Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) Ed. Esp. Octubre 2024.  
ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
DOI: https://doi.org/10.46296/ig.v7i14edespoct.0230  
EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA TRANSFORMACIÓN DE  
BIOGÁS EN ENERGÍA ELÉCTRICA  
TECHNICAL AND ECONOMIC EVALUATION OF THE TRANSFORMATION  
OF BIOGÁS INTO ELÉCTRICAL ENERGY  
1
2
Monar-Villegas Libito Homero ; Hidalgo-Osorio William Armando ;  
Quinatoa-Caiza Carlos Iván 3  
1
Universidad Técnica de Cotopaxi. Latacunga, Ecuador.  
Correo: libito.monar4740@utc.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0009-0003-6184-6472  
2
Universidad Técnica de Cotopaxi. La Mana, Ecuador.  
Correo: william.hidalgo7885@utc.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-6783-0947  
3
Universidad Técnica de Cotopaxi. Latacunga, Ecuador.  
Correo: carlos.quinatoa7864@utc.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-6369-7480  
Resumen  
El artículo tiene por objetivo realizar una evaluación técnica y económica de la transformación de  
biogás en energía eléctrica con el propósito de aprovechar de forma técnica el biogás que se  
produce en los rellenos sanitarios urbanos (RESU) y biodigestores, para transformarlo en energía  
eléctrica y establecer soberanía y diversificación eléctrica, y eliminar la dependencia de  
combustibles fósiles en el Ecuador. Para esto, se presenta el diseño y construcción, volumen útil  
de biogás producido cada año, potencia eléctrica útil de biogás y evaluación económica de los  
proyectos de generación de energía eléctrica en los RESU El Inga y Ceibales y del proyecto de  
biodigestor ubicado en la ciudad de Machachi. El análisis técnico muestra que en el año 2021 el  
proyecto El Inga alcanzó el máximo volumen anual de biogás con un valor de 3405 m3/h y una  
potencia eléctrica anual de 7,24 MW; mientras que en el año 2031 el proyecto Ceibales alcanzará  
el máximo volumen anual de biogás con un valor de 1240,15 m3/h y una potencia eléctrica anual  
de 2,94 MW; en cambio, la implementación del proyecto de la ciudad de Machachi tendría un  
constante volumen anual de biogás de 312 m3/h y una potencia eléctrica anual de 1 MW; a su  
vez, los tres proyectos alcanzan una potencia eléctrica de 1 MW con flujos de volumen anual de  
biogás de 547,04 m3/h, 435,81 m3/h y 312 m3/h, con una desviación estándar de 117,58 m3/h  
y un coeficiente de variación del 27%. El análisis económico presenta que los proyectos: El Inga  
con una potencia actual (PA) de 5 MW su VAN es de 11301391,77 USD siendo mayor a cero y  
su TIR es del 21% mayor a su tasa de descuento (TD) del 8,5%; Ceibales con una PA de 1,8  
MW su VAN es de 383865,48 USD siendo mayor a cero y su TIR es del 10% mayor a su TD del  
8,6%; y Machachi con una PA de 1 MW su VAN es de 807668 USD siendo mayor a cero y su  
TIR es del 21% mayor a su TD del 10 %; son rentables. Se concluye que, la evaluación de los  
tres proyectos ofrece una solución técnica y económicamente viable en la transformación de  
biogás en energía renovable no convencional; ya que, al transformar 12,659 millones de  
toneladas acumuladas de residuos sólidos urbanos, 6581 m3 de excretas bovinas, porcinas y  
avícolas, se genera actualmente una potencia de 7,8 MW con una inversión de 15 millones de  
USD; lo cual, mediante la aplicación del artículo 413 de la constitución, donde el estado  
ecuatoriano está obligado a promover el desarrollo de energías renovables, se puede invertir  
alrededor de 5498 millones de USD para obtener una potencia eléctrica de 2859 MW que  
corresponde a la generación de energía eléctrica de fuentes no renovales, y así solventar el  
déficit de 890 MW para obtener soberanía de energía eléctrica en el Ecuador.  
Palabras clave: Evaluación técnica de biogás en energía, evaluación económica de biogás en  
energía, evaluación de metano en energía, biogás de rellenos sanitarios, biogás de procesos de  
biodigestión, soberanía energética ecuatoriana mediante biogás.  
Información del manuscrito:  
Fecha de recepción: 15 de julio de 2024.  
Fecha de aceptación: 05 de septiembre de 2024.  
Fecha de publicación: 07 de octubre de 2024.  
2
Monar-Villegas et al. (2024)  
Abstract  
This project aims at perform a technical and economic evaluation of the transformation of biogas  
into electrical energy with the purpose of technically taking advantage of the biogas produced in  
urban landfills (UL) and biodigesters, to transform it into electrical energy and establish  
sovereignty and electrical diversification, and eliminate dependence on fossil fuels in Ecuador.  
For this, the design and construction, useful volume of biogas produced each year, useful  
electrical power of biogas and economic evaluation of the electrical energy generation projects in  
the El Inga and Ceibales UL and the biodigester project located in the Machachi city. The technical  
analysis shows that in 2021 the El Inga project reached the maximum annual volume of biogas  
with a value of 3,405 m3/h and an annual electrical power of 7,24 MW; while in 2031 the Ceibales  
project will reach the maximum annual volume of biogas with 1240,15 m3/h and an annual  
electrical power of 2,94 MW; On the other hand, the implementation of the Machachi city project  
would have a constant annual volume of biogas of 312 m3/h and an annual electrical power of 1  
MW; In turn, the three projects reach an electrical power of 1 MW with annual biogas volume  
flows of 547,04 m3/h, 435,81 m3/h and 312 m3/h, with a standard deviation of 117,58 m3/h and  
a coefficient of variation of 27%. The economic analysis shows that the projects: El Inga with a  
current power (CP) of 5 MW its NPV is 11301391,77 USD being greater than zero and its IRR is  
2
3
1% greater than its discount rate (DR) of 8,5%; Ceibales with a CP of 1,8 MW its NPV is  
83865,48 USD being greater than zero and its IRR is 10% greater than its DR of 8,6%; and  
Machachi with a CP of 1 MW its NPV is 807668 USD being greater than zero and its IRR is 21%  
greater than its DR of 10%; they are profitable. It is concluded that, the evaluation of the three  
projects offers a technically and economically viable solution in the transformation of biogas into  
non-conventional renewable energy; since, by transforming 12,659 million accumulated tons of  
urban solid waste, 6581 m3 of bovine, pig and poultry excreta, a power of 7,8 MW is currently  
generated with an investment of 15 million USD; which, through the application of article 413 of  
the constitution, where the Ecuadorian state is obliged to promote the development of renewable  
energies, around 5498 million USD can be invested to obtain an electrical power of 2859 MW,  
which corresponds to the generation of electrical energy from non-renewable sources, and thus  
solve the deficit of 890 MW to obtain electrical energy sovereignty in Ecuador.  
Keywords: Technical evaluation of biogas in energy, economic evaluation of biogas in energy,  
methane in energy assessment, biogas from landfills, biogas from biodigestion processes,  
ecuadorian energy sovereignty through biogas.  
1
. Introducción  
habitantes, también ha generado por  
relación de proporcionalidad el  
aumento del consumo de energía  
eléctrica, generando en la actualidad  
un déficit de energía eléctrica que  
asciende a 890 megavatios hora,  
constituyéndose en el 19% de la  
demanda eléctrica del país que no  
está siendo cubierta (ARCERNNR,  
En el Ecuador con la construcción de  
los proyectos hidroeléctricos Coca  
Codo  
Sinclair,  
Sopladora,  
Manduriacu y Mazar Dudas, se  
obtuvo en el año 2016 soberanía en  
lo referente a energía eléctrica. Sin  
embargo, el constante crecimiento  
de la población, hasta el año 2024,  
2
024a) (CENACE, 2023).  
donde registran  
se  
aproximadamente 18 millones de  
3
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ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
Este déficit hace que sea necesario  
el planteamiento de soluciones que  
son obtenidas a partir del análisis del  
como la construcción de centrales  
hidroeléctricas, pero en este  
proyecto de investigación se  
analizará la ERNC obtenidas a partir  
del biogás provenientes tanto de la  
biomasa de residuos sólidos urbanos  
(RSU) enterrados en rellenos  
sanitarios urbanos (RESU), como de  
la biomasa de excretas bobinas,  
porcinas y avícolas degradadas en  
un biodigestor.  
balance  
nacional de  
energía  
eléctrica, el mismo que tiene una  
potencia de generación eléctrica  
efectiva de 8254,45 MW y está  
constituida de la siguiente manera  
(ARCERNNR, 2024b).  
