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ORIGINAL ARTICLE
 
Use of Renewable Energy in Agricultural Processes to Produce Food
 

iDOsvaldo André Paulo Ferreira-da SilvaIUniversidad de Ciego Ávila (UNICA), Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba.

iDPável Vargas-RodríguezIIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.*✉:osvald23000@gmail.com

iDAbel Dorta-ArmaignacIIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.

iDKaddiel Fernández-HungIVGrupo de Difusiòn Tecnològica. Empresa de Cìtricos, Contramaestre. Cuba

iDIgnacio Hernández-RamírezIIIEmpresa Nacional de Proyectos Agropecuarios. UEB Ciego de Ávila, Cuba.

iDAlberto Méndez-JocikVEmpresa Nacional de Proyectos Ingeniería, Departamento de Diseño, La Habana, Cuba.

 

IUniversidad de Ciego Ávila (UNICA), Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba.

IIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.

IIIEmpresa Nacional de Proyectos Agropecuarios. UEB Ciego de Ávila, Cuba.

IVGrupo de Difusiòn Tecnològica. Empresa de Cìtricos, Contramaestre. Cuba

VEmpresa Nacional de Proyectos Ingeniería, Departamento de Diseño, La Habana, Cuba.

 

*Author for correspondence: Pável Vargas-Rodríguez, e-mail: osvald23000@gmail.com

 

ABSTRACT

This work deals with the problem of food insecurity in the central region of Cuba, in a context characterized by the depletion of conventional energy sources and the negative effects of climate change. In Los Milian farm, Ciego de Ávila Province, the application of a closed cycle production process is foreseen for the production of food with the rational use of water and energy. It is conceived to use the surpluses of the biogas production process and to utilize dry matter as bio fertilizer. A system of treatment to reduce the pollutant load of the effluents, a domestic supply system coupled to a photovoltaic solar pump and an irrigation system compatible with the hours of least consumption of electricity are proposed. The results generate a positive social and environmental impact for Ciego de Ávila Province.

Keywords: 
Water; Biomass; Solar Arrangement; Irrigation.
 
 
 
INTRODUCTION

Ciego de Ávila is the province with the highest tourist activity in the country. The investments developed in Jardines del Rey Tourist Centre, foresee a short-term increase in the demand for agricultural products to meet the needs of development. This situation requires the rational and efficient use of water and energy through modern irrigation technologies (Tarjuelo, 1995TARJUELO, M.J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España, 1995.; Tarjuelo & José, 2005TARJUELO, B.J.M.; JOSÉ, M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3ra edición, revisada y ampliada ed., Madrid, España, 2005, ISBN: 84-8476-225-4.), taking into account the conservation of the region's natural resources and their protection against the consequences of climate change.

The soils that make up the region present disadvantageous conditions due to the presence of saline intrusion, as well as due to the mostly flat relief of its surface, which hinders its natural drainage, all of which contributes to identify more than 35% of the soils of the region in quality categories II and III, on the scale of soil agro productivity. Recent reports assure that the overexploitation of these resources, mainly those destined for agricultural irrigation, has led to a significant decrease in these reserves and the consequent penetration of marine wedge in coastal areas of the province. As agriculture is the largest water consumer, the use of efficient irrigation technologies is an imperative to achieve the rational use of water and energy (FAO (PMA); MINAG-Cuba, 1999FAO (PMA); MINAG-CUBA: “Proyecto VAM. Análisis y Mapificación de la Vulnerabilidad en Cuba”, Inst. FAO- Ministerio de la Agricultura, Proyecto VAM, La Habana, Cuba, 1999.).

These reasons demand actions aimed to improving the management of water and energy in agricultural activities of the territory (Vanegas, 1988VANEGAS, C.: Drenaje Agrícola., Inst. Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, Informe científico, Guatemala, publisher: Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, 1988.; Tarjuelo, 1995TARJUELO, M.J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España, 1995.; Vigoa, 2001VIGOA, R.: Drenaje Agrícola, Ed. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba, 2001.; Vargas, 2008VARGAS, R.P.: Tecnología de riego por succión como alternativa sostenible para la producción de tomate, Universidad Agraria de la Habana Fructuoso Rodríguez Pérez, PhD. Thesis, CEH, UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, 100 p., publisher: Tesis en opción al grado científico de doctor en ciencias técnicas …, 2008.). The solution involves the use of a hybrid system, in which photovoltaic solar energy is used to supply water to the processes generated by livestock and domestic activities in the farm, the use of solid waste generated in pig farming, to obtain biogas, and the application of specific treatment systems to reduce the pollutant load of waste from the livestock process (Díaz, 2002DÍAZ, M.M.: Tratamiento de residuales por sistemas naturales, Inst. Centro de Estudio de Ingeniería de Procesos. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Monografía para la Asignatura Procesos de Autodepuración de la Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental, La Habana, Cuba, 2002.). Water coming from the well to guarantee the volumes necessary for the foreseen crops, will be pumped once filtered through a network pipes of HDPE conveniently designed to apply water to the irrigation plots.

MATERIALS AND METHODS

Milian farm, located on the periphery of Ciego de Ávila City, between coordinates 736039 North and 229762 East, with the entrance of the farm at 5½ km of the road that connects the capital city with Moron Municipality. The study case was described and energy consumption in the farm was characterized to determine the energy demand to be produced by biogas and the number of animals necessary to satisfy it. The supply system was also defined and the Soil -Water - Plant ratio necessary to design the irrigation system was characterized. The solar arrangement was defined and the dimensions of the photovoltaic module and its components, necessary to satisfy the water needs of the farm facilities were determined. They include the pig pens and the organs of treatment for the use of excreta in the biomass energy generation. Three Stabilization Lagoons were included as part of the treatment of domestic waste and irrigation activities.

Design Procedure for the Anaerobic Biodigester

Initially, the biodegradable potential was estimated to meet the need for cooking food, for lighting and as domestic fuel. The flow diagram of the Biogas Plant was selected based on the experience obtained from another similar system, taking into account climatological and hydro geological data, agricultural activities and their future projections for its implementation.

Calculation of Daily Biogas Demand of the Farm

The number of animals necessary to guarantee the daily residual volume and the biogas demand was determined without taking into account the residual product of the harvest or the breeding of other potentially useful animals. The area needed to produce 100% of the raw material required for feeding the pigs on the farm was estimated, so that there is sustainability in the process. The necessary biogas consuming equipment was identified and the consumption of each of them was estimated to determine the daily biogas demand of the farm. With these results, the number of animals necessary to guarantee livestock activities was calculated.

 
CB=N×TR×P×e1000  (1)
 

CB:

Biogas consumption per day (m3/d)

TR:

Hours of use in the day (h/day)

N:

Number of artefacts.

P:

Consumption of the artefact).

e:

Artefacts efficiency (%)

 
TABLE 1.  Average consumption and efficiency of the equipment (Malalasekera, 2015MALALASEKERA, S.: Propuesta para la protección del medioambiente y la utilización racional del agua y la energía para producir alimentos, Universidad de Oriente, Tesis de Ingeniería. Especialidad de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba, 2015.)
EquipmentConsumption (L/h)Performance (%)

  • Kitchen burner

  • Blanket Lamp (60W)

  • Refrigerator de 100 L

  • Gas Engine

  • Infrared Lamp de 200W

  • Cap Lamp

  • Oven Burners

  • Stove with 4 burners and 1 oven

  • 300-600

  • 120-170

  • 30-75

  • 0.5 m3/kWh

  • 30-40

  • 100-120

  • 420-500

  • 1800-2100

  • 50-60

  • 30-50

  • 20-30

  • 25-30

  • 80-90

  • 30-50

  • 20-30

  • 20-40

 

Estimation of the Number of Animals Necessary to Supply the Demand for Biogas

Knowing the daily demand for biogas and using Table 1, the amount of excreta necessary was obtained, and the number of animals necessary to satisfy the demand, taking into account the parameters proposed in the following table.

 
TABLE 2.  Properties and gas performance of some materials, (Acuña, 1984ACUÑA, M.: Manual Técnico para Construcción y Mantenimiento de Biodigestores, 1984.)
Material (Excrement)Quantity (kg/animal)Solid Content (%)Rate C/N (carbon/nitrogen)Yield (L/kg/d)

  • Cows

  • Buffalo

  • Pigs

  • 15 - 20

  • 18 - 25

  • 1,2 - 4

  • 18 - 20

  • 16 - 18

  • 24 - 33

  • 24 - 25

  • 24 - 25

  • 12 - 13

  • 15 - 32

  • 15 - 32

  • 40 - 60

 

 
CP=CB×1000T×e  (2)
 

Cp:

Number of animals needed.

CB:

Biogas consumption per day (m3/d).

T:

Amount given per day (kg/animal).

e:

Daily yield (L/kg material).

