Subido por rodi Maelo

Generacion de energia electrica

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Universidad
Tecnológica de
Puebla
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Puebla
GENERACION Y ABASTECIMIENTO DE ENERGIA
ELECTRICA A PARTIR DE UN BIODIGESTOR
Energías Renovables
MATERIA:
ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
ALUMNO:
Sandoval Pérez Erick Brandon
Herrera Moreno Christian Adán
Sánchez García Alejandro
Cabeza Deolarte Marcos
Jesús Jonathan Nanco
Gracia Cazarin Franco Leonardo
PROFESOR:
Jiménez Alva Mario
Resumen ................................................................................................................................... 1
ABSTRACT................................................................................................................................ 2
Objetivo General. ....................................................................................................................... 2
Objetivo Específico. ................................................................................................................... 2
BENEFICIOS DEL PROYECTO ................................................................................................ 2
ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................. 3
Cronograma ............................................................................................................................... 6
Plan de trabajo........................................................................................................................... 7
Desarrollo del tema.................................................................................................................... 7
Capítulo 1. Antecedentes e historia. .......................................................................................... 8
Capítulo 2. Planteamiento del problema. ................................................................................ 10
Capítulo 3. Propuesta .............................................................................................................. 12
Biodigestor ........................................................................................................................ 12
Capacidad tanque de recolección ..................................................................................... 13
Operación del biodigestor ................................................................................................. 14
Capítulo 4. Análisis financiero.................................................................................................. 17
Costos de tanques de entrada y salida ............................................................................. 18
Costos directos. ................................................................................................................ 18
Costos para invernadero y de montaje ............................................................................. 18
Producción de excretas..................................................................................................... 19
Estimación de energía para los Topoyones en un día ............................................................. 19
CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIERCOL ........................................ 20
Producción de Bioabono. .................................................................................................. 20
Impacto ambiental. .................................................................................................................. 21
Retorno de la Inversión ............................................................................................................ 21
Evaluación de mezclas biodiésel-diésel en la generación de energía eléctrica ....................... 22
1. Materiales y métodos .................................................................................................... 24
Resultados y discusión ............................................................................................................ 26
Caracterización de los combustibles ................................................................................. 26
Pruebas de funcionamiento .............................................................................................. 28
Biocombustibles puros ...................................................................................................... 28
Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno .......................................... 30
Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% .......................................... 31
Emisiones gaseosas ......................................................................................................... 32
Combustibles puros ................................................................................................................. 32
Mezclas de diésel y un biocombustible ............................................................................. 33
Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno .......................................... 33
Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5% .......................................... 35
Conclusiones ........................................................................................................................... 36
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 37
Motivación de proyecto.
El presente proyecto tiene como objeto principal el explicar detalladamente el
proceso teórico para la implementación de biodigestores, partiendo desde
desechos orgánicos y eses para la creación de biogás en un rancho de los
Topoyones.
La elección del tema responde a dos circunstancias: la primera de ellas es la
facilidad de acceso a la información; la segunda es el interés del tema, ya que el
mismo ha sido estudiado durante la estancia en la carrera, llevando a cabo
prácticas en los laboratorios de la universidad.
El hecho que este proyecto contenga el uso de desperdicios orgánicos y eses para
la obtención de biogás nos presenta algunas ventajas: la primera es la disminución
de contaminantes en el medio ambiente y la emisión de gases de efecto
invernadero a nuestra atmosfera, ya que el biogás es mucho más limpio que el
gas que se utiliza en la vida cotidiana; como segunda ventaja es que es más
económico realizar el biogás porque para ello se usan desperdicios orgánicos y
eses; y otra de sus ventajas es que es una energía renovable la cual podemos
explotarla al máximo.
Con este proyecto, se disminuiría el costo de combustibles los cuales se usan, en
la cocina, en la calefacción, en el baño, etc.…Y para lograr esto no es necesario
dañar el planeta o realizar procesos que podrían dañar la salud de muchas
personas.
Resumen
En el siguiente trabajo se expone el desarrollo teórico de la implementación de
biodigestores en el rancho “Los topoyones”, que está ubicado Acatzingo, Puebla.
Se consideró un lugar óptimo para el desarrollo del proyecto por la amplia cantidad
de ganado existente en el lugar, la vasta extensión territorial siendo así una fuente
de materia orgánica útil para los biodigestores, dicha materia hasta el momento no
tiene un uso establecido, por estos motivos se considera un lugar apto para el
desarrollo de biodigestores.
La implementación de biodigestores en el rancho representa una oportunidad de
aprovechar los desechos orgánicos del lugar y una nueva fuente de gas útil para
el rancho por otra parte la ubicación del rancho hace necesario el tener que
acercarse a las localidades aledañas para conseguir estos insumos lo que sería
otra ventaja de la aplicación del proyecto.
1
ABSTRACT
The next study explores the theoric process of the implementation of biodigestors
in “Los topoyones” Ranch, which is located Acatzingo, in the state of Puebla. It is
an optimal place for the development of the project cause the big amount of cattle
in the zone, the vast territorial extension generating a reliable source of organic
material useful for the biodigestors, such material has no apparent use, for this
motives the ranch is considered to be apt for a biodigestors project.
The implementation of biodigestors in the ranch represents a new opportunity to
take advantage of the existing organic waste of the place and a new source of
useful gas on the other hand the location of the ranch makes necessary the
recollection of supplies in the near localities which would result in another
advantage for the project.
Objetivo General.
Análisis de un biodigestor para ranchos, para uso doméstico y comercial.
Objetivo Específico.
1.- Posible solución al problema que vive el rancho los “Topoyones”
2.- Selección del biodigestor con las caracteristicas adecuadas.
3.- Análisis del posible biodigestor.
4.- Análisis Financiero
5.- Evaluación de combustible para generación eléctrica.
BENEFICIOS DEL PROYECTO
 Uso de las heces de un rancho
 Producción de gas más renovable
2






Accesible la venta para los pueblos vecinos
Altas cantidades de heces a la mano
Ubicación con terreno amplio
Fácil sustitución del gas tradicional
Control de plagas como las moscas
Los restos que salen del biodigestor se pueden utilizar para el campo
El uso de los biodigestores puede contribuir a la reducción de problemas para
las comunidades lejanas a las zonas céntricas, por otro lado el
aprovechamiento de los animales en cuanto a sus heces quita el problema de
donde almacenar esos residuos y que se creen virus o atraigan animales no
deseados de manera que si se implementan en gran mayoría este tipo de
dispositivos aumentaría también la fertilidad de la tierra al usar los restos que
quedan en el biodigestor lo cual sustituiría en menor cantidad el uso de
químicos en la tierra. Dado que el deterioro ambiental ha venido creciendo en
gran proporción el reciclaje de heces de los animales será de gran ayuda para
contribuir más a este efecto y tener ventajas para fuentes de energía
alternativas. A través de este tipo de tecnologías se puede obtener un
combustible de más alta calidad y no tendrá un efecto mayor al de las energías
tradicionales. Ya que aparte de crear gas para nuestras necesidades básicas
se puede implementar para la creación de energía eléctrica.
