Aplicaciones del Biogas 1C 07.pdf
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Tcnicas Energticas - 67.56
Aplicaciones del Biogas
Facultad de Ingeniera - UBA
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Biogas
Originado por descomposicin de materia
orgnica por bacterias anaerbicas
Gas compuesto principalmente por CH4 y CO2
Composicin: vara segn la biomasa utilizada
Valor energtico: 20-25 MJ/m (vs. 33-38 MJ/m del gas natural)
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Generalidades Centros de consumo => generan desperdicios orgnicos
Concentraciones humanas Resultantes de un proceso fabril Actividad agropecuaria
Difcil tratamiento y disposicin Zonas consumidoras de energa aisladas de grandes
centros urbanos => usan generadores de electricidad Utilizacin de desperdicios orgnicos => generacin de
biogas => generacin de electricidad + disposicin de desperdicios (+ produccin de fertilizante en algunos casos)
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Biodigestores
Contnuos: La carga de materia orgnica y la produccin de
biogas son contnuos Presentan variaciones de temperatura (carga del
digestor)
Discontnuos: Se agota la materia prima => se los vaca y se los
recarga => tiempo sin produccin de gas Se trabaja generalmente con 3 digestores Poseen gasmetros o pulmones Trabajan con temperatura ms uniforme
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Biodigestores Tipo ind:
Desarrollado a mitad del siglo XX (basado en experiencias de alemanes y franceses durante la Segunda Guerra)
Opera a presin constante Gasmetro incorporado Objetivo: energtico
Tipo chino Basado en experiencas indes Opera con presin variable No tiene gasmetro Objetivo: sanitario y ambiental
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Biodigestores Tipo ind:
Cilndricos, de 1 a 2 m de dimetro y 2 a 2,5 m de profundidad
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Biodigestores Tipo chino:
Desde 10m a 200m
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Biodigestores Tipo moderno:
Posee 2 membranas flexibles Membrana superior negra
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BiodigestoresAccesorios:
Filtro de biogas: Elimina H2SO4 y H2S Utiliza limaduras de hierro y virulana
Gasmetro Serpentina de calefaccin Trampa de agua Agitadores Vlvulas Manmetros
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Generacin de electricidad
Utilizando biogas como combustible en motogeneradores: Motores con combustible dual Motores especiales para biogas (incluyen el
pretratamiento del gas)
Utilizando biogas en pilas de combustible Generacin de electricidad Calor generado por la pila => fermentacin Requieren un biogas con al menos 60% de metano
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Rellenos sanitarios Se genera biogas por la descomposicin de materia
orgnica => se puede: Ventear Quemar con antorchas Aprovecharlo como combustible para generar electricidad
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Equipamiento para generacin de electricidad
Generadores a Gas Verstiles para funcionar con biogas y otras gases alternativos (al
funcionar con biogas se pierde un 10% de potencia en el motor, lo que conlleva el mismo nivel de prdidas en la generacin de electricidad)
Motores Diesel adaptados para funcionar con biogas
Generador con motor Diesel adaptado Generador con motor para Biogas
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Equipamiento para generacin de electricidad
Generadores a Gas con motor Diesel: En el caso de los motores diesel, el biogas puede reemplazar hasta el
80% del gasoil La baja capacidad de ignicin del biogas no permite reemplazar la
totalidad del gasoil en este tipo de motores que carecen de buja para la combustin.
El gas es succionado junto con el aire de combustin hacia el cilindro
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Equipamiento para generacin de electricidad
Dispositivos para adaptar los motores para la utilizacin de biogas: Filtro para la captacin del sulfuro de hidrgeno en el
biogas Sistema de encendido electrnico Sistema de tratamiento de gases de escape Control de combustin Mezclador de Aire-Biogas
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Equipamiento para generacin de electricidad
Sistemas de tratamiento de gases de escape: Objetivo: disminuir la emisin de monxido de carbono Consiste en un intercambio trmico regenerativo El gas de escape fluye a ~500C, desde el motor a travs de la
unidad conmutadora hasta el primer depurador, donde se calienta hasta 800 C
En la cmara de reaccin, el gas de escape reacciona con el oxgeno que contiene, oxidando el monxido de carbono y el hidrocarburo para producir dixido de carbono y agua
El gas de escape vuelve a emitir calor a medida que atraviesa la segunda depuradora y llega a la unidad conmutadora que lo dirige al conducto de escape de humos
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Equipamiento para generacin de electricidad
Sistema de control de combustin: Controla la riqueza de mezcla pobre para minimizar las emisiones de
gases de escape y mantener un funcionamiento del motor estable. Enlaza directamente la salida de energa, la presin de empuje, la
temperatura del combustible y la emisin de xido de nitrgeno Corrige los parmetros
del motor para garantizar que ste cumpla los requisitos de emisin de NOx de forma permanente, compensando en el caso de desviaciones de las caractersticas del gas.
