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Curso de Formación
Especializada en Biogás para
Profesionales
Módulo 7
Generación Eléctrica
Modulo 7
El principio general de funcionamiento corresponde a la transformación de energía
mecánica producida por una turbina o motor a combustión, en energía eléctrica, por
medio de un generador, el cual fuerza las cargas eléctricas a través de un cableado y
hacia los recursos que demanden energía.
Para el caso particular de la generación eléctrica mediante biogás, la energía
mecánica es producida mediante una turbina o un motor de combustión a gas.
Antecedentes
Modulo 7
Están compuestos por 8 partes internas:
Motor o turbina
Alternador
Sistema de alimentación de combustible
Regulador de voltaje
Enfriamiento
Escape
Lubricación
Batería
Equipos de Generación Eléctrica
Modulo 7
Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a partir de la
energía aportada por un combustible se produce energía mecánica y se genera una importante
cantidad de calor en forma de gases calientes y con un alto porcentaje de oxígeno.
Esquema de funcionamiento:
Generación con Turbina y Microturbinas
Modulo 7
Las microturbinas de gas son máquinas de combustión basadas en el mismo principio que las
turbinas convencionales con potencias en el rango de 20 kW a 500 kW.
Las principales diferencias radican en que a la salida del generador se obtiene corriente
eléctrica de alta frecuencia, haciendo necesaria la incorporación de un rectificador AC/DC y de
un inversor que permita obtener una corriente alterna trifásica adecuada.
Tabla de comparación:
Turbinas Microturbinas
Combustible Biogás 100% 100%
Tamaño100 (KW)- 50
(MW)
20 a 500 (KW)
Eficiencia 25 a 40 (%) 20 a 30 (%)
Emisiones CO2 (kg/MWh) 545-700 600-800
Emisiones NOx (kg/MWh) 2-5 0.01-0.07
Presencia H2S (ppm) 5000 10000
Modulo 7
Modulo 7
Existen dos tipos:
Encendido por Chispa
Encendido por compresión
Eficiencia no excede 30 – 45%
Los ciclos ideales para modelar este tipo
Ciclo Otto
Ciclo Diesel
Tabla:
Motores de Combustión
Turbinas
Combustible Ciclo Otto 100% Biogás
Combustible Ciclo Diésel60% Biogás
40% Diésel
Tamaño 100 (KW)-3 (MW)
Eficiencia 35 a 45 (%)
Emisiones CO2 (kg/MWh) 550-850
Emisiones NOx (kg/MWh) 5-20
Presencia H2S (ppm) <150
Modulo 7
Ciclo Otto: Motor de encendido por chispa.
1. Entrada del gas combustible al carburador.
2. Pre-compresión y enfriamiento.
3. La mezcla fluye a través de la válvula de retención la cuál regula el paso del combustible a la cámara de aspiración.
4. Entrada al ciclo de Otto: Admisión, compresión, combustión y escape (4 tiempos).
Modulo 7
Motores Ciclo Diesel: Motor dual, combinación de diésel con biogás. El principio de
funcionamiento se basa en la inyección combinada de ambos combustibles en una misma cámara de
combustión que, durante el proceso de compresión, produce la auto-ignición del diesel y posterior
(casi inmediata) combustión del biogás.
Modulo 7
La cogeneración es la generación simultánea de energía eléctrica y térmica a partir de un único
proceso de consumo de energético primario. Los altos niveles de eficiencia de esta tecnología se
deben a la utilización de la energía térmica residual como un co-producto de la generación de
potencia.
Cogeneración
Modulo 7
Modulo 7
Intercambiador de Calor:
• Dispositivo diseñada para transferir calor entre dos medios.
• Por lo general, se utilizan de 3 tipos:
Doble Tubo
Tubo y Carcaza
Placas
Principales Accesorios Equipos de Cogeneración
Modulo 7
Enfriador de Emergencia (Aero Ventiladores):
• Equipos de enfriamiento suplementario a los intercambiadores de calor.
• Se utilizan en caso de emergencia.
