LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, agosto, 2024, Volumen V, Número 4 p 3497.
DOI: https://doi.org/10.56712/latam.v5i4.2509
Diseño de un bioproceso industrial para la formulación de
biofertilizante a base de lombricomposta y quitina
Design of an industrial bioprocess for the formulation of biofertilizer based
on vermicompost and chitin
Lluvia Paloma Escobar Sepulveda
Lluviae2503@outlook.com
https://orcid.org/0009-0004-1230-0286
UAGro- Universidad Autónoma de Guerrero
Chilpancingo México
Maribel Sepulveda Covarrubias
06880@uagro.com
https://orcid.org/0000-0003-3764-5219
UAGro-Universidad Autónoma de Guerrero
Chilpancingo México
Nelissa Rodríguez Dorantes
13648@uagro.com
https://orcid.org/0000-0003-2345-8906
UAGro-Universidad Autónoma de Guerrero
Chilpancingo México
Artículo recibido: 01 de agosto de 2024. Aceptado para publicación: 16 de agosto de 2024.
Conflictos de Interés: Ninguno que declarar.
Resumen
La lombricultura es el uso de lombrices de tierra como herramienta biotecnológica para la digestión
de materia orgánica en la obtención de un abono orgánico de alta calidad conocido como humus de
lombriz, actualmente la lombricultura se realiza a menor escala, su uso principal es huertos en casa o
cultivos medianos, el autor plantea el escalamiento industrial de este bioproceso para la formulación
de un biofertilizante a base de lombricomposta y quitina, con el fin de dar solución a problemáticas en
cultivos agrícolas como el uso de biofertilizantes químicos y ayudando al mismo tiempo a reducir la
contaminación de agua, por desechos marinos y residuos sólidos agropecuarios. Diseñar un proceso
industrial para la obtención de biofertilizante mediante lombricultura. El autor diseñó las fases
(upstream, fermentación y Downstream) del bioproceso, basado en todos de lombricultura,
mediante balance de materia y energía, se determinó las entradas y salidas para una producción de
864 ton anuales de lombricomposta usando estiércol vacuno como soporte y fuente nutritiva del que
se alimenta la lombriz roja Californiana (Eisenia foetida), para obtener un lombriabono rico en
sustancias húmicas que posteriormente será mezclado con quitina. El autor diseñó una propuesta de
Layout para planta industrial y un diagrama de flujo de proceso (PFD), donde se describe la corriente
de flujo de trabajo, con maquinaria y accesorios propuestos en la fabricación de biofertilizante,
marcando entradas y salidas de materia prima y subproductos.
Palabras clave: bioprocesos, lombricomposta, biofertilizante, quitina
Abstract
Vermiculture is the use of earthworms as a biotechnological tool for the digestion of organic matter in
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, agosto, 2024, Volumen V, Número 4 p 3498.
obtaining a high quality organic fertilizer known as worm humus, currently vermiculture is carried out
on a smaller scale, its main use is home gardens or medium crops, the author proposes the industrial
scaling of this bioprocess for the formulation of a biofertilizer based on vermicompost and chitin, in
order to provide solutions to problems in agricultural crops such as the use of chemical biofertilizers
and at the same time helping to reduce water pollution, marine debris and agricultural solid waste.
Objectives: To design an industrial process for obtaining biofertilizer through vermiculture. Materials
and methods: The author designed the phases (upstream, fermentation and downstream) of the
bioprocess, based on vermiculture methods, by means of a balance of matter and energy, the inputs
and outputs were determined for a production of 864 tons per year of vermicompost using cow manure
as a support and nutrient source from which the Californian red worm (Eisenia foetida) feeds to obtain
a worm rich in humic substances that will later be mixed with chitin. Results: The author designed a
proposal for a layout for an industrial plant and a process flow diagram (PFD), where the workflow
current is described, with machinery and accessories proposed in the manufacture of biofertilizer,
marking inputs and outputs of raw material and by-products.
Keywords: bioprocesses, vermicompost, biofertilizer, chitin
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Cómo citar: Escobar Sepulveda, L. P., Sepulveda Covarrubias, M., & Rodríguez Dorantes, N. (2024).
Diseño de un bioproceso industrial para la formulación de biofertilizante a base de lombricomposta y
quitina. LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades 5 (4), 3497 3513.
https://doi.org/10.56712/latam.v5i4.2509
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, agosto, 2024, Volumen V, Número 4 p 3499.
