Revista Científica SAPIENTIAE. Vol 3, Num 6 (jul - dic 2020) ISSN: 2600-6030  
Rendimiento de un motor alimentado con biogás producido a partir de excretas de ganado bovino  
RENDIMIENTO DE UN MOTOR ALIMENTADO CON BIOGÁS PRODUCIDO  
A PARTIR DE EXCRETAS DE GANADO BOVINO  
PERFORMANCE OF A MOTOR SUPPLIED WITH BIOGAS PRODUCED  
FROM EXCRETS OF CATTLE  
Luis Esteban Mendoza Mendoza  
Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López. Calceta  Ecuador.  
Daniel Alejandro Zambrano Vera  
Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López. Calceta  Ecuador.  
Joffre Alberto Andrade Candell  
Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López. Calceta  Ecuador.  
RESUMEN  
Esta investigación presenta la evaluación del rendimiento de un motor de combustión  
interna alimentado con biogás, producido a partir de excretas de ganado bovino; en  
comparación con el combustible convencional (gasolina). Se utilizó el método  
cuantitativo nivel experimental con un diseño bifactorial con tres repeticiones. La unidad  
experimental estuvo compuesta por el proceso de funcionamiento del motor para  
alimentar 20 focos de 110 Watt con luminarias encendidas o apagadas hasta agotar el  
3
3
combustible (biogás= 0,2943 m , gasolina= 0,00051 m ). El rendimiento del motor fue  
evaluado a partir de tres indicadores: tiempo de encendido (segundos), temperatura del  
motor (°C) y ruido (dBA). Se determinaron diferencias significativas mediante la prueba  
de Tukey; a los datos normalmente distribuidos se les realizó el análisis ANOVA donde  
se establecieron diferencias significativas con la prueba de Duncan. El biogás utilizado  
3
3
fue generado con una mezcla de 0,0885 m de agua+0,0708 m de excretas de ganado  
3
bovino+0,0177 m de higuerilla. El motor presentó menores valores de ruido con la  
utilización del biogás y las luminarias encendidas (64,93 dBA), el mayor tiempo de  
Información del manuscrito:  
Fecha de recepción: 14 de mayo de 2020  
Fecha de aceptación: 08 de julio de 2020  
Fecha de publicación: 09 de julio de 2020  
37  
Mendoza-Mendoza et al. (2020)  
encendido y temperatura del motor lo presentó la gasolina con 892,5 segundos y 158,43°C  
respectivamente; el menor tiempo de encendido (36,17 segundos) y temperatura (84,15  
°
C) lo presentó el biogás. El rendimiento del motor representó que por los 892,5 segundos  
3
de tiempo de encendido con gasolina se obtuvo un costo 0,20 ctvs/m y a su vez con el  
biogás por los 29 segundos que se mantuvo el motor encendido se obtuvo un costo $  
00 3  
00, /m .  
2
Palabras clave: Biodigestor, gasificador, sonómetro, manómetro.  
ABSTRACT  
This research presents the performance evaluation of an internal combustion engine  
fueled with biogas, produced from excreta of cattle compared to conventional fuel  
(gasoline). We used the experimental level quantitative method with a bifactorial design  
with three replicates. The experimental unit consisted of the operation of the engine to  
power 20 bulbs of 110 watt with luminaires on or off until the fuel was exhausted (biogas=  
3 3  
.2943 m , gasoline= 0.00051 m ). The engine performance was evaluated from three  
0
indicators: ignition time (seconds), engine temperature (°C) and noise (dBA). Significant  
differences were determined using the Tukey test; the normally distributed data were  
analyzed by ANOVA where significant differences were established with the Duncan  
3
3
test. The biogas used was generated with a mixture of 0.0885 m of water + 0.0708 m of  
3
bovine excreta + 0.0177 m of higuerilla. The engine presented the lowest noise values  
with the use of biogas and the lights on (64.93 dBA), the longest ignition and engine  
temperature was presented by gasoline with 892.5 seconds and 158.43 °C respectively;  
The lowest time of ignition (36.17 seconds) and temperature (84.15 °C) was presented by  
the biogas. The performance of the engine represents that for the 892.5 seconds of ignition  
3
time with gasoline was spent 0.20 cents/m and in turn with biogas for the 29 seconds that  
kept the engine on it spent $ 200/m3.  
