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Valorización de residuos agrícolas e
instalación de calderas de biomasa
AMISOLAR AHORRO ENERGÉTICO
Valorización energética de residuos
agrícolas ¿Qué es la Valorización
Energética de Residuos? ◦ Es encontrar nuevas vías
para aprovechar el contenido energético de los residuos y demás subproductos a través de alternativas sostenibles y eficientes
◦ ¡De esta forma, es posible encontrar una nueva fuente de abastecimiento energético!
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 2
Valorización energética de residuos
agrícolas ¡Los residuos se pueden aprovechar
energéticamente!
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 3
Valorización energética de residuos
agrícolas Con la biomasa se puede obtener:
◦ Energía térmica: agua o aire caliente y vapor.
◦ Energía eléctrica: se obtiene a partir de la trasformación de la biomasa.
Ciclo de vapor (combustión directa)
Turbina de gas: utiliza gas de síntesis (pirólisis, biogás, gasificación)
◦ Energía mecánica: biocombustibles que pueden sustituir total o parcialmente a los combustibles fósiles (biodiesel y etanol)
◦ Cogeneración: producción conjunta de energía térmica y eléctrica.
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 4
Valorización energética de residuos
agrícolas ¿Tenemos Petróleo en Castilla y León?
¿Cuánta energía tiene nuestro recurso?
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 5
Recurso Humedad PCI
(kj/kg)
PCI (Kcal/kg) PCI (kW.h/kg)
Gasoil - 41.800 10.000 11,61
Leñas, ramas,
sarmiento
0 %
20%
40 %
19.353
15.006
10.000
4.630
3.590
2.392
5,38
4,17
2,78
Hueso de aceituna 7%
12%
19.000
18.000
4.545
4.306
5,28
5,00
Orujo de uva 12% 15.884 3.800 4,42
Cáscara de
almendra
0 %
10%
15 %
18.559
16.469
15.424
4.440
3.940
3.690
5,16
4,57
4,28
Paja de cereal
0 %
10 %
20 %
17.138
15.173
13.209
4.100
3.630
3.160
4,76
4,21
3,67
Valorización energética de residuos
agrícolas ¿Qué residuos agrícolas disponemos?:
Evaluar la cantidad y calidad del recurso
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 6
Valorización energética de residuos
agrícolas ¿Es esto mucha o poca energía?
◦ Una kilocaloría es aproximadamente la energía que se necesita para elevar a 1ºC un litro de agua:
◦ Aproximadamente 2,3 kg de hueso de aceituna o de sarmientos, (10.000 kcal) pueden elevar 50ºC la temperatura a 200 litros de agua: ACS para más de 6 personas durante 1 día.
◦ Si 1 ha produce 1,7 Tn/año de sarmiento aprox 2 años de ACS para 6 personas.
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 7
Valorización energética de residuos
agrícolas
El ASTILLADO, se puede hacer
en campo y permite convertir en astillas los restos leñosos procedentes de poda de cultivos leñosos (vid, almendro, olivos, tratamientos silvicolas ...etc.)
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 8
ASTILLAS: Constituyen un material
adecuado para ser empleado en
hornos cerámicos y de panaderia,
viviendas Individuales, calefacciones
centrales ...etc.
Valorización energética de residuos
agrícolas
PELETIZACIÓN
◦ Molienda de microastilla
◦ Adecuación de humedad
◦ Compactación de la biomasa (Presión > 100 bar)
◦ ¡Casi cualquier residuo se puede peletizar!
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 9
PELETS: Constituyen un combustible muy
competitivo comparable al gasoil:
• 2 kg de pelet = 1 litro de gasoil)
• Tienen muy bajo contenido en cenizas
• Bajo contenido en humedad < 10%
• Permiten ser bombeados al silo
• Permiten tamaños de silo menores que
la astilla
• Perfecta regulación y automatización en
caldera
Valorización energética de residuos
agrícolas A efectos de proceso de siega y
recolección, los equipos para biomasas agrícolas herbáceas para aprovechamiento energético son los mismos que para cultivos herbáceos enfocados a la alimentación humana o animal.
