Archive for the ‘Residuos Sólidos’ Category
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.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
E-mail: jmirez@uni.edu.pe
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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.
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Cuando se realiza la evaluación de las carácterísticas operativas de un generador de vapor que quema combustible heterogéneo, como basuras o desechos sólidos urbanos, no es posible obtener una muestra representativa del combustible, ya que la composición de las basuras puede varias mucho. Para el diseño de calderas que las queman, los datos se concentran en el análisis elemental del combustible promedio y en la variación de los componentes, humedad y ceniza; los cálculos de diseño son los mismos que los de calderas que queman combustibles homogéneos.
Cuando se quema un combustible heterogéneo, para evaluar sus características medias y determinar el rendimiento de la caldera, la práctica industrial más generalizada consiste en considerar la caldera como un calorímetro. Para calcular el rendimiento de la unidad, el método emplea los mismos principios que los utilizados cuando se analiza el combustible; la diferencia radica en que el régimen del flujo y el contenido en humedad de los mismos se miden directamente, basándose en el análisis del combustible y en la medida del O2 presente en los humos.
Otras medidas adicionales que se requieren respecto a métodos convencionales, son:
- Flujo de humos y humedad presente en los mismos.
- O2 y CO2 en los humos.
- Régimen de flujo de residuos en los principales puntos de extracción.
Para hacer el ensaye se calculan el exceso de aire, el peso de los humos secos y el agua evporada procedente del combustible, se determinan:
- El peso de los humos húmedos y su contenido de humedad.
- El peso de los humos secos que se calcula como diferencia entre las dos cifras anteriores.
La composición de los humos se determina midiendo el O2 y CO2. EL nitrógeno N2a = 100 – (O2 + CO2). El N2(humos) = N2a, con un peso molecular de 28.16 lb/mol. El N2(combust) se desprecia, porque los quemadores de basura siempre operan con un exceso de aire elevado.
La humedad global presente en los humos puede proceder de vapor o de líquidos:
- Los procedente de vapores se debe:
- A la humedad del aire.
- Al vapor de atomización.
- Al vapor de sopladores.
- Los procedente de líquidos se debe a:
- La presente en el combustible.
- La que se forma por la combustión del H2 del combustible.
- La que se genera por el agua de apagado de los residuos o cenizas.
- La relativa a los rociadores existentes en el foso de combustible.
La humedad del aire y la procedente de otras fuentes de vapor se tiene que medir, ya que las pérdidas de rendimiento por calor sensible se deben separar de las pérdidas por agua evaporada, que es la humedad total presente en los humos, menos la debida a fuentes de vapores.
El gasto de aire seco se calcula por medio del N2(humos). El aire exceso se determina con el O2. El aire teórico = aire_total – aire_exceso. El % aire exceso se calcula con los flujos gravimétricos de aire_exceso y aire_teórico.
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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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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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Entre los factores ambientales de importancia vital para el funcionamiento de los digestores figuran: la temperatura, la concentoración de sólidos, la concentración de ácidos volátiles, la formación de espuma, la concentración de nutrientes esenciales, las substancias tóxicas y el pH.
Las metanobacterias sólo podrán desarrollarse cuando está tan avanzada la fermentación de los substratos primarios como almidón, celulosa o péptidos por acción de las bacterias anaerobias facultativas (por ejemplo Escherichia, Enterobacter, Klebsiella o Bacillus spp.), que se haya consumido todo el oxígeno disuelto, de manera que el potencial redoz se sitúe en un valor suficientemente bajo, menor que -200 mV. Además, el pH no debe disminuir demasiado debido a los ácidos como el acético o el butírico producidos por los Clostridium, para no inhibir el crecimiento de los metanógenos sensibles.
Comúnmente la concentración de ácidos grasos volátiles no supera los 2 – 3 g/L, expresados como ácido acético. Si se sobrepasa este nivel, la formación de metano puede disminuir mientras que continúa la producción ácida y, la digestión cesará en dos o tres días debido a que los metanógenos no pueden utilizar los ácidos a la misma velocidad con que se producen. El pH óptimo para la digestión está entre 7.0 y 7.2, aunque el rango satisfactorio va de 6.6 a 7.6. La digestión comienza a inhibirse a pH 6.5.
