Archive for the ‘Bioenergía’ Category
Este proceso consiste en el tratamiento biológico de los residuos orgánicos biodegradables en ausencia de oxígeno, utilizando la actividad microbiana para la descomposición de los residuos en un ambiente controlado. Como resultado de este proceso se obtiene biogás, rico en metano utilizado para la generación de energía, y un producto de la digestión, potencialmente utilizable como enmienda del suelo por su alto contenido en nutrientes. La utilización de esta tecnología para el tratamiento de residuos
sólidos urbanos debe incluir un pretratamiento, en el cual se separa la parte orgánica biodegradable del resto de residuos. Posteriormente se adecua el tamaño de partícula de los residuos para favorecer el proceso de digestión.
Éste proceso se lleva a cabo en el digestor, un contenedor sellado sin presencia de oxígeno. Existen dos tipos de digestión anaerobia:
- Mesofílica: En la cual los residuos permanecen en el digestor durante 15 – 30 días a una temperatura de aproximadamente 30 – 35 °C.
- Termofílica: en la cual los residuos permanecen menos tiempo (12 – 14 días) a una temperatura de 55 °C.
La digestión mesofílica tiene a ser un proceso más robusto y económico, mientras que la termofílica proporciona mayor cantidad de metano, así como una mayor eliminación de agentes patógenos.
La utilización de la digestión anaerobia para el tratamiento de residuos sólidos urbanos suele ir asociada a plantas de reciclaje, para el tratamiento de la materia orgánica separada en éstas últimas.
El empleo de la digestión anaerobia para el tratamiento de RSU (Residuos Sólidos Urbanos) sin selección previa presenta dificultades técnicas y económicas que han impedido su desarrollo.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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El compostaje es un proceso biológico, aeróbico y termófilo de descomposición de residuos orgánicos bajo condiciones controladas que transforma los residuos orgánicos biodegradables en un producto conocido como compost aplicable a los suelos como abono. Éste proceso puede llevarse a cabo mediante:
- Sistemas abiertos: es el método más generalizado y consiste en la creación de pilas (agrupaciones de residuos en montones de aproximadamente 3 metros de altura y sin limitación en cuanto a su longitud). Durante la etapa del compostaje activo, es necesario garantizar una correcta aireación de los residuos, lo cual se puede llevar a cabo mediante volteo, o bien por medio de ventiladores. Una vez alcanzada la estabilización de los residuos (así como la eliminación de agentes patógenos) el producto puede ser tratado mecánicamente para adecuar el tamaño de partícula a su uso final o bien mezclado con otras sustancias.
- Sistemas cerrados: en este caso el proceso de compostaje se lleva a cabo en reactores o digestores, que permiten un control mas adecuado de las variables físicas del proceso tales como temperatura, pH, oxígeno y humedad. Posteriormente el compost se somete a un proceso de maduración en pilas del tipo anteriormente descrito.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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La incineración es un proceso térmico de tratamiento de RSU recogido dentro del marco de gestión integral de residuos sólidos, por ejemplo, en Madria – España lo es bajo la Directiva Comunitaria 75/442/CE. Esta tecnología aporta una serie de ventajas:
- Reducción en peso y volumen (95 %) de los residuos.
- Protección del medio ambiente (fiabilidad de las instalaciones de depuración de gases y alta calidad de combustión).
- Alta disponibilidad y fiabilidad.
- Valorización energética de los residuos.
- Disminución de la necesidad de vertederos.
- Valorización de escorias y cenizas.
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El proyecto consiste en el estudio y dimensionamiento de una planta incinedora de residuos sólidos urbanos, con tecnología de parrilla y recuperación energética. La motivación de este estudio radica en el previsible aumento del empleo de la incineración para el tratamiento de residuos en los próximos años; se preveé un aumento del empleo de la valorización energética en detrimento del vertido.
La planta proyectada está dimensionada para dar servicio a una población de 300 000 habitantes, con una capacidad de incineración anual de 180 288 toneladas. Por razones de versatilidad, se ha dotado a la planta con dos líneas de incineración, cada una de ellas con capacidad para procesar 12 t/h.
La tecnología escogida para el horno es la de parrilla de rodillos, por su capacidad para incinerar el residuo en bruto según llega a la planta, sin necesidad de tratamiento previo. El PCI de diseño, según el análisis de diferentes muestras de residuos, es de 1798 kcal/kg, por lo que la carga térmica de diseño de hornos se ha establecido en 25 MW, admitiéndose un rango de operación entre el 110% y el 60% del punto de diseño. La configuración adoptada para el hogar, así como para los sistemas de inyección de aire primario y secundario, permite la obtención de una combustión de alta calidad materializada en un bajo porcentaje de inquemados, y en la garantía de un tiempo de residencia de los gases de combustión de al menos dos segundos a temperaturas superiores a 850 °C para la destrucción de las dioxinas y furanos. Así mismo, el horno contará con un sistema de inyección de amoniaco para la desnitrificación de los gases.