-
Energía renovable 5395,21 MW:  
hidráulica, eólica, fotovoltaica,  
biomasa, biogás.  
La biomasa es la materia orgánica  
renovable de origen vegetal, animal  
o procedente de la transformación  
natural o artificial de la misma. La  
energía de la biomasa (bioenergía)  
es la energía que puede obtenerse  
de ella, bien sea a través de su  
quema directa o su procesamiento  
para conseguir otro tipo de  
combustible tal como el biogás  
-
-
Energía no renovable 2859,24  
MW: Motores de combustión  
interna, turbogas, turbovapor.  
Interconexión:  
635  
MW:  
Colombia y Perú.  
Analizando este balance se tiene  
que la producción de energía  
eléctrica no renovable, que utiliza  
combustibles fósiles, es de 2859,24  
MW, la misma que puede ser  
remplazada o incrementada en el  
balance nacional por energía  
renovable no convencional (ERNC)  
de tipo biogás, la cual es producida  
con apenas una potencia eléctrica de  
(Sivabalan,  
2021)  
(Comisión  
Nacional de Energía & GTZ, 2007).  
En el Ecuador los RSU y las excretas  
de  
animales  
deben  
ser  
aprovechados para general biogás.  
El biogás es una mezcla de gases  
que proviene de la descomposición  
7
,2 MW (ARCERNNR, 2024b). De  
esta forma se cubriría el déficit y se  
obtendría soberanía respecto a  
energía eléctrica. Sin embargo, se  
puede establecer otras soluciones  
de  
la  
materia  
orgánica  
en  
condiciones anaeróbicas, siendo su  
principal componente el metano  
(CH4) el que debe encontrarse entre  
4
Monar-Villegas et al. (2024)  
el 45% al 70% para que sea  
inflamable, seguido de dióxido de  
carbono (CO2) entre el 30% al 45%,  
nitrógeno (N2) entre el 0% al 10%,  
hidrogeno (H2) entre el 0% al 1%,  
oxígeno (O2) entre el 0% al 2% y  
sulfuro de hidrógeno (H2S) entre el  
2021) (Morocho, 2012) (Mariscal,  
2007).  
Los rellenos sanitarios son creados  
para dar solución a los residuos  
generados por las poblaciones. La  
descomposición de los residuos  
orgánicos en el interior de las celdas  
creadas da como resultado la  
formación de biogás, el cual, por no  
tener estanquidad de las celdas,  
fuga hacia el exterior en forma de  
gas metano, dióxido de carbono y  
otros gases en menor proporción. De  
estos dos gases el más perjudicial  
para la capa de ozono es el metano,  
siendo la práctica común, para que  
0
% al 3%. El biogás es purificado y  
direccionado a turbinas de vapor,  
turbinas de gas o a motores de  
combustión interna para generar  
energía eléctrica (Carrasco, 2015).  
En el Ecuador se recolectan en  
promedio 14394 toneladas de  
residuos sólidos al día (INEN, 2023);  
de los cuales el 35% se entierra en  
rellenos sanitarios, el 23,3 % en  
vertederos controlados y celdas  
emergentes, y el 41,7 % en  
botaderos a cielo abierto, ríos y  
no fugue directamente  
a
la  
atmosfera, su combustión mediante  
la instalación de antorchas. Este  
biogás puede ser aprovechado para  
la generación de energía eléctrica  
(Solíz, 2020).  
quebradas;  
de  
los  
residuos  
generados el 57 % corresponde a  
residuos orgánicos y el porcentaje  
restante a residuos inorgánicos  
Los biodigestores son recipientes  
cerrados herméticamente en donde  
se depositan, en condiciones  
anaeróbicas y con cierta cantidad de  
agua, excrementos de animales y  
(Solíz et al., 2020). Mientras que, la  
cantidad promedio de residuos de  
excretas de animales bovinos,  
porcinos y avícolas es de 85656  
toneladas al día, las mismas que son  
ubicadas en tanques o fosas para  
elaborar abono, o en otros casos son  
apiladas al aire libre sin ningún  
tratamiento (Bastidas, 2022) (INEC,  
humanos,  
desechos vegetales,  
restos orgánicos, residuos de  
cosechas y otros materiales que  
pueden descomponerse. En estos  
recipientes los restos fermentan por  
la acción de microorganismos  
5
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) Ed. Esp. Octubre 2024.  
ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
obteniéndose como producto final  
biogás y fertilizante orgánico rico en  
nutrientes (Comisión Nacional de  
Energía & GTZ, 2007) (Carrasco,  
biodigestor ubicado en la cuidad de  
Machachi.  
La investigación tiene un enfoque  
cuantitativo, ya que; por medio de  
valores de volumen útil de biogás,  
potencia útil de biogás y datos  
económicos; de proyectos de  
generación de energía eléctrica se  
realizó una evaluación técnica y  
económica. Además, posee un  
alcance correlacional debido a la  
comparación de los valores de  
volumen útil de biogás, potencia útil  
de biogás y datos económicos entre  
los proyectos.  
2
015).  
Los estudios realizados por la  
Comisión Nacional de Energía &  
GTZ, (2007) y Carrasco (2015)  
mencionan que los residuos de  
excretas bobinas, porcinas  
y
avícolas, además de los RSU, tienen  
el mayor potencial de producción de  
biogás. Por este motivo, se  
seleccionaron este tipo de residuos  
para el desarrollo de este proyecto  
de investigación.  
En la presente investigación se  
realizó una evaluación técnica de la  
cantidad de RSU; cantidad de  
excretas de animales bovinos,  
porcinos y avícolas; volumen útil de  
biogás, (flujo volumétrico) y potencia  
eléctrica útil de biogás; así como, la  
2
. Proyectos de transformación  
de metano en energía eléctrica  
A continuación, se presentan tres  
proyectos que serán comparados  
entre sí para la evaluación técnica y  
económica de la transformación de  
biogás en energía eléctrica. Los  
evaluación  
económica  
para  
proyectos  
seleccionados  
son:  
determinar la rentabilidad de tres  
proyectos. Los tres proyectos para la  
evaluación técnica y económica de  
generación de energía eléctrica  
mediante la implementación de una  
planta de biogás tuvieron su  
desarrollo en los rellenos sanitaros  
El Inga y Ceibales, y en un  
Proyecto de generación de energía  
eléctrica en el relleno sanitario El  
Inga, Proyecto de generación de  
energía eléctrica en el relleno  
sanitario Ceibales y Proyecto de  
generación de energía eléctrica  
mediante la implementación de un  
6
Monar-Villegas et al. (2024)  
biodigestor ubicado en la ciudad de  
Machachi.  
Quito, la capital del Ecuador, situado  
específicamente en la parroquia de  
Pifo, fue creado después del cierre  
del antiguo botadero de basura a  
cielo abierto de Zámbiza, cerrado en  
el año 2002.  
2
.1. Proyecto de generación de  
energía eléctrica en el relleno  
sanitario El Inga  
Para la evaluación técnica  
y
En la Tabla 1 se presentan las  
características técnicas con la que  
fue diseñado el relleno sanitario El  
Inga. Su diseño y construcción es de  
tipo trinchera. Su funcionamiento se  
distingue en dos etapas; la primera,  
a partir de enero del 2003 hasta  
mayo del 2007, con una extensión de  
económica de la transformación de  
biogás en energía se seleccionó el  
proyecto de generación de energía  
eléctrica en el relleno sanitario El  
Inga, donde se presenta de manera  
sistematizada  
su  
diseño  
y
construcción, el volumen útil de  
biogás producido cada año, la  
potencia eléctrica útil de biogás y su  
evaluación económica.  
1
3 ha; la segunda, empezó en junio  
del 2007 por un período de 15 años  
a cargo de una fundación privada  
2
.1.1. Diseño y construcción del  
(Pérez & Ponce, 2013) (Crisanto,  
relleno sanitario El Inga  
2
013).  
El relleno sanitario El Inga está  
ubicado a 45 km de la ciudad de  
Tabla 1. Características técnicas del relleno sanitario El Inga  
Características del relleno  
Valores  
Año de operación  
2003  
Vida útil del relleno  
22 años  
Diseño del relleno  
Área del terreno  
Tipo trincheras  
65 ha  
Capacidad aproximada del relleno  
Toneladas de residuos al día  
Promedio de residuos diarios por habitante  
10918791 t  
2000 t/día  
0,78 kg/día  
5
0,5% material orgánico, 17% plástico, 14,4%  
Composición en física en porcentaje de  
peso de los desechos  
textil, 5,7 % papel y cartón, 1,1% vidrio, 0,7%  
madera, 0,6% metales, 10% otros.  