The volatile solids content of the residual was assumed from affecting 25% of the fresh excreta mass, (Savran, 2005SAVRAN, V.: Una solución energético-ambiental para reducción de contaminantes agropecuarios, como contribución al manejo integrado de la cuenca Zaza, Universidad de Matanzas Camilo Cienfuegos, Tesis en opción al título de Master en Gestión Ambiental y Protección de los Recursos Naturales, Matanzas, Cuba, 2005.).

Water Consumption of the Farm

The daily volume of water to be guaranteed for pigs was estimated in accordance with the Pig Breeding Manual and considering the fattening category, (45 L/d per animal); the water demand for the house was estimated for a supply of 100 L/d/p.

Biodigester Design Procedure

The biological demand of the effluent was obtained, considering maximum flow rate of the effluent, the volume of water necessary to use in the process, and the volume of sludge to be digested as well the volume of the biodigester.

 
Qmax=Ch×Qprom  (3)
 

Average flow was computed by (4), assumed coefficient of irregularity (Ch = 2):

 
Qprom=N50×q  (4)
 

 
Volume of water=V×(Pi-Pf)(100-Pf)  (5)
 

 
Volume of sludge=Qprom-Vwater  (6)
 

 
Volume of digested sludge=Vsludge×(Pfresi-Pfdig)(100-Pfdig)  (7)
 

 
Vdigester=Vsludge-2/3(Vsludge-Vdig)×t  (8)
 

 
DBO5effluent=DBO5×0.4  (9)
 

N 50:

Number of animals equivalent to 50 kg of weight.

q:

Allowance for each animal weighing 50 kg. (L/d)

Ch:

Irregularity coefficient.

Pi:

Approximate initial humidity of the residual (98.50%)

Pf:

Approximate final humidity of the residual (92.00%)

V sludge:

Volume of fresh sludge per day. (m3)

V dig.slu.

Volume of sludge digested per day. (m3)

t:

Digestion time (days) T ≥ 20 days;

V:

Volume of the Biodigester.

Calculation of the Biogas Storage Tank

Practical experience indicates that 40-60% of the daily biogas production normally has to be stored; therefore, a storage tank is required for it (Botero & Preston, 1986BOTERO, R.; PRESTON, T.R.: Low-cost biodigester for production of fuel and fertilizer from manure, Cali, Colombia, 1-20 p., 1986.). The size of the tank depends on the relative rates of generation and consumption of biogas and was sized to cover the peak rate of consumption: in this case the size was determined based on maximum gas consumption; the capacity of the tank was increased by 20 % as margin of safety:

 
Vmaxc=GCmax×TCmax  (10)
 

Gcmax:

Maximum hourly gas consumption (m3/h).

TCmax:

Time of maximum consumption (h).

Post-Treatment of Effluents from the Anaerobic Reactor

It was planned to reduce the water content and facilitate the handling of the bio-fertilizer, as well as eliminate bad odours from it. Drying beds were used to dehydrate the sludge, and convert the volatile solids into biogas.

Calculation of the Daily Volume of Sludge that Reaches the Drying Beds (V L/d: m3/d)
Calculation of Drying Beds

 
Vdrainday=Vloddig×(P2-P3)(100-P3)  (11)
 

 
Volume  of dry  sludge =Vdig  sludge-Vdrenday  (12)
 

 
Volume  of  dry  sludge  per year=V  dry  sludge×365  (13)
 

The area of the drying bed was obtained for sludge extractions every 26 days, 0.30 m thick and 14 extractions per year

 
Sludge  heigth=#  of  extractions×accumulated  thickness  (14)
 

 
Drying  bed  area=Volume  of  dry  sludge  per  yearSludge  heigth  (15)
 

P 2 :

Initial humidity (92%)

P s :

Final Humidity (75%)

Vdig sludge:

Volume of digested sludge.

Vdrainday:

Volume drained daily.

Organic Load According to Total Volatile Solids (STV)

 
STV=Sdigestedvolatile+Svolatiledepositing  (16)
 

 
SSvolatiledepositing=SVS×0.5  (17)
 

 
STV=STVDigester volume  (18)
 

Design of the Stabilization Lagoons

The organic load of these lagoons for tropical countries can range 20 to 35 g/m2/d with depths between 1 to 2.5 m, the usual length: width (L/W) ratio is 2 to 2.5 m and the hydraulic retention times can reach 10 to 20 d according to the treatment objective. These systems remove 60 to 80% of the total DBO5 from the feed in reference to the soluble DBO5 at the outlet and eliminate between 4 to 5 logarithmic orders in the faecal coliforms depending on the retention times.

For the calculation of the Anaerobic Lagoon, the empirical design per load was used, this method is based on assuming the Organic Load with which the Lagoon will work. A retention time of 3.03 days was assumed.

For the design of the Facultative Lagoon, Cubillo Method was used, a depth = 5 m was assumed and the modified Gloyna expression was used to calculate the Applied Surface Load.

Aspects to Consider as Environmental Benefit

To analyse the environmental effect of the produced biogas, the volume of CH4 that is no longer emitted into the atmosphere was considered, the protection of water sources from possible pollutants, the obtaining of organic bio-fertilizers, the reduction of the use of chemical fertilizers and the substitution of non-renewable energy sources.

Characterization of the Water - Soil - Plant - Climate Complex

The supply system was conceived to satisfy the needs of the crops and the consumption of the house, including the water needs for 400 piglets.

Supply Source

Water obtaining is from a well, with capacity = 2 L/s by means of a photovoltaic pump, selected to supply the farmer's home and for pig farming, the water will be driven to a tank raised 10 m high with the capacity for the required volume. For the irrigation system, it was planned to use another well with flow = 26 L/s coupled with a conventional pump. Water quality is adequate for irrigation and for household consumption, a value between 0.75 and 2.25 dS/m was assumed for design purpose (Pizarro, 2000PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF), Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3a edición revisada y ampliada ed., Madrid, España, 511 p., Ediciones Mundi-Prensa (Madrid. Barcelona. México), 2000, ISBN: 84-7114-610-X.).

Characteristics of the Crops to Benefit

Tolerance to salinity: low 2.3 dS / m (for Guava crop because it is the most demanding). Flooding tolerance = 24 hours, (for tomato crop, because it is the most demanding). The following table refers other parameters of the crops (Pizarro, 2000PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF), Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3a edición revisada y ampliada ed., Madrid, España, 511 p., Ediciones Mundi-Prensa (Madrid. Barcelona. México), 2000, ISBN: 84-7114-610-X.).

 
TABLE 3.  Planting frame, crop coefficients and crop height (Allen et al., 1998ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56”, FAO Irrigation and Drainage Paper, 56(9): 300, Fao, Rome, Italy, 1998, ISSN: 0254-5293.)
CropsP.F. (m×m)Kc iniKc medKc finHeight (m)
Guava5 × 20.31*0.93*0.88*2.0*
Cassava0.9 × 0.90.30.80.31.0
Corn0.9 × 0.40.71.20.6 - 0.352.0
Tomato1.4 × 0.50.61.150.7 - 0.90.6
Water melon0.5 × 0.40.41.00.750.4

* - Suggested values.

 

Hydro physical Properties of the Soil

General slope <1%, depth> 1.5 m, external and internal drainage was moderate to poor with depth. Moderately productive soils with a stabilized infiltration rate of 22.86 mm / h, a value of 2.3 dS/m was assumed, corresponding to a 90% reduction of the harvest in relation to the normal, (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A., 2a Edición ed., Madrid, España, 541 p., 1985, ISBN: 84-85441-00-1.).

Climatic Characteristics

The monthly average series of evaporation and rainfall for 11 years provided by the Hydraulic Resources Institute in Santiago de Cuba, as well the temperature, wind speed and relative humidity data.

Design Procedure of the Irrigation System

A topographic survey was used, at 1: 2000 scale with level curves every 1m. HDPE lateral pipe of 20 x 16 mm diameter, with auto compensating drippers inserted at 0 75 m along the pipe, flow rate = 2.5 L/h and pressure range He = 98 to 294 kPa.

Agronomic Design

The procedure proposed by Keller and Rodrigo cited by Pizarro (1996) was applied to estimate the crops water needs, the criterion of Allen et al. (1998)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56”, FAO Irrigation and Drainage Paper, 56(9): 300, Fao, Rome, Italy, 1998, ISSN: 0254-5293. and Allen (2006)ALLEN, R.G.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Food & Agriculture Org., vol. 56, 2006, ISBN: 92-5-304219-2. was taken into account to calculate the correction coefficients of the net water needs in the critical period of crops. An extra dose to anticipate the leaching needs in the case of harmful saline levels was taken into account. The irrigation frequency was estimated daily, according to the irrigation technique and water management facilities. Timing irrigation was calculated for each crop, anticipating not applying irrigation during the peak hours set by the National Electro Energetic System (SEN in Spanish).