INTRODUCCIÓN
La poca producción de biofertilizantes a grandes escalas para la nutrición de cultivos se compensa
con el actual uso de fertilizantes foliares (principalmente químicos) que se comienzan a considerar
como una vía no óptima ya que llegan a ser contaminantes de suelo y agua. La lombricultura es una
biotecnología que utiliza a una especie de lombriz domesticada, como una herramienta de trabajo,
aprovechando los residuos orgánicos, transformando estos en lombricomposta (humus) y en una
fuente valiosa de proteína (Carne y/o harina de lombriz). Esta actividad zootécnica permite
perfeccionar los sistemas de producción agrícola (Alvarado, A. & Díaz, E., 2019).
Es un producto estabilizado (sin lombrices), con un pH neutro, se encuentra natural y completamente
libre de semillas, patógenos, pesticidas y metales pesados. Tiene un olor agradable a tierra fresca, de
una coloración café obscura, casi negra y con una uniformidad, ligereza y porosidad que le confiere
características físicas, calidad y presentación excepcionales. El humus de lombriz ha sido considerado
en los últimos años el mejor fertilizante orgánico y puede almacenarse durante mucho tiempo sin que
sus propiedades se vean alteradas (hasta 2 meses), pero es necesario mantenerlas bajo condiciones
óptimas de humedad. Esta técnica ha tenido un fuerte apogeo en la sociedad agrónoma, puesto que
se le puede dar diferentes usos al lombricultivo.
Otra característica que posee el lombriabono son las sustancias húmicas, las cuales equivalen al
producto final del proceso de descomposición que sufren los desechos orgánicos con o sin lombrices,
razón por la cual es alto el contenido de esta sustancia en el lombriabono, lo que facilita a la planta una
mejor absorción de nutrientes.
La quitina es una sustancia formada por glucósidos nitrogenados de color blanco e insoluble en agua,
que constituye el material principal del que está formado el revestimiento exterior del cuerpo de los
artrópodos, la cual, principalmente, nos va a funcionar como controlador de nemátodos y estimulador
de la simbiosis micorrizógena, la cual nos brinda una relación entre los hongos presentes en el suelo y
la raíz de la planta, que ayuda a esta a absorber sus nutrientes minerales del suelo, estimulando el
crecimiento, desarrollo y nutrición de fósforo y nitrógeno, lo que proporciona una superficie de
absorción adicional. (Qingdao,2020).
Debido a que los fertilizantes químicos contienen grandes cantidades de nitrógeno, contribuyen a la
contaminación de agua por nitratos, eutrofización y emisión de gases a la atmósfera, a diferencia de
los biofertilizantes que no contienen niveles de nitrógeno añadidos. En el caso del biofertilizante
formulado, la fuente de nitrógeno es el humus de lombriz además de contener la quitina, que favorece
la simbiosis de los micorrizógenos, por lo que estos mismos hongos presentes en el suelo ayuden a la
reducción de los contaminantes.
METODOLOGÍA
Para poder conocer los componentes del biofertilizante, es necesario llevar un bioproceso controlado,
para esto planteamos tres etapas: upstream, fermentación y Downstream, sobre las que se plantean
los balances de materia y energía.
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Figura 1
Diagrama de bloques del proceso de lombricultura
La fase de upstream constará de la preparación del sistema donde se establecerá el cultivo, la elección
de soporte (estiércol vacuno) y elección del microorganismo.
Organismo: lombriz roja Californiana (Eisenia foetida), al tener 5 corazones y 6 riñones, favorece la
actividad fisiológica, estas se aparean una vez a la semana y ponen de 1 a 2 cocones, de un cocón
pueden salir de 2 a 21 lombrices dependiendo de la calidad nutritiva del alimento, se alimenta de
desechos en descomposición, de los cuales se asimila una parte para cubrir sus necesidades
fisiológicas (40%) y la otra parte (60%) la excreta (Rostrán, 2016),
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Sustrato y fuente nutritiva: Existen diferentes tipos de sustrato, de las cuales la más viable en cuanto a
tiempo de preparación y materia prima disponible, es el estiércol vacuno fresco mezclado con agua
(80% de humedad), el volumen de este sustrato está relacionado con el volumen de organismo ubicado
en la cama, en una relación 1:1 (volumen).
En la fase dos se llevará a cabo el proceso de fermentación sólida del organismo, añadiendo el soporte,
organismo y sustrato para llevar a cabo el proceso.
