Tcnicas Energticas - 67.56

Aplicaciones del Biogas

Facultad de Ingeniera - UBA

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)

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)

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

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

Biodigestores Tipo ind:

Cilndricos, de 1 a 2 m de dimetro y 2 a 2,5 m de profundidad

Biodigestores Tipo chino:

Desde 10m a 200m

Biodigestores Tipo moderno:

Posee 2 membranas flexibles Membrana superior negra

BiodigestoresAccesorios:

Filtro de biogas: Elimina H2SO4 y H2S Utiliza limaduras de hierro y virulana

Gasmetro Serpentina de calefaccin Trampa de agua Agitadores Vlvulas Manmetros

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

Rellenos sanitarios Se genera biogas por la descomposicin de materia

orgnica => se puede: Ventear Quemar con antorchas Aprovecharlo como combustible para generar electricidad

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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

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

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

Utilizacin del biogas

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

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

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)