Estudio de la simulación hidrodinámica de un biodigestor doméstico de tipo tubular

Autores/as

  • Erick Ramos
  • Gerardo Carranza
  • Priscila Gómez

Resumen

Esta investigación ha sido impulsada por la falta de información sobre la hidrodinámica de biodigestores tubulares, a pesar de que, la agitación al interior del biodigestor está relacionada con la producción y calidad de biogás. Por lo tanto, se propone estudiar cinco variantes de la confi guración interna de un biodigestor estándar utilizando el software “Simulation CFD” y 3D “Fusion 360” de Autodesk®. La simulación 3D muestra que el biodigestor modificado con paletas cilíndricas y el biodigestor con tuberías recortadas, presentan un mejor rendimiento en el grado de agitación transversal, lo que favorece la producción de biogás. Por el contrario, el biodigestor relleno con anillos no mejora signifi cativamente el
grado de agitación, lo cual es verifi cado mediante un modelo experimental en condiciones similares a las utilizadas en la simulación. Los resultados muestran que la configuración de tuberías recortadas favorece la generación de biogás, proponiendo una nueva alternativa constructiva con bajo costo de implementación.

Citas

Angelidaki, I. A., Bolzonella, M., Borzacconi, D., Campos, L., Guwy, J., Kalyuzhnyi, S., Jenicek, P., & van Lier J. B. (2009). Defining the Biomethane Potential (BMP) of solid organic wastes and energy crops: A proposed protocol for Batch assays. Water science and Technology, 59(5), 927-934.https://doi.org/10.2166/wst.2009.040

Barbera, E., Menegon, S., Banzato, D., D’Alpaos, C., & Bertucco, A. (2018). From biogas to biomethane: a process simulation-based techno-economic comparison of different upgrading technologies in the Italian context, Renewable Energy, 135, 663-673. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.12.052

Benbelkacem, H., Garcia-Bernet, D., Bollon, J., Loisel, D., Bayard, R., Steyer, J. P., Gourdon, R., Buffière, P., & Escudié, R. (2013). Liquid mixing and solid segregation in high-solid anaerobic digesters. Bioresource Technology, 147, 387-394. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.08.027

Buhigas, A. (2010). Sistema para el tratamiento de desechos orgánicos [Tesis de grado, Universidad Carlos III de Madrid]. https://e-archivo.uc3m.es/bitstream/id/45617/PFC/

Cuesta, M., Sánchez, F., Crespo, G. y Fernández, S. (2007). Informe de vigilancia de Madri+d: Situación actual de la producción de biogás y su aprovechamiento. Madrid: Círculo de innovación en tecnologías medioambientales y energía Madri+d (CITME). http://www.madrid.org/media/mtec/17_Situacion_actual_produccion_biogas_y_aprovechamiento.pdf

Deublein, D., & Steinhauser, A. (2008). Biogas from waste and renewable resources. WILEY VCH. https://doi.org//10.1002/9783527621705

D’Imporzano, G., Pilu, R., Corno, L., & Adani, F. (2018). Arundo donax L. can substitute traditional energy crops for more efficient, environmentally-friendly production of biogas: a Life Cycle Assessment approach. Bioresource Technology, 267, 249-256. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.07.053

Esposito, G., Frunzo, L., & Liotta, F. (2012). BioMethane Potential test to measure the biogas production from the digestion and Co-digestion of complex organic substrates. The Open Environmental Engineering Journal, 5, 1-8. https://doi.org/10.2174/1874829501205010001

Harun, N., Othman, N. A., Zaki, N., Rasul, M., Samah, R., & Hashim, H. (2019). Simulation of anaerobic digestion for biogas production from food waste using SuperPro designer, Materials Today: Proceedings, 19(4), 1315-1320. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.143

Herrero, J. M. (2008). Biodigestores familiares, guía de diseño y manual de instalación. Cooperación Técnica Alemana GTZ- Energía. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1048.6242

Herrero, M., Alvarez, R., Rojas, M. R., Aliaga, L., Céspedes, R., & Carbonell, J. (2014). Improvement through low cost biofilm carrier in anaerobic tubular digestion in cold climate regions. Bioresource Technology, 167, 87-93. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.05.115

