Ciencia y Educación
(L-ISSN: 2790-8402 E-ISSN: 2707-3378)
Vol. 6 No. 7.1
Edición Especial UNJBG 2025
Página 83
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS DOMÉSTICOS
PARA GENERACIÓN ENERGÉTICA EN ÁREAS RURALES
BIOGAS PRODUCTION FROM DOMESTIC ORGANIC WASTE FOR ENERGY
GENERATION IN RURAL AREAS
Autor: ¹Rusbell Saul Jarro Genix.
¹ORCID ID: https://orcid.org/0009-0001-3623-6344
¹E-mail de contacto: rsjarrog@unjbg.edu.pe
Afiliación: ¹*Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
Artículo recibido: 3 de julio del 2025
Artículo revisado: 5 de julio del año
Artículo aprobado: 15 de julio del 2025
¹Estudiante del IX ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
Resumen
El objetivo de este estudio fue evaluar la
viabilidad técnica y la eficiencia operativa en la
producción de biogás mediante un biodigestor
de bajo costo para el aprovechamiento de
residuos orgánicos domésticos en áreas rurales.
Se diseñó un sistema de digestión anaeróbica
con capacidad para procesar residuos
alimentarios y estiércol animal, generando
biogás, cuyo componente principal es el
metano (CH₄), ideal para su utilización en
aplicaciones energéticas como la cocción. A lo
largo de 15 a 20 días de operación controlada,
se cuantificó la producción de biogás y se
evaluó su rendimiento en términos de
generación energética. Los resultados
indicaron que el volumen de biogás producido
es directamente proporcional a la carga de
residuos procesados, logrando rendimientos
energéticos óptimos que permiten la
autosuficiencia energética. Este proyecto
valida el uso de biodigestores de bajo costo
como una solución eficaz y replicable para
zonas rurales, favoreciendo tanto la gestión de
residuos como la generación de energía
renovable, sin requerir inversión externa.
Palabras clave: Biogás, Residuos orgánicos,
Biodigestor, Digestión anaeróbica, Metano,
Energía renovable, Autosuficiencia
energética, Áreas rurales.
Abstract
The aim of this study was to assess the
technical feasibility and operational efficiency
of biogas production using a low-cost
biodigester for the conversion of domestic
organic waste in rural areas. A system based on
anaerobic digestion was designed to process
food waste and animal manure, producing
biogas, with methane (CH₄) as the primary
component, suitable for use in energy
applications such as cooking and heating. Over
a 15- to 20-day controlled period, biogas
production was quantified and its energy yield
was evaluated. Results showed that the volume
of biogas produced is directly proportional to
the amount of waste processed, achieving
optimal energy yields that support energy self-
sufficiency. This project demonstrates that
low-cost biodigesters are an effective and
scalable solution for rural areas, facilitating
both waste management and renewable energy
generation, without the need for external
investment.
Keywords: Biogas, Organic waste,
Biodigester, Anaerobic digestion, Methane,
Renewable energy, Energy self-sufficiency,
Rural areas.
Sumário
O objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade
técnica e a eficiência operacional da produção
de biogás usando um biodigestor de baixo custo
para a conversão de resíduos orgânicos
domésticos em áreas rurais. Um sistema
baseado na digestão anaeróbica foi projetado
para processar resíduos alimentares e esterco
animal, produzindo biogás, com metano (CH₄)
como o principal componente, adequado para
uso em aplicações energéticas como cozinha e
aquecimento. Ao longo de um período
controlado de 15 a 20 dias, foi determinada a
produção de biogás e avaliado seu rendimento
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energético. Os resultados mostraram que o
volume de biogás produzido está diretamente
proporcional à quantidade de resíduos
processados, alcançando rendimentos
energéticos ótimos que apoiam a
autossuficiência energética. Este trabalho
demonstra que os biodigestores de baixo custo
são uma solução eficaz e escalável para áreas
rurais, facilitando tanto a gestão de resíduos
quanto a geração de energia renovável, sem a
necessidade de investimento externo.
Palavras-chave: Biogás, Resíduos orgânicos,
Biodigestor, Digestão anaeróbica, Metano,
Energia renovável, Autossuficiência
energética, Áreas rurais.