Fase tres (Downstream); Dentro de esta fase se encuentran la extracción, concentración y acabado del
producto, para la extracción usamos el método descrito por Rostrán J., Bárcenas M., Castillo X., &
Escobar J.
Según Rostrán en 2016 nos brinda información sobre las condiciones que se deben mantener en el
sistema para que la fermentación se lleve a cabo de forma más óptima a un pH entre 6 y 9, con una
temperatura de entre 15-25°C y humedad de entre 75-85%.
Para llevar a cabo este bioproceso de manera óptima, con la menor inversión posible y menor consumo
energético, se propone implementar camas de producción. Estas estarán diseñadas de tal forma que,
sea sencilla la recuperación del subproducto (lixiviado).
Figura 2
Diseño ilustrativo de las camas de producción
La duración del bioproceso es una condicionante importante de la capacidad de nuestro proceso
productivo ya que este tiene una duración de tres meses por lote, por lo que se plantea un proceso en
12 camas de producción, con 1 semana desfase entre cada una. De esta forma, una vez transcurridos
los 3 meses de fermentación, la primera cama estará lista para ser pasada al Downstream y ser
nuevamente llenada para comenzar otro proceso con duración de 3 meses, una semana después, la
segunda cama estará lista y repetir los pasos ya descritos, así hasta finalizar con las 12 camas y
nuevamente volver a comenzar.
La producción mensual será de 72 ton, un total de 648 ton en el primer año, pues la producción activa
será por 9 meses, debido a los 3 meses que tarda la fermentación. Después del primer año, la
producción anual será de 864 ton de biofertilizante.
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Tabla 1
Balance de materia y energía
UPSTREAM: Área de precompostaje
 
E= 250 ton y mD= 50 ton
   
 
 
   
 
Nota: E-Entrada global; S-Salida global; mD-Material de desecho (partículas separadas); mL-Material
limpio (estiércol).
La entrada global al sistema (E) serán 20 ton de estiércol (MP), de los cuales el material de desecho
representará el 10% (Luis Iglesias, 2010). Esta materia prima será sometida a una separación manual
para retirar de este las partículas más grandes. Una vez que se realizó la separación de forma manual,
se supone una obtención de material de desecho (partículas) de 2 ton.
El siguiente paso será obtener un sustrato con los requerimientos de humedad del 80%, por lo que en
el punto de mezclado de MP con agua, la cantidad de materia que se pierde se supone muy poca, a 18
ton de MP, se le añade el 30% de agua (5.4 ton) para que alcance la humedad requerida, obteniendo
23.4 toneladas de sustrato húmedo (estiércol + agua) que será repartido en las 12 camas para seguir
un proceso de fermentación sólida.
Proceso
En la fermentación sólida, el organismo es capaz de desarrollarse en un medio con poca o nada de
agua libre disponible, en la lombricultura se usa como organismo a la lombriz, que al desarrollarse en
el medio excreta sustancias nutritivas que transforman este sustrato orgánico en un abono de alta
calidad.
Para poder plantear las reacciones, primero debemos plantear los reactivos y productos de la reacción
(reactivos🡪productos), es decir aquellos que constituyen el sustrato (medio de desarrollo de la lombriz)
y el humus de lombriz (producto de la fermentación).
Reactivos
El estiércol vacuno, como los purines, son una mezcla de las heces de los animales con los orines,
además está compuesto por elementos, según Iglesias en 2010.
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Tabla 2
Producción y composición de diferentes tipos de estiércol
Luis Iglesias (2010), nos dice que la materia orgánica contenida en el estiércol vacuno dependerá de la
alimentación del ganado y estos pueden ser compuestos orgánicos como la glucosa, celulosa y el
ácido láctico.
Productos
Tabla 3
Compuestos del lombriabono
Los ácidos húmicos (
) son los principales compuestos orgánicos complejos constituyentes
del humus, estos se forman de la descomposición de materia orgánica, son un estimulador natural del
crecimiento que aumenta el metabolismo de las plantas y la ingesta de nutrientes (Marihus Altoé
Baldotto, 2014).
Las reacciones químicas serán la descomposición compleja llevada a cabo por el organismo usando;
una fuente de carbono (glucosa, celulosa o ácido láctico), una fuente de nitrógeno (NH3) y oxigeno
(O2) en un compuesto orgánico formado por ácidos húmicos (
), agua (H2O) y dióxido de
carbono (CO2).
Las reacciones balanceadas usando como fuente de carbono glucosa, celulosa y el ácido láctico se
presentan a continuación:
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Tabla 4
Reacción
Fuente: elaboración propia.