Hydraulic Design

It was conceived to the dimensioning of the installation for satisfying crop water needs defined in the Agronomic Design. In addition, the topography of the plots data was taken into account, besides total of crop water needs and the crops practices, let to choose the type of emitter and the most appropriate lateral arrangement, this also allowed to estimate the maximum number of rotational units. The hydraulic calculation was simplified due to auto compensating drip emitters are used, to guarantee that the pressures in the important points of the irrigation plot are kept within the compensation range of the drippers as a guarantee that they deliver the necessary flow. Boundary conditions in which the installation should operate were defined and the design of the irrigation plots was executed and their number, location, as well as the pressure and flow regime necessary for the design of the control station.

PV Pump System Design Procedure
Feasibility of the Solar Operation on the Farm

For the selection of the use of photovoltaic pumping, it was verified that the amount of solar energy available is appropriate, also the availability of other sources of energy in the area and that the intended use of the extracted water is for human consumption.

In accordance with Bulté (1995)BULTÉ, F.: Análisis Técnico Económico comparativo de los sistemas de bombeo manual, eólico, fotovoltaico y diésel utilizados para el suministro de agua en zonas rurales, Inst. Centro de Investigaciones de Energía Solar, Reporte interno, La Habana, Cuba, 1995., PV pumping systems are slightly cheaper than conventional ones for an operating time of 20 years, in the same way Bloos et al. (1996BLOOS, H.; GENTHNER, M.; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping Systems”, EuroSun96, : 583-589, 1996.; 1997)BLOOS, H.; M GENTHNER; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping System-An Analysis of Two Concepts”, En: 14th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, España, 1997. confirmed that these systems are more reliable, autonomous and efficient.

Calculation and Selection of the Elements that Make up the PV Pumping System

To make the selection and sizing of the photovoltaic pumping system, it was taken into account the demand of the farmer's house and livestock activities, the convenient orientation of the photovoltaic panels and the power of the photovoltaic generator, as well as the number of modules in series and in parallel and the selection of the frequency converter and the conductors.

Calculation of the PV Generator Power: [PgFV (kW)]

 
Pgfv=PbaKs  (19)
 

Pba:

water pump power (kW);

Ks:

safety coefficient (0.8 - 0.85 for Cuba)

This coefficient takes into account the total efficiency of the system (the average daily efficiency of the panel under operating conditions, the coupling factor, and the temperature coefficient of the cells). The selection of the solar arrangement was made with the Wincaps software.

Calculation of the Number of Modules in Series (Nms)

 
Nms=TnTnm  (20)
 

Tn:

nominal voltage of the installation (V);

Tnm:

nominal voltage of the modules (V).

Calculation of the Number of Modules in Parallel (Nmp)

 
Nmp=Im maxIp max  (21)
 

Im max:

maximum current demanded (A);

Ip max:

current for maximum power point (A).

Calculation of the Total number (Ntm) of Modules

 
Ntm=Nms×Nmp  (22)
 

RESULTS AND DISCUSSION

The daily demand for biogas is 62.7 m3/d, and it is less than the volume of biogas produced, a part of it is destined for other users, or it can be stored.

 
TABLE 4.  Daily demand of biogas in the farm
EquipmentConsumption (L/h)Quantity of EquipmentHours of use (h/day)Biogas Consumption (m3/d)
Farmer’s house
Mantilla lamp (60W)17010610.2
Refrigerator de 100 L751120.9
Kitchen / 4 burners1800147.2
Pigpens
Kitchen / 4 burners1800123.6
Mantilla lamp (60W)170201240.8
Total 62.7
 

 
TABLE 5.  Design of biodigestor
DescriptionUnit400 pigsof 100 kg
Digested sludge volumem3/d3.50
Digestor capacitym396.67
Retention timeDías20
Volume of gas producedm3/d90.9
Storage tankm336.36
 

An excreta-water ratio of the final mixture of 1: 3 by weight was selected; this solution contributes to a better biodegradation of the excreta.

 
TABLE 6.  Sizing of the drying bed
DescriptionUnit400 pigsof 100 kg

  • Daily drain volume

  • Daily dry sludge volume

  • Annual dry sludge volume

  • Extraction period

  • Amount of extractions

  • Thickness of sludge accumulation

  • Accumulated sludge area

  • m3/d

  • m3/d

  • m3/d

  • days

  • U

  • m

  • m2

  • 2.38

  • 1.12

  • 408.80

  • 26.00

  • 14.04

  • 0.30

  • 97.07

 

9m2 were assumed for each plot. The dehydrated sludge can be used as solid fertilizer and can be applied directly to the crop.

Design of Stabilization Lagoons

The Anaerobic Lagoon; designed to reduce the pollutant load of the crude residual, with a depth = 2.5 m and retention time = 3.03 d. The pollutant load of the effluent decreases to 9.48 kgDBO5/m3 corresponding to a removal efficiency = 82.05 %, which is an acceptable value according to the design practice in Cuba.

The Facultative Lagoon 1 with a depth =1.5 m, but surface area greater than the anaerobic lagoon = 0.025 ha. For this case, the removal efficiency = 89.32 %, reducing the pollutant load to 0.06 kgDBO5/m3. To avoid an increase in the pollutant load, a second Facultative Lagoon was planned with the same depth, but less surface area = 0.0157 ha and a retention time = 4.4 d. A removal efficiency = 79.02 % was obtained. It is important to check the bacteriological quality of the effluent before deciding its final destination, due to the risk of the presence of pathogens whose presence limits the reuse of the effluent in the irrigation of planned agricultural crops.

Table 7 shows the results of the agronomic design, Table 8 the results of the hydraulic design (20 × 16 mm) and Table 9 the exploitation parameters of the irrigation system.

Figure 1 shows the simulation of the hydraulic behavior of the farm's irrigation system and Figure 2 shows the general scheme of exploitation of the farm's irrigation area.

 
TABLE 7.  Results of the agronomic design
CropsIrrigation Timing (h)Irrigation Dose (L)Total water needs (L)
Guava6.14039.97
Corn2.33.073.07
Tomato3.044.064.05
Cassava1.564.674.66
Water melon1.061.411.41
 

 
TABLE 8.  Results of hydraulic design (lateral pipe 20 x 16 mm)
CROPSLateral length (m)Lateral discharge(L/s)ho (kPa)h mín. (kPa)Pressure range
Guava1000.093108.0492.5598 - 294
Cassava/ Corn1000.093108.0492.5598 - 294
Tomato / Watermelon1000.093108.0492.5598 - 294
 

 
TABLA 9.  Parameters of operation of the irrigation system
CROPSApplying Flow (L/s)Irrigation timing (h)Irrigation Schedule (h)Irrigation area (ha)
Guava8.921218:00 a 06:009.60
Cassava16.386.2406:00 a 12:247.80
Corn16.38906:00 a 15:007.80
Tomato16.381218:00 a 06:006.96
Water melon16.384.2406:00 a 10:246.96
 

 
FIGURE 1.  Simulation of the hydraulic behavior of the farm’s irrigation system
 

 
FIGURE 2.  General scheme of exploitation of the farm´s irrigation area
 

Next, the parameters of operation of the selected bomb are presented (Table 10).

 
TABLE 10.  Operational parameters of the selected pump
BRANDDischarge (L/s)Pressure (kPa)Power (kW)Efficiency 𝛈 (%)NPSHr
Pump:6S181B/2B25.3 L/s406.7 kPa7.1 kW72 %5.9 m
 

Analysis of the results of the selection of the photovoltaic solar arrangement

In the Tables 11, 12 and 13, the necessary parameters are described for the selection of the photovoltaic pump, parameters for the calculation of the necessary current and parameters of design of the solar arrangement, respectively

Pump Grundfus SQF 2.5-2 N, (Table 11a), encapsulated, stainless steel, maximum temperature = 40℃. Three-speed motor and protection against dry running. High performance engine of permanent magnet, and over-voltage and under-voltage protection. Protection against maximum power tracking point. Panels with 50 W of power of the polycrystalline and amorphous silicon type, inclined. Nominal power and voltage = 0.24 kW and 152 kW, respectively. Orientation (0° = south; 90° west; 180° north; 270° east) (Azimuth α = 0°) and Tilt angle β = 21°.

