importantes. Este m�todo permite seleccionar la mejor opci�n de ubicaci�n entre varias alternativas. En la microlocalizaci�n se delimita de manera exacta la ubicaci�n de la planta de producci�n dentro de la macrozona, para lo cual se debe considerar factores importantes como:

• Disponibilidad de mano de obra.
• Disponibilidad de materia prima.
• Servicios b�sicos (Agua, energ�a el�ctrica, tel�fono).
• Clima.
• V�as de acceso y facilidad de transporte.

Para la microlocalizaci�n de la planta se consideraron los cantones con mayor producci�n de mora en Tungurahua, los cuales son: Ambato, Ba�os, Cevallos, Mocha, Patate, Pelileo, P�llaro y Tisaleo, y los cantones que se destacan en la crianza de cuyes para la obtenci�n de esti�rcol 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 ubicaci�n de la planta de producci�n del biofertilizante, estos son:

�                    Tisaleo

�                    Mocha

�                    Cevallos

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

 

Tabla 5. Matriz de microlocalizaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante org�nico.

 

 

De acuerdo con la matriz de microlocalizaci�n, las condiciones m�s favorables para la microlocalizaci�n de la planta de producci�n del biofertilizante org�nico es en el cant�n Tisaleo que se encuentra ubicado en la provincia de Tungurahua, con una altitud promedio de 3280 m.s.n.m. y una extensi�n aproximada de 59,90 km². La Fig. 2 resume la localizaci�n establecida para la planta de producci�n de biofertilizante org�nico.

 

Figura 2. Localizaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante org�nico.

 

 

Demanda de biofertilizante

Para establecer la demanda de mercado del biofertilizante se procedi� a realizar una encuesta a los productores agr�colas de cant�n Tisaleo, partiendo de 2670 personas dedicadas a la agricultura en el a�o 2021, se tom� una muestra de 336 personas, calculada con la Ecuaci�n (1), a las cuales se dirigi� la encuesta con la finalidad de conocer el criterio del uso del biofertilizante org�nico y determinar la capacidad de producci�n de la planta. La correlaci�n de Pearson obtenida con los datos de la encuesta a trav�s de la Ecuaci�n (2) es de 0,63; que seg�n la escala de ponderaci�n 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 cant�n Tisaleo.

 

 

La Fig. 3 muestra los resultados de las preguntas m�s representativas aplicadas a los agricultores del cant�n Tisaleo. Los resultados muestran que el 93% de la poblaci�n encuestada adquiere abonos org�nicos para la aplicaci�n en los cultivos. De este n�mero de encuestados el 45% prefiere aplicar esti�rcol de animales a sus cultivos, el 38% prefiere aplicar biol, el 10% compost, el 1% adquiere humos y el 6% de la poblaci�n mencion� que adquiere otros tipos de abonos org�nicos como: te de esti�rcol, bocashi y efluentes. Otro aspecto importante es que el 91% de los encuestados est� dispuesto a adquirir abono org�nico tipo BIOL. De ellos, el 41% estar�a dispuesto a comprar entre 20 a 40 litros trimestralmente, el 19% est� dispuesto a comprar entre 5 y 10 litros trimestralmente, el 18% comprar�a entre 10 a 20 litros, el 14% entre 50 a 100 litros y el 8% estar�a dispuesto a comprar entre 1 a 5 litros.

La poblaci�n proyectada que podr�a utilizar el biofertilizante a partir del a�o 2021 para 5 a�os se calcula con la Ecuaci�n (3), considerando una poblaci�n inicial de 2670 y una taza de crecimiento del 1,9%. Dicha poblaci�n es de 2933 habitantes en el a�o 2026. A partir de estos valores se realiz� un estudio de mercado, en donde se calcul� la demanda potencial, demanda efectiva, consumo per c�pita y demanda real, considerando un porcentaje de agricultores del cant�n Tisaleo que emplean abonos org�nicos en sus cultivos del 93% de la poblaci�n encuestada, el porcentaje de la poblaci�n que estar�a dispuesta a adquirir el biofertilizante org�nico BIOL del 92%. La demanda promedio real es de 278000 litros de biol anuales.

 

 

Dise�o de la planta de producci�n

La planta de producci�n de biofertilizante estar� dise�ada bajo los par�metros t�cnicos de dimensionamiento y distribuci�n de sus componentes, de forma que las instalaciones presten las facilidades necesarias para la ejecuci�n 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 producci�n, los equipos, m�quinas, herramientas y requerimientos tecnol�gicos para el laboratorio de control de calidad, que se consideraron para la elaboraci�n de biofertilizante org�nico.

