Proceso de revalorización de biomasa residual de la industria vitivinícola. Modelado matemático y optimización

ROCIO ASAD; M. BONFIGLI; ARIAS, ANA M.; MORES, PATRICIA L.; N. J. SCENNA

Rosario

Otro; SIAR 2022 - Salón Internacional del Ambiente Rosario Bienal del Ambiente; 2022

CIMPAR - Comisión Interempresaria Municipal de Protección Ambiental Rosario

El orujo de uva es generado durante el proceso de vinificación como el principal residuo sólido obtenido luego de la fermentación y la maceración. Dado que aproximadamente el 20% del peso de las uvas procesadas resulta en orujo, la industria del vino produce miles de toneladas de este deshecho, lo que representa desde el punto de vista ecológico y económico un importante problema de gestión de residuos. Tradicionalmente el orujo producido se destina en mayor medida a alimento para ganado y/o fertilizante. Es un subproducto de bajo valor que contiene una cantidad significativa de componentes valiosos que podrían ser utilizados para ingredientes alimenticios, químicos y biocombustibles. Una forma de ampliar el árbol de productos derivados es la exploración de nuevos procesos productivos que en el marco de la “economía circular” transformen los llamados residuos en materias primas, un concepto central en la bioeconomía. En este contexto, el objetivo de este trabajo es formular un proceso capaz de extraer estos compuestos a partir de orujos tintos, con el fin de aportarle un nuevo valor a lo que, hasta ahora, se considera un residuo. También se busca optimizar, como variable de interés, el rendimiento total de extracción a partir de la definición de una función objetivo, logrando así que el proceso sea eficientemente viable desde el punto de vista económico. En cuanto a la metodología, se realiza un modelo matemático que representa un proceso con una configuración típica para una etapa de secado, donde se reduce el porcentaje de humedad, y para un tren de extracción por solvente (etanol-agua 50% v/v) de bio-compuestos contenidos en el orujo, con un sistema de recuperación y recirculación del solvente. A partir de la discretización de ecuaciones diferenciales parciales, se obtuvo un conjunto de ecuaciones algebraicas lineales y no lineales, que derivó en un modelo NLP (non linear programming) que se implementó en el software GAMS. Finalmente, se optimizó (maximizó) el rendimiento total del proceso para dos corrientes de entrada de orujo distintas, Caso1: 450 kg/h y Caso2: 1170 kg/h utilizando CONOPT como resolvedor. El rendimiento óptimo total del proceso fue superior al 99% en ambos casos, siendo ligeramente superior para el Caso1. Por otra parte, si bien el volumen operativo de los extractores es similar, el tiempo de residencia óptimo en el Caso 2 es alrededor de 27% menor que en el Caso 1 mientras que el consumo de solvente fresco y la energía requerida para su recuperación son mayores (77% y 38%, respectivamente).