Desarrollo de un modelo matemático aproximado para biodigestores rurales
El presente trabajo de investigación tiene como propósito la modelación matemática del proceso de digestión anaerobia de dos reacciones en el software Matlab, utilizado para describir el comportamiento del proceso en reactores completamente agitados, el cual fue adaptado para un reactor tipo pistón,...
- Autores:
-
Cardona Acuña, Laura Daniela
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/3983
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/3983
- Palabra clave:
- Biodigestores rurales -- Modelo matemático
Modelación matemática
Producción de biogás
Biodigestor de flujo pistón
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Digestión anaerobia
Mathematical modeling
Biogas production
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El presente trabajo de investigación tiene como propósito la modelación matemática del proceso de digestión anaerobia de dos reacciones en el software Matlab, utilizado para describir el comportamiento del proceso en reactores completamente agitados, el cual fue adaptado para un reactor tipo pistón, que simula el comportamiento de un biodigestor. Esto se logró dividiendo el biodigestor en 3, 5 y 7 sub-reactores completamente agitados conectados en serie. La calibración y validación del modelo fue realizada con datos experimentales tomados desde la literatura, en el que se mostraba el desempeño de dos biodigestores con diferentes sustratos (aguas residuales de estiércol de vacas lecheras y estiércol porcino). Finalmente, los resultados determinados por correlación, muestran un ajuste del modelo entre medio y alto, ya que dependen de la calidad de los datos experimentales utilizados. Además, se considera que el modelo representativo de este tipo de tecnología pues ser suficiente con una división 3 sub-reactores, minimizando el número de parámetros que deben ser identificados en el modelo. |
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Delgadillo Mírquez, Liliana55cc76f8-082c-45e8-bc3e-6195b9c3bb8a-1Ávila Navarro, Julián Albertoa6654559-3c0b-4565-ac19-0c98c89cfc7a-1Cardona Acuña, Laura Daniela8f6664ac-5627-443e-800f-bcf29b2c15d6-12024-01-09T22:33:48Z2024-01-09T22:33:48Z2021El presente trabajo de investigación tiene como propósito la modelación matemática del proceso de digestión anaerobia de dos reacciones en el software Matlab, utilizado para describir el comportamiento del proceso en reactores completamente agitados, el cual fue adaptado para un reactor tipo pistón, que simula el comportamiento de un biodigestor. Esto se logró dividiendo el biodigestor en 3, 5 y 7 sub-reactores completamente agitados conectados en serie. La calibración y validación del modelo fue realizada con datos experimentales tomados desde la literatura, en el que se mostraba el desempeño de dos biodigestores con diferentes sustratos (aguas residuales de estiércol de vacas lecheras y estiércol porcino). Finalmente, los resultados determinados por correlación, muestran un ajuste del modelo entre medio y alto, ya que dependen de la calidad de los datos experimentales utilizados. Además, se considera que el modelo representativo de este tipo de tecnología pues ser suficiente con una división 3 sub-reactores, minimizando el número de parámetros que deben ser identificados en el modelo.The purpose of this research work is the mathematical modeling of the anaerobic digestion process of two reactions in Matlab software, used to describe the behavior of the process in fully stirred reactors, which was adapted for a piston type reactor, which simulates the behavior of a biodigester. This was achieved by dividing the biodigester into 3, 5 and 7 fully stirred sub-reactors connected in series. The calibration and validation of the model was carried out with experimental data taken from the literature, which showed the performance of two biodigesters with different substrates (wastewater from dairy cow manure and pig manure). Finally, the results determined by correlation showed a medium to high model fit, since it depends on the quality of the experimental data used. In addition, it is considered that the representative model of this type of technology will suffice with a division of 3 sub-reactors, minimizing the number of parameters that must be identified in the model.PregradoIngeniera IndustrialContenido..... 6 Introducción..... 1 Capítulo 1: Aspectos generales del trabajo..... 3 1.1 Objetivos..... 3 1.1.1 Objetivo general..... 3 1.1.2 Objetivos específicos..... 3 1.2 Metodología propuesta..... 3 1.2.1 Identificación de variables y parámetros cinéticos involucrados..... 3 1.2.2 Modelo matemático..... 4 1.2.3 Datos experimentales..... 6 1.2.4 Software de simulación..... 9 1.2. d5 Simulaciones del modelo..... 9 Capítulo 2: Marco teórico..... 11 2.1 Estado del arte..... 11 2.2 Digestión anaerobia..... 15 2.2.1 Hidrólisis..... 16 2.2.3 Acidogénesis..... 17 2.2.4 Acetogénesis..... 17 2.2.5 Metanogénesis..... 18 2.3 Modelamiento matemático de la digestión anaerobia..... 18 2.4 Biodigestores rurales..... 19 2.4.1 Biodigestor de tipo chino o cúpula fija..... 19 2.4.2 Biodigestor de tipo hindú o cúpula flotante..... 20 2.4.3 Biodigestor de tipo media bolsa..... 21 2.4.4 Biodigestor tubular..... 22 2.5 Parámetros cinéticos y variables de diseño y operación de biodigestores..... 23 Capítulo 3: Resultados..... 29 3.1 Construcción del modelo..... 29 3.2 Datos de calibración del modelo..... 30 3.3 Resultados para las simulaciones en los reactores de la graja lechera y granja porcina..... 32 3.4 Análisis de resultados..... 34 Capítulo 4: Conclusiones y recomendaciones..... 36 4.1 Conclusiones..... 36 4.2 Recomendaciones..... 37 Referencias bibliográficas..... 38 A. Anexo: Resultados análisis de correlación para la granja lechera..... 40 B. Anexo: Resultados análisis de correlación para la granja porcina..... 4153 páginasapplication/pdfCardona Acuña, L.D. (2021). Desarrollo de un modelo matemático aproximado para biodigestores rurales. [Trabajo de grado. Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/3983https://hdl.handle.net/20.500.12313/3983spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería IndustrialAcosta, Yaniris Lorenzo and Ma Cristina Obaya Abreu. 2005. "La Digestión Anaerobia. Aspectos Teóricos. Parte I" ICIDCA.Sobre Los Derivados De La Caña De Azúcar 39 (1): 35-48.Adekunle, K. F., & Okolie, J. A. (2015). A Review of Biochemical Process of Anaerobic Digestion. Advances in Bioscience and Biotechnology, 06(03), 205–212.Alopaeus, V., Laavi, H., & Aittamaa, J. (2008). A dynamic model for plug flow reactor state profiles. 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