Desarrollo de una Aplicación para el cálculo de la Relación Carbono-Nitrógeno de una masa compostable
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2023
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2023-03-28 |
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Android Aplicación Carbono Compost Elaboración de compost Enmiendas orgánicas Información científica Ligasas carbono-nitrógeno Nitrógeno Pilas de compostaje Proceso de compostaje Programa de ordenador Residuos orgánicos Software Windows |
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Busajm Mellado, Gonzalo Gabriel |
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Castro Videla, Fernando Funes Pinter, Iván |
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Ciencias ambientales |
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Co-director/a Director/a Ingeniería en Recursos Naturales Renovables Ingeniero/a en Recursos Naturales Renovables spa UNCuyo FCA |
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El proceso de compostaje es una alternativa para el tratamiento de la fracción orgánica de los
residuos, previo a su disposición final o reaprovechamiento. El proceso otorga una enmienda
estable, higiénica y madura denominada “compost”. Dentro de los factores a controlar en una
correcta producción de compost, se encuentra su relación Carbono-Nitrógeno (C/N) inicial,
cuyo rango ideal se encuentra entre los 25 y 35. El manejo de la relación de un compost se
realiza mediante la selección de materiales y cantidades durante la construcción de la pila. La
elaboración de un compost puede optimizarse o corregirse, de no encontrarse dentro del
rango óptimo, si se conoce la relación C/N de los materiales. El valor de la relación de un
compost puede obtenerse mediante análisis de laboratorio o ser estimado mediante modelos
matemáticos, debido a que el acceso a un laboratorio no resulta sencillo para muchos
generadores de compost. La aplicación del cálculo puede simplificarse con el uso de
tecnologías de la información, por su capacidad de almacenamiento y procesamiento de
datos. En este trabajo, se desarrolló un software que busca facilitar la información para la
elaboración de mezclas de masas de residuos orgánicos compostables, con una correcta
relación C/N. Mediante una búsqueda de antecedentes, se comprobó el funcionamiento de
otras aplicaciones que estimaban la relación. Se observó las fortalezas y debilidades que
poseían, y se buscó puntos donde se podría mejorar. Con el fin de sentar las bases del
funcionamiento del programa se realizó una búsqueda de datos bibliográficos necesarios para
la estimación de la relación C/N. Se seleccionó el modelo matemático de “Richard y
Trautmann”, que se vale del peso en húmedo, contenido de humedad, Carbono orgánico total
y Nitrógeno total de cada material para calcular la relación. Para el desarrollo del programa se
construyó un algoritmo que permite el cálculo de la relación C/N de un compost, y permite
estimar la combinación de volúmenes de materiales para llegar a una relación deseada. A
partir de la guía de este algoritmo, se codificó el programa en el lenguaje de programación
Java, y se creó una versión para Windows y Android. A fin de comprobar la capacidad de la
aplicación de estimar combinaciones con una relación C/N deseada, se desarrolló la siguiente
metodología: a) se seleccionaron cuatro conjuntos de materiales a partir de la información
obtenida mediante búsqueda bibliográfica; b) se estimaron las combinaciones para que los
conjuntos de materiales lleguen a una relación C/N de 27 a 32; c) a partir de las 72
combinaciones obtenidas, se realizó una validación mediante el cálculo de la relación C/N a
través del modelo de Richard y Trautmann; d) se compararon los resultados obtenidos con
los valores esperados por estimación. Se estableció como valor umbral de ±0,5, de no superar
el valor se concluirá que el software se ajusta al modelo. De las 72 combinaciones obtenidas,
solo una supero el valor límite, presentando una diferencia de +0,57, por lo que se concluye
que el programa se ajusta al modelo de Richard y Trautmann. El programa permite predecir
la combinación de materiales para acercarse a una relación deseada, o bien calcularla, por lo
que se espera que sirva como guía para la elaboración del compost. La estimación de
combinación de materiales permite una simplificación en la exploración de distintas
alternativas para la construcción de un compost, permitiendo a más personas acercarse a
esta técnica. Para comprobar la capacidad de la aplicación de calcular la relación C/N de un
compost, se seleccionó un experimento de compostaje a partir de sub-productos de una
industria alcoholera. Se realizó el cálculo de la relación a partir de las características de los
sub-productos y la composición de las pilas de compostaje. El resultado obtenido se comparó
a las características de las pilas obtenidas en el experimento, presentando variaciones
respecto a los valores reales. La pila con la mayor variación entre su valor real y el valor
calculado de relación C/N, se encontraba dentro del rango ideal para los dos valores. Debido
a que la aplicación busca asistir para la construcción del compost con una relación C/N
adecuada, se espera que las diferencias entre valor real y valor calculado sean amortiguadas
por el amplio rango ideal de la relación. The composting process is an alternative for the treatment of the organic fraction of the waste, prior to its disposal or reuse. The process provides a stable, hygienic and mature amendment called "compost". The initial Carbon-Nitrogen (C/N) ratio is among the factors to control in a correct production of compost. The ideal range of the ratio is between 25 and 35. The management of the ratio is done through the selection of materials and its quantities during the construction of the compost. If the ratio is known, the construction can be optimized or corrected. The ratio value of a compost can be obtained by laboratory analysis or estimated by mathematical modeling by those who can´t access to a laboratory. The application of the estimation can be simplified with the use of information and communication technologies due to its capacity for data storage and processing. In this work, a software was developed. The application seeks to provide information for the preparation of mixtures of compostable organic waste with an optimal C/N ratio. A background search was carried out, were the operation of other applications that estimated the ratio was verified. The strengths and weaknesses of these tools were observed and sought ideas of where the application could improve. In order to lay the foundations for the program operation, a search of bibliographic data necessary for the estimation of the C/N ratio was carried out. The "Richard and Trautmann" mathematical model was selected. This model uses the wet weight, moisture content, total organic carbon and total nitrogen of each material to calculate the ratio. For the development of the program, an algorithm was constructed. This algorithm allows the calculation of the C/N ratio of a compost and allows estimating the combination of materials needed to reach a desired ratio. Based on the algorithm, the software was codified in the Java programming language. The software was developed for Windows and Android. A methodology was developed to verify the functioning of the application. Four sets of materials were selected from the information obtained by bibliographic search. The combinations to reach the C/N ratios between 27 and 32 were estimated, obtaining 72 in total. A validation was carried out by calculating the C/N ratio of this combinations. The Richard and Trautmann model was used to do this validation. The results obtained were compared with the expected values, establishing a difference of ±0.5 as a threshold. If the threshold value is not exceeded, it will be concluded that the software will fit the model. Of the 72 combinations obtained, only one exceeded the threshold, with a difference of +0.57. It is concluded that the program conforms to the Richard and Trautmann model. This software, by being able to predict combinations of materials to approach a desired ratio, it´s expected that will serve as a guide in the construction of the compost. The estimation of mixed of materials allows a simplification in the exploration of alternatives in a compost, allowing more people to approach this technique. To verify the ability of the application to calculate the C/N ratio of a compost, a composting experiment from by-products of an alcohol factory was selected. The calculation of the C/N ratio was made from the characteristics of the by-products and the composition of the composting piles. The result obtained was compared with the characteristics of the piles obtained in the experiment, presenting variations to the real values. The pile with the greatest variation between its real value and the calculated C/N ratio value was found within the ideal range for both values. Since the application seeks to assist in the construction of compost with an ideal C/N ratio, it is expected that the differences between the real and the calculated value will be cushioned by the ideal wide range of the ratio. |