 
TABLE 11.  Parameters necessary for the selection of photovoltaic pump
Volume of water needed per day6m3/d
Site insolation8h pico/día
Pumping regime2m3/h
Static charge6m
Friction charge4m
Total charge10m
 

 
TABLE 11a.  Information of the set Pump -Engine
BrandGrundfus
ModelSQF 2.5-2 N
Pump typeCentrifuge
Engine typeMSF3 N
Operating voltage30-300 V
Pump efficiency80%
 

 
TABLE 12.  Parameters for calculating the required current
Need daily water volume6m3/d
Total dynamic charge10mca
Hydraulic energy23760Wh/d
Pump efficiency0.8
Energy of photovoltaic arrangement32400Wh/d
Nominal voltage of the system300volt
Electric charge27.5Ah/d
Driver performance factor0.95
Corrected electric charge28.6Ah/día
Site insolation8h pico/d
Project current7Amp
 

 
TABLE 13.  Design parameters for solar arrangement
Project current7Amp
Modulus reduction factor0.85
Module Current Imp.0.329Amp
Nominal system voltage200Volt
Voltaje del módulo152Volt
Serial modules1U
Parallel modules3U
Photovoltaic arrangement capacity1.13kW
 

Using biogas for cooking food and lighting, 33069 m3 of methane gas are no longer emitted into the atmosphere per year, in turn, the biomass energy produced, contributes to avoid the use of 5.7 Tn of equivalent oil per year, which constitutes a limited resource, and emits harmful gases towards the ozone layer such as NOX; CO2; HC and SO2, which when burned can cause acid rain. The sludge from the digester is an excellent fertilizer, and it replaces the use of chemical fertilizers, saving time and financial resources for the farmer. The water treatment from the reactor removes a considerable amount of total volatile solids and DBO5 and allow releasing according to the Cuban Standards.

Drip irrigation systems allow using water and energy efficiently and humanize the irrigation activities and apply irrigation outer the maximum electric consume, as well as increasing food production for markets and sale points. Photovoltaic solar energy is an ecological and economical solution in communities far from the SEN, it is expected to produce energy at 2.6 t/year of equivalent oil per year and contributes to reducing exports.

 
TABLE 14.  Qualitative assessment of energy, water and environmental savings
Anaerobic biodigester
Volume of methane retained from the atmosphere33069m3/year
Equivalent energy produced from biomass56940kWh/year
Tons of oil saved5.7Tn/year
Emissions retained for oil savings
NOX204.6kg/year
CO213.8kg/year
CO47.9kg/year
HC5.00kg/year
SO25.9kg/year
Organic fertilizer produced97.1Tn/year
DBO avoided from receptor bodies3168kg/DBO/year
Photovoltaic generator
Produced energy26280kWh/year
Tons of oil saved2.6Tn/year
Emissions retained for oil savings
NOX30.7kg/year
CO22.1kg/year
CO7.19kg/year
HC0.75kg/year
SO20.88kg/year
 

CONCLUSIONS

  • The proposed solutions favour the application of a closed cycle production process on Milian farm and contribute to the production of food through environmentally friendly alternatives.

  • It is not convenient to reuse treated wastewater for irrigation of crops and other agricultural activities without taking into account the bacteriological quality of the effluent.

  • The biogas plant allows the exploitation of the farm's biodegradable potentiality and entails a positive social and environmental impact.

  • Photovoltaic arrangement is compatible with the supply needs of farms and it does not conceive a battery to store solar energy; furthermore, economic price is possible for solar module.

 
 
 

 

REFERENCES
ACUÑA, M.: Manual Técnico para Construcción y Mantenimiento de Biodigestores, 1984.
ALLEN, R.G.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Food & Agriculture Org., vol. 56, 2006, ISBN: 92-5-304219-2.
ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56”, FAO Irrigation and Drainage Paper, 56(9): 300, Fao, Rome, Italy, 1998, ISSN: 0254-5293.
BLOOS, H.; GENTHNER, M.; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping Systems”, EuroSun96, : 583-589, 1996.
BLOOS, H.; M GENTHNER; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping System-An Analysis of Two Concepts”, En: 14th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, España, 1997.
BOTERO, R.; PRESTON, T.R.: Low-cost biodigester for production of fuel and fertilizer from manure, Cali, Colombia, 1-20 p., 1986.
BULTÉ, F.: Análisis Técnico Económico comparativo de los sistemas de bombeo manual, eólico, fotovoltaico y diésel utilizados para el suministro de agua en zonas rurales, Inst. Centro de Investigaciones de Energía Solar, Reporte interno, La Habana, Cuba, 1995.
DÍAZ, M.M.: Tratamiento de residuales por sistemas naturales, Inst. Centro de Estudio de Ingeniería de Procesos. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Monografía para la Asignatura Procesos de Autodepuración de la Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental, La Habana, Cuba, 2002.
FAO (PMA); MINAG-CUBA: “Proyecto VAM. Análisis y Mapificación de la Vulnerabilidad en Cuba”, Inst. FAO- Ministerio de la Agricultura, Proyecto VAM, La Habana, Cuba, 1999.
MALALASEKERA, S.: Propuesta para la protección del medioambiente y la utilización racional del agua y la energía para producir alimentos, Universidad de Oriente, Tesis de Ingeniería. Especialidad de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba, 2015.
PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF), Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3a edición revisada y ampliada ed., Madrid, España, 511 p., Ediciones Mundi-Prensa (Madrid. Barcelona. México), 2000, ISBN: 84-7114-610-X.
PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A., 2a Edición ed., Madrid, España, 541 p., 1985, ISBN: 84-85441-00-1.
SAVRAN, V.: Una solución energético-ambiental para reducción de contaminantes agropecuarios, como contribución al manejo integrado de la cuenca Zaza, Universidad de Matanzas Camilo Cienfuegos, Tesis en opción al título de Master en Gestión Ambiental y Protección de los Recursos Naturales, Matanzas, Cuba, 2005.
TARJUELO, B.J.M.; JOSÉ, M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3ra edición, revisada y ampliada ed., Madrid, España, 2005, ISBN: 84-8476-225-4.
TARJUELO, M.J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España, 1995.
VANEGAS, C.: Drenaje Agrícola., Inst. Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, Informe científico, Guatemala, publisher: Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, 1988.
VARGAS, R.P.: Tecnología de riego por succión como alternativa sostenible para la producción de tomate, Universidad Agraria de la Habana Fructuoso Rodríguez Pérez, PhD. Thesis, CEH, UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, 100 p., publisher: Tesis en opción al grado científico de doctor en ciencias técnicas …, 2008.
VIGOA, R.: Drenaje Agrícola, Ed. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba, 2001.
 
 

Received: 02/03/2021

Accepted: 12/11/2021

 
 

Osvaldo André Paulo Ferreira-da Silva. Aspirante a Grado Científico. Universidad de Ciego de Ávila (UNICA), Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba, e-mail: osvald23000@gmail.com

Pável Vargas-Rodríguez, Profesor Titular, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Universidad de Oriente. Santiago de Cuba, Cuba, e-mail: pvargas@uo.edu.cu

Abel Dorta-Armaignac, Profesor Auxiliar, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Universidad de Oriente. Santiago de Cuba, Cuba, e-mail: abel@uo.edu.cu

Kaddiel Fernández-Hung, Especialista, Grupo de Difusión Tecnológica Empresa de Cítricos Contramaestre, Santiago de Cuba, Cuba, e-mail: opp1@geditec.co.cu; kfdezh@gmail.com

Ignacio Hernández-Ramírez, Especialista en Proyectos. Empresa Nacional de Proyectos Agropecuarios. UEB Ciego de Ávila. hidráulico5@enpa.cav.minag.cu

Alberto Méndez-Jocik, Jefe del Departamento de Diseño, Empresa de Proyectos Ingeniería, La Habana, Cuba, e-mail: joc4263@gmail.com

The authors of this work declare no conflict of interests.

AUTHOR CONTRIBUTIONS: Conceptualization: P. Vargas. Data curation: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. Formal analysis: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. A. Dorta. I. Hernández. A. Méndez. Investigation: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. A. Dorta. I. Hernández. A. Méndez. Methodology: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. A. Dorta. I. Hernández. A. Méndez. Supervision: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. A. Dorta. I. Hernández. A. Méndez. Roles/Writing, original draft: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas. Writing, review & editing: Osvaldo A. P. F. da Silva. P. Vargas.

 

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ARTÍCULO ORIGINAL
 
Uso de energías renovables en procesos agropecuarios para producir alimentos
 

iDOsvaldo André Paulo Ferreira-da SilvaIUniversidad de Ciego Ávila (UNICA), Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba.

iDPável Vargas-RodríguezIIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.*✉:osvald23000@gmail.com

iDAbel Dorta-ArmaignacIIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.

iDKaddiel Fernández-HungIVGrupo de Difusiòn Tecnològica. Empresa de Cìtricos, Contramaestre. Cuba

iDIgnacio Hernández-RamírezIIIEmpresa Nacional de Proyectos Agropecuarios. UEB Ciego de Ávila, Cuba.

iDAlberto Méndez-JocikVEmpresa Nacional de Proyectos Ingeniería, Departamento de Diseño, La Habana, Cuba.

 

IUniversidad de Ciego Ávila (UNICA), Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba.

IIUniversidad de Oriente, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba.

IIIEmpresa Nacional de Proyectos Agropecuarios. UEB Ciego de Ávila, Cuba.

IVGrupo de Difusiòn Tecnològica. Empresa de Cìtricos, Contramaestre. Cuba

VEmpresa Nacional de Proyectos Ingeniería, Departamento de Diseño, La Habana, Cuba.