Una vez que se ha estabilizado un digestor el lodo está bien amortiguado, es decir, la concentración de protones no varía aún cuando se añaden cantidades relativamente grandes de ácido o álcali. Si esta capacidad de amortiguación se destruye y el pH disminuye, el digestor se «agria» o sea emite olores ácidos desagradables y cesa la metanogénesis. El CO2 es soluble en agua y reacciona con los iones hidróxilo para formar bicarbonato. La concentración de HCO3 es afectada por la temperatura, el pH y la presencia de otros materiales en la fase líquida y las condiciones que favorecen su producción a su vez aumentan el porcentaje de metano en la fase gaseosa.
La gama de temperatura para la digestión anaeróbica varía entre 10 y 60°C. Sin embargo las dos zonas óptimas son la mesófila (30 – 40 °C) y la termófila (45 – 60°C). Casi todos los digestores funcionan dentro de los límites de temperaturas mesofílicas y la diegstión óptima se obtiene a unos 35°C. La velocidad de digestión a temperaturas superiores a 45°C es mayor que a temperaturas más bajas. Sin embargo, dentro de esta gama de temperaturas, las bacterias son sumamente sensibles a los cambios ambientales y el mantenimiento de estas temperaturas elevadas resulta costoso y a veces diíficil.
Por ejemplo, en un digestor donde los residuos permanecen 12 días, la producción de gas por unidad de sólidos volátiles totales añadidos diariamente es 20% mayor a 45°C que a 35°C. La digestión no sufre por un aumento de temperatura de unos cuantos grados. Pero una disminución repentina de sólo unos pocos grados puede detener la producción de metano sin afectar a las bacterias productoras de ácidos y esto conduce a una acumulación excesiva de ácidos provocando la falla del digestor.
En los climas cálidos, donde no existen temperaturas de congelación, los digestores pueden funcionar sin añadir calor pero hay que aumentar en cambio el tiempo de retención de los residuos en el digestor. La regulación de la temperatura puede lograrse haciendo circular agua caliente a través del contenido del tanque. La regulación de la temperatura en los digestores grandes por medio de termointercambiadores exige un equipo bueno y seguro y un mantenimiento continuo.
Las causas principales de una excesiva producción de ácidos volátiles son la elevada velocidad de carga, una baja temperatura y la formación de espuma. Ésta constituye una zona que favorece a los acetógenos. La sedimentación de los materiales fibrosos y la espuma se puede evitar mezclando el contenido del digestor, lo que también contribuye al proceso ya que establece condiciones uniformes.
La presencia de substancias tóxicas puede impedir el desarrollo bacteriano. Los antibióticos empleados en las explotaciones pecuarias llegan a los excrementos pero, como ocurre también con los antihelmínticos, no suelen afectar mayormente la digestión debido a la dilución con materiales no tóxicos. Las concentraciones de nitrógeno amoniacal deben ser inferiores a 1.5 g/L. Si bien es un amortiguador, su aumento puede llegar a impedir el proceso. También resultan tóxicas las sales de zinc, níquel y cobre, aunque este último puede ser necesario en ínfimas cantidades. Las sales de los elementos alcalinos y alcalino-térreos pueden ser estimulantes o inhibitorias según la concentración. Para una digestión óptima, todos los elementos esenciales en el metabolismo microbiano tienen que estar presenes en forma fácil de asimilar por las bacterias.
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El contenido en metano puede ser reducido debido a la disminución de la actividad de las bacterias metanogénicas como resultado de la acumulación de ácidos por variaciones en la composición de la carga o la temperatura, o debido al envenenamiento por contaminantes tales como biocidas, fenoles o metales pesados. También se reduce la eficiencia por la disminución de la demanda química de oxígeno (DQO) de los residuos tratados. La DQO es la cantidad total de oxígeno ( en mg) necesaria para oxidar completamente las substancias orgánicas e inorgánicas contenidas en un litro de suspensión. La estabilidad del pH es fundamental y puede ser controlada por adición de álcali así como por el control de la composición y la velocidad de la alimentación.
Tanto el azufre orgánico (presente en algunos aminoácidos) y el inorgánico (presente en el yeso o generado por la neutralización con ácido sulfúrico de residuos como las melazas tratadas con cal) puede ser reducido a H2S, un gas muy tóxico y altamente reactivo con los metales tales como el hierro y cobre originando la corrosión. Esta reactividad hace que su contenido sea muy bajo en el gas de los rellenos sanitarios. Por otra parte el amonio liberado, por ejemplo durante la desaminación de las proteínas, permanece en solución.