Keywords: Biodigester, gasifier, sound level meter, pressure gauge.  
INTRODUCCIÓN  
En el Ecuador existen varias familias que cuentan con la producción de ganado vacuno,  
mediante estos tienen ingresos económicos que sustentan gastos de la canasta diaria, sin  
embargo, la explotación de este recurso perjudica al ambiente, debido a que los residuos  
que en ellos generan, además producen gases de efectos invernaderos que son emitidos a  
38  
Revista Científica SAPIENTIAE. Vol 3, Num 6 (jul - dic 2020) ISSN: 2600-6030  
Rendimiento de un motor alimentado con biogás producido a partir de excretas de ganado bovino  
la atmósfera que perjudican a los ecosistemas. Ku et al., (2012) mencionan que la  
ganadería contribuye significativamente a acelerar el cambio climático, principalmente a  
4
través de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), tales como: el metano (CH )  
y el bióxido de carbono (CO ).  
2
En la provincia de Manabí son producidos muchos residuos orgánicos provocados por la  
producción del ganado vacuno, en este caso el estiércol que contamina al ambiente  
afectando al recurso hídrico, recurso suelo, alterando su composición y en la parte  
atmosférica es uno de los principales causantes del efecto invernadero al producir gas  
4
metano (CH ). Según la FAO (2006) expresa que gran parte del problema se da a causa  
de la ampliación de los pastizales y de las tierras agrícolas destinadas a la producción de  
forrajes, y genera un volumen todavía mayor de emisiones de otros gases que tienen más  
potencial de calentar la atmósfera: hasta un 37% del metano antropogénico, casi todo  
procedente de la fermentación entérica de los rumiantes, y el 65% del óxido nitroso  
antropogénico, la mayor parte procedente del estiércol.  
El sitio La Pavita perteneciente a la parroquia Quiroga ubicada en el cantón Bolívar,  
cuenta con grandes residuos de estiércol los cuales no son aprovechados de una manera  
apropiada para su beneficio, y estos están expuestos al aire libre sin ningún  
aprovechamiento, al encontrarse situados en el suelo afectan de manera directa al mismo,  
y al interactuar con el sol estos hacen que acelere el proceso del efecto invernadero  
4
produciendo metano (CH ), además que produzca contaminación en los cuerpos de agua  
cercanos, haciendo que la contaminación ambiental se propague de manera rápida.  
Arango et al., (2014) afirma que el uso del biogás se justifica principalmente por la  
reducción de emisiones de gases de efecto de invernadero al medio ambiente, mediante  
la degradación confinada de residuos orgánicos y la captación controlada de productos  
como el metano, con efecto de invernadero 21 veces mayor al CO  
biomasas agrícolas, que fueron absorvedoras de CO durante su crecimiento (plantas),  
para la producción de biogases sustitutos de los combustibles fósiles, que durante la  
combustión restituyen al ambiente el CO absorbido por las biomasas generando un  
2
; o mediante el uso de  
2
2
impacto neto leve o nulo sobre la concentración de este contaminante efecto de  
invernadero en el ambiente.  
Para Gonzáles, los motores reciprocantes, o a pistón, son la más común y técnicamente  
madura de las tecnologías empleadas en las FED, son también denominados motores de  
39  
Mendoza-Mendoza et al. (2020)  
combustión interna (MCI, en ingles IC: internal combustión). Los MCI pueden ser  
clasificados como alta velocidad, media y baja velocidad. Los primeros operan a 1200-  
3
600 rpm, generando la mayor salida por unidad de desplazamiento y posee el más bajo  
costo capital, pero exhiben la menor eficiencia. Estos últimos pueden ser diseñados para  
quemar combustibles de baja calidad y son prácticos si hay un gran precio diferencial  
entre aceite pesado y gas natural, no poseen restricciones ambientales. Los motores  
reciprocantes están comercialmente disponibles en potencias en un rango de 0,5kW a 6,5  
MW pudiendo ser usados en una variedad de aplicaciones, debido a su pequeño tamaño,  
bajo costo por unidad, y su salida térmica usable. Ellos ofrecen una fácil instalación,  
proveen confiabilidad y una muy buena característica de seguimiento de la carga, además  
de la posibilidad de recuperación del calor.  
