01 · Corrientes residuales
La destilación produce vinaza líquida y la clarificación del jugo produce cachaza sólida. Su estado físico obliga a medir y preparar cada corriente antes de codigerirlas.
Los dos sustratos clave:
- Vinaza: efluente caliente y ácido de la destilación; la muestra UIS de vinaza diluida (≈10,6 % ST) registra 97.000 mg/L de DQO.
- Cachaza: sólido húmedo de la clarificación; requiere conocer humedad, sólidos volátiles y contaminantes físicos.
Sin manejo adecuado, ambos aportan carga orgánica a suelos y aguas y pueden generar metano y olor. La digestión anaerobia convierte parte de esa carga en biogás.
La proporción que importa
La relación depende del proceso y del punto de medición. Cenicaña 2004 documentó 1,00–2,95 L/L para vinazas concentradas con 32,5–35 % de sólidos totales. Ese volumen no representa necesariamente la corriente anterior a concentración. El escenario adoptado usa 1,0 kg DQO/L de etanol, con sensibilidad de 0,4–1,3. A 300.000 L de etanol/día: 300.000 × 1,0 × 0,875 × 0,27 ÷ 0,62 = 114.315 Nm³ de biogás/día. El rango del escenario es 45.726–148.609 Nm³/día.
Fuentes: Cenicaña, Carta Trimestral 4 de 2004 y Carta Informativa 3 de 2016.
02 · Vinaza: composición y conversión
La vinaza sale de la torre de destilación como una corriente líquida, caliente y ácida. Su DQO define el metano teórico; la remoción real, el contenido de metano y las pérdidas definen el gas recuperable.
Parámetros de caracterización de la vinaza
| Parámetro | Referencia o medición | Límite Res. 631 |
|---|---|---|
| DQO (mg/L) | 97.000 (muestra UIS de vinaza diluida, ≈10,6 % ST) | 400 |
| DBO5 (mg/L) | Medir en la campaña de muestreo | 150 |
| SST (mg/L) | Medir sólidos totales y suspendidos | 200 |
| pH | Medir variación horaria y por campaña | 6,0–9,0 |
| Temperatura | Medir a la salida y después de enfriamiento | <40°C |
| Potasio (K) | Medir para tratamiento y uso agronómico | - |
Rendimiento de biogás
El potencial se calcula con caudal y DQO medidos en la misma corriente. La muestra UIS de vinaza diluida registra 97 g DQO/L, 110 g ST/L y ≈10,6 % ST. Para esa muestra: 97 × 0,875 × 0,27 ÷ 0,62 = 37,0 Nm³ de biogás/m³ de vinaza diluida. La remoción del 87,5%, el rendimiento de 0,27 y el metano del 62% son supuestos del escenario. No combinamos esa DQO con el volumen de una corriente concentrada.
Fuente de caracterización: Universidad Industrial de Santander, caracterización fisicoquímica de vinaza.
El factor de carga es un escenario adoptado, no una media colombiana medida. Estas rutas bibliográficas explican su sensibilidad; combinan estudios distintos.
- Vinaza diluida: 10–12 L/L × 97 g DQO/L ÷ 1.000 = 0,97–1,16 kg DQO/L etanol. La DQO corresponde a la muestra UIS. UPME–UNAL–TECSOL 2018 usa 13,33 L/L y describe 12–15 L/L, sin DQO pareada.
- Vinaza concentrada: 1–2,95 L/L de Cenicaña × 341 g DQO/L de Carabalí-Campaz et al. 2024, tabla 1 ÷ 1.000 = 0,34–1,01 kg DQO/L etanol. Los datos no proceden de una misma corriente.
- Wilkie et al. 2000 recopila pares de jugo y mezcla de jugo con melaza: 0,39–0,50 kg DQO/L etanol. Sustentan el extremo bajo del escenario.
Las destilerías colombianas documentadas destinan hoy la vinaza a compostaje o fertirrigación. No se encontró evidencia de biodigestión comercial operando en los casos revisados; esto no prueba su inexistencia.