 

*Author for correspondence: Pável Vargas-Rodríguez, e-mail: osvald23000@gmail.com

 

RESUMEN

Se aborda la problemática de la inseguridad alimentaria en la región central de Cuba, en un contexto caracterizado por el agotamiento de las fuentes convencionales de energía y los efectos negativos del cambio climático. El área se localiza en la finca Los Milian de la provincia Ciego de Ávila, se prevé la aplicación de un proceso productivo de ciclo cerrado, para la producción de alimentos con la utilización racional del agua y la energía. Se concibe el aprovechamiento de los excedentes del proceso productivo para producir biogás, y la utilización de la materia seca como biofertilizante. Se propone un sistema de tratamiento para disminuir la carga contaminante de los efluentes, un sistema de abastecimiento doméstico acoplado a una bomba solar fotovoltaica y un sistema de riego compatible con el horario de menor consumo de electricidad. Los resultados conllevan un impacto social y ambiental positivo para la provincia avileña.

Palabras clave: 
agua; biomasa; arreglo solar; irrigación.
 
 
 
INTRODUCCIÓN

La provincia de Ciego de Ávila clasifica entre las de mayor actividad turística en el país, las inversiones que se desarrollan en el Polo Turístico Jardines de Rey, prevén un aumento a corto plazo de la demanda de productos agrícolas para satisfacer las necesidades del desarrollo. Esta situación exige la utilización racional y eficiente del agua y la energía por medio de tecnologías de riego modernas según Tarjuelo (1995)TARJUELO, M.J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España, 1995.; Tarjuelo & José (2005)TARJUELO, B.J.M.; JOSÉ, M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3ra edición, revisada y ampliada ed., Madrid, España, 2005, ISBN: 84-8476-225-4., teniendo en cuenta la conservación de los recursos naturales de la región y su protección ante las consecuencias del cambio climático.

Los suelos que integran la región presentan condiciones desventajosas debido a la presencia de la intrusión salina, así como por el propio relieve mayormente llano de su superficie, que dificulta su drenaje natural, todo lo cual contribuye a identificar más del 35% de los suelos de la región en las categorías II y III de calidad, en la escala de agroproductividad de los suelos. Informes recientes aseguran que la sobreexplotación de estos recursos fundamentalmente los destinados para el riego agrícola ha conllevado a la disminución significativa de estas reservas y a la consecuente penetración de la cuña marina en zonas costeras de la provincia. Siendo la agricultura en el territorio avileño el principal consumidor del preciado líquido, se impone la utilización de tecnologías de riego eficientes para lograr la utilización racional del agua y la energía, (FAO (PMA); MINAG-Cuba, 1999FAO (PMA); MINAG-CUBA: “Proyecto VAM. Análisis y Mapificación de la Vulnerabilidad en Cuba”, Inst. FAO- Ministerio de la Agricultura, Proyecto VAM, La Habana, Cuba, 1999.).

Estas razones, demandan acciones encaminadas a perfeccionar el manejo del agua y la energía, en las actividades agropecuarias (Vanegas, 1988VANEGAS, C.: Drenaje Agrícola., Inst. Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, Informe científico, Guatemala, publisher: Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, 1988.; Tarjuelo, 1995TARJUELO, M.J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España, 1995.; Vigoa, 2001VIGOA, R.: Drenaje Agrícola, Ed. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba, 2001.; Vargas, 2008VARGAS, R.P.: Tecnología de riego por succión como alternativa sostenible para la producción de tomate, Universidad Agraria de la Habana Fructuoso Rodríguez Pérez, PhD. Thesis, CEH, UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, 100 p., publisher: Tesis en opción al grado científico de doctor en ciencias técnicas …, 2008.). La solución implica la utilización de un sistema híbrido, en el cual se utilice energía solar fotovoltaica para abastecer del preciado líquido los procesos generados por las actividades pecuarias y domésticas, que se potencian dentro de la finca, así como la utilización de los desechos sólidos generados en la cría de cerdos, para la obtención de biogás, y la aplicación de sistemas de tratamiento específicos para disminuir la carga contaminante de los residuales provenientes del proceso pecuario (Díaz, 2002DÍAZ, M.M.: Tratamiento de residuales por sistemas naturales, Inst. Centro de Estudio de Ingeniería de Procesos. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Monografía para la Asignatura Procesos de Autodepuración de la Maestría de Ingeniería en Saneamiento Ambiental, La Habana, Cuba, 2002.). El agua proveniente del pozo para garantizar los volúmenes necesarios para los cultivos previstos, se bombeará una vez filtrada por medio de una red de tuberías de PEAD convenientemente diseñadas para aplicar el agua en las parcelas de riego.

MATERIALES Y MÉTODOS

La finca los Milian, localizada en la periferia de la ciudad de Ciego de Ávila, está ubicada entre las coordenadas 736039 Norte y 229762 Este, la entrada a la finca se realizó por el km 5½ de la carretera que une a la ciudad capital con el municipio Morón.

Se describió el caso de estudio y se caracterizó el consumo energético de la finca para determinar la demanda de energía a producir mediante el biogás y la cantidad de animales necesarios para satisfacer la misma. También se definió el sistema de abasto, y se caracterizó el complejo Agua-Suelo-Planta-Clima necesarios para diseñar el sistema de riego. Se definió el arreglo solar fotovoltaico y se determinaron las dimensiones del módulo fotovoltaico y sus componentes, necesarios para satisfacer las necesidades del preciado líquido a las instalaciones de la finca, incluidos los corrales porcinos y los órganos de tratamiento para el aprovechamiento de las excretas en la generación de energía biomasa. Se incluyeron tres Lagunas de Estabilización como parte del tratamiento de los residuales domésticos y de las actividades de riego.

Procedimiento para el cálculo del biodigestor anaerobio

Inicialmente se estimó el potencial biodegradable para suplir la necesidad de cocción de alimentos, para alumbrado y como combustible doméstico. En este sentido, el diagrama del flujo de la Planta de Biogás se seleccionó partiendo de la experiencia obtenida de otro sistema similar, teniendo en cuenta para su implementación datos climatológicos, hidrogeológicos, las actividades agropecuarias y sus proyecciones futuras.

Cálculo de la demanda diaria de biogás de la finca

Se determinó la cantidad de animales necesarios para garantizar el volumen de residual diario y la demanda de biogás sin tener en cuenta el residual producto de la cosecha, ni la cría de otros animales potencialmente útiles. Se estimó el área necesaria para producir en la finca el 100% de la materia prima que demanda la alimentación de los cerdos, de manera que haya sostenibilidad en el proceso. Se identificaron los equipos consumidores de biogás necesarios y se estimó el consumo de cada uno de ellos, para determinarla demanda de biogás diario dela finca (Tabla 1). Con estos resultados se calculó la cantidad de animales necesarios para garantizar las actividades pecuarias.

 
CB=N×TR×P×e1000  (1)
 

donde:

CB:

consumo de biogás al día. (m3/d);

TR:

horas de uso en el día (h/día);

N:

cantidad de artefactos;

P:

consumo del artefacto);

e:

eficiencia del artefacto (%).

 
TABLA 1.  Consumo medio y eficiencia de los equipos (Malalasekera, 2015MALALASEKERA, S.: Propuesta para la protección del medioambiente y la utilización racional del agua y la energía para producir alimentos, Universidad de Oriente, Tesis de Ingeniería. Especialidad de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, Cuba, 2015.)
EquiposConsumo (L/h)Rendimiento (%)

  • Quemador de cocina

  • Lámpara de mantilla (60W)

  • Heladera de 100 L

  • Motor a gas

  • Lámpara infrarroja de 200W

  • Lámpara de capuchón

  • Quemadores para horno

  • Estufa con 4 quemadores y 1 horno

  • 300-600

  • 120-170

  • 30-75

  • 0,5 m3/kWh

  • 30-40

  • 100-120

  • 420-500

  • 1800-2100

  • 50-60

  • 30-50

  • 20-30

  • 25-30

  • 80-90

  • 30-50

  • 20-30

  • 20-40

 

Estimación del número de animales necesario para suplir la demanda de biogás

Conociendo la demanda diaria de biogás y auxiliándose de la Tabla 1, se obtuvo la cantidad de excreta necesaria, y la cantidad de animales necesarios para satisfacer la demanda, teniendo en cuenta los parámetros propuestos en la Tabla 2.

 
TABLA 2.  Propiedades y rendimiento de gas de algunos materiales (Acuña, 1984ACUÑA, M.: Manual Técnico para Construcción y Mantenimiento de Biodigestores, 1984.)
Material (Excrementos)Cantidad (kg/animal)Contenido sólido (%)Tasa C/N (carbono/nitro.)Rendimiento (L/kg/d)

  • de vacas

  • de búfalos

  • de puercos

  • 15 - 20

  • 18 - 25

  • 1,2 - 4

  • 18 - 20

  • 16 - 18

  • 24 - 33

  • 24 - 25

  • 24 - 25

  • 12 - 13

  • 15 - 32

  • 15 - 32

  • 40 - 60

 

 
CP=CB×1000T×e  (2)
 

donde:

Cp:

cantidad de animales necesarias.