ESTADO DEL ARTE
UNIVERSIDAD AUTONAMA DE YUCATAN, MEXICO (Laínez Canepa, José
Ramón, Sosa
Oliver, José Aurelio)
El estudio echo se implementa (Degradación anaeróbica del contenido gástrico
ruminal bovino para obtención de biogás, biodigestor tipo cúpula. La finalidad de
esta investigación es promover en el trópico húmedo la aplicación de este sistema
en el tratamiento de residuos orgánicos. Es una celda sobre el suelo de 67 m3,
aislada térmicamente con geomembrana de polivinilo de cloruro. Cuenta con
tubería de conducción de biogás y recirculación de polivinilo de cloruro. El proceso
inicia con el acopio y transporte del contenido gástrico ruminal bovino (rumen) y
con la medición de Humedad, Sólidos Volátiles y Cenizas. La alimentación es una
mezcla rumen: agua en proporción 4:1. Se agita hidráulicamente con una bomba
autocebante. Durante 90 días se monitoreó el Oxígeno disuelto, pH y la
temperatura.
3
Escuela de ingeniería en bioecosistemas (universidad de costa rica.
implementación del biodigestor en un biosistema integrado como tecnología para
manejo del desecho agroindustrial bovino para producción de energía. Rosalía
Chinchilla Vargas, Oviedo Matamoros, Ariana Parajeles Blanco, Steven Valverde
Delgado.
Para este estudio se implementa a través de los residuos que hay en una lechería
y de manera que se separen todos los residuos que haya para dejar las heces de
manera que sea automático el proceso, por otro lado, se aprovechan los demás
solidos flotantes que hay en las heces como lo que es pastura u otros solidos en
el cerca de las vacas.
Laines.C, Ramón, Oliver.S. Aurelio. (2013) Degradación anaeróbica del contenido
gástrico ruminal para la obtención de biogás revista académica.
Chinchilla.V Oviedo.M Parejeles.B Valverde.D(2016) IMPLEMENTACIÓN DEL
BIODIGESTOR EN UN BIOSISTEMA INTEGRADO COMO TECNOLOGÍA PARA
MANEJO DEL DESECHO AGROINDUSTRIAL BOVINO PARA PRODUCCIÓN
DE ENERGÍA. Universidad Costa Rica.
Reciclaje de Materia Orgánica para la Producción de Biogás en Comunidades de
Bajos Recursos
Referencia
Municipio de Asientos, Ags. (2015). Plan municipal de desarrollo 2014- 2016. 26
de enero del
2016,
de
Asientos,
Alianza
para el
progreso
Sitio web:
http://www.aguascalientes.gob.mx/Transparencia/Puntos/
Obligaciones/Formatos/ASIENTOS/23.PLANESTATALYMUNICIPAL- 1682014182115.pdf
Introducción:
4
Según el informe de la FAO de 2006, el 18% de las emisiones de efecto
invernadero provienen de los desechos del ganado. El gas metano que emite el
excremento de vaca es 23 veces más dañino para la atmósfera que el CO2. Este
proceso es una reacción química llamada fermentación anaeróbica, en la cual las
bacterias metanogénicas digieren la materia orgánica y se estima que anualmente
la actividad microbiológica libera a la atmósfera entre 590 y 880 millones de
toneladas de metano (CH4).1
La universidad de York (2012), a través del grupo de educación científica y la
fundación EllenMcArthur se encargaron de estudiar la posibilidad de instalar estos
biodigestores caseros dentro de las viviendas en Reino Unido, como parte de un
proyecto de investigación en campo y estudio de caso. Según la empresa
londinense Willen biogás, a principios de 2012 más de 50,000 ton. de material
orgánico fueron desviadas para producción de gas, electricidad o fertilizantes. De
esta manera, se pueden reducir las emisiones de efecto invernadero, reciclando y
contribuyendo a proporcionar energías más económicas a la sociedad.
Con el fin de reducir las emisiones de efecto invernadero y aplicar la tecnología
del biodigestor para obtener biogás de lo que comúnmente son desechos, se
propuso la implementación de dicha tecnología en una comunidad de bajos
recursos, llamada El Tule, Asientos, en el Estado de Aguascalientes.
En el Estado de Aguascalientes, 25.3% de la población es vulnerable por carencias
sociales, el 3.6% de esta población carece de servicios básicos en la vivienda.
Proyecto de inversión, Instalación de un biodigestor en un tambo en la localidad
Huachilla, Córdoba. (2017). Bonadeo P. Universidad empresarial siglo 21(pag 57)
Recuperado
de:
https://repositorio.uesiglo21.edu.ar/bitstream/handle/ues21/14128/BONADEO%2
0PABLO.pdf? sequence=1&isAllowed=y
En el sector rural, una de las principales formas de contaminación es el mal uso
del estiércol, que genera malos olores y polución con nitratos al agua de consumo.
Las actividades agrícolaganaderas deben ser más respetuosas del medio
ambiente, y en particular deben promover la reducción de posibles fuentes de
contaminación, sobre todo en los animales en confinamiento, ya que la producción
a pasto, en pastoreo directo no genera esta contaminación y solo aporta materia
orgánica al suelo.
Los desechos recuperables generados por el tambo serán utilizados como
biofertilizantes unas veces procesados el material en el biodigestor, dado que
contienen cantidades útiles de nutrientes esenciales y proporcionan una mayor
variedad de los mismos que muchos abonos fabricados (estos abonos químicos
no aportan MO). El beneficio al utilizar abonos orgánicos, es un mejoramiento en
el rendimiento de los cultivos y la calidad de los suelos.
5
Producción de Biogás a partir de residuos orgánicos en Biodigestores de Bajo
coste. Ferrer. I,
--Uggetti.
E,
Poggio.D,
Marti.J,
Velo.E.
(2015)
Pag-3
Recuperado de:
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099/8074/31_Ivet_Ferrer.pdf?sequ
ence=1&isAll owed=y
Entre los años 2005-2008 se han implementado un total de 13 biodigestores en
Yanaoca y 4 en Cajamarca. La mayor parte son biodigestores de tipo tubular de
plástico o geomembrana, excepto un sistema en dos etapas de hormigón en
Yanaoca. En general se trata de biodigestores tubulares de polietileno con un
volumen útil de 5 m3. Se diseñan para trabajar a un tiempo de retención de 90
días, y se alimentan diluyendo las éstiercol con agua en una proporción 1/3 (v/v),
ambos valores bastante conservadores, pero que ayudan a que no se formen
espumas en la superficie, y a que la mezcla en el interior del biodigestor fluya
correctamente.
Los biodigestores familiares implementados funcionan a temperatura ambiente.
CINDET, Hernández G.V, Cruz.O. A, Gonzalez.O. A, Contretas.E. J, Morillón.G. D
(2010) pag-3 Recuperado de: http://b-dig.iie.org.mx/BibDig2/P11-0498/p381.pdf
Estudiaron la composición del biogás generado por tres diferentes materiales para
obtener información para un posible potencial de utilización como biocombustible.
Los materiales estudiados fueron: residuos de alcantarilla, residuos de basura y
residuos fecales de animales. Encontraron que se genera mayor cantidad de
metano empleando residuos de alcantarillado y el más bajo con residuos de
basura. presentan un estudio realizado durante un año, en donde encontraron que
el plástico, como un material alternativo para el diseño de biodigestores
comparándolo con el convencional de ladrillo, presenta una mayor generación de
biogás. Incorporan elevación de la temperatura de la mezcla mediante
calentamiento solar.
Cronograma
6
En el siguiente diagrama se muestra el cronograma que se sigo para realizar las
actividades en el proyecto de integradora, siendo una manera efectiva de manejar
los tiempos de las actividades.
Plan de trabajo.
Septiembre Octubre
Actividad
Noviembre Diciembre
Identificar el problema Propuesta
de proyecto
Propuesta de biodigestor
Análisis del lugar
Análisis del Biodigestor a utilizar
Análisis de costos
Desarrollo del tema
7
Capítulo 1. Antecedentes e historia.