Fuente: Elaboración propia basada en (EMGIRS-EP, 2024) (EMGIRS-EP, 2023) (Crisanto, 2013)  
2
.1.2. Volumen útil de biogás  
La cantidad de RSU depositados en  
el relleno sanitario El Inga se lo  
utiliza para realizar el cálculo del  
producido cada año en el relleno  
sanitario El Inga  
7
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) Ed. Esp. Octubre 2024.  
ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
volumen de biogás anual. En la  
investigación realizada por Crisanto  
c: años desde que se cerró el relleno  
(años).  
(
2013) se calculó el volumen de  
Una vez determinado el volumen de  
biogás en el año se lo multiplicó por  
un factor de recuperación del 60%  
hasta el año 2012, y por un factor de  
recuperación del 80% a partir del año  
biogás generado al año. El cálculo se  
lo determina mediante la Ecuación 1  
que es un modelo matemático de  
degradación de primer orden.  
VBiogás = 2 * Lo * R (e-k*c – e-k*t)  
2
013 hasta el año 2037, para  
(
Ec. 1)  
posteriormente multiplicarlo por un  
factor de reducción del 10% y por un  
factor volumétrico de 0,622, con el  
propósito de obtener el volumen útil  
de biogás (volumen real aproximado)  
del relleno sanitario (Crisanto, 2013).  
Donde:  
VBiogás: total de biogás generado en  
3
el año corriente (m ).  
Lo: potencial total de generación de  
3
CH4 de residuos (m /Kg).  
A partir del volumen útil anual se  
obtiene el flujo volumétrico en metros  
cúbicos por hora. La Tabla 2  
presenta los valores de volumen útil  
de biogás producido cada año en el  
relleno sanitario El Inga.  
k: tasa anual de generación de CH4.  
R: tasa promedio de recepción de  
residuos anual durante la vida activa  
(
kg).  
t: años desde que se abrió el relleno  
años).  
(
Tabla 2. Volumen útil de biogás producido cada año en el relleno sanitario El Inga  
Volumen  
útil de  
Volumen  
útil de  
Volumen  
útil de  
Residuos  
Año acumulados  
t/año  
Residuos  
Año acumulados  
t/año  
Residuos  
Año acumulados  
t/año  
biogás  
biogás  
biogás  
3
3
3
m /h  
m /h  
m /h  
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
003  
004  
005  
006  
007  
008  
009  
010  
011  
012  
013  
014  
015  
240000  
720000  
0,00  
80,98  
2016  
2017  
2018  
2019  
2020  
2021  
2022  
2023  
2024  
2025  
2026  
2027  
2028  
8009073  
8697693  
9393199  
2530,45  
2706,98  
2877,23  
3041,65  
3219,52  
3405,00  
3229,37  
3062,71  
2904,55  
2754,47  
2612,44  
2477,59  
2349,90  
2029  
2030  
2031  
2032  
2033  
2034  
2035  
2036  
2037  
2038  
2039  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
2228,48  
2113,34  
2004,47  
1900,98  
1802,86  
1709,67  
1621,41  
1537,63  
1458,33  
0,00  
1220000  
1730000  
2240100  
2822500  
3423100  
4041900  
4666898  
5322098  
5983850  
6652219  
7327271  
238,91  
395,50  
547,04  
691,19  
852,15  
1010,75  
1167,67  
1318,21  
1961,91  
2158,59  
2348,11  
10137390  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
10918791  
0,00  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013)  
8
Monar-Villegas et al. (2024)  
A partir de los datos de la Tabla 2 se  
graficó la curva de la Figura 1, donde  
se muestra el volumen útil de biogás  
producido cada año en el relleno  
sanitario El Inga. La Figura 1  
presenta que en el año 2021 se  
alcanzó el máximo volumen anual de  
biogás producido, con un valor de  
3405 m3/h; de ahí en adelante, la  
producción comienza su declive,  
hasta llegar al año 2037, donde el  
relleno  
sanitario  
termina  
la  
producción de biogás. Actualmente  
el volumen anual de biogás es de  
2904,55 m3/h.  
Figura 1. Volumen útil de biogás producido cada año en el relleno sanitario El Inga  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013)  
2
.1.3. Potencia eléctrica útil del  
Donde:  
biogás del relleno sanitario El Inga  
Peb: potencial energético del biogás.  
Volbiogás:  
volumen  
de  
biogás  
La potencia eléctrica útil que genera  
el flujo volumétrico de biogás,  
obtenido del relleno sanitario, se la  
calculó mediante las Ecuaciones 2 y  
3
(
m /año).  
ƒ: eficiencia promedio del motor de  
combustión interna con un valor del  
3
8%.  
CH4: % de concentración de  
3
(Crisanto, 2013). A continuación,  
%
se exponen las ecuaciones para su  
cálculo.  
metano en el relleno sanitario con un  
valor del 56%.  
Potencia eléctrica neta = Volbiogás ×  
valor calorífico: valor calorífico del  
metano con un valor de 10 kWh/m3.  
Peb  
Ec. 2)  
×
ƒ
(kWh)  
(
Una vez aplicadas las ecuaciones  
anteriores se obtuvo la potencia  
eléctrica útil que genera el volumen  
Peb = % CH4 × valor calorífico  
(
(
kWh/m3)  
Ec. 3)  
9
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ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
de biogás. La Tabla 3 presenta la  
potencia eléctrica útil en cada año, a  
partir del biogás del relleno sanitario  
El Inga.  
Tabla 3. Potencia eléctrica útil en cada año a partir del biogás del relleno sanitario El Inga  
Volumen  
útil de  
Potencia  
eléctrica útil  
del biogás  
kW  
Volumen  
útil de eléctrica útil  
Potencia  
Volumen  
útil de  
Potencia  
eléctrica útil  
del biogás  
kW  
Año  
Año  
Año  
biogás  
biogás  
del biogás  
kW  
biogás  
3
3
3
m /h  
m /h  
m /h  
2
003  
004  
005  
006  
007  
008  
009  
010  
011  
012  
013  
014  
2015  
2016  
2017  
2018  
2019  
2020  
2021  
2022  
2023  
2024  
2025  
2026  
2027  
2028  
2029  
2030  
2031  
2032  
2033  
2034  
2035  
2036  
2037  
0
,00  
0,00  
2346,93  
2529,51  
2705,71  
2875,88  
3040,36  
3218,26  
3403,72  
3228,02  
3061,39  
2903,36  
2753,49  
2611,36  
4994,26  
5382,80  
5757,75  
6119,88  
6469,89  
6848,46  
7243,11  
6869,23  
6514,64  
6178,36  
5859,42  
5556,96  
2476,56  
2348,72  
2227,48  
2112,49  
2003,45  
1900,03  
1801,95  
1708,94  
1620,72  
1537,05  
1457,71  
5270,11  
4998,07  
4740,07  
4495,39  
4263,33  
4043,26  
3834,55  
3636,61  
3448,88  
3270,85  
3102,01  
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
8
0,99  
172,35  
2
3
5
6
8
38,79  
95,19  
46,89  
90,80  
51,67  
508,14  
840,97  
1163,78  
1470,02  
1812,36  
2150,10  
2483,48  
2804,09  
4173,13  
4591,32  
1
1
1
1
2
010,38  
167,05  
317,71  
961,06  
157,58  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013)  
A partir de los datos de la Tabla 3 se  
graficó la curva de la Figura 2 donde  
se presenta la potencia eléctrica útil  
a través de los años en el relleno  
sanitario El Inga. La Figura 2  
muestra que en el año 2021 se  
alcanzó la máxima producción de  
energía con una potencia eléctrica  
anual de 7243 kW; de ahí en  
adelante, la producción comienza su  
declive, hasta llegar al año 2037,  
donde el relleno sanitario está por  
terminar la producción de energía.  
Actualmente la potencia eléctrica útil  
tiene un valor de 6178 kW.  
Figura 2. Potencia eléctrica útil a través de los años en el relleno sanitario El Inga  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013)  
1
0
Monar-Villegas et al. (2024)  
Establecidos los datos de la potencia  
útil del biogás, calculados a partir de  
la investigación de Crisanto (2013);  
su investigación procedió a realizar  
la selección del generador de  
corriente eléctrica con la asesoría de  
la Compañía Grupo Gasgreen, ya  
que, la misma extrae el biogás en  
conjunto con la Empresa Publica  
Metropolitana de Gestión Integral de  
Residuos Sólidos, a partir del año  
MW, confirmando que es factible  
generar la proyección de 5 MW que  
estableció la empresa Gasgreen  
S.A.  