Introducción
La explotación indiscriminada de recursos
fósiles ha generado una crisis energética global
y ambiental que exige una transformación
radical hacia fuentes de energía renovables y
sostenibles (Ibarra, 2018). En las zonas rurales,
la falta de infraestructura energética adecuada y
el alto costo de las fuentes convencionales
limitan el acceso a energía no contaminante
(Hernández, 2025). Esto genera una pobreza
energética que perpetúa la vulnerabilidad de las
comunidades rurales, afectando su desarrollo
económico y social (Baca et al., 2023). La
necesidad creciente de soluciones energéticas
autónomas y accesibles ha incrementado el
interés por tecnologías como la producción de
biogás a partir de residuos orgánicos
domésticos (Castro et al., 2020). El biogás
generado por digestión anaeróbica de residuos
orgánicos, como restos alimenticios y estiércol
animal, ofrece una solución energética
renovable que ayuda a mitigar la pobreza
energética, contribuye a la gestión de residuos y
a la reducción de la huella de carbono (Morales
y Gámez, 2022). Este proceso produce
principalmente metano (CH₄), un gas con alto
poder calorífico que puede ser utilizado en
aplicaciones domésticas como la cocción de
alimentos (Vásquez et al., 2023).
A pesar de la extensa investigación sobre el
biogás y su uso en entornos industriales, los
biodigestores de bajo costo adaptados a
comunidades rurales siguen siendo
subutilizados (López y Suárez, 2018). La
mayoría de las tecnologías existentes requieren
altas inversiones y una infraestructura
compleja, lo que las hace inviables para
comunidades con recursos limitados (Graciela
et al., 2019). Esta limitación ha generado la
necesidad de adaptar y optimizar los
biodigestores de modo que sean viables,
eficientes y accesibles en contextos rurales. Este
estudio aborda la evaluación de un biodigestor
simplificado, diseñado específicamente para
procesar residuos orgánicos domésticos y
generar biogás en comunidades rurales. Se
evaluará la viabilidad operativa del sistema, con
énfasis en su capacidad para producir metano
(CH₄) y aplicar el biogás en aplicaciones como
cocción. La eficiencia energética será medida a
través del monitoreo constante del volumen de
biogás producido y su rendimiento práctico en
condiciones de uso rural. El estudio se justifica
debido a la falta de soluciones replicables que
aborden específicamente la producción de
biogás en zonas rurales sin acceso a fuentes de
energías convencionales. A través de este
análisis, se busca proporcionar datos
cuantitativos que permitan optimizar la
adopción de sistemas biodigestores de bajo
costo y facilitar la autosuficiencia energética en
comunidades rurales, contribuyendo también a
la gestión eficiente de residuos orgánicos.
Materiales y Métodos
Este estudio es experimental, de tipo
cuantitativo, diseñado para evaluar la
producción de biogás a partir de residuos
orgánicos domésticos mediante un biodigestor
simplificado. El diseño experimental incluyó la
medición de la eficiencia operativa y la
producción de metano (CH₄), evaluando su
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aplicabilidad energética para cocción de
alimentos en condiciones rurales. El proceso de
digestión anaeróbica se evaluó durante 15 a 20
días, midiendo el volumen de biogás y el
rendimiento energético en función de las
cantidades de residuos procesados (40 kg, 60
kg, 80 kg, 100 kg). La población estuvo
conformada por residuos orgánicos domésticos
(restos de alimentos y estiércol animal)
recolectados de comunidades rurales. La
muestra consistió en cuatro tratamientos con
diferentes cantidades de residuos (40 kg, 60 kg,
80 kg y 100 kg), procesados en tres repeticiones
independientes para garantizar la replicabilidad
de los resultados. El muestreo fue no
probabilístico y de conveniencia, seleccionando
los residuos orgánicos según su disponibilidad
en las comunidades rurales cercanas al lugar del
experimento. Se excluyeron los residuos
contaminados con materiales inorgánicos como
plásticos y metales, que pudieran interferir en la
digestión anaeróbica y en los resultados de la
producción de biogás.