Santa maría Zacatepec es una comunidad perteneciente al municipio de Juan C.
Bonilla, ubicado en Acatzingo, puebla con una población aproximada de 18,537
habitantes, dentro de sus fuentes de economía encontramos la ganadería y la
porcicultura.
En la actualidad el municipio se está viendo afectado por la contaminación que se
produce por los malos olores que expelen la granja porcícola debido a que no se
tiene conocimiento del manejo que se le puede dar a las excretas de los cerdos.
Como un mecanismo para mitigar el impacto ambiental y al mismo tiempo generar
beneficios económicos y sociales, se propone aprovechar las excretas de los
cerdos como materia prima para la generación de energía mediante un
Biodigestor.
El no aprovechamiento de dichos desechos ocasionará un incremento en los
niveles de fetidez, enfermedades, impacto ambiental, mala imagen para el sector
turístico, afectado negativamente en el sector social y económico del municipio.
El pueblo de Acatzingo fue fundado por los indígenas nahuatlatos; posteriormente
es conquistado por los españoles, quienes trajeron a los frailes franciscanos que
llegaron a este lugar el 13 de mayo de 1524.
Se transformó en pueblo de corte español, sobre todo después de la construcción
de su convento edificado en 1528, por Fray Juan de Rivas; estuvo al frente de la
obra Fray García de Cisneros; de este mismo año es la pila bautismal, por lo que
se supone fue la primera en la Nueva España.
Existe una fuente que data del año 1591 y un santuario a la virgen de los Dolores
construido en 1764.
En el siglo XVI fue Tenientazgo de Tepeaca, en el año de 1811, los realistas son
derrotados en este lugar. En 1859 es tomada la ciudad por los liberales y en 1862
se establecen las tropas francesas.
El 3 de junio de 1876, se realiza una batalla entre el comandante republicano
Capitán Rafael Romero y tropas rebeldes comandadas por Couttolenc y Fidencio
Hernández; es derrotado el primero y pierde la vida. En el año de 1872, por decreto
del entonces Gobernador del estado Lic. Ignacio Romero Vargas es elevado a la
categoría de Villa de Acatzingo de Hidalgo, en honor al Padre de la Patria. En la
época colonial perteneció al distrito de Tepeaca y en 1895 se constituye en
municipio con cabecera en la Villa de Acatzingo de Hidalgo.
8
Arquitectónicos:
Convento Franciscano del siglo XVI, Santuario a la Virgen de los Dolores del siglo
XVIII; Portal Hidalgo de 47 arcos, el más grande de las ciudades coloniales de
Puebla, construido en el siglo XVI, localizados en la cabecera municipal.
Obras de Arte
Esculturas: Pila Bautismal de piedra monolítica; al frente ostenta el Sacramento de
la Eucaristía sostenida por ángeles, construida en el siglo XVI. Fuente de la Virgen
de los Dolores de planta octagonal de finales del siglo XVI; imágenes del Santo
Ecce Homo y la Virgen de los Dolores, camerin de la Virgen de los Dolores de
forma octagonal y marco de oro y plata del siglo XVIII.
Pinturas:
Cuadros del Santuario de la Virgen de Dolores y del templo de la Soledad, entre
ellas un autorretrato del Pintor Miguel Jerónimo Zendejas; dos obras del pintor
Muñoz, en el templo principal.
9
Capítulo 2. Planteamiento del problema.
Vecinos de la comunidad de Santa María Zacatepec, perteneciente al municipio
de Juan C. Bonilla, denunciaron que la granja de cerdos Topoyones tira
diariamente cientos de kilos de excremento que producen más de 8 mil puercos,
lo cual ha causado daños a la salud en los pobladores de dicha junta auxiliar.
Ubicado justo a la orilla del río Ametlapanapa, desde hace 20 años la empresa de
cárnicos vierte sus desperdicios al afluente provocando infecciones en la piel,
náuseas y dolor de cabeza a la gente que habita la zona colindante al lugar.
La comunidad e integrantes del Frente de Pueblos en Defensa de la Tierra y el
Agua (FPDTA), informó que hace dos décadas, la misma granja Topoyones fue
retirada de la comunidad de San Juan Tlautla, por los daños a la salud que causó
a sus habitantes.
Actualmente, se vive en una sociedad donde el crecimiento de enfermedades,
insectos y malos olores debido a la descomposición y por el manejo inadecuado
de la basura orgánica.
Se pretende realizar un biodigestor en el Rancho “Los topoyones”, que está
ubicado Acatzingo, Puebla. Para poder aprovechar el uso de las heces de algunos
animales y desperdicios orgánicos y así poder generar biogás. Y así tener una
mejor visión sobre el uso de las energías renovables en el sector.
Uno de los mecanismos de tratamiento de los residuos orgánicos generados por
este tipo de industria, se hace a través de los biodigestores, en donde los residuos
orgánicos son fermentados, y por descomposición generan biogás y otros
componentes que ayudan significativamente a disminuir el deterioro de los
factores ambientales.
Al implementarse un biodigestor, este será una opción con garantía de
rentabilidad, ya que es una alternativa que no solamente resuelve una
problemática ambiental al momento de darle un adecuado manejo a la materia
orgánica, sino que representa para las granjas un posible ahorro económico al
volverse auto sustentable en la generación de energía.
El adecuado reaprovechamiento del metano que se genera por los residuos
representa una forma significativa de disminución de emisiones de gases efectoinvernadero al medio ambiente. Así mismo, es una práctica que contribuye en la
disminución de las reservas de combustibles fósiles.
Por lo tanto, al colocar las heces y los residuos orgánicos dentro del Biodigestor,
representará una opción de importantes ventajas a pequeña, mediana y gran
10
escala, con mecanismos adecuados para el tratamiento y disposición final de los
residuos orgánicos.
En este documento se presenta un proyecto en el cual se muestra unos puntos
importantes para la implementación del mismo. Así como también se mostrarán
algunos parámetros para el diseño y el funcionamiento del biodigestor para la
generación de energía.
Se pretende implementar un Biodigestor en la granja, para aprovechar las excretas
de los cerdos, ya que por medio de ellas se puede generar energía, así como
actualmente lo están implementando en algunos países
Países que tienen una visión clara para la utilización de energías propias y
naturales que posee.
Uno de los mecanismos de tratamiento de los residuos orgánicos generados por
este tipo de industria, se hace a través de los biodigestores, en donde los residuos
orgánicos son
fermentados, y por descomposición generan biogás y otros componentes que
ayudan significativamente a disminuir el deterioro de los factores ambientales
El adecuado reaprovechamiento del metano que se genera por los residuos
representa una forma significativa de disminución de emisiones de gases efectoinvernadero al medio ambiente. Así mismo, es una práctica que contribuye en la
disminución de las reservas de combustibles fósiles.
Por lo tanto al colocar las excretas de los cerdos dentro del Biodigestor,
representará una opción de importantes ventajas a pequeña, mediana y gran
escala, con mecanismos adecuados para el tratamiento y disposición final de los
residuos orgánicos que no sólo representa la oportunidad de reincorporarlos en
forma de energía al proceso, sino que evita incurrir en sanciones legales por parte
de la Secretaría Distrital de Ambiente y evitar un posible cierre temporal o
permanente de las granjas, por el incumplimiento de la normatividad nacional en
materia de vertimientos, residuos sólidos entre otros.
En esta investigación se describe las características fisicoquímicas de las excretas
porcinos, y a partir de dichas características, se establecen los parámetros de
diseño, y funcionamiento del Biodigestor para la generación de energía.