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 10
COMPACTADORA
- EMPACADORA
Valorización energética de residuos
agrícolas Procesos, Productos y Aplicaciones
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 11
Físicos
Fisico-químicos
Biológicos
Termoquímicos
Procesos Astillado
Molienda
Densificación
Pirolisis
Gasificación
Fermentación
D. anaerobia
Extracción
fisico-química
Productos Leñas
Astillas
Briquetas
Pellets
Serrín
Carbón
Gas síntesis
Aceites
Gases
combustibles
Etanol
Biogás
Aceite
Ésteres
Aplicaciones Calefacción
Electricidad
Calefacción
Electricidad
Industria
química
Trasporte
Calefacción
Industria
Electricidad
Química
Trasporte
Industria
química
Valorización energética de residuos
agrícolas ACTORES
◦ Productores de materia prima
Agricultores
Ganaderos
Asociaciones de pequeños empresarios
Asociaciones de entidades locales
◦ Consumidores y transformadores
Las mismas asociaciones de productores
Productores de pellet
Productores de electricidad
Ingenierías y Empresas de Servicios Energéticos
Industria consumidora de biomasa
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 12
Instalación de calderas de biomasa
◦ Uso térmico residencial y terciario
Autoconsumo doméstico
Hoteles, colegios, residencias, spas, ayuntamientos, calefacción de distrito
Edificios de oficinas, naves industriales y agropecuarias
Gestión grupal del recurso: Ayuntamientos, Asociaciones
◦ Cogeneración en industria y terciario
Eficiencia Energética: Autoconsumo de electricidad y calor en microcogeneración
◦ Producción de energía eléctrica
Centrales térmicas convencionales
Plantas de Cogeneración y producción de pellet
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 13
Instalación de calderas de biomasa USO TERMICO RESIDENCIAL
◦ Las calderas de biomasa hoy día son totalmente automáticas
Astilla
Pellet
Policombustible (hueso, cáscara, orujo…)
◦ Alta regulación de la combustión y potencia
Sonda exterior para regulación de potencia
Sonda Lambda para regulación de aire primario
Disponible aire secundario para combustión de humos
Extracción forzada y controlada de humos: garantiza la Tª minima de combustión de humos
Regulación de la alimentación de combustible
◦ Dispositivos automáticos de limpieza Parrillas escalonadas de limpieza automática
Tubuladores (intercambiador)
Separador de cenizas volátiles
Compactación de cenizas
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 14
Instalación de calderas de biomasa
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 15
Instalación de calderas de biomasa
Comparativa de precios de venta ◦ Gasoil de calefacción: 1,10 €/ litro
◦ Pellet a granel certificado al 10% humedad máxima portes incluidos: 230€/tonelada+ IVA
◦ Hueso de aceituna: 170€/ tonelada + IVA
◦ Astilla clasificada G30 y con humedad en torno al 25% portes incluidos: 115 €/tonelada + IVA
◦ Olivo/Encina: 120€ /tonelada + IVA
¿Pero esto que significa en términos de energía? ◦ 0,111 €/kW.h Gasoil
◦ 0,043 €/kW.h Pellet
◦ 0,034 €/kW.h Hueso
◦ 0,028 €/kW.h Astilla
◦ 0,024 €/kW.h Olivo/Encina
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 16
Instalación de calderas de biomasa
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 17
Combustible Eléctrica
Tipo de caldera Convencional Caldera BT ConvencionalCondensación Pellets Hueso aceit Encina
Poder calorífico (kcal/kg) 10.000 10.000 4.300 3.750 4.330
Poder calorífico (kcal/m3) 8,5 8,4 9.000 9.000
Poder calorífico (kWh/kg) 11,63 11,63 5,00 4,36 5,03
Densidad aparente (kg/l) 0,85 0,84 0,680 0,573 1,05
Precio (€/litro) 1,1 1,1
Precio (€/kg) 1,294 1,310 0,231 0,17 0,12
Coste (€/kWh) 0,111 € 0,113 € 0,043 € 0,043 € 0,046 € 0,039 € 0,024 € 0,142 €
Rendimiento de la caldera 80% 90% 80% 105% 90% 85% 74%
Cargas térmicas satisfacer vivienda(W) 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
Funcionamiento caldera (h/año) 900 900 900 900 900 900 900 900
Consumo vivienda media (kWh/año) 900,00 900,00 900,00 900,00 1.000,00 900,00 900,00 900,00
Consumo de combustible (l) 114 102 327 424 230
Consumo de combustible (Kg) 97 86 222 243 242