Para Lapuerta et al., (2006) la disminución de la presión y la temperatura atmosférica  
afecta la densidad del aire y su composición. Las variaciones de la densidad afectan a las  
prestaciones de los motores de combustión interna alternativos, ya que estos tienen  
sistemas de alimentación volumétricos, provocando una disminución de la presión en el  
cilindro a lo largo de todo el ciclo termodinámico y, por tanto, del rendimiento indicado.  
Este efecto es mayor en motores de aspiración natural que en turboalimentados. Además,  
la densidad y concentración de oxígeno afectan a los fenómenos locales que intervienen  
en la combustión y en la formación de contaminantes.  
Este trabajo presenta un análisis del rendimiento de un motor de combustión interna con  
gasolina y biogás proveniente de las excretas de ganado bovino.  
MATERIALES Y MÉTODOS  
Esta investigación se ejecutó en el Vivero de la carrera de Ingeniería Ambiental de la  
ESPAM- MFL. Se determinaron las diferencias estadísticamente significativas de los  
parámetros analizados entre un motor alimentado por gasolina y otro por biogás  
producido a partir del aprovechamiento de excretas, y de esta forma se definió el  
rendimiento del mismo con los dos combustibles anteriormente mencionados.  
Se establecieron tres fases las que indican el procedimiento para obtener los resultados de  
manera exitosa. La primera fase consistió en obtener biogás a partir de las excretas  
producidas por el ganado bovino. Se realizó la construcción del biodigestor tipo metálico  
en forma cilíndrica con un volumen estimado de 220 litros, el cual tendrá como principal  
componente un barril metálico adecuado con tuberías de acero galvanizados, codos,  
40  
Revista Científica SAPIENTIAE. Vol 3, Num 6 (jul - dic 2020) ISSN: 2600-6030  
Rendimiento de un motor alimentado con biogás producido a partir de excretas de ganado bovino  
mangueras, válvulas, etc. Todos estos materiales fueron debidamente adaptados al barril  
para la que funcione correctamente.  
En la segunda actividad se procedió a la recolección de estiércol de ganado bovino en  
donde se utilizaron palas y sacos, teniendo en cuenta que la cantidad de estiércol  
recolectada y agua se estimó de acuerdo al volumen del barril metálico.  
Se procedió a realizar la preparación de la mezcla usando las excretas de ganado bovino  
y agua, la misma tuvo una relación 3:1, por cada 1 parte de estiércol se colocará 3 partes  
de agua y se añadirá higuerilla para aumentar el potencial de hidrógeno, estas cantidades  
se establecieron de acuerdo al volumen del biodigestor en el cual se debía ocupar un 80%  
de este para la mezcla y un 20% para la generación del gas el cual fue llevado por una  
tubería hacia el gasificado. Además, se realizó la adecuación del motor mecánico de  
cuatro tiempos e instalación del sistema de alimentación del combustible. Para la  
adaptación del motor de gasolina de cuatro tiempos se elaboró una pieza que permitiera  
la introducción de una mezcla de biogás y el paso del aire al cilindro del motor, para lo  
cual se utilizaron materiales de PVC como: tubo de entrada de biogás, válvula de  
admisión de aire, tubo de entrada de aire, válvula de admisión de biogás, entrada al motor  
de la mezcla aire-biogás.  
Para el encendido del motor se realizó la adecuación al motor y la instalación del sistema  
de alimentación del combustible; el motor se encendió con gasolina y posteriormente se  
dio paso al biogás para que este trabaje a base del mismo.  