Estos parámetros se toman con base en la generación de excretas proveniente de
14.760 porcinos que actualmente se tiene en la granja de los topoyones
11
Capítulo 3. Propuesta
Una vez identificada la problemática que se presenta en la granja de los
topoyones, nace la necesidad de desarrollar un mecanismo que permita dar un
adecuado tratamiento a los residuos orgánicos (excretas), producidas por la granja
porcina que han presentado un incremento en su producción en los últimos años.
Mediante la implementación de un Biodigestor del Municipio de juan C. bonilla
Acatzingo se busca mitigar el impacto económico, social y ambiental generado por
los residuos orgánicos que producen los cerdos.
Biodigestor
Proponemos un digestor de desechos orgánicos o biodigestor que es un
contenedor cerrado, hermético e impermeable, dentro del cual se deposita el
material orgánico a fermentar, este puede ser excrementos de animales y
humanos, desechos vegetales, etcétera, en determinada dilución de agua para
que a través de la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes
orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y, además, se disminuya el
potencial contaminante de los excrementos.
Por lo tanto, materiales que ingresan y abonan el Biodigestor se denominan
afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestión que ocurre en el
interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica,
la cual se convierte en biogás.
Biodigestiones la fermentación realizada por bacterias anaerobias sobre la materia
orgánica y posee las siguientes ventajas:
Proporcionar combustible para suplir las principales necesidades energéticas
rurales. Reducir la contaminación ambiental al convertir las excretas, que hacen
proliferar microorganismos patógenos, larvas e insectos, en residuos útiles.
Producir abono orgánico, con un contenido similar al de las excretas frescas e
igualmente útil para los suelos, los cultivos y para el desarrollo del fitoplancton y
del zooplancton utilizado por algunas especies acuáticas en su alimentación.
Los digestores anaeróbicos son para producir biogás se pueden emplearse
diversos materiales orgánicos tales como residuos vegetales, estiércol, basura
doméstica, algas, efluentes de las industrias de alimentos, bebidas, papel, y
químicas.
Durante la bioconversión de materiales orgánicos a metano las distintas etapas
tienen distinta velocidad: la degradación de la celulosa ocurre en semanas, la de
12
las hemicelulosa y proteínas en días y la de las moléculas pequeñas, como
azúcares, ácidos grasos y alcoholes, en horas, pero la lignina no es degradada en
la mayoría de los sistemas de digestión anaeróbica.
El proceso en un digestor difiere de otros tipos de fermentaciones en que no es
necesario utilizar cultivos puros de microorganismos. Las diversas bacterias
capaces de descomponer las sustancias orgánicas y producir biogás están
ampliamente distribuidas en la naturaleza.
Capacidad tanque de recolección
Para las dimensiones del tanque de recolección, se contempló que en caso de
tener algún problema con el biodigestor o con cualquier otro componente de la
planta, es necesario, que la capacidad de dicho tanque sea mayor a tres veces el
volumen de la carga diaria.
Para calcular la carga diaria del tanque de recolección se necesita: Estiércol +
orina = 5.75 por cerdo al día
235.75 Kg * 3 = 707.25Kg
707.25Kg / 1000 = 0,70725 m3
El material que se pretende utilizar para construir el tanque corresponde a
concreto, porque es de mejor calidad y mayor vida útil, lo cual es más benéfico
para los porcicultores. A continuación, se presentamos las dimensiones del tanque
de recolección el cual tiene una capacidad de 4.5 m3, que es mayor a la requerida
13
previniendo un aumento en la carga diaria en los próximos años. Hablando
teóricamente.
Operación del biodigestor
Rangos de temperatura para la operación del Biodigestor
La tasa de fermentación anaerobia de los sólidos orgánicos y su conversión parcial
en biogás, están directamente relacionadas con la temperatura interna de
operación. Aunque el proceso se lleva a cabo en un amplio rango de temperaturas,
desde 15°C hasta 60°C, la mayor eficiencia de conversión se obtiene en los rangos
de temperatura 30°C a 40°c y 55°C a 60°C.
La mayoría de las bacterias metanogénicas digieren la materia orgánica más
eficientemente en el rango 30°C a 40°C, que puede ser alcanzado por la fase
líquida, no solo por efecto de la temperatura ambiental, sino también porque la
temperatura interna se incrementa debido a la generación de calor ocurrida
durante la fermentación de la materia orgánica.
Transporte de Mezcla
El transporte de la mezcla desde el tanque de almacenamiento hasta el digestor,
se hará a través de una bomba sumergible de alto flujo, que evita el choque térmico
que puede producirse si una gran masa de mezcla entra al digestor, y la descarga
del material digerido se hace de una forma mucho más gradual, evitando que salga
material sin digerir. El volumen del biodigestor, es de 31.83 m3. teniendo en cuenta
que la carga diaria es de 0.70725 m3 y los días de retención para la producción
del biogás es de 45 días, de igual manera se planea construir un biodigestor con
una capacidad de 32 m3.
Relación carbono hidrógeno
Los carbohidratos y las proteínas son los nutrientes indispensables para el
crecimiento, desarrollo y actividad de las bacterias anaerobias. El carbono
contenido en el estiércol, es el elemento que las bacterias convierten en metano
14
(CH4). El nitrógeno es utilizado para la multiplicación bacteriana y como
catalizador en el proceso de producción de biogás.
Producción de biogás. Una vez realizado el cálculo del biodigestor nos da como
resultado una producción de gas de aproximadamente 9,6 m3 diarios lo cual es el
30% del volumen total, para almacenar el gas producido se requiere que el
digestor tenga una capacidad de volumen de almacenamiento igual a 9,6 m3, para
un volumen total del biodigestor de 32 m3.
Para almacenar el gas se requiere 5 m2 de hypalon debe sellarse con calor a las
paredes del tanque, con resistencia a los rayos ultravioleta y las condiciones
climáticas adversas.
Conducción del biogás La tubería que se va utilizar para la conducción del biogás
es de cobre para gas natural de 2” pulgadas, se dispondrá de válvulas de bola al
comienzo y al final de la línea, con los respectivos manómetros en las mismas
posiciones, adicionalmente se instalara un sistema que nos permita controlar la
temperatura y la presión con sensores que serán instalados en la salida de la
cubierta del digestor y un sensor de caudal que será instalado a la entrada del
motor. Para controlar la presión excesiva del globo se necesitará instalar una
válvula de alivio y de igual manera un quemador de exceso de gas y una trampa
de llama.
La producción de biogás en el biodigestor es constante, pero el consumo se hace
durante ciertas horas al día, para ello de almacena dicho biogás cerca al sitio de
consumo, este mecanismo es importante cuando se utiliza el biogás para el
funcionamiento de motores. Para la construcción se puede emplear el mismo
plástico que fue empleado para la construcción del biodigestor, pero para este
caso se coloca la bolsa sencilla.
Valores de PH
Aunque el rango de pH óptimo, para alcanzar la mayor eficiencia en la
fermentación anaerobia de la materia orgánica, puede variar, el proceso de
digestión bacteriana produce biogás a valores de pH entre 6.7 y 7.5, un medio
prácticamente neutro (Griffis, Mote y Kienholz, 1980). El pH se mantiene en ese
rango, solo si, el Biodigestor está operando correctamente. Si el pH se torna muy
ácido, la acción de las bacterias se inhibe, aumentando la proporción de gas
carbónico en el biogás. Las causas por las que se puede acidificar la fase líquida
contenida dentro del Biodigestor son:
•
Un cambio excesivo de la carga.
