TAZ-TFG-2025-3136

Modelado de un biofiltro percolador para la limpieza de amoniaco en corrientes de aire

Arranz Ramos, Andrea
Izquierdo Estallo, Salvador (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2025
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Graduado en Ingeniería Mecánica

Resumen: La creciente necesidad de gestionar de forma sostenible los residuos generados en explotaciones agroganaderas ha impulsado el desarrollo de biorrefinerías capaces de valorizar tanto corrientes líquidas y sólidas como emisiones gaseosas. El presente Trabajo de Fin de Grado aborda el desarrollo de los modelos matemáticos necesarios para el análisis de un proceso de valorización que convierte una corriente de amoniaco en aire, proveniente de naves ganaderas, a nitrato para su uso como fertilizante. Dicho proceso forma parte de una biorrefinería que valoriza también el resto de los residuos sólidos y líquidos procedentes de explotaciones agroganaderas. El equipo clave del proceso de valorización es un filtro percolador (un sistema biológico diseñado para tratar gases contaminantes mediante la acción de microorganismos). El biofiltro será modelado hibridando dos estrategias complementarias. Por un lado, se utilizarán balances de materia y energía, junto con las correspondientes reacciones bioquímicas, para describir el comportamiento dinámico de los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados. Dicho modelo se basa en representar el reactor como una red de reactores ideales, y será implementado haciendo uso de la librería en Python BioSTEAM orientada al modelado y análisis tecno-económico de biorefinerías. La segunda aproximación consistirá en el modelado detallado mediante técnicas de fluidodinámica computacional (CFD) de un volumen representativo elemental (REV) del biofiltro. Esto permitirá evaluar aspectos críticos como la distribución de flujo, la transferencia de masa y el tiempo de residencia, con el objetivo de encontrar las condiciones ´óptimas para el funcionamiento del biofiltro de forma precisa y con un bajo coste computacional. La estrategia de modelado planteada será extensible a otros biorreactores, facilitando un análisis preciso y acelerado de los mismos. El impacto de los resultados se verá beneficiado por la difusión de estos a través de código abierto basado en BioSTEAM.