Adjunto al horno de incineración se dispondrá un sistema de recogida y valorización de escorias.
El sistema de recuperación energética consistirá en una caldera de circulación natural y tiro horizontal para la generación de vapor, que formará una unidad con el hogar de parrilla para optimizar el aprovechamiento del calor. Las condiciones del vapor están limitadas a 420 °C y 40 bar, para prolongar la durabilidad de las superficies calefactoras y reducir el riesgo de corrosión inherente a la naturaleza agresiva de los gases de combustión. La producción de vapor estimada es de aproximadamente 53 t/h. La potencia generada prevista en el grupo turboalternador es de 12.5 MW, entregándose a la red 10.6 MW después de descontar la parte destinada a autoconsumo.
La planta contará con un sistema de tratamiento de gases, de forma que cumpla con las restricciones sobre emisiones recogidas por la normativa española y europea. Este sistema consistirá en un proceso de depuración semiseco, con inyección de lechada de cal y carbón activo, para la eliminación de los gases ácidos, metales pesados, y compuestos orgánicos (dioxinas y furanos), además de un filtro de mangas para la retención de partículas volantes. Se dispondrá de un sistema de medición y monitorización continuo de los diferentes parámetros de emisión para la verificación del proceso de depuración.
Con el fin de controlar la operación de la planta, ésta contará con un sistema de control automatizado, que regulará los diferentes parámetros de operación en función de los posibles cambios en la naturaleza o cantidad, del flujo de residuos de alimentación.
El presupuesto total, incluyendo el diseño, construcción y puesta en funcionamiento de la planta asciende a setenta y ocho millones ciento ochenta y seis mil euros (78.186.000 euros). Considerando una vida útil de 25 años, se prevé un Pay-back de 11 años con un TIR del 8.12%, siendo el rendimiento contable de 1.52, por lo demás, el proyecto propuesto es interesante desde la perspectiva económica.
Reportado en:
Alejandro Fernández Martínez. “Planta de Incineración de Residuos Sólidos Urbanos con Tecnología de Parrilla y Recuperación Energética”. Proyecto Fin de Carrera. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. Universidad Pontificia Comillas. Madrid, España. 2007.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Ley de conservación de la masa.- Establece que la materia no se crea ni se destruye, por lo que puede hacer un balance de masa, entre la suma de los componentes entrantes y salientes para un proceso determinado, Si x kg de combustible se combinan con y kg de aire, siempre resultan (x+y) kg de productos formados.
Ley de Conservación de la energía.- Estipula que la energía no se crea ni se destruye, de forma que la suma de las energías entrantes (potencial, cinética, térmica, química y eléctrica) en un proceso dado, debe ser igual a la suma de las salientes. En el proceso de combustión la energía química pasa fundamentalmente a energía térmica; cuando se quema 1 lb de carbón que libera 13500 Btu, la cantidad de masa que se convierte en energía es sólo de 3.5 x 10(-10) lb.
Desde el punto de vista de la física nuclear, las leyes de conservación de masa y energía no son muy exactas, pero son bastantes aceptables para los cálculos de combustión que se realizan en Ingeniería.
Ley de los gases ideales.- Según esta ley, el volumen de un gas ideal es directamente proporcional a su temperatura absoluta e inversamente proporcional a su presión. Para 1 mol de cualquier gas ideal la constante de proporcionalidad es la misma, y la ley se expresa en la forma:
vM = RT / p , siendo: vM el volumen/mol, p la presión absoluta, T la temperatura absoluta, R la constante universal de los gases.
Ley de pesos combinados.- Todas las sustancias se combinan según unas proporciones en peso, simples y bien definidas, exactamente proporcionales a las relaciones de los pesos moleculares de los respectivos componentes.
Ley de Avogrado.- Volúmenes iguales de diferentes gases sometidos a idénticas presión y temperatura, tienen el mismo número de moléculas. El cociente entre el peso de 1 mol de una sustancia y su peso molecular es constante; 1 mol de cualquier sustancia químicamente pura tiene el mismo número de moléculas. Por la ley de gases perfectos, como la molécula de cualquier gas ideal ocupa siempre el mismo volumen a una presión y temperatura dadas, se deduce que volúmenes iguales de diferentes gases (en iguales condiciones de presión y temperatura) contienen el mismo número de moléculas.
Ley de Dalton.- La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases individuales, si cada uno de ellos ocupase el volumen que ocupa la mezcla. Cada gas presente en una mezcla ocupa, por sí solo, el volumen global de la misma y ejerce una presión independiente de la de los demás.