El cuadro sigueinte resume la composición promedio del biogas según la fuente. El valor calorífico varía entre 17 – 34 MJ/m^3 según el contenido de metano.
Los volúmenes de gas producido se suelen expresar como m^3 biogas / m^3 digestor o como m^3 biogas/kg DQO y difieren según el tipo de residuo, la concentración de sólidos volátiles (SV), la relación de carga, el tiempo de retención y el diseño del digestor. En general la producción oscila entre 1 – 5 m^3 biogas / m^3 digestor, o dicho de otra manera entre 0.3 – 0.5 m^3/ kg SV.
La condensación es con frecuencia un problema debido a que el digestor está generalmente más tibio que las cañerias por donde pasa. El agua también puede ser arrastrada como un aerosol en los sistemas agitados. En los pequeños sistemas es esencial una trampa de agua y puntos de drenaje de la misma. En los grandes sistemas puede ser necesario el enfriamiento para quitar el agua. El hidrógeno que suele hallarse en algunos rellenos sanitarios jóvenes, es un intermediario en el metabolismo anaeróbico. También algunas bacterias anaeróbicas pueden producir trazas de CO. La presencia de nitrógeno y/u oxígeno puede indicar una entrada accidental de aire y esto constituye un grave peligro debido al riesgo explosivos. En los rellenos el oxígeno del aire atrapado es consumido por los microorganismos facultativos dejando el nitrógeno residual.
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Las células no pueden emplear o almacenar la energía química directamente, sino que la tienen que convertir en energía química, más fácil de utilizar. Las reacciones bioenergéticas pueden explicarse en términos de transferencia de electrones entre moléculas.
Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por las plantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que es cumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan como donadores de electrones, según la especie. Estas substancias relativamente infrecuentes determinaron que las bacterias fotosintéticas anaeróbicas se desarrollen solamente en fuentes sulfúreas, fondos lacustres y ambientes similares.
La fotosíntesis se inicia con la captación de la luz por los pigmentos fotosintéticos accesorios y su conversión en energía electrónica por los pigmentos clorofilicos de los centros de reacción. Luego la energía electrónica se transforma en energía química y queda almacenada como tal. En la etapa siguiente, de naturaleza no fotoquímica aunque la luz es necesaria para activar determinadas enzimas, la energía química almacenada se utiliza para la reducción del dióxido de carbono y la consiguiente síntesis de carbohidratos.
La unidad fotosintética básica está constituida por moléculas de clorofilas y otros pigmentos que actúan como antenas y por clorofila a especializada. Existen distintos tipos de clorofila pero todos tienen un anillo tetrapirrólico (porfirina) con un átomo de magnesio en el centro.
Las clorofilas a, b y d poseen una larga cadena hidrófoba de fitol que les permite anclarse en las membranas biológicas, en tanto que la clorofila carece de este resto hidrocarbonado. Las clorofilas tienen un mínimo de absorción allí donde es mayor la intensidad de la luz solar, o sea en el verde y el verde azulado. El espectro de absorción de la clorofila a es modificado por la vecindad de otras moléculas, sobre todo la de proteínas. El espectro in vitro difiere del in vivo.
Las distintas formas de clorofila actúan en su mayoría como pigmentos antena, si bien existen moléculas especializadas de clorofila a, ligeramente modificadas, que intervienen como pigmentos fotoactivos de plantas y algas: P680 en el fotosistema II, P700 en el fotosistema I. En las bacterias se encuentran bacterioclorofilas de tipo a y b, entre ellas las moléculas especializadas de bacterioclorofila a en los centros de reacción: P840 en las bacterias verdes y P870 en las purpúreas.
Los otros pigmentos que forman parte de las antenas fotosintéticas realizan exclusivamente funciones de fotorrecepción. Entre ellos se encuentran las feofitinas (clorofilas sin magnesio) y ficobilinas que son derivados tetrapirrólicos que son derivados tetrapirrólicos de cadena cerrada abierta, además de los carotenoides que son isoprenoides poliénicos hidrofóbicos (carotenos y xantófilas). No todos los pigmentos están en cualquier organismo fotosintetico, por ejemplo las ficobilinas son propias de algas y cianobacterias.