•
El permanecer por largo tiempo sin recibir carga.
•
La presencia de productos tóxicos en la carga.
15
•
Un cambio amplio y repentino de la temperatura interna
•
En algunos casos la alta acidez puede corregirse adicionando cal.
Temperatura
La temperatura promedio del municipio de Acatzingo es de 27 °C por lo cual se
debe tener un tiempo de retención entre 30 a 60 días, que para efectos de nuestra
propuesta contemplamos 45 días de retención, con el fin de tener una producción
de gas eficiente y constante.
Materiales para su construcción
Unidad
Descripción
500
Ladrillos
3
Bultos de cemento
100
Paladas de arena
2
Tubos PVC de un m
1
Acople macho enroscado de PVC
1
Arandelas de aluminio de 15 cm
1
Tubo PVC de 2
1
Tubo de 4m
7
Metros de manguera enroscada
Ventajas
• Las excretas de ganado porcino antes de su inclusión en el biodigestor no
requieren tratamiento.
16
• Se minimiza el problema de fetidez en la zona, debido al almacenamiento
de estiércol en las granjas porcinas sin un manejo adecuado
• El estiércol después de procesado contiene propiedades fertilizantes, que
puede ser usado como abono orgánico.
• El manejo es sencillo y el cuidado y mantenimiento simple.
• Se protege al medio ambiente permitiendo en normal funcionamiento de
las demás actividades, entre ellas el turismo que actualmente se ve
afectado.
Desventajas
El abono orgánico obtenido en este tipo de tratamiento anaerobio es líquido,
lo que puede generar que al regar dicho efluente en suelos permeables se
pueda producir pérdida por lixiviación de algunos de sus componentes.
Capítulo 4. Análisis financiero
Unidad
Descripción
500
3
100
2
1
1
1
1
7
Ladrillos
Bultos de cemento
Paladas de arena
Tubos de PVC m
Acople macho enroscado
Arandelas de aluminio
Tubo PVC de 2
Tubo de 4m
Metros de manguera
enroscada
Valor
unitario
950
48.000
1000
43.000
5.000
6.200
12.000
29.000
5.700
Valor total
475.00
144.00
100.00
86.000
5.000
6.200
12.000
29.000
39.900
Los gastos dependen del terreno donde se va a hacer el biodigestor un ejemplo
de esto son las características del terreno para calificar todos los insumos
17
La metodología del Biodigestor de polietileno tubular calibre 8 protección contra
los rayos ultravioleta se trabaja con temperatura ambiente, el plástico se convierte
en muy buena opción para el tema de mantener la temperatura interna controlada.
Costos de tanques de entrada y salida
Tanque
Tanque de entrada
Tanque de salida
Total
Valor
1.500.00
4.500.00
6.000.00
Se determinó que el biodigestor para el tratamiento de las excretas porcinas con
capacidad de 32 m3 cada uno tiene un costo de materiales es de $1.571.100. Para
el cálculo del valor de la inversión inicial es necesario sumar al valor del
biodigestor, lo equivalente al montaje del invernadero para la protección del
biodigestor, la mano de obra para la adecuación del terreno y el montaje. El terreno
donde será ubicado el biodigestor se encuentra disponible en la misma granja de
los topoyones y no es necesario comprar terrenos. Para establecer el costo total
del montaje tipo Cipav se toman los costos directos y los indirectos.
Costos directos.
Están conformados por el costo de la mano de obra, los materiales. El costo
asociado a la mano de obra se genera debido al tiempo empleado para la
adecuación del terreno, la excavación de la fosa, montaje del biodigestor y el
invernadero que servirá como protección al mismo. Para este caso, se requiere
el servicio de un contratista que disponga de dos personas por un tiempo de 4
semanas, se realiza un contrato por un valor de 3’000.000. El valor
correspondiente a los materiales para el montaje del invernadero se estima en
$750.000 por cada uno.
Costos para invernadero y de montaje
Descripción
Polietileno
Listones
Total
Valor
450.000
300.000
750.000
Descripción
Mano de obra
Materiales de biodigestor
Valor
3.000.000
1.571.100
18
Materiales de invernadero
Total
750.00
5.321.1000
Producción de excretas
Estimación de energía para los Topoyones en un día
Descripción
Cantidad
por granja
No.
Granja
Total de
Granjas
Consumo
Kw/h
Uso en
horas
Consumo
total
Kw/Día
Bombillos
30
6
180
0.06
3
32
Motobomba
1
6
6
0.34
2
4
Hidrolavadora
1
6
6
1.7
1
10
Nevera
1
6
6
0.563
12
41
Computador
2
6
12
0.263
5
16
Impresora
1
6
6
0.263
2
3
Sonido
1
6
6
0.263
6
9
Total Kw requeridos al día para 6 granjas
116
19
Como se observa en la Tabla 14 los requerimientos de energía al día son de
aproximadamente 116 Kw. Para la generación de energía eléctrica a partir de la
alimentación de biogás, se propone un generador que consume 9m3 /día de biogás
para generar 12 Kw/h. Para la generación de la energía se requiere de un generador
de energía eléctrica alimentado por biogás, y así generar energía renovable.
CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ESTIERCOL
Un biodigestor es un sistema económico y accesible diseñado para el
aprovechamiento funcional del proceso de la digestión anaerobia, realizado por
bacterias, procedentes principalmente del estiércol, que transforman la materia
orgánica en biogás y fertilizante orgánico. Con la utilización de un biodigestor, es
posible tratar principalmente desechos orgánicos por medio de fermentación
anaeróbica, dando como resultado biogás, el que en su composición presenta un gran
porcentaje de metano, gas combustible con propiedades muy similares al propano.
Dentro de un proceso de biodigestión, las bacterias metanogénicas son estrictamente
anaeróbicas, los gases provenientes de la fermentación de materia orgánica son
productos reducidos, como resultado del medio carente de oxígeno, siendo estos
gases altamente inflamables y con potencial para ser empleados como carburantes.
Las excretas porcinas para el proceso de digestión anaerobia se destacan por su alta
capacidad para producir metano, además porque contienen alta concentración de
nutrientes comparados con otros sustratos; dichas excretas gozan de esta propiedad
debido a que los cerdos son ineficientes al asimilar los nutrientes, lo que genera que
desperdicien altos porcentajes de alimento, por esta razón cerca del 1.3% de su
excreta generada contiene nitrógeno, fósforo y potasio, los cuales son considerados
como fertilizantes primarios, y fertilizantes secundarios tales como el calcio, cloro,
azufre, sodio, etc. que representan otro 1.2% de la misma.
Producción de Bioabono.
Esta producción depende de un proceso de fermentación el cual pierde entre 5 al 30
% de sólidos totales y depende directamente de la producción de biogás, se calcula
tomando el 70% de la carga diaria:
0.23575 m^3 X 0.7 = 0.165025 m^3 de Bioabono sólido.
20
Impacto ambiental.
De acuerdo a los resultados obtenidos y teniendo en cuenta que la generación de
excretas es de 30.981 toneladas al año lo cual genera un impacto ambiental de
3504m^3 de gas metano causando una contaminación del medio ambiente afectando
aire, suelo y agua en el Municipio de Tibaná Boyacá y teniendo en cuenta los
estándares establecidos en la cumbre de Kioto y renovada recientemente en la cumbre
de Paris podemos establecer un impacto de contaminación alto que afecta la parte
socio-económica, Turística y ambiental.