Se utilizó un biodigestor simplificado,
construido con materiales reciclables como
PVC y tanques de polietileno, calibrado para
operar con las cantidades especificadas de
residuos orgánicos. Se empleó un sensor de
metano (CH₄) para medir la concentración de
metano en el biogás generado, permitiendo
monitorear la producción de biogás en tiempo
real. Además, se instalaron sensores de
temperatura y presión en el biodigestor para
asegurar que las condiciones operativas fueran
óptimas para la digestión anaeróbica. Para
calcular la eficiencia de conversión de los
residuos en biogás, se pesaron los residuos
orgánicos antes y después del proceso de
digestión. También se utilizó un sistema de
medición de gas para evaluar el volumen de
biogás consumido en aplicaciones de cocción,
registrando el tiempo de combustión y la
temperatura alcanzada durante cada prueba. Los
datos fueron analizados mediante análisis de
varianza (ANOVA) para determinar si existían
diferencias significativas entre los tratamientos
con distintas cantidades de residuos. Se utilizó
la prueba de Tukey para identificar cuáles de los
tratamientos generaron la mayor cantidad de
biogás. Además, se aplicó regresión lineal para
evaluar la relación entre la cantidad de residuos
y el volumen de biogás producido. Para evaluar
la eficiencia energética, se analizó el volumen
de biogás consumido, el tiempo de combustión
y la temperatura alcanzada en aplicaciones de
cocción.
Resultados y Discusión
Resultados sobre el diseño del biodigestor y
cálculo de costos
El diseño del biodigestor fue realizado
utilizando materiales accesibles, reciclados y de
bajo costo, optimizando el uso de recursos
locales disponibles en el mercado peruano. Se
ha ajustado el costo de los materiales para
hacerlo más accesible, utilizando alternativas
más económicas sin comprometer la eficiencia
del sistema. A continuación, se muestra el
desglose de los materiales utilizados y el costo
total ajustado para la construcción del
biodigestor, que ahora asciende a un total de S/
481.50.
Tabla 1. Descripción completa de materiales y
costo total del biodigestor
Material
Cantidad
Costo
unitario
(S/.)
Costo
total (S/.)
Tanque de polietileno 750 L
1
180.00
180.00
Tubo PVC 32 mm
5 m
8.50
42.50
Válvulas de control de gas
3
15.00
45.00
Exposi industrial
(pegamento)
2
20.00
40.00
Sellador resistente a metano
1
25.00
25.00
Accesorios adicionales
(codos, etc.)
-
15.00
15.00
Sensor de temperatura y
presión
1
60.00
60.00
Manómetro de baja presión
1
50.00
50.00
Tubería flexible para gas
2 m
12.00
24.00
TOTAL
481.50
Fuente: elaboración propia.
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El costo total ha sido ajustado para reflejar una
solución más accesible, manteniendo la
eficiencia energética del sistema, pero
reduciendo el gasto inicial mediante la
optimización de los materiales. Este biodigestor
de bajo costo es más adecuado para
comunidades rurales con recursos limitados.
Resultados sobre la eficiencia de producción
de biogás según la cantidad de residuos
Para evaluar la eficiencia de producción de
biogás, se monitorizó la producción diaria
durante un periodo de cuatro semanas, con tres
repeticiones por tratamiento. El análisis de
varianza (ANOVA) mostró diferencias
significativas entre los tratamientos, lo que
confirma que la cantidad de residuos influye de
manera directa en la producción de biogás. La
desviación estándar (SD) de cada grupo reflejó
la variabilidad de la producción diaria. Los
resultados indicaron que un SD bajo sugiere una
producción consistente, mientras que un SD
más alto sugiere fluctuaciones mayores. Los
valores del ANOVA (p < 0.05) permiten
rechazar la hipótesis nula, confirmando que las
medias no son homogéneas y hay diferencias
estadísticas significativas en los tratamientos.
Tabla 2. Descripción completa de materiales y costo total del biodigestor
Semana
Tratamiento
(Kg de residuos)
Media (L)
Desviación estándar
Rango (L)
ANOVA
p-valor
Prueba de Tukey
1
40
95
3
92.0 - 98.0
0.045
100 kg > 80 kg > 60
kg > 40 kg
60
125
4
120.0 - 130.0
80
145
5.2
140.0 - 150.0
100
165
5.5
160.0 - 170.0
2
40
90
3.5
85.0 - 95.0
0.039
100 kg > 80 kg > 60
kg > 40 kg
60
120
4.3
115.0 - 125.0
80
140
5
135.0 - 145.0
100
160
5.8
155.0 - 165.0
Fuente: elaboración propia
Eficiencia energética en cocción
Para evaluar la eficiencia energética del biogás,
se realizaron pruebas en aplicaciones de
cocción de alimentos utilizando el biogás
generado. Se midió el volumen de biogás
consumido, el tiempo de combustión y la
temperatura alcanzada. Los resultados de
eficiencia energética muestran una correlación
directa entre la cantidad de residuos y la
eficiencia del biogás, donde a mayor cantidad
de residuos, mayor eficiencia energética en las
aplicaciones de cocción. En la Tabla 3, se
observan los resultados de la eficiencia
energética en cocción, los cuales muestran que
el tratamiento con 100 kg de residuos presenta
la mejor eficiencia energética. El tiempo de
combustión y la temperatura alcanzada fueron
significativamente más altos en este
tratamiento, lo que lo hace más eficiente para
aplicaciones domésticas.
