Modelado del comportamiento no isotérmico de un reactor anaeróbico - Gracia Medrano Salat, Uriel (My University, 2018)
La degradación anaerobia puede ser una buena opción para el manejo de residuos sólidos orgánicos, siendo una alternativa que resuelve los problemas de contaminación y genera productos con alto valor agregado. En el régimen termofílico el tiempo de digestión se reduce hasta en un 50% lo cual permite una reducción de los volúmenes de trabajo con la misma carga orgánica, presentando una solución interesante para los lugares donde el espacio es reducido y la carga orgánica alta, como puede ser las ciudades. El manejo de reactores con regímenes termofílicos presenta problemas de inestabilidad, ya que las bacterias termofílicas son muy sensibles a variaciones de temperatura, por lo que se deben utilizar sistemas de control térmico de gran precisión. Un fenómeno que se ha presentado en la actualidad en sistemas termofílicos y mesofílicos es el de autocalentamiento de los reactores, lo que implica la generación de calor dentro del reactor por medio de reacciones bioquímicas. Este fenómeno no es contemplado en los sistemas de control térmico, por lo cual el calor generado no se utiliza y además se requiere utilizar el sistema de enfriamiento para restar este efecto, lo cual implica un gasto energético innecesario. La temperatura es una variable fundamental en los sistemas anaerobios, cuyo comportamiento dinámico influye en multitud de procesos que ocurren en el reactor. Por tanto, realizar modelos térmicos más reales es necesario. En consecuencia, en el presente trabajo se estudia el proceso de degradación biológica con un modelo no isotérmico.
Se planteó un modelo del proceso de metanogénesis acetoclástica en un reactor CSTR no-isotérmico, utilizando tres ecuaciones del balance de masa: velocidad de acumulación del sustrato, de los microorganismos y del biogás, y una ecuación de balance de energía donde se presenta la generación de calor en la reacción exotérmica de consumo de sustrato por los microorganismos. Para poder estudiar el campo de soluciones de este modelo, se realizó la adimensionalización de las ecuaciones; utilizando el número de Damköhler (Da) y el número de Zeldovich (Ze) como parámetros principales que nos ayudan a definir las condiciones bajo las cuales sucede la reacción. Para plantear soluciones numéricas a este modelo se utilizaron parámetros obtenidos de la bibliografía, con los cuales se generaron los valores adimensionales y a partir de estos se exploró un amplio rango de valores para generar las gráficas de comportamiento del modelo.
Keywords: Digestión anaeróbica; Modelado no isotérmico; Análisis adimensional; Reactor anaeróbico; Damköhler; Cinética de Monod