Con todo este análisis descrito en el  
párrafo anterior, la Compañía Grupo  
Gasgreen  
adquirió  
cinco  
motogeneradores  
modelo  
ECOMAX10 de marca AB Energy e  
impulsado por un motor de  
combustión interna. Cada generador  
produce una potencia de 0,918 MW  
2
2
016 (EMGIRS-EP, 2023) (MDMQ,  
022). La selección tomo en  
que  
multiplicado  
por  
los  
5
consideración una proyección de  
potencia eléctrica de  
generadores adquiridos da como  
resultado 4,6 MW que se aproximan  
a la producción de los 5 MW  
aproximadamente 5 MW que se  
puede producir a partir del año 2016  
como lo muestra la Figura 2. En base  
a esta comparativa, la Tabla 3 en el  
año 2016 da un resultado de  
potencia eléctrica útil de 5382,80  
proyectados  
por  
la  
empresa  
Gasgreen S.A. En la Tabla 4 se  
presenta las características técnicas  
del motogenerador ECOMAX10.  
Tabla 4. Características técnicas del motogenerador ECOMAX10 (Crisanto, 2013)  
Tipo  
de  
gas  
Potencia  
generada  
(KW/h)  
Vel.  
Frec. %de Emisión  
Efi. CH  
total (m /h) técnica  
4
Asistencia  
Marca  
Modelo  
3
(
rpm)  
(Hz) CH  
4
Nox  
AB Energy ECOMAX10 Biogás  
800  
60 >50  
2
918  
96,7 603  
Brasil  
2
.1.4. Evaluación económica del  
El costo de la energía se lo  
determinó partir de la  
REGULACIÓN No. CONELEC –  
04/11 (CONSEJO NACIONAL DE  
proyecto El Inga  
a
La evaluación económica se la  
realiza a partir del trabajo de  
investigación de Crisanto (2013) con  
el asesoramiento de la Compañía  
Grupo Gasgreen.  
0
ELECTRICIDAD, 2011), entidad  
estatal ecuatoriana que referencia el  
costo de la energía producida con  
1
1
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ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
Recursos Energéticos Renovables  
No Convencionales, reconociendo al  
biogás como una parte de éste,  
estipulando un precio de energía  
eléctrica para este proyecto de 0,11  
USD.  
tasa de descuento del 8,5% con un  
tiempo de análisis económico de 15  
años.  
La evaluación económica del  
proyecto de generación de energía  
eléctrica en el relleno sanitario El  
Inga muestra que el valor actual neto  
(VAN) es mayor a cero mientras que  
la tasa interna de retorno (TIR) es  
mayor a la tasa de descuento del  
8,5%. Por lo tanto, este proyecto es  
rentable, siendo el plazo de retorno  
de la inversión (Payback) de 3 años  
con 5 meses. Los Datos de este  
análisis se presentan en la Tabla 5.  
En la Tabla 5 se presenta los datos  
para la evaluación económica del  
proyecto de generación de 5 MW de  
energía eléctrica en el relleno  
sanitario El Inga. El costo de  
inversión para la instalación de la  
planta de generación de energía  
eléctrica es de 6035920,09 USD.  
Para el cálculo del VAN se utilizó una  
Tabla 5. Datos para la evaluación económica del proyecto de generación de 5 MW de energía  
eléctrica en el relleno sanitario El Inga  
Potencia eléctrica  
Inversión  
5 MW  
6035920,09 USD  
2500000,00 USD  
3535920,09 USD  
3649187 USD (5 generadores)  
5 años  
Monto capital propio  
Financiamiento bancario  
Costo de generador de corriente  
Duración financiamiento bancario  
Tiempo de análisis económico  
Ingreso por la venta de energía primer año  
Costo energía eléctrica  
Tasa de descuento  
VAN  
15 años  
3494275,20 USD  
0,11 USD/kWh  
8,5%  
11301391,77  
21%  
TIR  
Payback  
3 años con 5 meses  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013)  
2
.2. Proyecto de generación de  
eléctrica en el relleno sanitario  
Ceibales, donde se presenta de  
manera sistematizada su diseño y  
construcción, el volumen útil de  
biogás producido cada año, la  
potencia eléctrica útil de biogás y su  
evaluación económica.  
energía eléctrica en el relleno  
sanitario ceibales  
Para la evaluación técnica  
y
económica de la transformación de  
biogás en energía se seleccionó el  
proyecto de generación de energía  
1
2
Monar-Villegas et al. (2024)  
2
.2.1. Diseño y construcción del  
En la Tabla 6 se presentan las  
características técnicas con la que  
fue diseñado el relleno sanitario  
Ceibales. Su diseño y construcción  
es de tipo mixto con trincheras y  
áreas el mismo que entro en  
funcionamiento en el año 2010. El  
relleno tiene como proyección una  
vida de operación de 20 años.  
relleno sanitario Ceibales  
El relleno sanitario Ceibales está  
ubicado a 8 km del centro de la  
ciudad de Machala, este proyecto  
fue desarrollado para dar solución a  
los residuos generados por los  
habitantes de esa ciudad.  
Tabla 6. Características técnicas del relleno sanitario Ceibales  
Características del relleno  
Año de operación  
Valores  
2010  
Vida útil del relleno  
20 años  
Diseño del relleno  
Área del terreno  
Capacidad del relleno  
Toneladas de residuos al día  
Promedio de residuos diarios por  
habitante  
Mixto tipo trincheras y áreas  
20,27 hectáreas  
2737089 t  
420 t/día  
0,6 kg/día  
69,3% material orgánico, 11,6% plástico, 7,3%  
Composición en física en porcentaje de  
peso de los desechos  
papel y cartón, 3,8 vidrio, 3,3% textiles, 0,8%  
metales, 0,5% tetrabricks, 0,1% madera, 2,9%  
otros  
Fuente: Elaboración propia basada en (Cruz, 2023) (Olmedo & Curillo, 2019) (Matamoros, 2007)  
2
.2.2. Volumen útil de biogás  
mientras que la Ecuación 7 es el  
volumen de biogás anual producto  
del promedio de los tres modelos  
matemáticos. A continuación, se  
exponen las ecuaciones para el  
cálculo del volumen.  
producido cada año en el relleno  
sanitario Ceibales  
La cantidad de RSU depositados en  
el relleno sanitario Ceibales se lo  
utiliza para realizar el cálculo del  
volumen de biogás anual. La  
investigación realizada por Olmedo  
Mi  
Q = ∑n  
1
-K*tij  
∑
K * Lo ( ) * e  
i=1 j=0,1  
10  
(Ec. 4)  
&
Curillo (2019) calculó el volumen  
-K*t  
[e ]  
Q
=
ΣDDOCmi  
∗
de biogás generado al año. El  
cálculo es un promedio de las  
Ecuaciones 4, 5 y 6, modelos  
matemáticos LandGem, IPCC y  
(Ec. 5)  
1
Q = ∑ n0 t  
K * M * Lo * e-K(t - tlag)  
%
Vol  
(Ec. 6)  
ecuatoriano  
respectivamente,  
1
3
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Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
Q = (Q1 + Q2 + Q3) / 3  
Ec. 7)  
t: tiempo en años.  
(
DDOCmi: masa de carbono orgánico  
degradable.  
Donde:  
nt: número total de años modelado.  
Q1: volumen de biogás en el año del  
%
Vol:  
porcentaje  
volumétrico  
3
cálculo modelo LandGem (m /año).  
estimado de metano en el biogás del  
relleno.  
Q2: volumen de biogás en el año del  
3
cálculo modelo IPCC (m /año).  
M: masa de residuos dispuestos en  
el año (Mg).  
Q3: volumen de biogás en el año del  
cálculo  
modelo  
ecuatoriano  
tlag: tiempo estimado entre el  
depósito del desecho y la generación  
de metano.  
3
(
m /año).  
Q: volumen de biogás en el año del  
3
cálculo (m /año)  
i: incremento de tiempo saltos de un  
año.  
Una vez determinado el volumen de  
biogás al año se lo multiplicó por un  
factor de recuperación del 71%, con  
el propósito de obtener el volumen  
útil de biogás (volumen real  
aproximado) en el relleno sanitario  
Ceibales (Olmedo & Curillo, 2019).  
n: (año del cálculo) – (año inicial de  
disposición de residuos)  
j: incremento de tiempo en 0,1 años.  
K: índice de generación de metano  
(1año).  
Lo: potencial de generación de  
A partir del volumen útil anual se  
obtiene el flujo volumétrico en metros  
cúbicos por hora. La Tabla 7  
presenta los valores de volumen útil  
de biogás producido cada año en el  
relleno sanitario Ceibales.  