 

Tabla 6. �reas de trabajo, equipos, m�quinas, herramientas y requerimientos tecnol�gicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de producci�n de biofertilizante org�nico.

�reas de trabajo de la planta de producci�n	Equipos, m�quinas y herramientas	Requerimiento tecnol�gico para el laboratorio de control de calidad
�      �rea de picado �      �rea de pesado �      �rea de biodigesti�n �      �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, �      b�scula biodigestor de tecnolog�a CSTR, �      bomba centr�fuga, �      separador de s�lidos y l�quidos, �      m�quina secadora, �      molino, �      m�quina envasadora, �      dep�sito de agua, �      dep�sito del suero de leche.	�      estufa de secado �      mufla �      espectrofot�metro �      pH-metro �      conduct�metro

 

 

Descripci�n del proceso productivo a escala industrial

En base a la demanda determinada en el estudio de mercado, la cantidad de producci�n 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 producci�n semanal.

 

Tabla 6. Requerimiento semanal de las materias primas

 

 

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

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

• 2000 kg de esti�rcol de cuy.
• 160 kg de tierra de bosque virgen (microorganismos de monta�a).
• 160 kg de az�car morena.
• 40 kg de ceniza.
• 20 kg de c�scara 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 centr�fuga, 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 d�as que es el tiempo necesario para que se realice la correcta biodigesti�n de la mezcla, manteniendo una temperatura entre 33�C a 40�C.

5.- Posterior a la medici�n de las variables del proceso de biodigesti�n se realiza el filtrado de la mezcla, para lo cual el contenido del biodigestor pasa por un separador de s�lidos y l�quidos que permite separa el compuesto y obtener el biol y biosol.

6.- El biol filtrado es transportado mediante una bomba centr�fuga al tanque dosificador y es envasado en botellas de 1 litro para su posterior almacenamiento y comercializaci�n.

 

Diagramas de flujo del proceso

El biol es el producto principal del proceso de biodigesti�n. Adem�s, se obtienen dos productos secundarios que son el biosol y el biogas. Es importante aclarar que el alcance del presente trabajo no contempla la descripci�n del proceso de obtenci�n del biosol y del biog�s.

Fig. 4 muestra el diagrama de flujo de la producci�n de biol. El diagrama de flujo presenta la secuencia de las actividades de operaci�n, transporte, inspecci�n, demora y almacenamientos de los diferentes insumos que intervienen en el proceso de producci�n para la obtenci�n de un lote de 6240 litros de biol, que corresponde a la cantidad que puede producir un biodigestor al final de la etapa de biofermentaci�n.

 

Figura 4. Diagrama de flujo de la producci�n de biol

 

 

Dimensionamiento de la planta de producci�n

El valor del coeficiente constante (K) considerado es de 1.5 seg�n la Tabla 2, el cual corresponde a una industria general con transportes no mec�nicos. La Tabla 7 muestra las superficies est�ticas de las �reas de trabajo de la planta.

 

Tabla 7: Superficies est�ticas de las �reas de trabajo

La Tabla 8 resume las superficies est�ticas de elementos m�quinas y equipos.

 

Tabla 8: Superficies est�ticas de elementos, m�quinas y equipos

M�quinas y equipos	Superficies est�ticas ()	N� de elementos	Superficie total est�tica (Ss) ()	N�mero de lados de operaci�n (N)
Maquina picadora	1,50	1	1,50	2
B�scula	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 az�car	1,50	1	1,50	1
Contenedor de cascaras de huevo	1,00	1	1,00	1
Tanque dep�sito agua	5,78	1	5,78	1
Dep�sito leche	0,54	1	0,54	1
Separador de s�lidos y l�quidos	1,50	1	1,50	2
Tanque dosificador de biol	5,15	1	5,15	1
M�quina 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 evoluci�n de m�quinas y equipos de la planta, calculadas con las ecuaciones (4) y (5), respectivamente.

Tabla 9. Superficies gravitacionales y de evoluci�n de m�quinas y equipos

 

 

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 m�nima total de la planta de producci�n de biofertilizante.

La planta de producci�n de biofertilizante estar� conformada por las siguientes �reas:

�      Almacenamientos de materia prima y producto terminado.

�      �rea de picado.

