Avances en el modelado y simulación de procesos de biometanización aplicados a las aguas residuales de la industria láctea

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Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.56845/terys.v5i1.605

Palabras clave:

biometanización, aguas residuales lácteas, modelado y simulación, ADM1, energías renovables

Resumen

La industria láctea genera efluentes con alta carga orgánica, lo que representa un desafío ambiental y una oportunidad para la generación de energía renovable mediante digestión anaerobia. La biometanización convierte estos residuos en biogás, contribuyendo a la reducción de contaminantes y al aprovechamiento energético. En los últimos años, el desarrollo de modelos matemáticos y herramientas de simulación ha permitido comprender mejor la dinámica del proceso y optimizar su operación. Este artículo revisa los avances en el modelado y simulación de la biometanización aplicada a aguas residuales de la industria láctea, con énfasis en el modelo de digestión anaerobia ADM1, sus variantes simplificadas, y el uso de plataformas como MATLAB/Simulink y GPS-X, ampliamente empleadas en el modelado dinámico y de plantas de tratamiento, respectivamente; DWSIM y SuperPro Designer, útiles para integrar balances de energía y análisis económico; COMSOL Multiphysics, orientada a la simulación multifísica de transporte de masa y calor; y WEST, AQUASIM, BioWin y OpenModelica, que permiten desde la calibración de parámetros hasta la integración con sistemas energéticos. Se discuten los retos en la integración de datos experimentales, la calibración de parámetros y la implementación de estrategias de control. Finalmente, se identifican tendencias futuras en la digitalización de procesos, gemelos digitales y control predictivo, orientadas hacia la sostenibilidad energética y ambiental.

Citas

Aboudi, K., Álvarez-Gallego, C. J., & Romero-García, L. I. (2015). Semi-continuous anaerobic co-digestion of sugar beet byproducts and cow manure: Effect of hydraulic retention time. Bioresource Technology, 190, 17–23. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.04.038

Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H., & Kougias, P. G. (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances, 36(2), 452–466. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.01.011

Astorga-Zaragoza, C. M., González-Álvarez, V., Reyes-Reyes, J., & Puebla, H. (2008). Observer-based monitoring of heat exchangers: Application to fault detection. Chemical Engineering Science, 63(24), 6076–6086. https://doi.org/10.1016/j.ces.2008.09.009

Batstone, D. J., & Virdis, B. (2014). The role of anaerobic digestion in the emerging energy economy. Current Opinion in Biotechnology, 27, 142–149. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.01.013

Batstone, D. J., Keller, J., Angelidaki, I., Kalyuzhnyi, S. V., Pavlostathis, S. G., Rozzi, A., Sanders, W. T. M., Siegrist, H., & Vavilin, V. A. (2002). The IWA Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1). Water Science and Technology, 45(10), 65–73. https://doi.org/10.2166/wst.2002.0292

Bernard, O., & Chachuat, B. (2015). Mathematical modeling of anaerobic digestion. En C. Batt & M. Tortorello (Eds.), Encyclopedia of Food Microbiology (pp. 156–164). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384730-0.00214-4

Björnsson, L., Murto, M., & Mattiasson, B. (2001). Evaluation of parameters for monitoring an anaerobic co-digestion process. Applied Microbiology and Biotechnology, 54(6), 844–849. https://doi.org/10.1007/s002530100694

Demirel, B., & Yenigün, O. (2017). Anaerobic digestion of dairy wastewaters: A review. Process Biochemistry, 51(12), 1528–1541. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2016.07.020

Demirel, B., Yenigün, O., & Onay, T. T. (2005). Anaerobic treatment of dairy wastewater: A review. Process Biochemistry, 40(8), 2583–2595. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.12.015

Donoso-Bravo, A., Mailier, J., Martin, C., Rodríguez, J., Aceves-Lara, C. A., & Wouwer, A. V. (2011). Model selection, identification and validation in anaerobic digestion: A review. Water Research, 45(17), 5347–5364. https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.08.059

