Maestría en Ingeniería Mecánica · 2026
Rutas tecnológicas la generación de biogás a partir de vinaza en un ingenio azucarero colombiano
El presente trabajo de investigación analiza el aprovechamiento energético de la vinaza generada en procesos de destilación de mieles fermentadas en la industria azucarera colombiana, evaluando su valorización mediante la producción y purificación de biogás para la obtención de biometano. La vinaza, subproducto con alta carga orgánica y elevada concentración de compuestos minerales, representa un desafío ambiental significativo debido a su potencial contaminante sobre suelos y cuerpos de agua. En este estudio se caracterizó el proceso de biodestilación en un ingenio azucarero colombiano, identificando las variables críticas que inciden en la generación de vinaza y sus propiedades fisicoquímicas. A partir de dicha caracterización, se modelaron y compararon tres rutas tecnológicas para el tratamiento y aprovechamiento energético de la vinaza, integrando análisis técnico, económico y de huella de carbono asociada. Se evaluaron indicadores como potencia térmica disponible, energía útil anual, CAPEX, OPEX, costo nivelado de energía (LCOE), tasa interna de retorno (TIR), periodo de recuperación y reducción de emisiones de CO2 equivalente...
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 15
- Planteamiento del problemap. 16
- Objetivosp. 17
- Objetivo generalp. 17
- Objetivos específicosp. 17
- Estructura del documentop. 17
- Contribución de trabajop. 18
- MARCO TEÓRICOp. 19
- Antecedentes bibliográficosp. 19
- Biodestileríap. 21
- Vinazap. 22
- Biodigestiónp. 23
- Biogásp. 26
- MARCO METODOLÓGICOp. 27
- Identificación de la frontera del sistema de estudiop. 27
- Definición de las rutas tecnológicas de aprovechamiento de la vinazap. 30
- Ruta tecnológica de aprovechamiento en planta de biofertilizantesp. 33
- Ruta tecnológica de aprovechamiento para generación de energíap. 35
- Ruta tecnológica de aprovechamiento para inyectar a la red públicap. 37
- MODELOS DE EVALUACIÓNp. 40
- Modelos termodinámicosp. 40
- Modelos económicosp. 42
- Modelos para la identificación de huella de carbonop. 44
- ANÁLISIS Y RESULTADOSp. 46
- Resultados ruta aprovechamiento en planta de biofertilizantesp. 46
- Resultados ruta aprovechamiento para generación de energíap. 49
- Resultados ruta aprovechamiento para inyectar a la red públicap. 55
- Comparación de resultados y análisis de sensibilidad de las rutas evaluadasp. 59
- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESp. 66
- BIBLIOGRAFÍAp. 69
- ANEXOSp. 73
- RUTA 1p. 60
- RUTA 2p. 60
- RUTA 3p. 60
- CON EL TRABAJOp. 87
- EN LA LITERATURAp. 89
- ANEXO 7. ANÁLISIS TERMODINÁMICO PARA LA RUTA 2 EN EESp. 92
- CORRECCIÓN PARA EL CH4p. 95
- DESAIREADOR EN EESp. 97
- Figura. 1. Proceso productivo biodestileríap. 22
- Figura. 2. Vinaza almacenada en un ingenio colombianop. 23
- Figura. 3. Proceso de la biodigestiónp. 24
- Figura. 4. Biodigestor de manto de lodos anaeróbicos de flujo ascendentep. 25
- Figura. 5. Proceso de un ingenio típico colombianop. 29
- Figura. 6. Rutas tecnológicas propuestasp. 31
- Figura. 7. Flujograma ruta tecnológica 1p. 33
- Figura. 8. Gasómetro de doble membranap. 34
- Figura. 9. Diagrama desulfurización mediante aminas (DEA)p. 35
- Figura. 10. Flujograma ruta tecnológica 2p. 37
- Figura. 11. Flujograma ruta tecnológica 3p. 38
- Figura. 12. Estación de regulación y medición biometanop. 39
- Figura. 13. Comparación Energética de las 3 rutasp. 60
- Figura. 14. Comparación Económica de las 3 rutasp. 61
- Figura. 15. Comparación huella de carbono asociada de las 3 rutasp. 62
- Figura. 16. Diagrama scrubber con soda (sin recuperación de soda)p. 74
- Figura. 17. Diagrama scrubber soda tipo paquetep. 75
- Figura. 18. Modelo actual cogeneraciónp. 78
- Figura. 19. Ciclo combinado híbrido para caso HP3 de la literatura durante 330 díasp. 89
- Tabla 1. Valores de referencia caso de estudiop. 30
- Tabla 2. Resultados técnicos para ruta 1p. 46
- Tabla 3. Flujos netos anuales ruta 1p. 47
- Tabla 4. Resultados económicos para ruta 1p. 48
- Tabla 5. Resultados huella de carbono asociada para ruta 1p. 48
- Tabla 6. Resultados técnicos para ruta 2p. 50
- Tabla 7. Parámetros termodinámicos para ruta 2p. 51
- Tabla 8. Flujos netos anuales ruta 2p. 52
- Tabla 9. Resultados económicos para ruta 2p. 52
- Tabla 10. Resultados huella de carbono asociada para ruta 2p. 53
- Tabla 11. Resultados técnicos para ruta 3p. 55
- Tabla 12. Flujos netos anuales ruta 3p. 56
- Tabla 13. Resultados económicos para ruta 3p. 57
- Tabla 14. Resultados huella de carbono asociada para ruta 3p. 58
- Tabla 15. Resumen de valores para comparación de resultadosp. 60
- Tabla 16. Resultados obtenidos para sensibilidad ruta 1p. 63
- Tabla 17. Resultados obtenidos para sensibilidad ruta 2p. 63
- Tabla 18. Resultados obtenidos para sensibilidad ruta 3p. 64
- Tabla 19. Características Biogásp. 73
- Tabla 20. Turbina de gas para el ciclo combinado híbrido literaturap. 79
- Tabla 22. Parámetros para balance en calentador de alimentación y desaireadorp. 81
- Tabla 23. Especificaciones de calidad del gas naturalp. 83
- Tabla 24. Parámetros para análisis económicop. 85
- Tabla 25. Parámetros ciclo combinado híbrido literaturap. 90
- Tabla 26. Valores potenciales de calentamiento globalp. 95
- Tabla 27. Factores de corrección para el CH4p. 95