�      �rea de biodigesti�n.

�      �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 dise�o 3D de la planta de producci�n de biofertilizante

 

Figura 5. Dise�o 3D de la planta de producci�n de biofertilizante

 

 

La Fig. 6 muestra el diagrama de recorrido de la producci�n de biol. En esta figura se muestra la distribuci�n de los puestos de trabajo dispuestos en el layout de la planta y el recorrido que realizan los recursos durante la elaboraci�n 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 planificaci�n de producci�n semanal con un biodigestor de capacidad de 8000 litros. La Tabla 9 muestra el diagrama de an�lisis de procesos, donde se detallan las actividades de operaci�n, transporte, inspecci�n, demora y almacenamientos de los diferentes insumos que intervienen en el proceso productivo; se detallan tambi�n los tiempos estimados para cada actividad acorde a la capacidad de las m�quinas 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 an�lisis de procesos se determin� que el proceso productivo para la obtenci�n 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 duraci�n de 43761 min para la obtenci�n del biol.

Simulaci�n del proceso productivo

La simulaci�n del proceso productivo se realiz� empleado el software FLEXSIM, para lo cual se desarroll� del dise�o de la planta considerando la ubicaci�n de las m�quinas en los puestos de trabajo seg�n la distribuci�n de planta propuesta, y se estimaron los tiempos de proceso en base a la capacidad de las diferentes m�quinas y cantidad de materias primas requeridas (Villanueva C., 2008; Arb�s L., 2009). Para la simulaci�n 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.

�      Preparaci�n de las diferentes m�quinas: 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 s�lidos del separador a la m�quina secadora: Operarios 1 y 2.

�      Transporte de residuos s�lidos de la m�quina secadora al molino: Operarios 1 y 2.

�      Transporte de residuos s�lidos 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 producci�n continua, obteniendo a partir del segundo mes la descarga de los biodigestores semanalmente.

Considerando que el proceso productivo requiere un per�odo de tiempo largo de biodigesti�n, en la simulaci�n se consider� un tiempo de 86400 minutos, correspondiente a 2 meses de producci�n. La Fig 7muestra la utilizaci�n de los operarios. Los resultados de la simulaci�n muestran que el porcentaje de ocupaci�n de los operarios 1 y 2 son 7.94% y 7.83%. Esto se debe a que la mayor�a del tiempo del proceso corresponde a la biodigesti�n, por lo que los operarios deben esperar hasta que los biodigestores cumplan el tiempo estimado de biofermentaci�n de 30 d�as aproximadamente, periodo en el cual los operarios tienen baja utilizaci�n.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 9. Diagrama de an�lisis del proceso de obtenci�n de biog�s.

Figura 7. Resultados de la utilizaci�n de operarios en el proceso productivo.

 

 

Con respecto a la utilizaci�n de las m�quinas, La Fig. 8 muestra que, a excepci�n de los biodigestores, los porcentajes de utilizaci�n de las dem�s m�quinas son bajos durante el tiempo de simulaci�n, debido a que la mayor�a de las m�quinas �nicamente trabaja cuando un biodigestor debe ser llenado o vaciado. Se debe considerar que la gr�fica representa valores bajos debido a la relaci�n con el tiempo elevado de simulaci�n.

 

Figura 8. Resultados de la utilizaci�n de m�quinas en el proceso productivo.

 

 

Mediante la simulaci�n se determina que los 4 biodigestores est�n 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 dise�o de una planta de elaboraci�n de biol a partir de residuos de hoja de mora. En base al estudio realizado se detallan las siguientes conclusiones:

• La ubicaci�n de la planta de producci�n de biofertilizante se determin� utilizando el m�todo de ponderaci�n de factores, cuyo resultado de la macrolocalizaci�n es la provincia de Tungurahua y la microlocalizaci�n es el cant�n Tisaleo, por las condiciones m�s favorables con relaci�n a la presencia de materia prima, accesibilidad, servicios b�sicos, condiciones climatol�gicas y mano de obra disponible.
• En base a una encuesta realizada a 336 agricultores de Tisaleo, se determin� que el 93% de la poblaci�n encuestada adquiere abonos org�nicos para la utilizaci�n en cultivos, de los cuales el 38% prefiere aplicar biol. El 91% de los encuestados est� dispuesto a adquirir abono org�nico tipo biol. De ellos, el 41% estar�a dispuesto a comprar entre 20 a 40 litros, trimestralmente.
• La poblaci�n proyectada que podr�a utilizar el biofertilizante a 2026 es de 2933 agricultores. En base a esta proyecci�n, 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 producci�n de biofertilizante que incluyen las �reas de picado de residuos, pesaje, biodigesti�n, filtrado, control de calidad, envasado del biol. Adem�s, se determinaron las m�quinas, herramientas y requerimientos tecnol�gicos para el laboratorio de control de calidad de la planta de producci�n de biofertilizante org�nico.
• Se realiz� la simulaci�n del proceso productivo para un tiempo de 86400 minutos que corresponde a 2 meses, empleando 2 operarios que realizan las actividades para la elaboraci�n del biofertilizante. Los resultados muestran que la utilizaci�n 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

