Examinando por Materia "Modelos cineticos"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de la influencia de la relación S/I y la temperatura de operación sobre la digestión anaerobia de residuos de alimentos con un inóculo de procedencia psicrofílica
    (Universidad del Valle, 2023) Moreno Escandón, Laura; Torres Lozada, Patricia; Rodríguez-Jiménez, Lina Mariana
    En el presente trabajo de investigación se evaluó experimentalmente: la influencia de la temperatura de operación (10, 15 y 27°C) sobre las actividades metabólicas de un inóculo psicrofílico (actividad hidrolítica específica -AHE, actividad acidogénica específica -AAE y actividad metanogénica específica -AME) y ii.el efecto simultáneo de la temperatura de operación (10, 15 y 27°C) y la relación S/I (0.20, 0.5, 1.0 gSVsustrato·gSVinóculo-1 ) sobre el PBM, mediante un diseño factorial de variables cuantitativas . Se aplicaron adicionalmente modelos cinéticos de Primer Orden (PO), Gompertz Modificado (GM) y Función Logística (FL) con el fin de determinar la influencia de las distintas condiciones experimentales sobre la constante de hidrólisis (Kh), la tasa máxima de producción (Rmáx) y la fase de latencia (λ). Los resultados se analizaron mediante un análisis de varianza ANOVA (p<0,05) y la implementación de un modelo de regresión, que corresponde a una superficie de respuesta de segundo orden. Se encontró que la temperatura influye en la actividad microbiana del inóculo psicrofílico (Valor-p < 0,05) con mayor incidencia en la AME y la AHE, siendo vital la caracterización de la calidad del inóculo a la temperatura en la que se va a llevar a cabo el proceso de digestión anaerobia; las mayores actividades del inóculo se presentaron a 27°C (AHE:0,153 gDQOglu/gSV*d; AAE:1,945 gDQOglu/gSV*d y AME:0,021 gDQO/gSV*d). Los resultados experimentales del PBM y la aplicación de los modelos cinéticos, ratificaron que tanto el proceso de DA empleando un inóculo psicrofílico, como las constantes cinéticas (Kh, Rmáx y λ), son influenciadas por la relación S/l y la temperatura de operación, siendo más sensibles a cambios en la temperatura de operación que en la relación S/I. A mayor temperatura y menor relación S/I se observó un mayor rendimiento del proceso (27°C y S/I de 0,20 - Media:148,9 mLCH4/gSV, Error estándar:4,27). Al disminuir la temperatura de operación de 27°C a 15°C y 10°C, la producción de biometano se redujo un 62,53 % y 73,59 % respecto a 27°C, respectivamente. Los tres modelos cinéticos mostraron que a mayor temperatura se alcanza un mayor ajuste (>0,95), el cual disminuye a medida que decreció la temperatura (15°C: >0,90 y 10°C: >0,83), lo que indica que los modelos cinéticos aplicados se ajustan mejor a las condiciones de temperatura mesofílica que psicrofílica. Respecto a las bajas temperaturas (10 y 15°C), el modelo de GM fue el que presentó mejor ajuste (maximizando R2 y minimizando el RMSE). En general, la temperatura de operación presentó mayor efecto que la relación S/I sobre la Kh. Este tipo de trabajos de investigación permiten ampliar la visión relacionada con el efecto simultáneo de dos o más variables sobre el comportamiento de la digestión anaerobia psicrofílica, lo anterior con el objetivo de que el proceso biológico pueda ser escalado a futuro y la tecnología se implemente en las regiones más frías y vulnerables económicamente del país como una alternativa de aprovechamiento de residuos orgánicos que permita la obtención de metano sin demandar grandes costos energéticos en sistemas de calefacción; para lo anterior es importante seguir estudiando diferentes tipos de inóculos y parámetros como el tamaño de partícula y tipo de sustrato empleando en la determinación de las actividades metabólicas.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de la influencia del volumen de reactor en la digestión anaerobia de residuos de alimentos mediante ensayos de potencial bioquímico de metano empleando el método manométrico
    (Universidad del Valle, 2023) Muñoz Rebolledo, Joshua; Maldonado Aguirre, Juan David; Torres Lozada, Patricia; Foronda Zapata, Kevin
    Los residuos de alimentos (RA) representan una importante fracción de los residuos sólidos municipales (RSM), los cuales tienen como forma predominante de manejo en países en desarrollo (PeD) como Colombia, la disposición final en rellenos sanitarios e incluso en botaderos a cielo abierto, lo que puede generar impactos negativos de tipo económico, social, técnico y ambiental cuando se presenta un manejo inadecuado de los mismos. Sin embargo, el alto contenido de humedad y la biodegradabilidad de los RA los convierten en un material con gran potencial de aprovechamiento para la obtención de energía renovable mediante procesos bioquímicos como la Digestión Anaerobia (DA), aunque este proceso se puede ver afectado por múltiples variables que influyen en su rendimiento. La forma predominante de evaluar el comportamiento del proceso a escala de laboratorio y con baja demanda técnico-económica, son los ensayos de Potencial Bioquímico de Metano (PBM), pero dado a que no se ha logrado la estandarización del método, esto conlleva a que se puedan presentar errores de reproducibilidad o de comparación de resultados entre estudios, siendo el Volumen de Reactor (VR) una de las variables que poco se ha investigado y con mayor fluctuación en estos ensayos. Por lo tanto, en este trabajo de grado, y teniendo en cuenta las recomendaciones de diferentes estudios, se evaluaron tres niveles de VR (V250: 250 mL; V500: 500 mL y V1000: 1.000 mL) en ensayos PBM utilizando residuos altamente heterogéneos como los RA, encontrándose que el VR incidió sobre el PBM de manera significativa (p<0,05), generando producciones máximas de CH4 de 149,89 (±47,74), 164,47 (±51,72) y 189,84 (±21,88) mLCH4/g.SV para V250, 500 y V1000, respectivamente. Adicionalmente, para las condiciones experimentales implementadas, el uso de V250 se vio afectado por condiciones externas (contaminación por NaOH) y una posible inhibición del proceso por acumulación de AGV. El modelo de Primer Orden (PO) tuvo un mejor ajuste a los datos experimentales (R2>0,95) y pudo describir lo sucedido en la etapa de hidrólisis. La fase de latencia (λ) arrojada por el modelo Gompertz Modificado (GM) no presentó una relación adecuada con los resultados experimentales, por lo que se recomienda el uso de diferentes modelos cinéticos que permitan realizar un mejor análisis de los datos. Adicionalmente, los modelos empleados (PO y GM) arrojaron mejores variables cinéticas con similitudes significativas sobre los VR más grandes (V500 y V1000), caso contrario a lo sucedido en el VR más pequeño (V250) el cual demostró obtener las condiciones menos favorables en términos de producción de CH4 y variables cinéticas.