CB:

consumo de biogás al día. (m3/d).

T:

cantidad dada al día (kg/animal).

e:

rendimiento diario (L/kg material).

El contenido de sólidos volátiles del residual se asumió a partir de afectar un 25% de la masa de excreta fresca, (Savran, 2005SAVRAN, V.: Una solución energético-ambiental para reducción de contaminantes agropecuarios, como contribución al manejo integrado de la cuenca Zaza, Universidad de Matanzas Camilo Cienfuegos, Tesis en opción al título de Master en Gestión Ambiental y Protección de los Recursos Naturales, Matanzas, Cuba, 2005.).

Consumo de agua de la finca

El volumen de agua diario a garantizar en el porcino se estimó de acuerdo con el manual de cría porcina y considerando la categoría de ceba, (45 L/d por animal), la demanda de agua para la casa se estimó para una dotación de 100 L/d/p.

Procedimiento para el diseño del biodigestor

Se determinó el caudal máximo del efluente a digerir, el volumen de agua necesario a utilizar en el proceso, así como el volumen de lodos a digerir, con estos parámetros se determinó el volumen del biodigestor. Finalmente se obtuvo la demanda biológica del efluente.

 
Qmax=Ch×Qprom  (3)
 

Se asumió un coeficiente de irregularidad (Ch=2), el caudal promedio se estimó mediante:

 
Qprom=N50×q  (4)
 

 
Volumen de agua=V×(Pi-Pf)(100-Pf)  (5)
 

 
Volumen de lodo=Qprom-Vagua  (6)
 

 
Volumen de lodo digerido=Vlodo×(Pfresi-Pfdig)(100-Pfdig)  (7)
 

 
Vdigestor=Vlodo-23Vlodo-Vdig×t   (8)
 

 
DBO5efluente=DBO5×0.4   (9)
 

donde:

N 50:

Cantidad de animales equivalentes a 50kg de peso, (u);

q:

Dotación por cada animal de 50 kg de peso (L/d);

Ch:

Coeficiente de irregularidad (2);

Pi:

Humedad inicial aproximada del residual (98,50%);

Pf:

Humedad final aproximada del residual (92,00%);

V lodo:

Volumen de fango fresco por días (m3);

V lodo digerido:

Volumen de fango digerido por días (m3);

t:

Tiempo de digestión (días) T ≥ 20 días;

V:

Volumen del Biodigestor.

Cálculo del depósito de almacenamiento de biogás

La experiencia práctica indica que el 40-60% de la producción diaria de biogás normalmente tiene que ser almacenada por lo tanto se requiere de un depósito de almacenamiento para el mismo (Botero y Preston, 1986BOTERO, R.; PRESTON, T.R.: Low-cost biodigester for production of fuel and fertilizer from manure, Cali, Colombia, 1-20 p., 1986.). El tamaño del depósito depende de las velocidades relativas de generación y de consumo de biogás y se dimensionó para cubrir la velocidad pico de consumo: en este caso el tamaño se determinó con base de máximo consumo de gas, la capacidad del depósito se incrementó un 20% como margen de seguridad:

 
Vmaxc=GCmax×TCmax  (10)
 

donde:

Gcmax:

consumo máximo gas horario. (m3/h).

TCmax:

Tiempo de máximo consumo (h).

Postratamiento de los efluentes del reactor anaerobio

Se planificó para reducir el contenido del agua y facilitar el manejo de bioabonos, así como eliminar malos olores del mismo. Se utilizaron lechos de secado para la deshidratación de los lodos, y convertir los sólidos volátiles en biogás.

Cálculo del volumen de lodo diario que llega a los Lechos de Secado (V L/d: m3/d)

Cálculo de los lechos de secado

 
Vdren día=Vlod dig×(P2-P3)(100-P3)  (11)
 

 
Volumen de lodo seco=Vlodo dig-Vdren día  (12)
 

 
Volumen de lodo seco al año=V de lodo seco×365   (13)
 

El área del lecho de secado se obtuvo para extracciones de fango cada 26 días, 0,30 m de espesor y 14 extracciones al año

 
Altura del lodo=# de extracciones×espesor acumulado  (14)
 

 
Área del lecho de secado=Volumen nual de lodo secoAltura del lodo  (15)
 

donde:

P2 :

humedad inicial (92%);

Ps :

humedad Final (75%);

V lodo digerido:

volumen del lodo digerido;

Volumen drenado diario:

volumen drenado diario.

Carga orgánica según los sólidos volátiles totales (STV)

 
STV=Sdigeridosvolátiles+Svolátilessedimentables  (16)
 

 
S volátiles sedimentables=SVS×0.5   (17)
 

 
STV=STVVolumen del digestor   (18)
 

Diseño de las lagunas de estabilización

La carga orgánica de estas lagunas para países tropicales puede oscilar entre 20 y 35 g m-2d-1 con profundidades entre 1,0 y 2,5 m. La relación largo: ancho (L/W) usual es 2 :2,5 y los tiempos de retención hidráulico pueden llegar entre 10 y 20 días de acuerdo al objetivo del tratamiento. Estos sistemas remueven referidos a la DBO5 soluble en la salida entre un 60 y 80% de la DBO5 total de la alimentación y eliminan entre 4 y 5 órdenes logarítmicos en los coliformes fecales dependiendo de los tiempos de retención.

Para el cálculo de la Laguna Anaeróbica se empleó el diseño empírico por carga, este método se basa en asumir la carga orgánica con que va trabajar la Laguna. Se asumió un tiempo de retención de 3,03 días.

Para el diseño de la Laguna Facultativa se utilizó el Método de Cubillo, se asumió una profundidad = 1,5 m y se utilizó la expresión de Gloyna modificada para el cálculo de la carga superficial aplicada.

Aspectos a considerar como beneficio ambiental

Para el analizar el efecto ambiental de la producción de biogás en la granja se tuvieron en cuenta los siguientes parámetros:

  • El volumen de CH4 que se deja de emitir a la atmósfera.

  • La protección de aguas superficiales y subterráneas de posibles contaminantes.

  • La obtención de bioabonos orgánicos y la reducción del uso fertilizantes industriales en las plantaciones.

  • La sustitución de leña, petróleo y otras fuentes de energías no renovables.

Caracterización del complejo Agua - Suelo - Planta - Clima

El sistema de abasto se concibió para satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos, así como también para garantizar las necesidades del preciado líquido para el consumo de la vivienda del productor privado y algunos vecinos. Se incluyeron las necesidades de agua para 400 crías de cerdos.

Fuente de abasto

La captación se produce a partir de un pozo con capacidad de extracción autorizada de 2 L/s por medio de una bomba accionada por un arreglo fotovoltaico, seleccionada para abastecer del preciado líquido a la vivienda del campesino y satisfacer la demanda generada por la cría de cerdos. Para satisfacer la demanda del sistema de riego se previó utilizar el otro pozo con caudal = 26 L/s. Desde la bomba fotovoltaica se impulsará el agua hasta un depósito elevado con capacidad suficiente para almacenar el volumen necesario para el consumo de la vivienda y para las actividades porcinas con altura de fondo = 10 m. Durante el horario de riego los volúmenes de agua necesarios serán extraídos por medio de una bomba convencional. La calidad de la misma se considera apta para el riego de los cultivos y para el consumo de las viviendas. Se asumió un valor entre 0.75 y 2,25 dS/m correspondiente a aguas de riego de salinidad media (Pizarro, 2000PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF), Ed. Ediciones Mundi-Prensa, 3a edición revisada y ampliada ed., Madrid, España, 511 p., Ediciones Mundi-Prensa (Madrid. Barcelona. México), 2000, ISBN: 84-7114-610-X.).

Características de los cultivos a beneficiar

Tolerancia a la salinidad: baja 2.3 dS/m (para el cultivo de la Guayaba por ser el más exigente). Tolerancia a la inundación: 24 horas, (para el cultivo del tomate por ser el más exigente). La Tabla 3 refiere otros parámetros de los cultivos.

 
TABLA 3.  Marco de siembra, coeficientes de cultivos y altura de cultivo (Allen et al., 1998ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56”, FAO Irrigation and Drainage Paper, 56(9): 300, Fao, Rome, Italy, 1998, ISSN: 0254-5293.)
CultivosM.S. (m×m)Kc iniKc medKc finAltura (m)
Guayaba5 × 20.31*0.93*0.88*2.0*
Yuca0.9 × 0.90.30.80.31.0
Maíz0.9 × 0.40.71.20.6 - 0.352.0
Tomate1.4 × 0.50.61.150.7 - 0.90.6
Melón0.5 × 0.40.41.00.750.4

*- Valores sugeridos.

