Desarrollo de un modelo matemático para el biosecado de residuos sólidos orgánicos en pilas

• Orozco Álvarez, Carlos ^[1] ; Molina Carbajal, Estefanía ^[1] ; Megchun Díaz, Javier ; Osorio Mirón, Anselmo ^[2] ; Robles Martínez, Fabián ^[1]
  1. [1] Instituto Politécnico Nacional

     Instituto Politécnico Nacional

     México

     
  2. [2] Universidad Veracruzana

     Universidad Veracruzana

     México

     
• Localización: Revista Internacional de Contaminación Ambiental, ISSN 0188-4999, Nº. 35, 2019 (Ejemplar dedicado a: Calidad de agua: salud, remediación y perspectiva)
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Development of a mathematical model for biodrying of organic solid waste in piles
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    Se desarrolló un modelo matemático determinístico para representar el proceso de biosecado de una pila de residuos sólidos orgánicos dentro de una estructura tipo invernadero. El modelo incluye transferencia de masa, transferencia de calor, crecimiento microbiano y degradación de la materia orgánica. La formulación matemática está integrada por un sistema de cuatro ecuaciones diferenciales, obtenidas mediante balances de masa y energía en el centro de la pila, para calcular: 1) evaporación de agua, 2) crecimiento microbiano, 3) consumo de materia orgánica y 4) temperatura. La primera determinó la pérdida de humedad a través del coeficiente de transferencia de masa; la segunda empleó el modelo logístico de crecimiento microbiano; la tercera utilizó el modelo de consumo de materia orgánica, y la cuarta integró el modelo de generación de calor microbiano, el modelo de enfriamiento-calentamiento por convección natural y la entalpía para evaporación. El modelo es una herramienta útil para predecir los tiempos de actividad microbiana y secado de la pila, así como el grado de degradación de la materia orgánica durante el biosecado. Para el caso particular del presente trabajo, el modelo nos permitió mostrar que la actividad microbiana sólo degrada el 13 % de la materia orgánica; que tiene un periodo de duración de 30 días durante los cuales se perdió el 63 % de la humedad de la pila; que elevó a 65ºC la temperatura de la pila, y que incrementó cinco veces la velocidad de evaporación, aunque el calor metabólico sólo aportó el 13 % del calor para la evaporación y el resto fue aportado por la radiación solar.

  • English

    A deterministic mathematical model was developed for biodrying a pile of organic solid waste inside a structure of glasshouse. The model included mass transfer, heat transfer, microbial growth and degradation of organic matter. The mathematical formulation is integrated by a system of four differential equations, obtained from a balance of mass and heat in the center of the pile, which are used to calculate: (1) water evaporation, (2) microbial growth, 3) consumption of organic matter, and 4) temperature. The first equation determined the moisture loss through the mass transfer coefficient and the air humidity gradient; the second one used the logistic model of microbial growth; the third one used the organic matter consumption model, and the fourth equation considered the heats of microbial metabolism, natural convection cooling-heating and the enthalpy for evaporation. The model is a useful tool for predicting microbial activity times and drying, as well as the degree of degradation of organic matter. In the particular case of this study, the model shows that the microbial activity only degraded 13 % of the organic matter, had a period of duration of 30 days during which 73% of the humidity of the pile was lost; raised the temperature of the pile to 65º C, and increased five times the rate of evaporation, but only contributed 13% of the heat for evaporation and the rest was contributed by solar radiation.