1.      ARB�S, Luis. C. 2009. Dise�o avanzado de procesos y plantas de producci�n flexible: t�cnicas de dise�o y herramientas gr�ficas con soporte inform�tico. Profit Editorial.

2.      CARDONA CASTELBLANCO, S. y HERN�NDEZ R�OS, L.J. 2008. Aprovechamiento de residuos de podas mediante compostaje en la escuela Militar de Aviaci�n �Marco Fidel Su�rez� [en l�nea] (Trabajo de titulaci�n). (Administrador ambiental) Universidad Aut�noma de Occidente. Cali, Colombia. 2008. p.13. [Consulta: 19 abril 2021]. Disponible en: http://red.uao.edu.co//handle/10614/6399

3.      CASACA, �.D. El Cultivo de la Mora (Parte I). [Blog]. Costa rica, 2020. [Consulta: 2021-04-16]. Disponible en: https://www.infoagro.com/documentos/el_cultivo_mora__parte_i_.asp

4.      COYACHAM�N CHILIQUINGA, J.F. 2020. Dise�o de un biorreactor para la obtenci�n de compost a partir de hojas de mora y esti�rcol de cuy para el grupo de investigaci�n ENAMPROD de la Facultad de Mec�nica. (Trabajo de titulaci�n), (Ingenier�a). Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo. Riobamba-Ecuador. 2020.

5.      F�LIX HERR�N, J.A; et al. "Importancia de los abonos org�nicos". Ra Ximhai Revista de Sociedad, Cultura y Desarrollo Sustentable. [En l�nea], 2008, (M�xico), ISSN 1665-0441. pp. 58-62. [Consulta: 19 abril 2021]. Disponible en: http://www.uaim.edu.mx/webraximhai/Ej-10articulosPDF/Art%5b1%5d%204%20Abonos.pdf

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

7.      MEZA URDIALEZ, A.J., El sistema de comercializaci�n y su influencia en la competitividad de la cooperativa �COPRACUY� de la provincia de Tungurahua en el per�odo 2016. [En l�nea], (Trabajo de titulaci�n), (Maestr�a). Universidad Tecnol�gica Indoam�rica, Ambato-Ecuador. 2017. p.67. [Consulta: 26 abril 2021]. Disponible en: http://repositorio.uti.edu.ec//handle/123456789/408

8.      MOSQUERA, B., Abonos org�nicos, protegen el suelo y garantizan alimentaci�n sana. Manual para elaborar y aplicar abonos y plaguicidas org�nicos. Fondo para la protecci�n del agua FONAG. 2010.

9.      MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERIA, Bolet�n situacional mora. [Blog]. Ecuador, 2019. [Consulta: 24 abril 2021]. Disponible en: http://sipa.agricultura.gob.ec/index.php/frutas/mora

10.  MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERIA, Censo Nacional Agropecuario. Ecuador, 2010. [Consulta: 24 abril 2021]. Disponible en: https://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/web-inec/Estadisticas_agropecuarias/CNA/Tomo_CNA.pdf

11.  SOTO, G. y MEL�NDEZ CELIS, G. "C�mo medir la calidad de los abonos org�nicos". Manejo Integrado de Plagas y Agroecolog�a. [En l�nea], 2004, (Costa Rica), No. 72, p. 91. [Consulta: 19 abril 2021]. Disponible en: http://www.kerwa.ucr.ac.cr/handle/10669/318

12.  VILLANUEVA CASTRILL�N, J. 2008. "La simulaci�n de procesos, clave en la toma de decisiones". DYNA ingenier�a e industria. [En l�nea], 2008, vol. 83, no. 4, pp. 2212-223. ISSN 0012-7361. [Consulta: 21 abril 2021].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).