Tabla 3. Evaluación de eficiencia energética del biogás en cocción
Tratamiento
(Kg de residuos)
Aplicación
Volumen de biogás
consumido (L)
Tiempo
(min)
Temperatura
alcanzada (°C)
Eficiencia
(%)
R²
40
Cocción
30
18
90
62.5
0.89
60
45
17
95
71.2
80
52
16
100
78.0
100
58
15
105
83.3
Fuente: elaboración propia
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La producción de biogás está fuertemente
correlacionada con la cantidad de residuos
orgánicos procesados, siendo los tratamientos
con 100 kg de residuos los más productivos.
Este comportamiento se alinea con lo
establecido por estudios previos que indican
que una mayor cantidad de sustrato disponible
optimiza la digestión anaeróbica, promoviendo
un ambiente favorable para la actividad
bacteriana que descompone la materia orgánica
(Panaro et al., 2022). Un mayor volumen de
sustrato permite una mayor producción de ácido
acético y otros precursores del metano (CH₄), lo
que aumenta la eficiencia del proceso y la
generación de biogás (Alvarado, 2023). El
incremento en la producción de metano mejora
la viabilidad energética del biogás,
convirtiéndolo en una fuente eficaz y
sustentable de energía renovable,
particularmente para aplicaciones domésticas
(Miranda et al., 2023).
Respecto a la eficiencia energética, los
tratamientos con 100 kg de residuos no solo
generaron más biogás, sino que también
mostraron una mayor eficiencia térmica,
evidenciada por el aumento en la temperatura
alcanzada y el tiempo de combustión. Una
mayor concentración de metano en el biogás
incrementa significativamente su poder
calorífico (Morales y Gámez, 2022). Esta
relación entre la mayor cantidad de sustrato, la
producción de metano y la eficiencia térmica
refuerza la idea de que los tratamientos con
mayores cargas de residuos proporcionan un
biogás con mejor calidad energética (Bonilla
et al., 2022). La alta eficiencia térmica
observada subraya el potencial del tratamiento
con 100 kg de residuos para aplicaciones como
la cocción de alimentos, siendo especialmente
adecuado para comunidades rurales, donde la
disponibilidad de recursos y el acceso a fuentes
energéticas más costosas son limitados
(González et al., 2023). El análisis estadístico
realizado mediante ANOVA confirmó
diferencias estadísticamente significativas entre
los tratamientos, lo que valida la hipótesis de
que la cantidad de residuos procesados impacta
directamente la producción de biogás. La
diferencia en la eficiencia energética observada
entre los tratamientos también fue confirmada
por la prueba de Tukey, la cual indicó que el
tratamiento con 100 kg de residuos es
significativamente más eficiente que los otros
tratamientos, corroborando la correlación
positiva entre la carga de residuos y la
producción energética. Este análisis refuerza la
relación directa entre la cantidad de residuos y
el rendimiento energético del biogás (Jameel
et al., 2024), subrayando la importancia de
optimizar la carga de sustrato para mejorar el
rendimiento y la sostenibilidad de los procesos
de producción de biogás (Iván et al., 2015).
Conclusiones
El biodigestor de bajo costo diseñado en este
estudio demostró ser técnicamente viable y
económico para la producción de biogás a partir
de residuos orgánicos domésticos en áreas
rurales, con una inversión inicial de S/ 481.50.
La producción de biogás fue directamente
proporcional a la cantidad de residuos
procesados, logrando rendimientos energéticos
óptimos, lo que permite la autosuficiencia
energética sin requerir inversiones externas.
Los tratamientos con 100 kg de residuos
generaron el mayor volumen de biogás y
presentaron la mayor eficiencia térmica
(83.3%) en aplicaciones de cocción, con 58 L
de biogás consumido, 15 minutos de tiempo de
combustión y una temperatura de 105°C. El
análisis estadístico mediante ANOVA y la
prueba de Tukey confirmaron que la cantidad de
residuos procesados impacta significativamente
la producción y eficiencia energética del biogás,
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con el tratamiento de 100 kg mostrando la mejor
eficiencia.
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