• Además, son utilizados en algunos casos como apoyo al intercooler.
Modulo 7
Acondicionamiento del Biogás para Generación
El biogás procedente del proceso de digestión anaeróbica corresponde a una mezcla de compuesto, los
cuales afectan tanto en su capacidad calorífica para la generación, como en la salud de las personas y
el medio ambiente.
Los compuestos combustibles del biogás corresponden al metano (CH4) y al hidrógeno (H2), los cuales
se encuentran en proporciones de 45-80% y 0-2%
Resto de los componentes, son perjudiciales: Salud, Medio Ambiente y Capacidad Calorífica:
Vapor de Agua
Sulfuro de Hidrogeno
Siloxanos
Hidrocarburo Halogenados
Contempla 3 etapas:
Limpieza
Acondicionamiento
Enriquecimiento
Modulo 7
Tratamiento Primarios: Las tecnologías de tratamiento primario representan la primera etapa
en la reducción de la cantidad de contaminantes del biogás y normalmente usan operaciones de
procesos físicos simples. Los principales contaminantes removidos son agua (contaminada),
llamada condensado, y partículas.
Tratamiento Secundario: Los tratamientos secundarios son diseñados para aumentar el nivel de
pureza del gas alcanzado en el tratamiento primario. Estos contemplan procesos de tratamiento
tanto físicos, como químicos:
Absorción física: Los métodos de absorción fisicoquímicos se utilizan normalmente en la
purificación de biogás, ya que son efectivos incluso a bajas tasas de flujo
Absorción química: La absorción química implica la formación de enlaces químicos
reversibles entre el soluto y el solvente. La regeneración del solvente, por lo tanto,
comprende la ruptura de esos enlaces y correspondientemente una entrada relativamente
alta de energía.
Modulo 7
Eliminación de CO2
Un método fácil y económico utiliza agua presurizada como absorbente. El biogás crudo es
comprimido y alimentado desde el fondo a una columna de lecho empacada y el agua
presurizada es rociada desde la cima de la columna. El proceso de absorción es un proceso
contra-corriente. De esta forma se disuelven el CO2 y el H2S en agua y son colectados en el
fondo de la torre. El agua puede ser recirculada a la primera torre de limpieza.
Modulo 7
Eliminación de H2S
Proceso seco de oxidación, convierte el de una corriente de gas en azufre y oxido de azufre.
Proceso utilizado en bajas cantidades de azufre en el gas.
Algunos métodos son:
• Introducción de aire/hidrogeno
• Adsorción usando oxido de hierro
• GAS RAP (Nombre Comercial)
• Procesos de oxidación en fase líquida
Proceso Físico
Proceso Químico
Modulo 7
Siloxanos
Los compuestos de silicio pueden aparecer como compuestos inorgánicos procedentes de
materia mineral introducida en la corriente de gases como silicatos o sílice en partículas sólidas
y como compuestos orgánicos de silicio, de los cuales los más habituales son los siloxanos.
Son difíciles de detectar por ser inodoros y no ser peligrosos para el medio ambiente.
Los compuestos de silicio provienen del tratamiento de productos de base sílice
Modulo 7
Modulo 7
Existen diferentes técnicas de pretratamiento en función del contenido en contaminantes:
Filtración y Condensación
Refrigeración y Desecación
Absorción
Otros: Filtros moleculares, lechos polimétricos, gel de sílice y carbón activado.
Los parámetros de operación de las unidades de filtración de carbón activado recomendadas se
detallan a continuación:
Parámetro Valor
Velocidad 0,1 – 0,2 m/s
Tiempo de retención 3 segundos
Recambio carbón activado ≈ 6 meses
Modulo 7
Generador Eléctrico y su Regulación
Un generador eléctrico corresponde a todo dispositivo capaz de
mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos
transformando la energía mecánica en eléctrica.
Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético
sobre los conductores eléctricos, y sus movimiento relativo genera una
fuerza electromotriz (F.E.M.).