 

Propiedades hidrofísicas del suelo

La pendiente general en la finca es menor el 1% por lo que, a los efectos del diseño del sistema de drenaje, es posible establecer el sentido de siembra de los cultivos en dirección a la pendiente predominante sin asumir riegos de erosión superficial. Profundidad: mayor de 1,5 m, generalmente son suelos profundos, el drenaje externo e interno se considera de moderado a deficiente con la profundidad. Son suelos medianamente productivos, que se dedican a caña de azúcar y pastos generalmente con una velocidad de infiltración estabilizada de 22,86 mm/h. No se conocen las propiedades químicas del mismo. Tampoco se dispone los valores de conductividad eléctrica del extracto de saturación de los suelos, se asumió un valor de 2,3 dS/m correspondiente al 90% de reducción de la cosecha con relación a la normal, en suelos de conductividad eléctrica creciente (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A., 2a Edición ed., Madrid, España, 541 p., 1985, ISBN: 84-85441-00-1.).

 
IVA G2p1h3eg3d55t2  
 

donde:

IV-

Tipo: Ferralítico Amarillento Textura: Arcilla Limosa;

A-

Subtipo: Típico;

G-

Gleyzado;

d-

Arcilla Limosa;

P1-

Muy Profundo (>100cm);

g3-

Mediana (aparece a los 41-60 cm);

h3-

Medianamente Humificado (2.0 - 4.0%;

e4-

Poca (Pérdida del Ä” menor del 25%);

t2-

Llano (0.5 - 1.0%).

Características climáticas

Se tuvieron en cuenta las series medias mensuales de la evaporación y las precipitaciones d una serie de 11 años aportados por la Dirección Provincial de Recursos Hidráulicos de la provincia, así como los referidos a la temperatura, velocidad de los vientos predominantes y humedad relativa.

Para la realización del esquema hidráulico del sistema de riego se utilizó un levantamiento topográfico altimétrico y planimétrico a escala 1: 2000 con curvas de nivel a equidistancias de 1m. Se dispuso además de mangueras de goteo de 20 ×16 mm con los emisores autocompensantes insertados cada 75 cm, caudal del gotero 2.5 L/h y rango de compensación entre 50 y 340 kPa.

Procedimiento para diseño del sistema de riego
Diseño Agronómico

Se aplicó el procedimiento propuesto por Keller y Rodrigo citado por Pizarro (1996). Para estimar las necesidades de agua de los cultivos planificados se tuvo en cuenta el criterio de Allen et al. (1998) ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: “Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56”, FAO Irrigation and Drainage Paper, 56(9): 300, Fao, Rome, Italy, 1998, ISSN: 0254-5293. y Allen (2006)ALLEN, R.G.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Food & Agriculture Org., vol. 56, 2006, ISBN: 92-5-304219-2., para calcular los coeficientes de corrección de las necesidades netas en el período crítico del cultivo más exigente, para estimar las necesidades totales se previó una dosis extra para prever las necesidades del lavado en el caso de tenores salinos dañinos para los cultivos. La frecuencia de riego se estimó diaria de acuerdo con las características de la técnica de riego a utilizar y las posibilidades de manejo de la instalación. La duración del riego se calculó para durante el riego de cada cultivo previendo no aplicar el riego durante las horas pico establecidas por el Sistema Electroenergético Nacional (SEN). La dosis de riego a aplicar resultó en todos los casos igual o ligeramente superior a las necesidades de agua de los cultivos.

Diseño Hidráulico

Se concibió para lograr el dimensionamiento óptimo de la instalación de manera de lograr satisfacer las necesidades de agua de los cultivos establecidas en el Diseño Agronómico. Se tuvo en cuenta, además de los datos calculados, la topografía de las parcelas, la cual conjuntamente con las características del agua y las prácticas de cultivo permitieron escoger el tipo de emisor y la disposición de los laterales más apropiada, esto permitió estimar el número máximo de unidades rotacionales.

Como se trata de emisores de goteo autocompensante el cálculo hidráulico se simplifica a garantizar que las presiones en los puntos importantes de la parcela de riego se mantengan dentro del rango de compensación de los goteros como garantía de que los mismos entreguen el caudal necesario. De esta forma se definieron las condiciones límites en las que debe funcionar la instalación y se ejecutó el diseño de las parcelas de riego; su número, ubicación, así como el régimen de presiones y caudales necesarios para el diseño de la estación de control.

Procedimiento para diseño del sistema del bombeo FV
Factibilidad de la operación solar en la finca

Para la selección del uso del bombeo fotovoltaico se verificó que la cantidad de energía solar disponible es la apropiada, la disponibilidad de otras fuentes de energía en la zona y que el uso que se pretende dar al agua extraída es para el consumo humano.

De acuerdo con Bulté (1995)BULTÉ, F.: Análisis Técnico Económico comparativo de los sistemas de bombeo manual, eólico, fotovoltaico y diésel utilizados para el suministro de agua en zonas rurales, Inst. Centro de Investigaciones de Energía Solar, Reporte interno, La Habana, Cuba, 1995., los sistemas de bombeo fotovoltaico son ligeramente más barato que los convencionales para un tiempo de operación de 20 años, de igual manera Bloos et al. (1996BLOOS, H.; GENTHNER, M.; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping Systems”, EuroSun96, : 583-589, 1996.; 1997)BLOOS, H.; M GENTHNER; HEINEMANN, D.; JANSSEN, A.; MORAES, R.: “Photovoltaic Pumping System-An Analysis of Two Concepts”, En: 14th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, España, 1997. corroboraron que estos sistemas son más fiables, autónomos y eficientes.

Cálculo y selección de los elementos que conforman el sistema de bombeo FV

Para realizarla selección y el dimensionamiento del sistema de bombeo fotovoltaico estuvo en cuenta la demanda de la vivienda del campesino y de las actividades pecuarias, la orientación conveniente de los paneles fotovoltaicos y la potencia del generador fotovoltaico, así como el número de módulos en serie y en paralelo y la selección del convertidor de frecuencia y de los conductores.

Cálculo de la potencia del generador FV: [PgFV (kW)]

 
Pgfv=PbaKs  (19)
 

donde:

Pba:

potencia de la bomba de agua (kW);

Ks:

coeficiente de seguridad (0,8 - 0,85 para Cuba).

Este coeficiente tiene en cuenta la eficiencia total del sistema (la eficiencia media diaria del panel en condiciones de operación, el factor de acople, el coeficiente de temperatura de las celdas). La selección del arreglo solar se realizó con el software Wincaps.

Cálculo del número de módulos en serie (Nms)

 
Nms=TnTnm   (20)
 

donde:

Tn:

tensión nominal de la instalación (V);

Tnm:

tensión nominal de los módulos (V).

Cálculo del número de módulos en paralelo (Nmp)

 
Nmp=Im maxIp max  (21)
 

donde:

Im max:

corriente máxima demandada (A);

Ip max:

corriente para punto de máxima potencia (A).

Cálculo del número total (Ntm) de módulos

 
Ntm=Nms×Nmp  (22)
 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La demanda diaria de biogás es de 62,7m3/d (Tabla 4), y es menor que el volumen de biogás producido, una parte de la misma se destina a otros usuarios, o puede ser almacenada.

En la Tabla 5 se muestra el dimensionamiento del biodigestor, la Tabla 6 muestra el dimensionamiento del lecho de secado

 
TABLA 4.  Demanda diaria del biogás de la finca
EquiposConsumo (L/h)Cantidad de equiposHoras de uso (h/día)Consumo Biogás (m3/día)
Vivienda del campesino
Lámpara de mantilla (60W)17010610,2
Nevera de 100 L751120,9
Cocina con 4 quemadores1800147,2
Porcino
Cocina con 4 quemadores1800123,6
Lámpara de mantilla (60W)170201240,8
Total 62,7
 

 
TABLA 5.  Dimensionamiento del biodigestor
DescripciónU/ Medida400 cerdos de 100 kg
Volumen de Lodo Digeridom3/d3,50
Capacidad del digestorm396,67
Tiempo de retenciónDías20
Volumen de gas producidom3/d90,9
Depósito de almacenamientom336,36
 

Se seleccionó una relación excreta-agua de la mezcla final de 1:3 por peso, esta solución contribuye a una mejor biodegración de las excretas.