Los pigmentos fotosintéticos se encuentran organizados, estructural y funcionalmente, en las membranas biológicas que en las bacterias verdes y purpúreas se disponen en estructuras conocidas como clorosomas y cromatóforos, respectivamente. En los organismos que realizan la fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados en unas vesículas membranosas aplastadas y cerradas llamadas tilacoides. La disposición celular de los tilacoides en cianobacterias es variable, pero en las algas y las plantas superiores se distribuyen de manera ordenada formando pilas (granas), que a su vez se conectan entre sí por medio de lamelas, dentro del estroma de los orgánulos citoplasmáticos denominados cloroplastos.
Estos pigmentos forman asociaciones muy estrechas con proteínas o polipéptidos en las membranas tilacoidales, lso que sirven de matriz estabilizadora.
Varios iones orgánicos e inorgánicos (manganeso, cloruro, calcio, hierro, bicarbonato) están implicados en la
catálisis de la transferencia de electrones, en el mantenimiento de la estructura proteica o en la regulación de la actividad de los fotosistemas. Se encuentran tres tipos de complejos de la clorofila: uno es el complejo colector de
luz donde se integran la mayoría de las antenas de clorofilas y pigmentos accesorios; los otros son los fotosistemas I y II donde tiene lugar estrictamente la fotosíntesis. Ambos fotosistemas se conectan funcionalmente entre sí mediante una serie de transportadores de electrones y por el complejo de citocromos hidrofóbicos b6f, asimismo embebido en las membranas tilacoidales.
Los pigmentos de la antena se excitan por los fotones absorbidos y transfieren la energía de excitación a otras moléculas vecinas en algunos picosegundos. De esta forma se canaliza la energía luminosa hacia la clorofila especializada del centro de reacción, que realmente realiza la conversión de la energía luminosa en energía química. La clorofila a del centro de reacción se excita por la energía absorbida y aumenta extraordinariamente su capacidad reductora o de donación de electrones. De hecho, el potencial estndar del par redox correspondiente adopta valores mucho más negativos tras la excitación de la clorofila, pasando de +1,0 V en la obscuridad a -0,8 V en la luz en el caso de P680, y de +0,5 V a -1,3 V en el de P700.
La molécula de clorofila absorbe un fotón y pasa a un estado excitado con mayor energía. La absorción de la luz azul excita a un nivel superior que el alcanzado con la luz roja. La clorofila es muy inestable en el estado excitado de mayor energía y rápidamente cede algo de su energía al ambiente en forma de calor. Entra luego en un estado
energético inferior donde se mantiene algunos nanosegundos y puede iniciar el proceso fotoquímico mediante reacciones extremadamente rápidas. Alternativamente puede emitir un fotón en un proceso de fluorescencia dentro de la región roja del espectro, o retornar al estado inicial convirtiendo la energía de excitación en calor o transferirla a otra molécula de pigmento.
La primera etapa del proceso de conversión y almacenamiento de la energía radiante es común a los distintos tipos de organismos fotosintéticos, estando promovida por las moléculas clorofílicas especializadas de los centros de reacción, cada una de las cuales se encuentra estrechamente asociada a un aceptor y a un donador primario de electrones. La molécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus electrones más externos al aceptor, quedando la clorofina oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa, por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético. De esta manera se transfieren los electrones impulsados por la luz de un
compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de electrones. Los componentes de estas cadenas suelen ser proteínas de origen hemínico (citocromos), átomos de cobre (plastocianina) o centros sulfoférricos (ferredoxina), así como feofitinas y quinonas, variando de unos organismos a otros en función del tipo de fotosíntesis que llevan a cabo.
En el caso de las plantas superiores, con la cadena fotosintética de transporte de electrones actúan en serie dos fotosistemas, cada uno con un centro clorofílico de reacción que promueve el salto del electrón en contra del gradiente, a expensas de la energía fotónica. En la fotosíntesis oxigénica, que implica la reducción de la ferredoxina
con electrones procedentes del agua, la absorción de un fotón por el fotosistema I promueve la excitación de un electrón del P700 y su transferencia posterior a la ferredoxina a través de una serie de centros sulfoférricos que forman parte del propio fotosistema I. El déficit de electrones así creado se equilibra, tras la correspondiente
excitación de P680, por el aporte contínuo de electrones desde el fotosistema II
Debido a la intervención del complejo de citocromos b6f, anclado en la membrana del tilacoide, que se reduce por las quinonas de la membrana y se oxida por la plastocianina libre en el interior del tilacoide, los electrones pueden fluir con rapidez (en milisegundos) desde el fotosistema II al fotosistema I. Finalmente el agua, que libera oxígeno al oxidarse, suministra los electrones necesarios para cubrir el déficit del fotosistema II
La molécula de agua se oxida: 2H2O –> O2 + 4e + 4H+. La energía necesaria para la fotólisis, a pH 7, es \delta Go’= 479 kJ por cada 2 moles de H2O. Los fotones de luz roja de 700 nm son los de más larga longitud de onda que pueden promover el bombeo de electrones en fotosíntesis. Se necesitan 2 fotones por electrón, es decir un total de 8 fotones (170 kJ/mol) para fotolizar 2 moléculas de agua y liberar una molécula de oxígeno. En las bacterias fotosintéticas
el flujo de electrones es promovido por un único fotosistema.