3
metano (m /Mg).  
Mi: masa de residuos dispuestos en  
th  
el año i (Mg).  
th  
tij: edad de la sección j de la masa  
de residuos (Mi) dispuestas en el año  
ith (años decimales).  
Tabla 7. Volumen útil de biogás producido cada año a partir de los residuos del relleno sanitario  
Ceibales (Olmedo & Curillo, 2019)  
Residuos  
acumulados  
t/año  
Volumen útil de  
biogás  
Residuos  
acumulados  
t/año  
Volumen útil de  
biogás  
Año  
Año  
3
3
m /h  
m /h  
2010  
2011  
2012  
2013  
2014  
0,0  
0,00  
20,04  
87,20  
148,64  
209,15  
2032  
2033  
2034  
2035  
2036  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
1182,03  
1126,65  
1073,88  
1023,59  
975,68  
182496,1  
275789,1  
371263,8  
469534,0  
1
4
Monar-Villegas et al. (2024)  
2015  
2016  
2017  
2018  
2019  
2020  
2021  
2022  
2023  
2024  
2025  
2026  
2027  
2028  
2029  
2030  
2031  
571213,5  
676916,1  
787255,6  
267,64  
324,60  
380,50  
435,81  
491,03  
546,31  
602,05  
658,54  
716,07  
774,89  
835,23  
897,30  
961,30  
1027,43  
1095,84  
1166,70  
1240,15  
2037  
2038  
2039  
2040  
2041  
2042  
2043  
2044  
2045  
2046  
2047  
2048  
2049  
2050  
2051  
2052  
2101  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
3162611,1  
930,02  
886,51  
845,05  
805,54  
767,89  
732,00  
697,81  
665,22  
634,17  
604,57  
576,36  
549,48  
523,86  
499,44  
476,16  
453,98  
47,72  
902845,8  
1024300,5  
1152233,5  
1287258,6  
1429989,6  
1581040,3  
1741024,5  
1910556,0  
2090248,6  
2280716,1  
2482572,3  
2696431,0  
2922906,0  
3162611,1  
A partir de los datos de la Tabla 7 se  
graficó la curva de la Figura 3, donde  
se muestra el volumen útil de biogás  
producido cada año en el relleno  
sanitario Ceibales. La Figura 3  
muestra que en el año 2031 se  
alcanzará el máximo volumen anual  
de biogás producido, con un valor de  
1240,15 m3/h; de ahí en adelante, la  
producción comienza su declive,  
hasta llegar al año 2101, donde el  
relleno sanitario está por terminar la  
producción de biogás. Actualmente  
el volumen anual de biogás es de  
774.89 m3/h.  
Figura 3. Volumen útil de biogás producido cada año en el relleno sanitario Ceibales  
Fuente: Elaboración propia basada en (Olmedo & Curillo, 2019)  
2
.2.3. Potencia eléctrica útil del  
obtenido del relleno sanitario, se la  
calculó mediante las Ecuaciones 8, 9  
y 10 (Olmedo & Curillo, 2019). A  
continuación, se exponen las  
ecuaciones para su cálculo.  
biogás del relleno sanitario  
Ceibales  
La potencia eléctrica útil que genera  
el flujo volumétrico de biogás,  
1
5
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Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
P = E/8760h * fdp (kWh/año)  
Ec. 8)  
Qbr: caudal del biogás recuperable  
3
(
m /año.  
δ: eficiencia eléctrica del generador  
para trasformar la energía térmica a  
energía eléctrica.  
E = PCIbiogás * Qbr * δ/ɣ (kWh/año)  
Ec. 9)  
(
PCIbiogás = %CH4 * PCImetano  
ɣ: factor de conversión de MJ a kWh  
(Ec. 10)  
(1MJ/0.28 kW h).  
fdp: factor de disponibilidad de planta  
Donde:  
entre el 80% y 90%.  
P = potencia eléctrica del elemento  
generador.  
Una vez aplicadas las ecuaciones  
anteriores se obtuvo la potencia  
eléctrica útil que genera el volumen  
de biogás, la misma que es  
presentada en la Tabla 8 en donde  
se expone la potencia eléctrica útil  
en cada año a partir del biogás del  
relleno sanitario Ceibales.  
E = energía eléctrica disponible.  
PCIbiogás: poder calorífico inferior del  
biogás.  
%CH4 = % de concentración de  
metano en el relleno sanitario con un  
valor del 50%.  
PCI = Poder calorífico inferior del  
metano con un valor de 35,8 MJ/m3.  
Tabla 8. Potencia eléctrica útil en cada año a partir del biogás del relleno sanitario Ceibales  
(
Olmedo & Curillo, 2019)  
Potencia  
eléctrica útil  
kW  
Potencia  
eléctrica útil  
kW  
Potencia  
eléctrica útil  
kW  
Año  
Año  
Año  
2010  
2011  
2012  
2013  
2014  
2015  
2016  
2017  
2018  
2019  
2020  
2021  
2022  
2023  
2024  
0,00  
47,53  
2025  
2026  
2027  
2028  
2029  
2030  
2031  
2032  
2033  
2034  
2035  
2036  
2037  
2038  
2039  
1980,96  
2128,18  
2279,99  
2436,82  
2599,08  
2767,14  
2941,35  
2803,5  
2672,14  
2546,98  
2427,72  
2314,07  
2205,78  
2102,59  
2004,25  
2040  
2041  
2042  
2043  
2044  
2045  
2046  
2047  
2048  
2049  
2050  
2051  
2052  
2101  
1910,54  
1821,24  
1736,14  
1655,04  
1577,75  
1504,1  
206,83  
352,55  
496,05  
634,79  
769,88  
902,45  
1033,63  
1164,6  
1295,71  
1427,91  
1561,91  
1698,36  
1837,86  
1433,9  
1367  
1303,24  
1242,47  
1184,55  
1129,35  
1076,73  
113,19  
1
6
Monar-Villegas et al. (2024)  
A partir de los datos de la Tabla 8 se  
graficó la curva de la Figura 4 donde  
se presenta la potencia eléctrica útil  
a través de los años en el relleno  
sanitario Ceibales. La Figura 4  
muestra que en el año 2031 se  
alcanzará la máxima producción de  
energía con una potencia eléctrica  
anual de 2803,50 kW; de ahí en  
adelante, la producción comienza su  
declive, hasta llegar al año 2101,  
donde el relleno sanitario está por  
terminar la producción de energía  
eléctrica. Actualmente la potencia  
eléctrica útil tiene un valor de  
1837,86 kW.  
Figura 4. Potencia eléctrica útil a través de los años en el relleno sanitario Ceibales (Olmedo &  
Curillo, 2019)  
En la Figura 4 se observa que en el  
año 2019 ya se podía haber  
instalado un generador de corriente  
eléctrica de 1 MW de potencia,  
mientras que actualmente ya es  
motogeneradores  
modelo  
ECOMAX10 impulsado por un motor  
de combustión interna. Cada  
generador produce una potencia de  
1,067 MW que multiplicado por 2 da  
como resultado 2,13 MW, de los  
cuales se requiere 1,8 MW.  
factible  
instalar  
un  
segundo  
generador de 0,8 MW, con lo que se  
tendría una potencia de 1,8 MW.  
La selección del motogenerador  
toma en cuenta que su motor de  
combustión interna tiene eficiencias  
del 32 al 45%, y pueden aportar  
potencias eléctricas de 0,1 MW a 1  
MW, además, el costo de adquisición  
es menor en comparación a las de  
las microturbinas. En la Tabla 9 se  
presenta las características técnicas  
del motogenerador ECOMAX10.  
Establecida de la potencia eléctrica  
útil a través de los años se procede  
a la selección del generador de  
corriente eléctrica. La selección toma  
en consideración que actualmente el  
biogás puede generar una potencia  
eléctrica de 1,8 MW, como lo  
muestra la Figura 4. En base a este  
valor se debe adquirir dos  
1
7
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ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
Tabla 9. Características técnicas del motogenerador ECOMAX10 (Olmedo & Curillo, 2019)  
Frecuencia  
Hz  
Potencia  
eléctrica kW  
Eficiencia  
%
Marca  
Modelo  
Procedencia  
% CH  
4
AB Energy  
Ecomax10  
Brasil  
60  
1067  
40,9  
50  
2
.2.4. Evaluación económica del  
el cálculo del VAN se utilizó una tasa  
de descuento del 8,6% con un  
tiempo de análisis económico de 15  
años.  
proyecto Ceibales  
El costo de la energía se lo  
determinó  
lineamientos de la Resolución No.  