 
TABLA 6.  Dimensionamiento del lecho de secado
DescripciónU/ Medida400 cerdos de 100 kg

  • Volumen de Drenaje Diario

  • Volumen de Lodo Seco Diario

  • Volumen de Lodo Seco Anual

  • Periodo de las Extracciones

  • Cantidad de Extracciones

  • Espesor de Acumulación del Lodo

  • Área de Lodo Acumulado

  • m3/días

  • m3/días

  • m3/días

  • días

  • U

  • m

  • m2

  • 2,38

  • 1,12

  • 408,80

  • 26,00

  • 14,04

  • 0,30

  • 97,07

 

Se asumieron 9 m2 para cada parcela. El lodo deshidratado se puede utilizar como abono sólido y se pude aplicar directamente en el cultivo

Dimensionamiento de las Lagunas Estabilización

La Laguna Anaerobia; concebida para disminuir la carga contaminante del residual crudo, con una profundidad = 2,5 m y un tiempo de retención = 3,03 días. La carga contaminante del efluente disminuye hasta 9,48 kg DBO5/m3, correspondiente a una eficiencia de remoción = 82,05%, que es un valor aceptable de acuerdo a la práctica del diseño en Cuba. La Laguna Facultativa 1 con una profundidad (1,5 m), pero con un área superficial mayor que la laguna anaerobia (0,025 ha). Para este caso la eficiencia de remoción resultó 89,32%, disminuyendo la carga contaminante hasta 0,06 kg DBO5/m3. Para evitar un incremento de la carga contaminante se previó una segunda Laguna Facultativa con igual profundidad, pero menor área superficial (0,0157 ha) y un tiempo de retención de 4,4 días. Se obtuvo una eficiencia de remoción de 79,02%. Es importante comprobar la calidad bacteriológica del efluente antes de decidir el destino final del mismo, debido al riesgo de la presencia de patógenos cuya presencia limita la reutilización del efluente en el riego de los cultivos agrícolas planificados.

La Tabla 7 muestra los resultados del diseño agronómico, la Tabla 8 los resultados del diseño hidráulico (20 × 16 mm) y la Tabla 9 los parámetros de explotación del sistema de riego.

En la Figura 1 se muestra la simulación del comportamiento hidráulico del sistema de riego de la finca y en la Figura 2 el esquema general de explotación del área de riego de la finca.

 
TABLA 7.  Resultados del diseño agronómico
CultivosTiempo de riego (h)Dosis de riego (L)Necesidades totales (L)
Guayaba6,14039,97
Maíz2,33,073,07
Tomate3,044,064,05
Yuca1,564,674,66
Melón1,061,411,41
 

 
TABLA 8.  Resultados del diseño hidráulico (20 × 16 mm)
CULTIVOSL lateral (m)Q lateral (L/s)ho (kPa)h mín. (kPa)Rango de compensación
Guayaba1000,093108,0492,5598 - 294
Yuca / Maíz1000,093108,0492,5598 - 294
Tomate / Melón1000,093108,0492,5598 - 294
 

 
TABLA 9.  Parámetros de explotación del sistema de riego
CULTIVOSCaudal a aplicar L/s)Duración del riego (h)Horario de riego (h)Área a regar (ha)
Guayaba8,921218:00 a 06:009,60
Yuca16,386,2406:00 a 12:247,80
Maíz16,38906:00 a 15:007,80
Tomate16,381218:00 a 06:006,96
Melón16,384,2406:00 a 10:246,96
 

 
FIGURA 1.  Simulación del comportamiento hidráulico del sistema de riego de la finca.
 

 
FIGURA 2.  Esquema general de explotación del área de riego de la finca.
 

A continuación, se presentan los parámetros de operación de la bomba seleccionada (Tabla 10).

 
TABLA 10.  Parámetros de operación de la bomba seleccionada
MARCACaudal(L/s)H (kPa)N (kW) 𝜼 (%)NPSHr
Pump:6S181B/2B25.3L/s406.7 KPa7.1 kW72%5.9 m
 

Análisis de los resultados de la selección del arreglo solar fotovoltaico

En las Tablas 11, 12 y 13, se describen los parámetros necesarios para la selección de la bomba fotovoltaica, parámetros para el cálculo de la corriente necesaria y parámetros de diseño del arreglo solar, respectivamente.

Bomba Grundfus SQF 2.5-2 N (Tabla 11a), encapsulada, de acero inoxidable (1.4401/AISI 316), temperatura máxima = 40 ℃. Motor de tres velocidades; y protección contra la marcha en seco. De alto rendimiento del motor, de imán permanente y protección sobre voltaje y bajo voltaje. Protección contra máximo punto de rastreo de potencia. Paneles con 50 W de potencia del tipo silicio policristalino y amorfo, inclinados. Potencia y tensión nominal 0,24 kWp y 152 V, respectivamente. Orientación (00=sur, 900=oeste, 1800= norte, 2700=este (Acimut α=0 y) ángulo de inclinación β= 210.

 
TABLA 11.  Parámetros necesarios para la selección de la bomba fotovoltaica
Volumen de agua necesaria por día6m3/d
Insolación del sitio8h pico/día
Régimen de bombeo2m3/h
Carga estática6M
Carga por fricción4M
Carga Total10M
 

 
TABLA 11a.  Información del par Bomba-Motor
MarcaGrundfus
ModeloSQF 2.5-2 N
Tipo de bombacentrífuga
Tipo de motorMSF3 N
Voltaje de operación30-300 V
Eficiencia de la bomba80%
 

 
TABLA 12.  Parámetros para el cálculo de la corriente necesaria
Volumen de agua diario necesario6m3/d
Carga dinámica total10Mca
Energía Hidráulica23760Wh/d
Eficiencia de la bomba0,8
Energía del arreglo FV32400Wh/d
Voltaje nominal del sistema300Volt
Carga eléctrica27,5Ah/d
Factor de rendimiento del conductor0,95
Carga eléctrica corregida28,6Ah/día
Insolación del sitio8h pico/d
Corriente del proyecto7Amp
 

 
TABLA 13.  Parámetros de diseño del arreglo solar
Corriente del proyecto7Amp
Factor de reducción del módulo0,85
Voltaje nominal del sistema200Volt
Voltaje Vmp del módulo152Volt
Módulos en serie1U
Módulos en paralelo3U
Corriente Imp, del módulo0,329Amp
Capacidad del arreglo fotovoltaico1,13kW
 

Al utilizar el biogás para la cocción de alimentos y el alumbrado se dejan de emitir a la atmósfera 33 069 m3 de gas metano al año, a su vez la energía biomasa producida contribuye a evitar el uso de 5,7 toneladas de petróleo equivalentes al año, el cual constituye un recurso agotable, que emite gases nocivos hacia la capa de Ozono como NOX, CO2, HC y SO2, los cuales al combustionar pueden provocar lluvias ácidas.

El lodo que sale del digestor es un excelente fertilizante, este sustituiría el uso de fertilizantes químicos ahorrando tiempo y recursos financieros al agricultor. El tratamiento del agua que sale del reactor remueve una cantidad considerable de sólidos volátiles totales y de DBO5 y posibilita su vertimiento de acuerdo a las normas cubanas establecidas.

El establecimiento del sistema de riego por goteo permite utilizar el agua y la energía de manera eficiente y humaniza las labores, es compatible con el riego fuera del horario del pico eléctrico y propició el incremento de la producción de productos agropecuarios para los mercados y puntos de ventas. La energía solar fotovoltaica constituye una solución ecológica y económica en comunidades alejadas del SEN, se prevé producirá energía a 2,6 t/año de petróleo equivalente y contribuye a reducir exportaciones.

La Tabla 14 presenta la valoración cualitativa de ahorro energético, el agua y ambiental.

 
TABLA 14.  Valoración cualitativa de ahorro energético, el agua y ambiental
Biodigestor anaeróbico
Volumen de metano retenido de la atmósfera33069m3/año
Energía equivalente producida de biomasa56940kWh/año
Toneladas de petróleo ahorrado5,7t /año
Emisiones retenidas por ahorro del petróleo
NOX204,6kg/año
CO213,8kg/año
CO47,9kg/año
HC5,00kg/año
SO25,9kg/año
Fertilizantes orgánicos producidos97,1t/año
DBO5 evitado de los cuerpos receptores3168kg DBO5/año
Generador fotovoltaico
Energía producida26280kWh/año
Toneladas de petróleo ahorrado2,6t/año
Emisiones retenidos por ahorro del petróleo
NOX30,7kg/año
CO22,1kg/año
CO7,19kg/año
HC0,75kg/año
SO20,88kg/año
 

CONCLUSIONES

  • Las soluciones propuestas propician la aplicación de un proceso productivo de ciclo cerrado en la finca los Milian y contribuye a la producción de alimentos por medio de alternativas respetuosas del medioambiente.

  • No es conveniente el reúso de las aguas residuales tratadas para el riego de cultivos y en otras actividades agrícolas sin tener en cuenta la calidad bacteriológica del efluente.

  • La planta de biogás permite el aprovechamiento del potencial biodegradable de la finca y conllevan un impacto social y ambiental positivo.

  • El arreglo solar fotovoltaico propuesto es compatible con las necesidades de abasto de la finca y no concibe batería para almacenar la energía solar fotovoltaica producida para no incrementar el precio de adquisición del módulo solar.