FAO. (2023). The State of Food and Agriculture 2023 – Revealing the true cost of food to transform agrifood systems. Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://doi.org/10.4060/cc7724en

Feng, L., Luo, J., & Chen, Y. (2020). Anaerobic digestion of dairy wastewater for methane production: Current status and future directions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 133, 110287. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110287

Ferdeș, M., Zabavă, B. S., Paraschiv, G., Ionescu, M., Dincă, M. N., & Moiceanu, G. (2022). Food waste management for biogas production in the context of sustainable development. Energies, 15(17), 6268. https://doi.org/10.3390/en15176268

Kalyuzhnyi, S., Veeken, A., & Hamelers, B. (2000). Two-stage anaerobic digestion of cheese whey: Hydrogen production and methanogenesis. Water Science and Technology, 41(3), 141–148. https://doi.org/10.2166/wst.2000.0065

Mata-Alvarez, J., Dosta, J., Romero-Güiza, M. S., Fonoll, X., Peces, M., & Astals, S. (2014). A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010 and 2013. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 36, 412–427. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.04.039

Matheri, A. N., Belaid, M., & Muzenda, E. (2017). Optimization of biogas production from anaerobic co-digestion of wastewater sludge and food waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 95–100. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.029

Pérez-Elvira, S. I., Fdz-Polanco, M., & Garrido, J. M. (2019). Energy and thermal integration of anaerobic digestion: A review of strategies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 114, 109332. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109332

Rajesh Banu, J., Kavitha, S., Yukesh Kannah, R., & Yogalakshmi, K. N. (2020). Anaerobic digestion of dairy wastewater for energy recovery: Recent developments and future perspectives. Bioresource Technology, 302, 122829. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122829

Rico, C., García, H., & Rico, J. L. (2015)a. Physical–anaerobic treatment of dairy manure with high content of solids: Evaluation by the ADM1 model. Waste Management, 43, 122–132. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.027

Rico, C., Muñoz, N., Fernández, J., & Rico, J. L. (2015)b. High-load anaerobic co-digestion of cheese whey and liquid fraction of dairy manure in a one-stage UASB process: Limits in co-substrate ratio and organic loading rate. Science of the Total Environment, 505, 25–35. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.09.098

Rosen, C., & Jeppsson, U. (2006). Aspects on ADM1 implementation within the BSM2 framework. Lund University.

Vavilin, V. A., Fernandez, B., Palatsi, J., & Flotats, X. (2008). Hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic material: An overview. Waste Management, 28(6), 939–951. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2007.03.028

Zaher, U., Buffiere, P., Steyer, J. P., & Chen, S. (2009). Application of the ADM1 model to simulate anaerobic digestion of a full-scale municipal solid waste digester. Environmental Technology, 30(9), 959–971. https://doi.org/10.1080/09593330902948004

Zambrano, J., Pino, N., & Torres, L. (2019). Simulation of anaerobic digestion processes using MATLAB/Simulink. Environmental Technology, 40(10), 1283–1294. https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1418917

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Publicado

2026-01-28

Cómo citar

Gamboa Escobar, A. J., Astorga Zaragoza, C. M., Toledo Sanchez, Y., Guzmán López, O., & Rodríguez Ramírez, T. E. (2026). Avances en el modelado y simulación de procesos de biometanización aplicados a las aguas residuales de la industria láctea. Tendencias En energías Renovables Y Sustentabilidad, 5(1), 96–104. https://doi.org/10.56845/terys.v5i1.605

Número

Vol. 5 Núm. 1 (2026)

Sección

Artículos Científicos

Licencia

Derechos de autor 2026 Alan-Jair Gamboa-Escobar, Carlos-Manuel Astorga-Zaragoza, Yurika Toledo-Sánchez, Oswaldo Guzmán-López, Tomás-Eduardo Rodriguez-Ramirez

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