ARCONEL-031/16 (ARCOTEL,  
016). La entidad estatal ecuatoriana  
a
partir  
de  
los  
La evaluación económica del  
proyecto de generación de energía  
eléctrica en el relleno sanitario  
Ceibales muestra que el valor actual  
neto (VAN) es mayor a cero mientras  
que la tasa interna de retorno (TIR)  
es mayor a la tasa de descuento del  
2
ARCONEL estipuló un precio de  
energía eléctrica para este proyecto  
de 0,073 USD/kWh.  
En la Tabla 10 se presentan los  
datos para la evaluación económica  
del proyecto de generación de 1,8  
MW de energía eléctrica en el relleno  
sanitario Ceibales. El costo de  
inversión para la instalación de la  
planta de generación de energía  
eléctrica es de 3893624,2 USD. Para  
8
,6%. Por lo tanto, este proyecto de  
generación eléctrica es rentable,  
siendo el plazo de retorno de la  
inversión (Payback) de 9 años y 2  
meses. Los Datos para este análisis  
se presentan en la Tabla 10.  
Tabla 10. Datos para la evaluación económica del proyecto de generación de 1,8 MW de  
energía eléctrica en el relleno sanitario Caibales  
Potencia eléctrica  
1,8 MW  
Inversión  
Monto capital propio  
3893624,2 USD  
Estatal  
Financiamiento bancario  
Costo de los 2 motogeneradores  
Tiempo de análisis económico  
0
1400000 USD  
15 años  
5
43620,51 USD (hasta 4to año)  
Ingreso por la venta de energía primer año  
978516,91 USD (a partir del 4to año)  
Costo energía eléctrica  
Tasa de descuento  
0,073 USD/kWh  
8,6%  
VAN  
TIR  
383865,48  
10%  
PBP  
9 años con 2 meses  
Fuente: Elaboración propia basada en (Olmedo & Curillo, 2019)  
1
8
Monar-Villegas et al. (2024)  
2
.3. Proyecto de generación de  
energía eléctrica mediante la  
implementación de un biodigestor  
ubicado en la ciudad de Machachi  
porcino 3,5 kg/día de excretas  
(Morocho, 2012) (Mariscal, 2007),  
razón por la cual, en la cuidad de  
Machachi y alrededores, existe  
suficientes excretas para recoger y  
alimentar al biodigestor a ser  
diseñado, solucionando el problema  
en los pastizales.  
Para la evaluación técnica  
y
económica de la transformación de  
biogás en energía esta investigación  
desarrolló un proyecto de generación  
de energía eléctrica mediante la  
implementación de un biodigestor  
ubicado en la ciudad de Machachi,  
donde se presenta de manera  
sistematizada su diseño, el volumen  
útil de biogás producido al año, la  
potencia eléctrica útil de biogás y su  
evaluación económica.  
En la Tabla 11 se presentan las  
características técnicas para la  
implementación de un biodigestor  
ubicado en la ciudad de Machachi.  
Esta implementación se basa en la  
investigación realizada por Carrasco  
(2015), en donde se realizó la  
evaluación de una planta de biogás  
para abastecimiento energético, a  
partir del diseño de un biodigestor.  
2
.3.1. Diseño del biodigestor  
El cantón Mejía, por estar localizada  
en el centro norte de la región  
interandina del Ecuador, posee una  
privilegiada producción agrícola y  
ganadera. Las cifras de cabezas de  
ganado bobino y porcino suman  
El proceso comienza con el depósito  
de excretas de animales bovinos,  
porcinos y avícolas, en el tanque de  
almacenamiento con capacidad  
volumétrica de 659 m3 y salida de  
flujo másico de excretas de 14000  
kg/h, el flujo másico pasa por un  
molino, tornillo sin fin, tanque de  
mezcla e intercambiador de calor.  
Posteriormente, la mezcla de  
excretas con agua ingresa con un  
flujo másico de 14000 kg/h al  
6
0831 en toda la extensión de su  
cabecera  
Chacha,  
cantonal  
Machachi  
(Cisneros  
(
2018)  
&
Machuca, 2014). Esta cantidad de  
ganado genera pérdidas  
económicas debido a la acumulación  
de estiércol sobre los pastizales  
biodigestor,  
con  
capacidad  
(Pinos et al., 2012). Se calcula que  
volumétrica de 6581 m3, donde  
permanecen con un tiempo de  
un animal bobino genera 40 kg/día  
de excretas mientras que un animal  
1
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Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
retención hidráulico (THR) de 17,81  
días para su degradación,  
para salir de el con un flujo de biogás  
de 294,9 kg/h, flujo que entra al  
enfriador para seguidamente salir  
con un flujo de 284,11 kg/h al  
obteniéndose un flujo másico de  
biogás de 461 kg/h, equivalente a un  
caudal de 505,9 m3/h que es  
depositado en un gasómetro. En la  
etapa final el biogás sale del  
gasómetro y entra al absorvedor,  
cogenerador  
de  
energía  
de  
capacidad 1,04 MW (Carrasco,  
2015).  
Tabla 11. Características técnicas para la implementación de un biodigestor  
Características de los elementos  
Valores  
659 m3  
14000 kg/h  
2 días  
Tanque de almacenamiento capacidad volumétrica  
Tanque de almacenamiento salida de flujo másico de excretas  
Tanque de almacenamiento tiempo de autonomía  
Molino capacidad de flujo másico de excretas  
Tornillo sin fin capacidad de flujo másico de excretas  
Tanque de mezcla capacidad volumétrica (excretas + agua)  
Tanque de mezcla entrada de flujo másico de excretas  
Tanque de mezcla entrada de flujo másico de agua  
Tanque de mezcla diámetro  
30000 kg/h  
14000 kg/h  
3
7,72 m  
14000 kg/h  
12250 kg/h  
2,14 m  
Tanque de mezcla tiempo de residencia (excretas + agua)  
Intercambiador de calor (pasteurizador) capacidad de flujo másico de la  
mezcla (excretas + agua)  
0,25 h  
1
4000 kg/h  
Biodigestor capacidad volumétrica  
6581 m3  
Biodigestor entrada de flujo másico de la mezcla (excretas + agua)  
Biodigestor entrada de caudal de la mezcla (excretas + agua)  
Biodigestor THR  
Biodigestor salida de flujo másico de biogás  
Biodigestor salida de caudal de biogás  
14000 kg/h  
13,73 m /h  
3
17,81 días (427,51 h)  
461 kg/h  
3
505,9 m /h  
Biodigestor dimensiones  
Ø = 25,59 m, L = 12,8 m  
Biodigestor altura de la mezcla (excretas + agua)  
Gasómetro capacidad volumétrica de biogás  
Gasómetro capacidad de flujo másico de biogás  
Gasómetro tiempo de residencia del biogás  
Absorbedor entrada de flujo másico de biogás  
Absorbedor salida de flujo másico de biogás  
Absorbedor dimensiones  
Enfriador entrada de flujo másico de biogás  
Enfriador salida de flujo másico de biogás  
Cogenerador entrada de flujo másico de biogás  
Cogenerador potencia generada de energía eléctrica  
11,41 m  
1517,7 m  
3
461 kg/h  
3 h  
461 kg/h  
294,9 kg/h  
Ø = 0,42 m, L = 10,5 m  
294,9 kg/h  
284,11 kg/h  
284,11 kg/h  
1,04 MW  
Fuente: Elaboración propia basada en (Carrasco, 2015)  
En la Figura 5 se presenta el diseño  
del biodigestor a ser ubicado en la  
ciudad de Machachi. En el diseño se  
observa el flujo del proceso de  
biodigestión con sus elementos  
constitutivos. La Tabla 11 muestra  
las características técnicas del  
biodigestor.  
2
0
Monar-Villegas et al. (2024)  
Figura 5. Diseño del biodigestor (Carrasco, 2015).  