La toma para digestión debe ir antes de la evaporación. Deben verificarse acondicionamiento, sales, integración térmica y destino del digestato.
Destinos documentados: Providencia 2024, compostaje; Bioenergy, aprovechamiento agrícola; CVC 2024–2027, aplicación agrícola autorizada.
03 · Cachaza: condición para codigestión
La cachaza, o torta de filtro, es el sólido húmedo que queda después de clarificar el jugo de caña. Su fibra, humedad y contenido orgánico determinan si puede bombearse, mezclarse y dosificarse junto con vinaza.
Caracterización necesaria de la cachaza
| Parámetro | Decisión que informa |
|---|---|
| Humedad | Bombeo, mezcla y masa de sólidos |
| Materia orgánica (base seca) | Carga orgánica y ensayo BMP |
| Nitrógeno (N) | Balance de nutrientes e inhibición |
| Fósforo (P2O5) | Destino y dosis del digestato |
| Potasio (K2O) | Destino y dosis del digestato |
Rendimiento de biogás
La producción no debe estimarse solo con toneladas de caña. Se requiere medir masa disponible, sólidos totales, sólidos volátiles y BMP de la cachaza real.
Condición para mezclar corrientes
La co-digestión de vinaza con cachaza puede mejorar el balance de nutrientes y sólidos. El efecto sobre la producción de biogás depende de la composición y la proporción de mezcla; debe verificarse con ensayos de potencial bioquímico de metano.
04 · Balance según producción de etanol
La tabla usa carga por litro de etanol: central 1,0 kg DQO/L; sensibilidad 0,4–1,3. Cada celda muestra el central y el rango entre paréntesis.
CH₄/día = etanol L/día × factor DQO × 0,875 × 0,27. Biogás/día = CH₄/día ÷ 0,62.
Potencia media = CH₄/día × 10 × 0,38 ÷ 24. Potencia de diseño = potencia media ÷ 0,90.
| Producción etanol | Metano/día | Biogás/día | Potencia media | Potencia de diseño |
|---|---|---|---|---|
| 100.000 L/día | 23.625 (9.450–30.713) Nm³ | 38.105 (15.242–49.536) Nm³ | 3,74 (1,50–4,86) MW | 4,16 (1,66–5,40) MW |
| 300.000 L/día | 70.875 (28.350–92.138) Nm³ | 114.315 (45.726–148.609) Nm³ | 11,22 (4,49–14,59) MW | 12,47 (4,99–16,21) MW |
| 500.000 L/día | 118.125 (47.250–153.563) Nm³ | 190.524 (76.210–247.681) Nm³ | 18,70 (7,48–24,31) MW | 20,78 (8,31–27,02) MW |
| 1.000.000 L/día | 236.250 (94.500–307.125) Nm³ | 381.048 (152.419–495.363) Nm³ | 37,41 (14,96–48,63) MW | 41,56 (16,63–54,03) MW |
Escenario, no pronóstico. Supone producción constante durante 365 días y toda la carga destinada a digestión. La media divide energía anual entre 8.760 horas. El diseño usa 90% de disponibilidad. No descuenta compostaje, fertirrigación, autoconsumo ni pérdidas de upgrading.
05 · Límite de vertimiento y tratamiento posterior
La Resolución 631 de 2015 fija límites para vertimientos puntuales. La referencia de 97.000 mg/L de DQO está muy por encima del valor de 400 mg/L mostrado para comparación. La digestión anaerobia reduce carga, pero el cumplimiento se verifica sobre el efluente final y puede exigir tratamiento posterior.
| Parámetro | Vinaza diluida, muestra UIS | Límite Res. 631 | Control de salida |
|---|---|---|---|
| DQO (mg/L) | 97.000 (muestra UIS diluida, ≈10,6 % ST) | 400 | Medir después de cada etapa |
| DBO5 (mg/L) | Medir en la vinaza del proyecto | 150 | Medir después de cada etapa |
| SST (mg/L) | Medir en la vinaza del proyecto | 200 | Medir después de cada etapa |
Los límites mostrados corresponden a la actividad descrita en esta guía. El artículo regulatorio enlazado explica cómo confirmar la actividad y el punto de descarga aplicables.