Tomando en cuenta nuestra reacción química usando como fuente de carbono la celulosa, debido a
que la dieta de ganado vacuno es pasto y heno (rico en celulosa).
Una vez establecida la alimentación de estiércol (23.4 ton), nos basamos en la siguiente tabla para
conocer cuánto se alimentará cada reactivo en la reacción.
Tabla 5
Porcentaje de alimentación de los reactivos
Fuente: elaboración propia.
Posteriormente se realizó un balance de materia con reacción, calculando el grado avance de reacción
y con este calculamos las salidas de los reactivos.
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Reacción
Balanceo de ecuación por componentes
Para este tipo de reacciones la eficiencia es del 60% según Luis Iglesias en 2010, esto se debe a la
facilidad que tienen las lombrices en realizar la bioconversión cuando las condiciones son óptimas.
Con el dato anterior calculamos el avance de reacción, usando la alimentación del reactivo limitante
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Por lo que el avance de reacción sería:
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Con el avance de reacción se hace el cálculo de cada una de las salidas
Reactivos
:
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Productos
:
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:
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 
Con los datos anteriores podemos saber cuánta lombricomposta se obtendrá; un total de 36.4 ton,
contando con algunas pérdidas que son difíciles de estimar ya que es un sistema abierto y algunas de
las condiciones como el flujo de aire son difíciles de estimar.
Figura 3
Diagrama de flujo para el balance en las camas de compostaje
Downstream
Área de secado
Con base a los resultados obtenidos en el balance en las camas de compostaje y realizando la suma
total de las corrientes de salida del tanque, se obtiene un total de 36.4 ton de producto húmedo por lo
que procedemos a realizarle un proceso de secado, sabiendo que el producto final solo contiene 30%
de humedad, sabemos que el producto que sale de las camas tiene un porcentaje de humedad del 70%
aproximadamente (si se mantuvo en condiciones establecidas), la cantidad de agua extraída será de
21.5 ton, por lo que el balance de materia quedaría de la siguiente manera, obteniendo 14.9 ton de
producto con la humedad final.
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Figura 4
Balance de materia en área de secado
Área de tamizado
Una vez que tenemos nuestro producto seco, finalmente, para asegurarnos que el producto estará libre
de partículas grandes y que la granulometría sea homogénea, con base al balance anterior, la entrada
a la zona de tamizado será de 14.9 ton.
Según Rostrán (2016) la salida de partículas extrañas se supondrá de un 1% de la entrada global al área
de tamizado, pues las impurezas en el producto serán casi despreciables, entonces a la salida
tendríamos un total de 14.75 de humus de lombriz.
Figura 5
Balance de materia para área de tamizado
Área de mezclado
En esta área se llevará a cabo, la adición de quitina, la cual se añadirá en una proporción de 1:4, al
humus de lombriz previamente secado. Con lo cual, nuestra corriente de entrada a esta área es de
14.75 ton de humus de lombriz y 3.6875 ton de quitina en polvo. A la salida de la operación
obtendremos aproximadamente 18 toneladas de producto terminado.
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Figura 6
Balance de materia para área de mezclado
RESULTADOS
Para sugerencia de acomodo de plata, se realizó un Layout, con la posible ubicación de las camas de
compostaje, así como las entradas de materia prima y salida de producto terminado.
Figura 7
Propuesta de planta industrial para biofertilizante
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A continuación, se presenta el diagrama de flujo de proceso (PFD), para dar una representación
esquemática del proceso y de operación normal, indicando la numeración de cada corriente, así como
la instrumentación necesaria para cada operación (figura 3).
Figura 8
PFD para biofertilizante
CONCLUSIÓN
Los biofertilizantes son una opción muy utilizada en pequeña escala, con el diseño de este bioproceso
se plantea la producción a gran escala de un biofertilizante a base de lombricomposta utilizando
métodos biotecnológicos para la escalación a una planta industrial. Además del lombriabono se
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obtiene un producto secundario conocido como lixiviado de humus de lombriz al cual también se le
puede dar aprovechamiento como biofertilizante líquido.
Las principales ventajas ambientales de la fabricación del biofertilizante planteado en este proyecto,
es el aprovechamiento de materias de desecho como el estiércol y las cáscaras de los crustáceos de
donde se obtiene la quitina, para la transformación de un producto orgánico, obtenido de organismos,
los cuales seguirán reproduciéndose para continuar con el ciclo y repetir el bioproceso.
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