2
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Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
2
.3.2. Volumen útil de biogás  
ser el mismo durante todos los años  
de evaluación económica, a menos  
que se hagan un rediseño del  
mismo.  
producido al año en el biodigestor  
A partir de las características  
técnicas del biodigestor diseñado se  
estima el volumen de biogás  
En la Tabla 12 se presenta el  
volumen de biogás producido  
anualmente por el biodigestor  
ubicado en la ciudad de Machachi, el  
cual tiene un flujo volumétrico  
promedio de 311,87 m3/h. También  
la Tabla 12 muestra el flujo másico  
de los elementos y compuestos que  
integran el biogás.  
producido. la  
investigación realizada por Carrasco  
2015) calculó el volumen de biogás  
Para  
esto,  
(
generado al año, en metros cúbicos  
por hora, que se obtiene del proceso  
de biodigestión. Como este proyecto  
de generación de energía es a partir  
del biogás producido en un  
biodigestor su flujo volumétrico va  
Tabla 12. Volumen de biogás producido anualmente por el biodigestor ubicado en la ciudad de  
Machachi (Carraco, 2015)  
Flujo másico  
Elementos y compuestos del biogás  
kg/h  
CO  
2
81,23  
186,80  
13,22  
2,83  
CH  
4
N
2
H
2
H
2
S
0,01  
Flujo másico de biogás kg/h  
Flujo volumétrico de biogás m /h  
284,11  
311,87  
3
2
.3.3. Potencia eléctrica útil del  
Además, la potencia eléctrica útil es  
la misma durante todos los años de  
evaluación económica, debido al  
constante flujo volumétrico, a menos  
que se hagan un rediseño al  
biodigestor.  
biogás obtenido en el biodigestor  
La potencia eléctrica útil que se va  
obtener del flujo volumétrico de  
biogás, producto del proceso de  
biodigestión, es calculada a partir de  
la Ecuación 11 y Ecuación 12. Al  
tener el biogás un proceso de  
purificado las ecuaciones no  
requieren de un factor de corrección.  
Potencia eléctrica neta = Volbiogás ×  
Peb  
×
ƒ
(kWh)  
(Ec. 11)  
2
2
Monar-Villegas et al. (2024)  
Peb = % CH4 × valor calorífico  
2.3.4. Evaluación económica del  
proyecto Machachi  
(
(
kWh/m3)  
Ec. 12)  
La evaluación económica se la  
realiza a partir del trabajo de  
investigación de Carrasco (2015), en  
Donde:  
Peb: potencial energético del biogás.  
Volbiogás: volumen de biogás es igual  
donde se evaluó técnica  
y
3
económicamente una planta de  
biogás con procesos de biodigestión,  
a partir de excretas de animales  
bovinos, porcinos y avícolas. En  
base aquella investigación se tomará  
las cifras económicas para evaluar el  
proyecto de generación de energía  
a 311,87 m /h.  
ƒ: eficiencia del motor de combustión  
interna con un valor del 48%.  
%
CH4: % de concentración de  
metano que ingresa al cogenerador  
con un valor de 65,8%.  
valor calorífico: valor calorífico del  
metano con un valor de 10 kWh/m3.  
eléctrica  
mediante  
la  
implementación de un biodigestor en  
la ciudad de Machachi.  
Remplazado los valores en las  
ecuaciones se tiene que la potencia  
útil es de 1018 kW (1,018 MW),  
generados a partir de un flujo de  
biogás de 311,87 m3/h. Con este  
valor de potencia se realiza la  
selección del equipo para generar  
energía eléctrica; tomando en cuenta  
que en las etapas de biodigestión se  
requiere de energía térmica para  
aumentar y disminuir la temperatura  
del proceso; razón por la cual, se  
En la Tabla 13 se presenta los datos  
para la evaluación económica del  
proyecto de generación de 1 MW de  
energía eléctrica mediante la  
implementación de un biodigestor  
ubicado en la ciudad de Machachi. El  
costo de inversión para la instalación  
de la planta de generación de  
energía eléctrica es de 5134758  
USD. Para el cálculo del VAN se  
utilizó una tasa de descuento del  
selecciona  
un  
con  
equipo  
motor  
de  
de  
1
0% con un tiempo de análisis  
cogeneración  
económico de 15 años.  
combustión interna por estar dentro  
de los rangos de eficiencia y  
potencia eléctrica (Crisanto, 2013)  
La evaluación económica del  
proyecto de generación de energía  
eléctrica mediante la  
(Carrasco 2015).  
implementación de un biodigestor  
2
3
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Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
ubicado en la ciudad de Machachi  
muestra que el valor actual neto  
generación eléctrica es rentable,  
siendo el plazo de retorno de la  
inversión (Payback) de 4 años. Los  
datos para este análisis se presentan  
en la Tabla 13.  
(VAN) es mayor a cero, mientras que  
la tasa interna de retorno (TIR) es  
mayor a la tasa de descuento del  
1
0%. Por lo tanto, este proyecto de  
Tabla 13. Datos para la evaluación económica del proyecto de generación de 1 MW de energía  
eléctrica mediante la implementación de un biodigestor  
Potencia eléctrica  
1 MW  
Inversión  
5134758 USD  
612970 USD  
4521788 USD  
1061305 USD  
15 años  
Monto capital propio  
Financiamiento bancario  
Costo del cogenerador de corriente  
Duración financiamiento bancario  
Tiempo de análisis económico  
Ingreso por la venta de energía  
Costo energía eléctrica  
Tasa de descuento  
VAN  
15 años  
520908 USD  
0,07 USD/kWh  
10%  
807668 USD  
21%  
TIR  
Payback  
4 años  
Fuente: Elaboración propia basada en (Carrasco, 2014)  
3
. Resultados y discusión  
potencia útil de los proyectos de  
generación de energía eléctrica de  
los rellenos sanitarios El Inga y  
Ceibales, y del biodigestor ubicado  
en Machachi.  
A continuación, para el análisis  
técnico se muestra la Tabla 14, la  
cual presenta el volumen útil y la  
Tabla 14. Volumen útil y potencia útil de los proyectos de generación de energía eléctrica  
El Inga  
Volumen útil  
de biogás  
Machachi  
El Inga  
Ceibales  
Machachi  
Ceibales  
Volumen útil Potencia útil Potencia útil Potencia útil  
Año  
Volumen útil de biogás  
de biogás  
de biogás  
MW  
de biogás  
MW  
de biogás  
MW  
3
m /h  
3
3
m /h  
m /h  
2
003  
004  
005  
006  
007  
008  
009  
010  
011  
012  
013  
014  
015  
016  
017  
018  
0,00  
80,98  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
0,00  
0,17  
0,51  
0,84  
1,16  
1,47  
1,81  
2,15  
2,48  
2,80  
4,17  
4,59  
4,99  
5,38  
5,76  
6,12  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
---  
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
238,91  
395,50  
547,04  
691,19  
852,15  
1010,75  
1167,67  
1318,21  
1961,91  
2158,59  
2348,11  
2530,45  
2706,98  
2877,23  
---  
---  
---  
---  
0,00  
20,04  
87,20  
148,64  
209,15  
267,64  
324,60  
380,50  
435,81  
0,00  
0,05  
0,21  
0,35  
0,50  
0,63  
0,77  
0,90  
1,03  
2
4
Monar-Villegas et al. (2024)  
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
019  
020  
021  
022  
023  
024  
025  
026  
027  
028  
029  
030  
031  
032  
033  
034  
035  
036  
037  
038  
039  
3041,65  
3219,52  
3405,00  
3229,37  
3062,71  
2904,55  
2754,47  
2612,44  
2477,59  
2349,90  
2228,48  
2113,34  
2004,47  
1900,98  
1802,86  
1709,67  
1621,41  
1537,63  
1458,33  
---  
491,03  
546,31  
602,05  
658,54  
716,07  
774,89  
835,23  
897,30  
961,30  
1027,43  
1095,84  
1166,70  
1240,15  
1182,03  
1126,65  
1073,88  
1023,59  
975,68  
930,02  
886,51  
845,05  
---  
---  
---  
---  
6,47  
6,85  
7,24  
6,87  
6,51  
6,18  
5,86  
5,56  
5,27  
5,00  
4,74  
4,50  
4,26  
4,04  
3,83  
3,64  
3,45  
3,27  
3,10  
---  
1,16  
1,30  
1,43  
1,56  
1,70  
1,84  
1,98  
2,13  
2,28  
2,44  
2,60  
2,77  
2,94  
2,80  
2,67  
2,55  
2,43  
2,31  
2,21  
2,10  
2,00  
---  
---  
---  
---  
---  
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
---  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
312  
1
1
1
---  
---  
%
%
%
de concentración de metano en el relleno sanitario El Inga = 56%.  
de concentración de metano en el relleno sanitario Ceibales = 50%.  
de concentración de metano que ingresa al cogenerador proyecto Machachi = 65,8%.  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013) (Olmedo & Curicho, 2019) (Carrasco,  
015)  
2
Los datos de la Tabla 14 provienen  
de la Tabla 2, Tabla 3, Tabla 7, Tabla  
la Figura 6, donde se presenta el  
volumen útil y potencia útil de los  
proyectos de generación de energía  
para su análisis.  
