Simulación y adaptación del modelo matemático ADM1 para la digestión anaeróbica utilizando excretas de ganado bovino como sustrato en la industria ganadera del cantón Chambo

Abstract

El objetivo principal de este trabajo de investigación fue la simulación y adaptación del Modelo Matemático ADM1(Anaerobic Digestion Model Nro 1), para la digestión anaeróbica utilizando excretas de ganado bovino como sustrato, en la industria ganadera del cantón Chambo. El estudio buscó reducir el impacto ambiental debido a la mala gestión de los residuos y el bajo uso de energías renovables. Se adoptó un enfoque experimental con diseño transversal para manipular y observar variables independientes como la temperatura y el tamaño del biodigestor, y su impacto en variables dependientes como la cantidad de biogás generado. Las simulaciones se realizaron utilizando el software MATLAB/Simulink®, donde se ajustaron parámetros específicos para el sustrato de excretas de ganado bovino. Este enfoque permitió una evaluación precisa del modelo ADM1 en condiciones locales, integrando factores como la producción de excretas y las fluctuaciones de temperatura ambiental. Además, se empleó un diseño sistemático para comprender las interacciones complejas dentro del proceso de digestión, utilizando tanto análisis cuantitativos para medir directamente el proceso, como cualitativos para evaluar las condiciones operativas óptimas. Las simulaciones revelaron que la temperatura óptima para maximizar la producción de biogás fué de 20°C, lo que facilitó una mayor eficiencia en términos de producción de metano y energía. El tamaño del biodigestor fue determinado en 27 m³, lo que optimizó la capacidad para el número específico de animales en la granja estudiada. Los resultados confirmaron que el modelo ADM1 adaptado era efectivo para predecir el comportamiento de la digestión anaeróbica en condiciones locales, proporcionando una herramienta valiosa para la planificación y mejora de las instalaciones de biogás en la industria ganadera. Esta adaptación del modelo puede contribuir a la mejora de la sostenibilidad y eficiencia de las prácticas de gestión de residuos en la agricultura.The primary objective of this research work was the simulation and adaptation of the Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) for anaerobic digestion using cattle manure as a substrate in the livestock industry of Chambo. The study aimed to reduce the environmental impact caused by poor waste management and the limited use of renewable energy sources. An experimental approach with a cross-sectional design was adopted to manipulate and observe independent variables such as temperature and biodigester size, and their impact on dependent variables like the quantity of biogas produced. Simulations were conducted using MATLAB/Simulink® software, where specific parameters were adjusted for the cattle manure substrate. This approach allowed an accurate evaluation of the ADM1 model under local conditions, integrating factors such as manure production and ambient temperature fluctuations. Additionally, a systematic design was employed to understand the complex interactions within the digestion process, utilizing both quantitative analyses to directly measure the process and qualitative assessments to evaluate the optimal operational conditions. The simulations revealed that the optimal temperature for maximizing biogas production was 20°C, which facilitated higher efficiency in terms of methane and energy production. The biodigester size was determined to be 27 m³, optimizing the capacity for the specific number of animals on the studied farm. The results confirmed that the adapted ADM1 model was effective in predicting the behavior of anaerobic digestion under local conditions, providing a valuable tool for the planning and improvement of biogas facilities in the livestock industry. This adaptation of the model can contribute in the enhancing of the sustainability and efficiency of waste management practices in agriculture