Termino fijo (€/año) 0 0 66,24 66,24 0 0 0 185,42 €
Coste anual 125,21 € 112,62 € 114,90 € 103,31 € 51,33 € 41,28 € 28,99 € 313,51 €
Ahorro anual respecto a caldera gasoil 12,59 € 10,31 € 21,89 € 73,87 € 83,93 € 96,22 € -188,30 €
Ahorro anual respecto a caldera gasoil 0,00% 10,05% 8,23% 17,49% 59,00% 67,03% 76,85% -150,39%
Consumo del sistemas de calefacción en función del combustible y tipo de caldera por kW instalado
Gasóleo Gas Natural Biomasa
Instalación de calderas de biomasa
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 18
Gasole
o c
onvencio
nal
Gasole
o B
T
GN
Convencio
nal
GN
Condensació
n
Bio
masa P
elle
ts
Bio
masa H
ueso
Estu
fa leña
Ele
ctr
ica
Gasoleo convencional 0,0% -10,1% -8,2% -17,5% -59,0% -67,0% -76,8% 150,4%
Gasoleo BT 10,1% 0,0% 2,0% -8,3% -54,4% -63,3% -74,3% 178,4%
GN Convencional 8,2% -2,0% 0,0% -10,1% -55,3% -64,1% -74,8% 172,9%
GN Condensación 17,5% 8,3% 10,1% 0,0% -50,3% -60,0% -71,9% 203,5%
Biomasa Pellets 59,0% 54,4% 55,3% 50,3% 0,0% -19,6% -43,5% 510,7%
Biomasa Hueso 67,0% 63,3% 64,1% 60,0% 19,6% 0,0% -29,8% 659,5%
Estufa leña 76,8% 74,3% 74,8% 71,9% 43,5% 29,8% 0,0% 981,5%
Electrica -150,4% -178,4% -172,9% -203,5% -510,7% -659,5% -981,5% 0,0%
Matriz de Ahorros (%)
Instalación de calderas de biomasa
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 19
Gasole
o c
onvencio
nal
Gasole
o B
T
GN
Convencio
nal
GN
Condensació
n
Bio
masa P
elle
ts
Bio
masa H
ueso
Estu
fa leña
Ele
ctr
ica
Gasoleo convencional 0 € -13 € -10 € -22 € -74 € -84 € -96 € 188 €
Gasoleo BT 13 € 0 € 2 € -9 € -61 € -71 € -84 € 201 €
GN Convencional 10 € -2 € 0 € -12 € -64 € -74 € -86 € 199 €
GN Condensación 22 € 9 € 12 € 0 € -52 € -62 € -74 € 210 €
Biomasa Pellets 74 € 61 € 64 € 52 € 0 € -10 € -22 € 262 €
Biomasa Hueso 84 € 71 € 74 € 62 € 10 € 0 € -12 € 272 €
Estufa leña 96 € 84 € 86 € 74 € 22 € 12 € 0 € 285 €
Electrica -188 € -201 € -199 € -210 € -262 € -272 € -285 € 0 €
Matriz de Ahorros (€/año)
Instalación de calderas de biomasa
Ejemplo de District heating ◦ Cuellar (Segovia) es un municipio de 9.200 habitantes
rodeado de una importante masa forestal. En esta localidad se ha instalado una planta de calefacción y agua caliente sanitaria que da servicio a un barrio, una escuela, un pabellón deportivo y un centro cultural. La planta se alimenta fundamentalmente de los residuos de limpieza del monte y otros residuos forestales.
◦ La planta consta de dos calderas: Caldera 1 tipo acuotubular con dos parrillas móviles
superpuestas tiene una potencia instalada de 4.500.000 Kcal./h.
Caldera 2, también acuotubular con una parrilla móvil tiene una potencia instalada de 600.000 Kcal. /h
La biomasa se almacena en un silo con una capacidad de 30t de combustible
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 20
Instalación de calderas de biomasa
Calderas de paja ◦ La paja es un combustible renovable, muy económico y
disponible fácilmente
◦ La utilización agrícola de la paja ha decaído recientemente
◦ Su utilización para uso térmico es una inmejorable salida a este deshecho agrícola
◦ Gases de salida con mínimas cantidades de compuestos sulfúricos y mucha menos cantidad de óxidos de nitrógeno
◦ Formato de Combustible: Fardos de paja cuadrados de las siguientes características:
Sección máxima 1250 x 1200 y longitud de 2400mm aproximadamente
Humedad máxima 20% (homogénea)
Prensado medio
Contenido de substancias incombustibles (polvo, tierra) < 0,4%
Contenido de cenizas < 6%
Los fardos de paja deben estar completamente ligados, sin
deformación
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 21
Instalación de calderas de biomasa
Calderas de paja ◦ Diseñadas totalmente a medida de las necesidades.
◦ Cámara de combustión, hecha en acero y refrigerada por agua, se divide en dos partes
Parte delantera: para la entrada de combustible. Parrilla itinerante
Parte posterior: salida para los gases de escape
◦ Aire primario bajo la parrilla
◦ Aire secundario por encima de la parrilla
◦ Intercambiador vertical de doble paso
◦ Recogida de volátiles y cenizas.