8
y Tabla 12 e ítem 2.3.3. A partir de  
la Tabla 14 se grafican las curvas de  
Figura 6. Volumen útil y potencia útil de los proyectos de generación de energía eléctrica  
Fuente: Elaboración propia  
El análisis técnico muestra que en el  
año 2021 el proyecto El Inga alcanzó  
el máximo volumen anual de biogás  
con un valor de 3405 m3/h y una  
potencia eléctrica anual de 7,24 MW;  
mientras que en el año 2031 el  
proyecto Ceibales alcanzará el  
máximo volumen anual de biogás  
2
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Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) Ed. Esp. Octubre 2024.  
ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
con un valor de 1240,15 m3/h y una  
potencia eléctrica anual de 2,94 MW;  
en cambio, la implementación del  
proyecto de la ciudad de Machachi  
tendría un constante volumen anual  
de biogás de 312 m3/h y una  
potencia eléctrica anual de 1 MW; a  
su vez, los tres proyectos alcanzan  
una potencia eléctrica de 1 MW con  
flujos de volumen anual de biogás de  
resultado que el tiempo de  
maduración de un relleno sanitario  
para producir una potencia máxima  
es en promedio 20,5 años.  
A continuación, para el análisis  
económico de resultados se muestra  
la Tabla 15, la cual presenta datos  
para la evaluación económica de los  
proyectos de generación de energía  
eléctrica de los rellenos sanitarios El  
Inga y Ceibales, y del biodigestor  
ubicado en Machachi.  
5
47,04 m3/h, 435,81 m3/h y 312  
m3/h, con una desviación estándar  
de 117,58 m3/h y un coeficiente de  
variación del 27%.  
Los datos de la Tabla 15 provienen  
de la Tabla 5, Tabla 10 y Tabla 13,  
las mismas que contienen datos  
datos para la evaluación económica  
de los proyectos. A partir de la Tabla  
La máxima potencia útil eléctrica  
producida en el relleno sanitario El  
Inga se logró en 19 años, mientras  
que en el relleno sanitario Ceibales  
se logrará en 22 años; esto da como  
1
5 se realiza el respectivo análisis  
económico.  
Tabla 15. Datos para la evaluación económica de los proyectos de generación de energía eléctrica  
El Inga 5 MW  
año 2024)  
Ceibales 1,8 MW  
(año 2024)  
Machachi 1 MW  
(año 2024)  
Datos  
(
Inversión  
6035920,09 USD  
3893624,2 USD  
5134758 USD  
1
061305 USD  
Costo de los generadores  
de corriente  
3649187 USD  
(5 generadores)  
1400000 USD  
(2 motogeneradores)  
(
1 cogenerador de  
corriente)  
Tiempo de análisis  
económico  
Tasa de descuento  
1
5 años  
8,5%  
15 años  
15 años  
8,6%  
383865,48 USD  
10%  
10%  
807668 USD  
21%  
VAN  
TIR  
11301391,77 USD  
21%  
PBP  
3 años con 5 meses  
9 años con 2 meses  
4 años  
Fuente: Elaboración propia basada en (Crisanto, 2013) (Olmedo & Curicho, 2019) (Carrasco,  
015)  
2
El análisis económico de los tres  
proyectos fue realizado a 15 años:  
en el proyecto El Inga con una  
potencia actual de 5 MW su VAN es  
de 11301391,77 USD siendo mayor  
a cero y su TIR es del 21% mayor a  
2
6
Monar-Villegas et al. (2024)  
su tasa de descuento del 8,5%; en el  
proyecto Ceibales con una potencia  
actual de 1,8 MW su VAN es de  
transformar 12,659 millones de  
toneladas acumuladas de RSU,  
6581 m3 de excretas bovinas,  
porcinas y avícolas, se genera  
actualmente una potencia de 7,8 MW  
con una inversión de 15 millones de  
USD; lo cual, mediante la aplicación  
del artículo 413 de la constitución,  
donde el estado ecuatoriano está  
obligado a promover el desarrollo de  
energías renovables, se puede  
invertir alrededor de 5498 millones  
de USD para obtener una potencia  
eléctrica de 2859 MW que  
corresponde a la generación de  
energía eléctrica de fuentes no  
renovales, y así solventar el déficit  
de 890 MW para obtener soberanía  
de energía eléctrica en el Ecuador.  
3
83865,48 USD siendo mayor a cero  
y su TIR es del 10% mayor a su tasa  
de descuento del 8,6%; y el proyecto  
Machachi con una potencia actual de  
1
MW su VAN es de 807668 USD  
siendo mayor a cero y su TIR es del  
1% mayor a su tasa de descuento  
2
del 10 %; por lo tanto los tres  
proyectos de generación eléctrica  
son rentables.  
La inversión en el proyecto de  
generación de 1 MW de energía  
eléctrica mediante biodigestor es de  
5
,134 millones de USD, mientras que  
la inversión en el proyecto de  
generación de 5 MW es de 6,035  
millones de USD, esta diferencia  
indica que los procesos de  
biodigestión a gran escala requieren  
de mayor inversión para obtener  
determinada capacidad de potencia  
eléctrica.  
En el proyecto Machachi para  
generar 1 MW de energía eléctrica  
mediante procesos de biodigestión  
se requiere de un flujo de volumen  
de biogás de 312 m3/h; mientras  
que, en los proyectos El Inga y  
Ceibales para generar 1 MW de  
energía eléctrica, a partir de residuos  
sólidos depositados técnicamente en  
sus rellenos sanitarios, se requiere  
de un flujo de volumen de biogás de  
4
. Conclusiones  
Se concluye que, la evaluación de  
los tres proyectos ofrece una  
solución técnica y económicamente  
viable en la transformación de biogás  
en ERNC; ya que, al utilizar y  
471,27  
m3/h  
y
435  
m3/h,  
respectivamente; concluyendo que,  
los flujos de biogás son similares  
2
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ISSN: 2737-6249  
Evaluación técnica y económica de la transformación de biogás en energía eléctrica  
para producir una potencia de 1 MW,  
pero, con el menor flujo  
transformarlas en energía eléctrica  
de tipo renovable no convencional, a  
diferencia de proyectos  
correspondiente a 312 m3/h se logra  
producir la misma potencia, esto se  
debe a una mejor eficiencia de  
refinación del biogás en los proceso  
de biodigestión.  
termoeléctricos donde se utilizan  
combustibles líquidos importados  
como diésel y el fuel oíl para generar  
energía eléctrica no renovable.  
La comparación de la transformación  
de biogás a energía eléctrica  
mediante la descomposición de los  
residuos orgánicos en el interior de  
un relleno sanitario con la  
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DE  
(
descomposición  
bobinas, porcinas  
de  
excretas  
avícolas  
ARCONEL- 031/16. Ecuador:  
ARCOTEL.  
y
mediante biodigestor, evidencia que  
el mayor porcentaje de gas metano  
se produce en el proceso de  
biodigestión con un valor de 65,8%,  
lo que indica que, a partir del  
proyecto de generación de energía  
Agencia de Regulación y Control de  
Energía y Recursos Naturales  
No  
Renovables  
(2024a).  
(ARCERNNR).  
PANORAMA  
ELÉCTRICO  
ECUADOR:  
2
024.  
ARCERNNR.  
eléctrica  
mediante  
la  
Agencia de Regulación y Control de  
Energía y Recursos Naturales  
implementación de un biodigestor se  
extrae mayor cantidad de gas  
metano.  
No  
Renovables  
(2024b).  
(ARCERNNR).  
PANORAMA  
2024.  
ELÉCTRICO  
ECUADOR:  
La transformación de biogás en  
energía eléctrica del futuro ofrece  
ARCERNNR.  
una  
solución  
técnica  
y
Agencia de Regulación y Control de  
Energía y Recursos Naturales  
económicamente viable para el  
Ecuador, ya que, el país contiene  
No  
Renovables  
(2024b).  
(ARCERNNR).  
abundantes residuos sólidos  
residuos de excretas animales, que  
pueden ser utilizadas para  
y
PANORAMA  
ELÉCTRICO  
ECUADOR:  
2
024.  
ARCERNNR.  
2
8
Monar-Villegas et al. (2024)  
Bastidas Moreno, C. G. (2022).  
de  
encadenamiento  
Análisis  
energético del estiércol de  
aves generada en la Granja  
del  
potencial  
productivo para la producción  
y comercialización de los  
productos derivados de la  
leche en la provincia de  
Avícola  
Pujilí  
para  
la  
generación de energía de la  
empresa Incubandina ubicado  
en el sector de Chan cantón  
Pujilí provincia de Cotopaxi,  
Pichincha,  
(Tesis  
Universidad  
cantón  
Mejía  
de  
Ingeniería).  
Politécnica  
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2
022.  
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