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Equipamiento para generacin de electricidad
Mezclador de Aire-Biogas: No hay prdida de presin durante el mezclado aumentando la potencia
a una mxima eficiencia An con cambios en el caudal msico del gas, la proporcin aire-gas
permanece constante Con la temperatura de la cmara de combustin, el sistema de control
regula la emisin de gases del motor ajustando la proporcin aire-gas correspondientemente
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Generacin de electricidad con turbinas
Tambin la generacin de electricidad se puede realizar mediante calderas y turbinas de gas
Un caso especial de este tipo de generacin es el del vertedero controlado de Bouqueval/Plessis-Gassot, el cual se encuentra a unos 20km al norte de Pars
La produccin total de biogas se eleva a 13.000 m3/hora, de los que se valorizan 10.000 m3 para producir 10 MW/hora de electricidad, es decir, el consumo medio de una ciudad de 30.000 habitantes.
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Generacin de electricidad con turbinas
Tras su captacin y control, los 10.000 m3 de biogs que se producen en el vertedero controlado de Bouqueval se queman en tres calderas
Los quemadores de estas calderas se adaptan automticamente a la cantidad y a la calidad del biogs entrante, es decir, a su contenido en metano
Cada una de las calderas suministra 30 toneladas de vapor a 380 C, a una presin de 40 bars
Este vapor pone en marcha la turbina que gira a 7.500 rpm, conectada a su vez a un alternador que, produce cerca de 20.000 voltios de electricidad
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Generacin de electricidad con turbinas
Una turbina de vapor transforma la energa del flujo de vapor de agua en energa mecnica. Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presin del vapor (se expande) aumentando as su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los labesmviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre los mismos
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Utilizacin del biogasUn metro cbico de biogs totalmente combustionado es suficiente para:
Generar 1.25 kw/h de electricidad.
Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt.
Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora.
Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos.
Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas
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Utilizacin de biogas en el mundo A finales del 2005: 2.700 plantas de biogs estaban instaladas en
Alemania con una potencia elctrica total de 650 megavatios El grfico a continuacin representa la participacin de RSU en la
utilizacin de energas renovables en la Unin Europea
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Utilizacin del biogas
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Utilizacin del biogas En escasas ocasiones la cantidad de CH4 generado es
aprovechado eficientemente La economa de generacin con el biogs de rellenos
sanitarios depende fuertemente de las inversiones que para ello deban hacerse
Perforacin de los pozos de extraccin, la construccin de la red de recoleccin, de la planta de tratamiento del gas y del bloque de potencia
Costo de generacin: 3 a 6 centavos de dlar por kWh Si el relleno no existe, la economa del proyecto debe
analizarse tanto desde el punto de vista elctrico como desde el punto de vista ambiental
Si no existen condiciones para aprovechar el biogs en ninguna forma, debe considerarse la opcin de captarlo y quemarlo en una instalacin adecuada
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Utilizacin del biogas en Argentina
Por estrictas razones econmicas, la incineracin de residuos slidos municipales, el aprovechamiento debiogas, la generacin de energa elctrica, elcompostaje, no tienen aplicacin en Argentina
por la existencia de tierras aptas disponibles para la construccin y operacin de rellenos sanitarios y su bajo costo relativo
por los bajos costos del gas natural y de la energa elctrica generada por los mtodos tradicionales
por la baja relacin costo-beneficio de una planta generadora
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Bibliografa http://www.iica.int.ni/Estudios_PDF/Biodisgestores.pdf Trabajo realizado por CIPAV (Colombia) Informe de la planta de reciclaje del Centro de Tratamiento de R.S.U. Montemarta-Cnica
(Espaa) Revista especializada Energa XXI nota Pilas de combustible: La revolucin silenciosa www.ing.unne.edu.ar www.textoscientificos.com http://www.veoliaenvironnement.com http://www.ine.gob http://www.cipav.org http://www.guascor.com http://www.ceamse.gov.ar http://www.medioambiente.gov.ar http://www.renewables-made-in-germany.com http://epp.eurostat.ec.europa.eu http://www.deutz.de http://www.cat.com http://www.waukeshaengine.com Trabajo de Federico Walter (alumno de TE) Trabajo de Aldo Bettig (alumno de TE) Trabajo de Andrs Ferrari (alumno de TE)