Si bien es cierto que el retorno de la inversión del Biodigestor de acuerdo al ejercicio
planteado no es rentable en el corto y mediano plazo si lo es en el largo plazo, es
importante resaltar la reducción que se obtiene en la huella de carbono con la
implementación del biodigestor dándole el manejo adecuado a las excretas que como
lo mencionábamos anteriormente es de 3504m^3 al año.
Retorno de la Inversión
Para realizar un estudio económico del proyecto, es necesario soportarlo en un análisis
del retorno de la inversión, basado en elementos tales como: Cálculo de la tasa interna
de retorno 70 (TIR), relación costo beneficio, cambios de flujo de caja, la incidencia de
los efectos inflacionarios para la comparación de cifras y las proyecciones en el
incremento del Kw h. Con el fin de realizar la proyección de otros ingresos y gastos
para el estado de resultados se revisaron las cifras de IPC, donde se toma como base
las cifras reportadas mes a mes por el DANE a partir del 2016 y se proyecta a través
de un promedio móvil simple hasta el año 2021, con lo cual se obtiene:
Los gastos operacionales destinados para mantener en actividad la empresa,
corresponden a las variaciones del salario mínimo legal vigente de cada año
proyectado a 5 años. Se relaciona el histórico del salario mínimo año a año, así como
él % de incremento del mismo, se espera que acorde al crecimiento de los últimos
21
años que los valores para 2018 en adelante se comporten con aumentos de acuerdo
a la tabla Nº 16 proyectada. Los ingresos no operacionales percibidos por la
implementación, que corresponden a los ingresos recibidos por la venta de Bioabono
tratado y en segundo lugar el valor que se dejaría de pagar a la empresa
comercializadora de energía ESBA por el consumo para el desarrollo de la operación.
A continuación, se presenta la cuantificación de dicho sin egresos.
Para el caso del abono orgánico, cabe aclarar que actualmente en el mercado se
vende Bioabono o Porcinaza a un valor de $15.000 bulto de 36 kilogramos, es decir el
valor del kg es de $417 pesos. Tomaremos como base éste valor para calcular
nuestros ingresos de acuerdo a la cantidad de bioabono producida (70% de la carga
diaria), y proyectarla para los próximos 5 años.
Evaluación de mezclas biodiésel-diésel en la generación de energía
eléctrica
El biodiésel es un combustible líquido de origen biológico, proveniente de
diferentes fuentes renovables -por ejemplo, aceites vegetales, grasas animales,
aceites de fritura usado e incluso de microorganismos fotosintéticos como algas y
hongos-. El biodiésel es producto de la transesterificación de los aceites y grasas
con un alcohol de cadena corta, en presencia de un catalizador ácido, básico o
enzimático.
La transesterificación, también llamada alcohólisis, consiste en tres reacciones
consecutivas y reversibles, en la cual los triglicéridos son convertidos a
diglicéridos, monoglicéridos y glicerina. En cada reacción se produce un mol de
alquil éster (biodiésel). Por lo tanto, al final de las tres reacciones, se obtienen tres
moles de alquil éster y un mol glicerina, a partir de un mol de triglicérido y tres
moles de alcohol. Durante el proceso de transesterificación se produce glicerol o
glicerina, el cual tiene muchas aplicaciones tradicionales en la industria
farmacéutica, cosmética, de alimentos, en la preparación de jabón, en producción
de polímeros, entre otros. Sin embargo, debido a la gran producción de glicerina,
se han estudiado otras aplicaciones, como suplemento en la alimentación animal,
22
materia prima en fermentaciones, polímeros, surfactantes y lubricantes,
producción de biogás, biohidrógeno y bioetanol.
Como combustible, el biodiésel se caracteriza por que está prácticamente libre de
azufre y aromáticos; tiene un alto número de cetano, contenido medio de oxígeno
y mayor punto de ignición; reduce las emisiones de material particulado, de
hidrocarburos parcialmente quemados (HC), de monóxido de carbono (CO), de
dióxido de carbono (CO2); es no tóxico, y es biodegradable, aunque puede causar
un incremento en las emisiones de óxidos de nitrógeno. Además, es obtenido a
partir de fuentes renovables, lo que permite establecer un ciclo cerrado de carbono
que se absorbe cuando la planta crece y se libera cuando se quema en el motor
de combustión. Por lo tanto, el biodiésel se convierte en un combustible apropiado
para ser utilizado en lugares ecológicos y ambientalmente sensibles, como lagos,
parques nacionales y comunidades aisladas (zonas no interconectadas).
El uso de biodiésel como combustible en motores tiene éxito, siempre y cuando
no se requieran grandes modificaciones en el motor ni se presenten problemas a
largo plazo, y al mismo tiempo, que la potencia y el consumo no se vean muy
afectadas. Actualmente, los vehículos convencionales no demandan modificar el
motor, salvo en modelos anteriores a 1998, año en el que se cambian los
mangueras y empaques de goma (NBR) por un material más resistente (el
biodiésel disuelve el NBR).
Se ha encontrado que tanto el deterioro del motor como su rendimiento son
similares al utilizar diésel o mezclas de biodiésel/diésel. Sin embargo, estos
parámetros varían respecto a la materia prima utilizada para la producción del
biodiésel y al aumento de la proporción de biodiésel en la mezcla. Esto último se
debe al menor poder calorífico del biodiésel respecto al petrodiésel. Además del
poder calorífico, propiedades como la densidad y la viscosidad influyen en el
rendimiento del motor y las emisiones gaseosas.
Las investigaciones realizadas en cuanto a mezclas de biodiésel de diferentes
fuentes que cumplan con los parámetros establecidos en el ámbito internacional
son muy limitadas; una de ellas es la mezcla de biodiésel de palma y jatrofa.
También se han hallado investigaciones en las que se produce biodiésel al
mezclar aceites de diferentes fuentes vegetales, como es el caso de mezclas de
aceite de fritura usado con aceite de canola, y mezclas de aceites de algodón,
higuerilla y soya.
El objetivo de este artículo es mostrar el efecto de tres diferentes biodieseles
mezclados con diésel en el funcionamiento de una planta de generación de
energía eléctrica, simulando el consumo energético de una vivienda constituida
por diez bombillos, una estufa eléctrica de una hornilla, una plancha y un
ventilador, a fin de determinar el consumo específico de combustible y las
emisiones gaseosas.
23
1. Materiales y métodos
Los biocombustibles utilizados son mezclas de biodiésel provenientes del aceite
de palma (P), aceite de higuerilla (H) y aceite de fritura usado (AFU). El biodiésel
de AFU se obtuvo por metanólisis básica en el Laboratorio de Fitoquímica de la
Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira; el biodiésel de P fue adquirido
por medio de la empresa BIO-D, hecho por metanólisis básica; el biodiésel de H
se obtuvo por etanólisis básica, hecho en el laboratorio de Plantas Piloto de
Biotecnología y Agroindustria de la Universidad Nacional de Colombia, sede
Manizales, y el petrodiésel se adquirió en una estación de servicio, el cual no se
encuentra mezclado con biodiésel.
Los biodieseles puros se mezclaron individualmente con diésel (mezclas
primarias). Igualmente, se prepararon mezclas binarias y ternarias de los tres
biodieseles con petrodiésel, manteniendo siempre una proporción de 20% de
biodiésel y 80% de diésel. Esto con el fin de cumplir con el Decreto 2629 de 2007,
donde se fomenta el uso de biocombustibles en mezclas con combustibles fósiles,
que para el 2012 debe ser del 20% de biodiésel (B20).