◦ Tª de impulsión de agua hasta 110ºC
◦ Tª de retorno superior a los 55ºC para evitar condensaciones
◦ Alimentación mediante Cinta transportadora
Por sistema hidraúlico
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 22
Instalación de calderas de biomasa
Calderas de paja para producción de vapor
◦ Producción eléctrica
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 23
Instalación de calderas de biomasa
Calderas de vapor ◦ Las primeras están
funcionando en dos fábricas productoras de cerveza artesana de España.
◦ Se usan para calentar el agua en la fase de maceración así como en la de ebullición, y en la de limpieza.
◦ Podría encargarse de la calefacción, además de poder generar algo de electricidad con los correspondientes accesorios
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 24
Instalación de calderas de biomasa
Calderas de vapor
◦ Ahorro en la producción de vapor
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 25
Poder calórico
Consumo
por 1kg.
de vapor
Coste
unitario
Coste para
producir
1kg. de
vapor
Coste para
producir 100kg.
de vapor por
hora.
Hueso de aceitunas 6.300 Kcal/kg. 0,10 kg. 0,125 €/Kg. € 0,01 € 1,30
Semillas (piñones) avellanas, uva, 4.500 Kcal/Kg. 0,14 kg. 0,18 €/Kg. € 0,03 € 2,50
Pellets 4.200 Kcal/Kg. 0,16 kg. 0,20 €/Kg. € 0,03 € 3,20
Leña 3.600 Kcal/Kg. 0,18 kg. 0,24 €/Kg. € 0,04 € 4,30
Metano 8.500 Kcal/m³ 0,76 m³. 0,80 €/m³ € 0,06 € 6,10
Gasóleo 8.550 Kcal/lt. 0,078 lt. 1,20 €/lt. € 0,09 € 9,40
G.P.L. 6.300 Kcal/lt. 0,10 lt. 1,04 €/lt. € 0,13 € 13,30
Sistemas Industriales
Cogeneración con biomasa (calor +
electricidad) y producción de pellet
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 26
Sistemas Industriales
Cogeneración (Sistema ORC) ◦ Posibilidad de generar hasta 2 MWe a partir de fuentes de
calor con baja entalpía.
◦ Procedimientos de marcha y parada simples.
◦ Buen funcionamiento a media potencia (carga parcial).
◦ Funcionamiento de la turbina a menos RPM de velocidad, lo que permite la impulsión directa del generador eléctrico sin necesidad de engranajes de transmisión especiales.
◦ Menor tensión mecánica en la turbina, debido a trabajar a menos velocidad.
◦ Larga vida de la turbina, al no existir erosión en las paletas, por no haber humedad en los inyectores de vapor.
◦ Fluido de trabajo libre de cloro, incombustible, no tóxico y que no daña la capa de ozono.
◦ Fluido orgánico en circuito cerrado
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 27
Sistemas Industriales
Trigeneración
◦ Procedimiento similar a la cogeneración en el que
se consigue frío, además de energía eléctrica y calor,
a partir de un único combustible.
◦ La combinación de la cogeneración (calor y
electricidad) con la absorción (frío) da lugar a la
trigeneración.
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 28
Proyectos de valorización
BIOMASA FASE 1:
◦ ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO, RECOPILACIÓN DE DATOS
◦ ESTUDIO DE MAQUINARIA EXISTENTE, EXPERIENCIAS ANTERIORES ....ETC.
◦ ESTUDIO DE LOS RESIDUOS POTENCIALES
◦ ESTUDIO DE POSIBLES CULTIVOS ENERGETICOS EN LA ZONA
FASE 2:
◦ TRABAJO DE DINAMIZACIÓN: IDENTIFICACION DE ACTORES Y PROPUESTA DE CREACION DE ASOCIACIONES
◦ ESTUDIO DE CAMPO, RECOGIDA DE RESIDUOS, TOMA DE MUESTRAS ....ETC.
◦ CULTIVO EN PARCELAS EXPERIMENTALES
FASE 3.
◦ PROYECTO DE AUTOCONSUMO Y CALEFACCIÓN RESIDENCIAL
◦ PROYECTO DE CALEFACCIÓN DE DISTRITO
◦ PROYECTO DE CONSTRUCCION DE PLANTA DE BIOMASA
◦ PROYECTO DE CONSTRUCION DE PLANTA DE PELETIZACION.
Autor: Guillermo Baena de Torres
Ingeniero Industrial 29
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