La fertirrigación también exige diseño: la digestión cambia la materia orgánica, pero no elimina nutrientes ni garantiza aptitud agronómica. La dosis y el sitio de aplicación deben definirse con análisis del digestato, suelo, cultivo y regulación aplicable.
06 · Decisiones de aprovechamiento
Generación eléctrica
Cruzar el biogás horario con la demanda del ingenio y la disponibilidad del motogenerador.
Caldera y vapor
Verificar presión de vapor, calidad del gas, modulación del quemador y efecto sobre el balance de bagazo.
Tratamiento del efluente
Dimensionar el tren posterior con la calidad del digestato y el punto final de vertimiento o reúso.
Uso agronómico
Definir dosis con análisis del digestato, suelo, cultivo, nutrientes y restricciones del sitio.
Ley 1715: primero se verifica la elegibilidad
Los proyectos que cumplen los requisitos pueden solicitar los incentivos de la Ley 1715. El efecto económico depende de la certificación de la UPME, los equipos elegibles y la situación tributaria del titular.
07 · Preselección del reactor
La vinaza debe enfriarse, ecualizarse y corregirse antes de fijar la carga del reactor. La selección depende de sólidos, sedimentabilidad, variación de caudal y capacidad operativa.
Condición de entrada
Medir temperatura, pH, DQO, sulfatos, potasio, sólidos y variación entre zafra e interzafra.
Retención de biomasa
Un Reactor Anaerobio de Contacto (RAC) exige separación de sólidos y retorno de lodos; la sedimentabilidad debe probarse.
Alternativas de alta tasa
Una alternativa granular como UASB requiere evaluar formación y estabilidad del lecho, sólidos suspendidos, toxicidad y operación especializada.
Criterio de comparación
Comparar remoción de DQO, gas capturado, volumen, autoconsumo, lodos, tren posterior y respuesta a variaciones.
Nomenclatura consistente
El RAC es la configuración con reactor mezclado, separador y recirculación de lodos descrita en la matriz de biodigestores. Esta página no asigna una tecnología sin pruebas del efluente.
08 · Tres condiciones de alimentación
1. Acondicionar la temperatura
La vinaza puede salir a 70–90 °C de la torre. La alimentación debe ajustarse al régimen seleccionado, por ejemplo 35–40 °C en operación mesofílica o 50–55 °C en termofílica; una descarga caliente sin control puede inhibir la biomasa. El acondicionamiento puede usar:
- Torres de enfriamiento
- Intercambiadores de calor (recuperación de energía)
- Lagunas de enfriamiento previas
2. Corregir el pH
Con pH de 3,5–5,0, la vinaza es demasiado ácida para la digestión anaerobia. Se debe neutralizar:
- Adición de cal (CaO) o soda cáustica (NaOH)
- Ajuste gradual para no inhibir bacterias
- Monitoreo continuo durante operación
3. Vigilar el potasio
La vinaza llega con 5.000–12.000 mg/L de potasio. A concentraciones altas, puede inhibir la metanogénesis. El diseño debe evaluar dilución y adaptación gradual de la biomasa.
09 · Secuencia para estructurar el proyecto
Medir
Caracterizar corrientes, variación estacional y consumos de electricidad, vapor y combustible.
Comparar
Construir balances para pretratamiento, reactor, gas, digestato y usos energéticos.
Estructurar
Definir alcance, permisos, contratos, riesgos, financiabilidad y responsabilidades de cada participante.
Ejecutar y verificar
Contratar construcción y puesta en marcha con pruebas de desempeño y criterios de aceptación definidos.
Estructuración de un proyecto con vinaza
Enerloop puede participar como desarrollador, estructurador e inversionista cuando la caracterización y los balances sustentan el proyecto.