Estrechamente acoplada al flujo de protones se encuentra la síntesis de adenosíntrifosfato (ATP) a partir de adenosín-difosfato y ortofosfato (Pi): ADP + Pi –> ATP + H2O; que al estar asimismo promovida por la luz se denomina fotofosforilación. El fotosistema II produce la descomposición del agua en la membrana del tilacoide y la
liberación de protones en el lumen del mismo. La plastoquinona reducida y la plastocianina transfieren electrones al complejo de citocromos y al fotosistema I, respectivamente. El fotosistema I reduce el NADP a NADPH en el estroma del
cloroplasto, mediante la acción de la ferredoxina y una flavoproteína. Los protones también son transportados al lumen por acción del complejo de citocromos y luego difunden hacia la bomba de protones acoplada a la enzima ATP-sintasa que usa el gradiente de energía electroquímica para sintetizar ATP en el estroma del cloroplasto.
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Con mucha espectativa y agrado he visitado a don Jaime Villa, quien me invitó a ver sus instalaciones y aplicaciones hechas en biomasa. Don Jaime es un emprendedor en biomasa, con buenas ideas e iniciativas. Busca por ahora tener el apoyo de financiamiento para realizar sus ideas, pero de instituciones serias porque ya me contó la de muchas idas y vueltas de ofrecimientos y nada de nada. Su planta piloto de biomasa que posee funciona.
Es quizás conocido que iniciativas de mejora tecnológica y de innovación en Perú son difíciles de que se desarrollen, muchas veces porque no hay incentivo y lo otro, que también son poco valorados… la solución, salir fuera del Perú o lucharla indesmayablemente hasta conseguir algo algo. Pues bien, por favor, pasen la voz de convocatorias a concursos de proyectos para que se pueda postular a fondos de financiamiento y estas ideas innovadoras se implementen con gran beneficio a la población, el medio ambiente y las PYME’s.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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Hola, en la presente figura vemos que el principal elemento es el gasificador que recibe diferentes elementos a gasificar, como biomasa, residuos, etc. Hay residuos sólidos del gasificador y también el mismo gas que por un proceso de limpieza, primero de eliminación de particulas y de retiro de azufre, para luego quedar como un gas listo a disponer como combustible. Sin embargo, en el proceso, se puede obtener productos como el hidrógeno que se destina a la producción de electricidad en células de combustible y también como combustible siendo quemado en las cámaras de las turbinas de gas para la generación de electricidad. Los gases de combustión de las turbinas de gas pasa por un recuperador de calor o generador de vapor con destino a una turbina de vapor conectado mecánicamente a un generador para la producción de electricidad.
Sin embargo el gasificador también necesita de aire, oxígeno y vapor. Estos son suministrados desde diferentes elementos de la configuración mostrada en la figura. La finalidad es aprovechar todos los recursos energéticos para incrementar la eficiencia del sistema.
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Aunque la energía de la biomasa se ha aprovechado desde que el hombre descubrió el fuego, la consideración actual de la biomasa como una fuente de energía limpia se hace bajo nuevos criterios y enfoques.
- El balance de CO2 emitido por la combustión de la biomasa es neutro. La combustión de biomasa, si se realiza en las condiciones adecuadas, produce agua y CO2, pero la cantidad emitida de CO2 (principal responsable del efecto invernadero) fue captada por las plantas durante su crecimiento. Es decir, el CO2 de la biomasa viva forma parte de un ciclo de circulación continuo entre la atmósfera y la vegetación, sin que suponga incremento de ese gas en la atmósfera con tal que la vegetación se renueve a la misma velocidad que se degrada.
- La biomasa no emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas.