Ley de Amagat.- El volumen ocupado por una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes ocupados por cada uno de los componentes de la mezcla, a presión y temperatura idénticas a las de la mezcla.
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Un generador de vapor requiere de una fuente de calor a un determinado nivel de temperatura; un combustible fósil se quema en el hogar de la caldera y producir calor, aunque también se puede emplear energía residual procedente de otros procesos.
La combustión es la combinación rápida de O2 con los elementos inflamables del combustible. En la mayoría de los combustibles fósiles hay tres elementos combustibles significativos: C, H2 y S; el S es el de menor importancia como fuente de calor, pero puede tener una influencia importante en problemas de corrosión y contaminación.
El objetivo de una buena combustión es liberar toda la energía del combustible, a la vez que se minimizan las pérdidas derivadas de las imperfecciones de la combustión y del aire.
La combinación de los elementos inflamables del combustible con el oxígeno, requiere de:
- Temperatura lo suficientemente alta para la ignición de los elementos inflamables.
- Turbulencia que facilite el íntimo contacto combustible – oxígeno.
- Tiempo suficiente para completar el proceso.
Estos parámetros se designan frecuentemente como las tres T de la combustión: Temperatura, Tiempo, Turbulencia.
La tabla a continuación relaciona los elementos químicos, simples y compuestos, que se encuentran en los combustibles normalmente utilizados en los diversos tipos de generación de vapor comercial de calor.
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La incineración utiliza la descomposición térmica mediante el proceso de oxidación a alta temperatura (800 – 1100°C) y como consecuencia destruye la fracción orgánica del residuo y se reduce el volumen. Este método debe cumplir criterios de funcionamiento y operación; es decir, una alta eficiencia de combustión, destrucción y remosión de gases tóxicos, un límite permisible en la emisión de partículas, un monitoreo semicontinuo en el proceso, una temperatura mínima específica así como niveles aceptables de tiempo de residencia de los gases generados en el combustor. Diversas tecnologías de incineración se han desarrollado para diferentes tipos y formas físicas de residuos destacándose diseños de inyección líquida, hornos rotatorios, hornos fijos y lechos fluidizados. Los combustores de lecho fluidizado representan una de las tecnologías más prometedoras para la incineración de residuos orgánicos, plásticos, lodos contaminados y biomasa.
La combustión debe ser controlada para reducir las emisiones a la atmósfera, por lo que se ha estudiado la correlación entre la temperatura, el tiempo de residencia y el grado de emisión. En la operación de una planta piloto de lechos fluidizados, los investigadores Saxena & Jotshi (1994) registraron emisiones de SOx entre 20 y 35 ppm, de NOx entre 100 y 139 ppm, así como porcentajes de oxígeno en la corriente de gas de 13.4 y 16.1 %. Swithenbank (1997) encontraron que un incinerador de residuos clínicos, la concentración de oxígeno fue de 16.9 % en la corriente de salida del gas. Por otro lado, Hasfelriis (1987) y Wang (1993) han registrado que ciertas condiciones de operación minimizan la formación de CO y reducen la emisión de dioxinas y furanos. Wiley (1987) sugirió un nivel de oxígeno de 1 a 2 % en volumen como mínimo, involucrando un incremento de 5 a 10% de exceso de aire al sistema, para alcanzar la oxidación óptima del combustible y evitar la formación de monóxido de carbono (CO).
La generación excesiva de RSM acorta cada vez más la vida útil de los rellenos sanitarios y sitios de disposición final; por ello, es necesario evaluar e implementar alternativas de tratamiento que no sólo disminuyan el volumen y área sino que puedan ofrecer beneficios económicos y energéticos como lo ofrecen los lechos fluidizados, los cuales son altamente factibles.
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Muchas gracias por sus visitas a mi blog sobre Aplicaciones de Matlab/Simulink en Energías Renovables.
Obviamente que los creados de Matlab/Simulink me refiero a la empresa MathWorks Inc. han hecho un excelente trabajo de dar una herramienta muy poderosa de cálculo y que durante el mes de Junio junto con colegas y alumnos en temas relacionados a mecánica de fluidos, animaciones, proyecciones 2D y 3D, asi como también en el esquema de predicción de eventos y tendencias de superficies con base de datos.
Disculparán por lo que éste mes de junio hice pocas entradas, la agenda estuvo bien ajetreada e interesante, el viaje a Denton – Texas, USA hace poco y la que inicio el martes 3 de julio a Ecuador han ocupado bien tiempo para estudiar y analizar muchas cosas que hay que aportar y proponer, además, espero que se concreten muchos convenios de cooperación con la Facultad de Ciencias de la UNiversidad Nacional de Ingeniería (Lima, PERU) a la cual pertenezco… si alguien está animoso, en dichas cooperación para investigaciones, favor ponerse en contacto.