El diésel, los biodiésel puros y las mezclas de biocombustibles se caracterizaron
respecto a la viscosidad, índice de acidez, punto de inflamación, cenizas
sulfatadas, índice de yodo, poder calorífico inferior y densidad, y se compararon
de acuerdo con los criterios dados en las NTC 1438 y NTC 5444. Todos los
biocombustibles se sometieron a evaluación en una planta de generación de
energía eléctrica a diferentes cargas (carga 0: sin carga eléctrica; carga 1: 10
bombillos de 60 W; carga 2: 10 bombillos y una estufa de una boquilla; carga 3:
10 bombillos, una estufa de una boquilla y un ventilador, y carga 4: 10 bombillos,
una estufa, un ventilador y una plancha)
24
La planta eléctrica, de marca KAMA modelo KDE 6500T, está constituida por un
generador acoplado a un motor diésel monocilíndrico, con un sistema de
refrigeración por aire y un sistema de inyección directa de combustible y de aire, del
cual no se midió su caudal de entrada al motor. Este último tiene una potencia
máxima de 6,3 kW a 3.600 rpm, una frecuencia de 60 Hz, un voltaje de 240/120 V y
una capacidad en el depósito de combustible de 16 L.
Para el análisis de funcionamiento del motor diésel se estableció un consumo de 100
ml, durante el cual se cuantificó el tiempo de consumo y las emisiones de gases.
También se cuantificaron las revoluciones por minuto del eje central del motor, por
medio de un tacómetro digital marca ERASMUS ERC-100; y la intensidad de
corriente requerida por cada carga en la planta eléctrica con una pinza amperimétrica
marca ERASMUS EPV-32. La cuantificación del consumo específico de combustible
(CEC) y la potencia eléctrica aplicada se determinaron mediante las siguientes
ecuaciones:
(1)
Donde CEC es el consumo específico de combustible (g/kWh), CC es el consumo de
combustible (100 cm3), Pmezcla es la densidad de la mezcla a 15 °C (g/cm3), P es la
potencia del motor (6,3 kW) y t es el tiempo de consumo (h).
(2)
Aquí PEléctrica es la potencia eléctrica (W), V es el voltaje (120 V) e I es la corriente
(A).
Para la cuantificación de las emisiones gaseosas, se utilizó un analizador Orsat, el
cual permite determinar la composición porcentual en volumen (medición
cuantitativa) en base seca de CO2 , O2 , CO, y de otros gases, a la salida del tubo de
escape, al cual se le adaptó un embudo de aluminio para reducir la velocidad de los
gases y no afectar la medida de las emisiones gaseosas.
25
Resultados y discusión
Caracterización de los combustibles
En la Tabla 1 se muestra la caracterización físico-química (viscosidad, índice de
acidez, punto de inflamación, cenizas sulfatadas, índice de yodo, poder calorífico
inferior y densidad) de los biocombustibles utilizados en la generación de energía
eléctrica. En esta tabla se observa que tanto el diésel (D100) como el biodiésel de
palma (P100) y de AFU (AFU100) cumplen con la normatividad colombiana; mientras
que el biodiésel del aceite de higuerilla (H100) no cumple con la normatividad
colombiana respecto a la viscosidad cinemática, cenizas sulfatadas, densidad y
poder calorífica. Entre los biocombustibles puros, el biodiésel de higuerilla reporta el
más bajo poder calorífico, mientras que el biodiésel de palma tiene mayor poder
calorífica de los tres.
26
Para establecer la calidad de las mezclas biodiésel/diésel, se compararon las
características de dichas mezclas con las normas NTC 5444 y NTC 1438, dado que
en Colombia no existe una normatividad para las mezclas biodiésel/diésel. Se
encontró que las mezclas formuladas cumplen con dichas normas, excepto algunas
mezclas que contienen higuerilla en una proporción mayor al 6,67%. De igual
manera se observa que la mezcla de mayor poder calorífica es D80/AFU20 (aunque
es muy similar al poder calorífico de la mezcla D80/H20), mientras que la mezcla
D80/P10/H5/AFU5 reporta el valor más bajo de poder calorífico.
27
Pruebas de funcionamiento
En las tablas 2, 3, 4 y 5 se presentan los resultados del tiempo de consumo de
biocombustible, velocidad del motor, potencia eléctrica y consumo específico de
combustible, para los combustibles puros, las mezclas binarias y las ternarias de los
tres biodieseles. En estas tablas se observa que la velocidad del motor permaneció en
el rango de 3.500 a 3.600 rpm, lo cual se debe a que el motor se autorregula para
mantener aproximadamente constante su velocidad a la cual está programado (3.600
rpm).
De igual manera se observa que el tiempo de consumo de los 100 ml de
biocombustible disminuye al aumentar la carga eléctrica exigida al generador. Esto es
de esperarse, debido a que el motor se exige para mantener sus revoluciones
cercanas a 3.600. También se observa que la potencia eléctrica exigida al generador
es aproximadamente la misma para todos los biocombustibles evaluados en la planta
eléctrica, porque siempre se trabaja en la misma secuencia de carga con los mismos
equipos (diez bombillos, una estufa eléctrica, un ventilador y una plancha) a los que
se les suministra la energía generada.
Se analizó el efecto del tipo de biocombustible sobre el consumo específico en la
planta eléctrica. Para ello los biocombustibles se dividieron en cuatro grupos: 1) los
biocombustibles puros (petrodiésel, biodiésel de higuerilla, de palma y de aceite de
fritura usado); 2) las mezclas de petrodiésel con cada de uno de los biodieseles
(D80/P20, D80/H20 y D80/AFU20); 3) las mezclas binarias de biodiésel con
petrodiésel (D80/P10/H10, D80/P10/AFU10 y D80/H10/AFU10), y 4) las mezclas
ternarias de biodiésel con petrodiésel (D80/P10/H5/AFU5, D80/ H10/P5/AFU5,
D80/AFU10/P5//H5, y D80/P6.67/H6.67/AFU6.67).
Biocombustibles puros
Los resultados de funcionamiento de la planta eléctrica empleando los
biocombustibles puros se muestran en la Tabla 2. En esta se observa que el
consumo específico de combustible es diferente para cada uno de ellos, de tal
manera que el biodiésel de palma es el biocombustible que presenta menor
consumo, mientras que el biodiésel de higuerilla es el de mayor CEC de los tres
biocombustibles, lo cual posiblemente se debe a su alta viscosidad y bajo poder
calorífico.
28
Además, como era de esperarse, se observan aumentos en el consumo específico
de combustible a medida que se aumenta la carga en la planta eléctrica. También,
una gran diferencia entre la carga 1 y la carga 2, ya que hay un aumento significativo
del consumo específico, debido a que en esta carga se conectó una estufa de una
boquilla, que demanda mayor carga eléctrica que los diez bombillos. Aunque se
esperaba que el CEC de la carga 4 fuera mucho mayor por el uso de la plancha, se
encontró que en algunos casos el aumento del CEC no fue importante, porque el
termostato de la plancha, al calentarse a cierta temperatura, se dispara y no vuelve a
consumir energía hasta cuando la temperatura baja a un valor determinado. Este
comportamiento se observó en casi todas la mezclas utilizadas.
Mezclas de diésel con un biodiésel
Los resultados del funcionamiento de la planta eléctrica para los biocombustibles que
resultan de mezclar cada biodiésel con petrodiésel se muestran en la Tabla 3. En
esta se observa que la mezcla D80/AFU20 reporta un aumento considerable en el
CEC, mientras que la mezcla D80/H20 muestra el menor CEC de las tres mezclas.