- Una parte de la biomasa para fines energéticos procede de materiales residuales que es necesario eliminar. El aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso o lo que es lo mismo, reciclar.
- Los cultivos excedentarios serán sustituidos por los cultivos energéticos en el mercado de alimentos y esto puede llegar a ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola.
- La producción de la biomasa es totalmente descentralizada, ya que el recurso utilizado por esta energía está disperso por el territorio, que puede generar un gran cambio social y económico en el mundo rural.
- La utilización de la biomasa como energía también disminuye la dependencia externa para el abastecimiento de combustibles.
- La biomasa también es un importante campo de innovación tecnológica. Las respuestas tecnológicas que se están realizando están dirigidas a mejorar por completo el rendimiento energético de la biomasa, minimizar
los efectos ambientales de los residuos aprovechados, incrementar la competitividad comercial de los productos y posibilitar nuevas aplicaciones de los biocombustibles.
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Mediante las reacciones de gasificación de biomasa se obtiene un gas producto de composición variable, dependiendo de factores como la presión, temperatura, tipo de biomasa, agente gasificante empleado (vapor, aire, O2, H2, etc), tiempo de residencia en el gasificador, tipo de reactor y otros factores. Entre las reacciones que tienen lugar en la gasificación destacan:
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La gasificación es un proceso por el cual la biomasa es transformada en un gas combustible por descomposición térmica y reacciones químicas a alta temperatura en presencia de un agente gasificante. Se diferencia por tanto de la combustión, en que el gas obtenido en éste último no es combustible.
En términos generales la gasificación es una interacción entre un combustible y un agente gasificante compuesto en distinta proporción por oxígeno, aire, vapor de agua e incluso dióxido de carbono y nitrógeno.
Teóricamente el proceso de gasificación es un método empleado para obtener un combustible gaseoso, monóxido de carbono mayoritariamente y en menor medida hidrógeno, a partir de otro combustible, como puede ser cualquier tipo de biomasa con contenido carbónico, aunque una vez puesto en marcha el proceso se obtiene otra serie de componentes que acompañan a dicho monóxido de carbono en más o menos proporción, como dióxido de carbono, residuos tóxicos y otros componentes resultantes de las reacciones que se producen paralelas a la gasificación. Entre ellas se destacan pirólisis, oxidación e incluso hidrogenación.
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Es imprescindible la realización de estudios de composición y caracterización de los residuos urbanos si se piensa en la aplicación de un sistema determinado de tratamiento, independientemente de los que deban realizarse en orden cuantitativo.
El conocimiento de la composición de los residuos sólidos ha tenido una importancia creciente, concretamente con el desarrollo de los diferentes procesos de valorización.
Al igual que ocurría en la producción de estos residuos, existen diversos factores que tienen una influencia importante en la composición y características de los mismos, tales como:
- Características de la población: zona industrial, zona urbana, etc.
- Clima y estación del año: Se recogen más desechos de frutas y legumbres en verano y más cenizas en invierno.
- Nivel de vida de la población: La utilización de productos alimentarios preparados lleva consigo el crecimiento de embalajes de todo tipo, como plásticos, papeles, cartones, vidrios, latas de conserva, etc. y una disminución de los desechos alimentarios (verduras, carnes, etc..).
Los RU (residuos urbanos) son escencialmente heterogéneos, se hace necesario por tanto definir una composición, es decir, reagrupar lso constituyentes en categorías que presenten una cierta homogeneidad. El número de estas categorías depende del objetivo que se persiga. Pueden adaptarse distintas clasificaciones, una sencilla sería en tres grandes grupos:
- Fermentables.
- Combustibles.
- Inertes.
En general, el número de categorías depende del objetivo que se persiga, así una clasificación más compleja podría ser la división de 10 categorías:
- Finos e inferiores a 20 mm.
- Papel – cartón.
- Telas.
- Plásticos.
- Huesos.
- Restos combustibles no clasificados.
- Metales.
- Vidrio.
- Restos incombustibles no clasificados.
- Materia orgánica.
Esta clasificación es necesaria si se desea hacer un estudio de las diferentes procesos de valoración de los residuos; tiene el inconveniente de que necesita un triaje manual y tedioso.
En la sigueiten gráfica recoge la comoposición porcentual en peso de la naturaleza de los constituyentes de los RY en España
PD: Los RU sirven para generación de calor y electricidad, su estudio y conocimiento es importante para evaluar el potencial energético.
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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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