Para calcular el rendimiento producido en el motor se tomó en cuenta el tiempo de  
3
3
encendido del motor tanto con gasolina (0,00051 m ) como con biogás (0,2943 m )  
mediante el uso de un cronómetro, utilizando la energía producida para alimentar 20  
unidades de focos colocados en una valla metálica con cada combustible.  
También se realizó la medición de temperatura del motor mediante el uso de una pistola  
láser, mientras este estaba alimentado con biogás y gasolina respectivamente; dicha  
pistola se colocó de modo que ocupara toda el área donde se encontraba el motor para  
que pudiera leerlo correctamente.  
Para la medición del ruido producido por el motor se utilizó un sonómetro, el cual se lo  
ubicó apuntando hacia la fuente y girándolo en ángulo de 45º, cada 15 segundos, por un  
tiempo mayor a 5 minutos.  
41  
Mendoza-Mendoza et al. (2020)  
RESULTADOS Y DISCUSIÓN  
3
Para la obtención del biogás se procedió a construir un digestor metálico de 0,22 m de  
volumen al cual se le acopló tuberías de PVC para llevar el gas hacia un gasificador de  
3 3  
,5 m de PVC, dentro del digestor se introdujo una mezcla de 0,178 m de volumen que  
0
es el 80% del volumen del digestor, el 20% restante quedó libre para la generación del  
gas; la mencionada mezcla tuvo un 50% de agua, 40% de excretas y 10% de higuerilla.  
Esto se asemeja a lo estipulado por Acuña (2015) en donde menciona que para determinar  
la carga inicial se debe calcular el volumen de la mezcla el cual debe entrar al barril,  
tomando en cuenta que debe ingresar solamente un 75% de la capacidad del biodigestor,  
pues el 25% restante de la capacidad de la membrana queda como espacio libre para la  
formación de biogás.  
Cuadro 1. Componentes de la mezcla  
Componentes de  
la mezcla  
Porcentaje de  
mezcla  
%
Volumen de  
mezcla  
(m3)  
Agua  
50  
0,089  
Excretas  
Higuerilla  
40  
10  
0,0712  
0,0178  
De acuerdo a Budiyono (2010) y Abudakar e Ismail (2012) mencionados por Colos  
2015) se debe de considerar un rango de 4 a 12 días para el inicio de la producción del  
(
biogás en condiciones anaerobias, esto debido al crecimiento exponencial de las bacterias  
metanógenas, y al proceso por el cual debe pasar la materia orgánica para que esta pueda  
degradarse. Por esta razón se puede observar en el cuadro 2 que los primeros 5 días no  
existe producción de gas por cuanto en este tiempo estaba pasando por la fase de  
hidrólisis, acidogénica, acetogénica y metanogénica.  
Cuadro 2. Producción de biogás  
Presió  
n
PSI  
Presión  
Absoluta  
Pa  
Temperatur Temperatur Volume  
Mas  
a
Kg  
0,00  
0
Día  
s
Presión  
Pa  
Masa  
mol  
a
a
n
ºC  
°K  
m3  
1
01300,0  
1
2
0
0
0,00  
0,00  
25,1  
25,3  
298,25  
298,45  
0,5  
0,5  
0,000  
0,000  
0
1
01300,0  
0
0,00  
0
42  
Revista Científica SAPIENTIAE. Vol 3, Num 6 (jul - dic 2020) ISSN: 2600-6030  
Rendimiento de un motor alimentado con biogás producido a partir de excretas de ganado bovino  
1
1
1
01300,0  
0,00  
0
0,00  
0
0,00  
0
3
4
5
6
7
8
9
0
0
0,00  
0,00  
0,00  
25,1  
26,2  
26,5  
28,7  
29,4  
29,5  
30,2  
29,7  
29,7  
29,8  
30,3  
30,4  
30,4  
30,4  
30,6  
30,7  
31,4  
31,4  
31,4  
31,4  
32,5  
32,5  
32,5  
32,4  
32,4  
298,25  
299,35  
299,65  
301,85  
302,55  
302,65  
303,35  
302,85  
302,85  
302,95  
303,45  
303,55  
303,55  
303,55  
303,75  
303,85  
304,55  
304,5