Modelo de maximización de utilidades para la ubicación de plantas de biogás en el departamento del Atlántico a partir del aprovechamiento de residuos de mango y porcinos

Abstract

Anualmente en el sector agrícola del departamento del Atlántico, se desaprovechan grandes cantidades de residuos provenientes de nuestros cultivos de yuca, limón, y en especial mango, los cuales pueden ser utilizados como biomasa para generar biogás en acompañamiento del estiércol derivado del sector pecuario; junto con esto se pierde la oportunidad de incursionar en energías renovables, llevar electricidad a zonas no interconectadas (ZNI), generar nuevos empleos y operaciones rentables con utilidades interesantes. Se propone un modelo de optimización de maximización de utilidades para la operación de producción de biogás, con el fin de poder determinar la ubicación de las instalaciones en el departamento del Atlántico, teniendo en cuenta la disponibilidad de la materia prima que consta de residuos de mango y estiércol de porcino, los costos de inversión, costos de transporte, y costos de otros recursos como el agua. La función objetivo consta de la suma de los ingresos (provistos por la venta de biogás y fertilizante) menos los costos de inversión, operación, transporte y uso del agua, y está sujeta a restricciones de disponibilidad de materia prima, capacidad de planta, capacidad de producción de biogás y fertilizante, razón de biomasa, cumplimiento de la demanda de fertilizante de los diferentes municipios y la no negatividad. El modelo propuesto es de tipo MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) debido a que usa tanto variables discretas como continuas dentro de un esquema no lineal. Por medio del modelo se determinó que las ubicaciones para la instalación de las plantas de biogás serán los municipios de Baranoa, Galapa, Juan de Acosta, Malambo, Ponedera, Sabanagrande, Sabanalarga y Santo Tomás, utilizando digestores de 1200 y 2000 m3 y cumpliendo toda la demanda de fertilizante.

Annually in the agricultural sector of the Atlántico department, large quantities of crops residues are wasted, which can be used as biomass to generate biogas accompanied by manure derived from the livestock sector; along with this, the opportunity to venture into renewable energy, bring electricity to non-interconnected areas (ZNI), generate new jobs and profits is lost. A profit maximization model is proposed for the biogas production operation, in order to determine the location of the facilities in the Atlántico department, taking into account the availability of the raw material consisting of mango residues and pig manure, investment costs, transportation costs, and costs of other resources such as water. The objective function consists of the sum of the income (provided by the sale of biogas and fertilizer) minus the costs of investment, operation, transport and use of water, and is subject to restrictions on the availability of raw material, plant capacity, capacity of biogas and fertilizer production, biomass ratio, fulfillment of the fertilizer demand of the different municipalities and non-negativity. The proposed model is of the MINLP (Mixed Integer Non-Linear Programming) type because it uses both discrete and continuous variables within a non-linear scheme. Through the model it was determined that the locations for the installation of the biogas plants will be the municipalities of Baranoa, Galapa, Juan de Acosta, Malambo, Ponedera, Sabanagrande, Sabanalarga and Santo Tomás, using 1200 and 2000 m3 digesters and complying with all fertilizer demand.