Por lo demás, este julio 2012 me toca un mes de motivante trabajo dado que ya tengo compromisos bastante serios como para descuidarse de ellos, por lo tanto, trabajaré full simulaciones y revisión de varios temas, que los compartiré por este blog y espero como siempre, sirva para el trabajo o aprendizaje de cada quien que visita.
Nuevamente muchísimas gracias y un saludo amical desde Lima, PERU….y les dejo con una foto de Macchupicchu ubicado en la Región Cuzco en mi Perú, considerado una de las Maravillas del Mundo, y además, una de las mejores obras de ingeniería de toda la humanidad. Si vienen a Perú, Macchupicchu es visita obligatoria.
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Como parte de la delegación peruana, nos encuentramos listos para partir y participar activamente de éste evento.
Gracias por la oportunidad…
JORGE MIREZ
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Sustentabilidad es un concepto complejo y en evolución que es uno de los mayores valores humanos. Los principios de balance entre humanos, natural y capital manufacturero; equidad intergeracional; mantenimiento del triplete: medio ambiente, social y economía son temas en la legislación de muchos países.
En lo que concierne a la sustentabilidad para la bioenergía se tiene que:
a) Dar una alta prioridad a los requerimientos basados científicamente para mantener la función de los ecosistemas y entregarlo a las futuras generaciones.
b) La necesidad de balancear esto con las prioridades humanas, para ello las consultas y diálogos acerca de la sustentabilidad y la necesaria explotación de recursos más los niveles de riesgos de degradación incurridos.
Se ha usuado el término “marco de la sustentabilidad en bioenergía” [1] para referirse a la combinación de:
a) Sistemas institucionales (incluyendo políticas económicas, sociales y medioambientales, leyes y regulaciones); acuerdos intergobernamentales; gobiernos regionales, de estados y nacionales: organizaciones transnacionales y grupos industriales.
b) Sistemas de aseguramiento de la sustentabilidad que pueden ser usados para monitorear actores e indicadores en el tiempo, y así asegurar el estado de las variables y tendencias del sistema.
c) En el caso de un buen funcionamiento, debe haber retroalimentación entre los sistemas institucionales y los sistemas de aseguramiento de la sustentabilidad a través de diferentes escalas.
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La sustantibilidad es un tema crítico para la industria de bioenergía a nivel internacional. Muchos gobiernos y mercados ahora consideran que cuantitativa, robusta e independientemente verifican (o certifican) credenciales de sustentabilidad son vitales para ordenar la industria de la bioenergia para que se expanda globalmente. Esto ya ha sido trasladado como políticas de gobierno a varios países. Estas políticas limitarán el acceso al merado y el soporte del gobierno es sólo para aquellos combustibles los cuales cumplan específicos criterios de sustentabilidad.
La necesidad de reducir los gases de efecto invernadero como bien el futuro de la seguridad del petróleo puede, sin embargo, proveer criterios para el crecimiento de la industria de la bioenergía.
Hay una rápida expansión internacional de la industria de los biocombustibles.
Se observa una clara demostración que el sector de bioenergía puede producir productos sustentables, como bien lo hacen con significante contribución en algunos países como Australia, a tal punto que hay gobiernos que están inviertiendo en bioenergía como una plausible alternativa energética.
El global incremento en población; asociado al desarrollo de recursos; incremento de cambio climático; y la tendencia hacia la seguridad de energía, agua y alimento se han ubicado como criterios importantes sobre la definición e implementación de conceptos de sustentabilidad.
Se ha dado una explosión en la actividad en la arena internacional en la aplicación de los conceptos de sustentabilidad en biocombustibles desde el 2005, particularmente en la producción y/o uso de biocombustibles en USA, Brasil y en la Unión Europea se está posicionando rápidamente.
La Comisión Europea en propuesta de Enero 2008 sobre la promoción del uso de la energía desde fuentes renovables ha establecido la necesidad de promover las energías renovables dado que ello contribuye a la mitigación del cambio climático, desarrollo sustentable, seguridad de suministro y el desarrollo de una industria basada en el conocimiento que cree trabajo, crecimiento económico, competitividad y desarrollo rural y regional.
Se han dado una serie de pasos en el desarrollo internacional de la sustentabilidad de la bioenergía y biocombustibles. Inicialmente se ha dado a nivel nacional e internacional reglas para condiciones adecuadas para inversores. A través de varias iniciativas finacieras, estos han estimulado un rápido crecimiento en la producción de biocombustibles. Sin embargo se han dado algunas serias preguntas sobre la verdadera sustentabilidad, como lo es la competición entre tierra y alimento) que han hecho que se vaya normalizando este nuevo y rápido crecimiento de esta industria.
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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