Kaparaju, P., Buendia, I., Ellegaard, L., & Angelidakia, I. (2008). Effects of mixing on methane production during thermophilic anaerobic digestion of manure: lab-scale and pilot-scale studies. Bioresource Technology, 99(11), 4919-4928. https://doi.org/10.1016/j. biortech.2007.09.015

Karim, K., Hoffmann, R., Klasson, K. T., & Al-Dahhan, M. H. (2005). Anaerobic digestion of animal waste: Effect of mode of mixing. Water Research, 39(15), 3597-3606. https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.06.019

Kashyap, D.R., Dadhich, K.S., & Sharma, S.K. (2003). Biomethanation under psychrophilic conditions: a review. Bioresource Technology, 87, 147-153. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00205-5

Li, Q., Fan, S., Chen, Q., Yang, G., Chen, Y., Li, L., & Li, G. (2019). Experimental and process simulation of hydrate-based CO2 capture from biogas. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 72, 103008. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2019.103008.

Lübken, M., Koch, K., Klauke, L., Gehring, T., & Wichern, M. (2013). CFD investigation of the flow characteristics of a plug flow anaerobic digester for lignocellulosic biomass methanisation. World Congress on Anaerobic Digestion: Recovering (Bio) Resources for the World. http://www.redbiogas.cl/wp-content/uploads/2013/07/IWA-11803.pdf

Molino, A., Nanna, F., Ding, Y., Bikson, B., & Braccio, G. (2013). Biomethane production by anaerobic digestion of organic waste. Fuel, 103, 1003-1009. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.07.070

Navarro, E., y Rodríguez, M. (2012). Evaluación del potencial de generación de biogás de desechos agroindustriales de la bahía de jiquilisco. [Trabajo de grado, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas]. http://bvirtual.uca.edu.sv/repo/tesis/157472.pdf

Ocaña, F. (2011). Biodigestor anaerobio de laboratorio. [Tesis de grado, Universidad Carlos III de Madrid]. http://hdl.handle.net/10016/13040

Ravendran, R., Abdulrazik, A., & Zailan, R. (2019). Aspen Plus simulation of optimal biogas production in anaerobic digestion process, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 702, https://doi.org/10.1088/1757-899X/702/1/012001

Roberts, P. J., Tian, X., Lee, S., Sotiropoulos, F., & Duer, M. (2005). Mixing in Water Storage Tanks. AWWA Research Foundation. https://anyflip.com/zluf/eqtm

Rowse, L. E. (2011). Design of small scale anaerobic digester for application in rural developing countries. [Tesis de máster, Universidad de Florida]. https://digitalcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4519&context=etd

Servati, P., & Hajinezhad, A. (2020). CFD simulation of anaerobic digester to investigate sludge rheology and biogas production. Biomass Conversion and Biorefinery, 10, 885-899. https://doi.org/10.1007/s13399-020-00793-z

Subramanian, B., Miot, A., Jones, B., Klibert, C., & Pagilla, K.R. (2015). A full-scale study of mixing and foaming in egg-shaped anaerobic digesters. Bioresource Technology, 192, 461-470. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.06.023

Sadino-Riquelme, C., Hayes, R., Jeison, D., & DonosoBrav, A. (2018). Computational fluid dynamic (CFD) modelling in anaerobic digestion: General application and recent advances, Critical Reviews Environmental Science Technology, 48(1), 39-76. https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1440853

Saxena, S., Kumar, V., & George, S. (2019). Modeling & simulation studies on batch anaerobic digestion of hydrodynamically cavitated tannery waste effluent for higher biogas yield, Ultrasonics Sonochemistry, 58, 104692, 1350-4177. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104692

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Publicado

2022-07-05

Cómo citar

Ramos, E. ., Carranza, G. ., & Gómez, P. . (2022). Estudio de la simulación hidrodinámica de un biodigestor doméstico de tipo tubular. Revista RedBioLAC, 5(1), 41–47. Recuperado a partir de http://www.revistaredbiolac.org/index.php/revistaredbiolac/article/view/40

Número

Sección

Artículos largos