Esto posiblemente se debe a la alta viscosidad de la mezcla D80/H20 (9,7 mm 2/s),
que provoca un menor consumo de combustible debido a su baja fluidez.
Igualmente, se observa una gran diferencia entre la carga 1 y la carga 2, por un
29
aumento significativo del consumo específico, demandado por la estufa de una
boquilla y a que el CEC de la carga 4 no fue tan alto, dado el uso de una plancha con
regulador de temperatura.
Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno
En la Tabla 4 se presentan los resultados de funcionamiento de la planta eléctrica
cuando se utilizan mezclas binarias de biocombustible (a una concentración del 10%
v/v cada uno) con petrodiésel. En esta tabla se muestra la influencia de las tres
mezclas en el CEC y se encontró un comportamiento similar entre las mezclas.
30
Sin embargo, el menor consumo de combustible se reporta en la mezcla D80/
P10/AFU10; mientras que se observa un incremento en el CEC por parte de la
mezcla D80/H10/AFU10. Esto se debe a la presencia de una proporción
considerable de biodiésel de higuerilla en la mezcla, pues es el biodiésel que reporta
el menor poder calorífico de los tres biocombustibles puros.
Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5%
La Tabla 5 muestra la influencia de las mezclas ternarias de biodiésel (un biodiésel al
10% y dos al 5% v/v) y petrodiésel en el funcionamiento de la planta de generación
de energía eléctrica. Se observa una notoria disminución del consumo específico de
combustible en la mezcla D80/P10/H5/AFU5 y aumento en la mezcla
D80/AFU10/P5/H5.
31
Emisiones gaseosas
Los resultados del análisis de gases de combustión en la planta eléctrica para las
diferentes mezclas de biocombustibles evaluadas se presentan en las
tablas 6, 7, 8 y 9. Este análisis se presenta para los mismos cuatro grupos dados en
el numeral anterior: 1) biocombustibles puros (Tabla 6); 2) mezclas de petrodiésel
con cada de uno de los biodiésel (Tabla 7); 3) mezclas binarias de biodiésel con
petrodiésel (Tabla 8), y 4) mezclas ternarias de biodiésel con petrodiésel (Tabla 9).
Combustibles puros
Los resultados de las emisiones gaseosas de la planta de generación de energía
utilizando los combustibles puros se presentan en la Tabla 6. En esta tabla se
observa una gran producción de CO por parte del diésel de petróleo (D100), mientras
que con los biodieseles puros se observa una disminución importante respecto al
diésel de petróleo puro. No obstante, se producen altos porcentajes de CO2 , lo cual
no afecta considerablemente el ambiente, dado que este gas es adsorbido por las
plantas y liberado durante la combustión del biodiésel. Esto hace atractivo el uso de
biocombustibles, ya que se puede llegar a concluir que la utilización de
32
biocombustibles en motores diésel mejora considerablemente la combustión interna
del motor.
Mezclas de diésel y un biocombustible
En la Tabla 7 se presentan los resultados de las emisiones gaseosas de la planta
eléctrica utilizando mezclas de biodiésel de palma, de higuerilla y de aceite de fritura
usado, en forma individual, con petrodiésel (B20). En la tabla se observa que se
obtiene una mejor combustión con la mezcla de B20 proveniente de aceite palma
(D80/P20), ya que la producción de CO durante la combustión es baja, lo que indica
una combustión parcialmente completa, aunque esta baja producción de CO conlleva
una alta producción de otro tipo de gases. También es evidente la baja producción
de CO2 por parte de esta mezcla. La mezcla B20 proveniente de higuerilla (D80/H20)
presentó la más alta producción de CO e indica una combustión incompleta de la
mezcla, que posiblemente se debe a la alta viscosidad de la misma (9,7 mm 2/s).
Mezclas de diésel con dos biocombustibles al 10% cada uno
La Tabla 8 muestra los resultados del análisis de gases emitidos por la planta de
generación de energía eléctrica para mezclas binarias de biodiésel de palma, de
33
higuerilla y de aceite de fritura usado al 10% cada uno, con diésel al 80%. En esta
tabla se observa una baja combustión de la mezcla que contiene higuerilla y AFU, ya
que la producción de CO es relativamente alta respecto a las mezclas que contienen
biodiésel de palma.
Sin embargo, la mezcla que contiene higuerilla y palma reporta el más bajo
porcentaje de CO emitido, aunque con una producción intermedia de CO 2 . La
mezcla que contiene biodiésel de palma y de AFU se caracteriza por presentar los
mayores valores de CO y CO . Esto indica que aunque se presenten valores altos de
CO, hay una mayor eficiencia en la combustión, debido a que se reduce la cantidad
de hidrocarburos inquemados, lo cual se evidencia en los valores bajos de los otros
gases, comparado con las dos mezclas de este grupo.
34
Mezclas de diésel con un biocombustible al 10% y dos al 5%
En la Tabla 9 se presentan los resultados de las emisiones gaseosas de la planta de
generación de energía eléctrica para mezclas ternarias de biodiésel de palma, de
higuerilla y de AFU, al 10% uno de ellos y al 5% los otros dos biocombustibles, con
petrodiésel al 80%. De acuerdo con la Tabla 9, se observa una gran disminución de
las emisiones gaseosas de CO y CO2 en las mezclas evaluadas de este grupo en
comparación con las mezclas evaluadas. Esto indica que la combustión interna del
motor es incompleta con este tipo de mezclas, pero predominan los altos porcentajes
de otros gases, entre los que están los hidrocarburos inquemados.
35
Conclusiones
El proyecto anterior muestra un desarrollo gradual de las actividades que se plantean
realizar de manera sistemática para la implementación de biodigestores en el rancho
“Los Topoyones” así como las bases prácticas que sustentan la realización del
proyecto. Se considera que acorde a la información recabada es posible tomar el
proyecto como un punto de partida para realizarlo de manera práctica y no
únicamente teórica como es el caso debido a los plazos otorgados.
Como recomendación para una posible continuación se recomienda un trabajo de
manera integral con el personal del rancho en cuestión, así como la posibilidad de
ampliar los horizontes y alcances de esta investigación.
El consumo específico de combustible de un motor es directamente proporcional a la
carga eléctrica que se le exige a este. Por otro lado, la combustión interna del motor
es independiente de la carga eléctrica impuesta a la planta, ya que la combustión
depende del tipo de combustible con el que se alimenta.
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En términos generales, se encontró que con el empleo de biodiésel proveniente de
fuentes vegetales diferentes a la palma y la mezcla de estas con diésel se obtienen
reducciones en el consumo específico de combustible y se observa que los menores
consumos se reportaron en las mezclas D80/H20 y D80/P10/AFU10.
Se comprobó que el mejor biodiésel es el proveniente del aceite de palma, ya que este
minimiza las emisiones gaseosas, aunque el uso de H100 también minimiza en altos
porcentajes las emisiones de CO2 y CO. Pero los resultados más destacados se
obtuvieron con las mezclas D80/P10/AFU10 y D80/AFU10/ P5/H5, las cuales lograron
aumentar la producción de CO2 y disminuir la producción de CO.
La mezcla de combustibles que mejor comportamiento mostró respecto a la reducción
del consumo específico de combustible y emisiones gaseosas fue la mezcla
D80/P10/AFU10, por cuanto representa un gran atractivo para su utilización, ya que el
aceite de fritura usado es un residuo de bajo costo que puede ser reutilizado, a fin de
reducir el costo del biocombustible.
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biog%C3%A1 s.pdf
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