Los generadores eléctricos incluyen generalmente un suministro de
combustible, un regulador de velocidad, un regulador de tensión,
sistemas de refrigeración y de escape y el sistema de lubricación.
Modulo 7
Factor de Potencia
Este valor corresponde al valor (porcentual) de aprovechamiento de la energía generada.
Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,95 (valor mínimo exigido por la prestadora para
potencias superiores a 100 kW) indica que, del total de la energía abastecida por la
distribuidora, solo el 95 % es utilizada por el cliente, mientras que el 5 % restante es energía que
se desaprovecha.
• Problemas asociados al factor de potencia: En caso que el Factor de potencia sea inferior a 0,95,
implica que los artefactos tienen elevados consumos de energía reactiva respecto a la energía activa,
produciéndose una circulación excesiva de corriente eléctrica en sus instalaciones y en las redes de la
empresa distribuidora.
Modulo 7
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Consideraciones antes del trabajo: piense en las posibles causas del problema e investigue si se
ha producido el mismo problema con anterioridad. Compruebe las piezas que pueden estar
causando el problema en el orden más eficiente.
Por lo general, los equipos electrógenos son equipos nobles, es decir, si se hace el
mantenimiento apropiado, los equipos no presentan fallas.
La mayoría de los problemas que se presentan es por anomalías externas del equipo, dentro de
las principales tenemos las siguientes:
Calidad del biogás
Presión e suministro inestable
Cargas de consumo inestable y muy por debajo de la capacidad nominal del equipo
Modulo 7
El motor de partida no arranca o arranca lentamente, dando como resultado un fallo de
arranque.
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
Disminución de la potencia.
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
El humo de escape es negro o de color carbón
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
Sobrecalentamiento
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
El generador no exista
El generador no exista hasta la tensión nominal
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
En vacío, el generador excita hasta la tensión nominal, pero colapsa con carga.
Oscilaciones en las tensiones del generador
Problemas y Soluciones del Grupo Electrógeno
Modulo 7
Permisos para la Conexión a la Red
de Plantas de Biogás Generalidades: En función del tamaño de la planta de generación, son las normas que aplican a
cada caso y son reguladas por el Marco regulatorio para las Energías Renovables NoConvencionales (ERNC).
Leyes:
Ley de ERNC (Ley 20.257)
Ley Corta I (Ley 19.940)
Ley Corta II (Key 20.018)
Ley de Generación Distribuida (Ley 20.571)
Reglamentos:
Decreto Supremo N° 244
PMG
PMGD
Modulo 7
Normativa Técnica:
Norma Técnica de Conexión y Operación (NTCO) de PMGD en Media Tensión (MT) – Julio 2016
Permisos y trámites ante la empresa eléctrica:
Tramitación de Permisos Técnicos:
• Intercambio de información Generador – Distribuidor
• Revisión de información por parte del distribuidor
• Conformidad/Inscripción ante SEC
• Contratos/conexión
Consideraciones Pequeños Generadores:
PMGD INS: Pequeño Medio de Generación de Impacto No Significativo
Representa la venta directa a la red
de distribución, en cualquier formato
comercial:
Representa el esquema de conexión de un
PMGD INS con autoconsumo:
Figuras de conexión para un PMGD INS (<500 [kW]), contemplando los requerimientos de
la Norma Técnica:
Modulo 7
Fotografía de sistema de conexión a la red de un PMGD:
Modulo 7
Para rangos de generación inferiores a 100 [Kw], se recomienda acogerse a la ley 20.571.
La ley 20.571, Ley de Net Billing, que indica que los usuarios finales de la electricidad tienen el
derecho de instalar equipos de generación de energía de hasta 100 [kW], e inyectar a la red sus
excedentes.
Esquema de procesos de conexión a la red para proyectos según Ley 20.571
Proceso de Conexión Ley de Generación
Distribuida
Modulo 7
Proceso de Conexión PMGD
La empresa interesada deberá enviar a la Dirección de Planificación y Desarrollo (DPD) del
Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC) la información de sus proyectos en estudio y
desarrollo de acuerdo a lo indicado en el Decreto Supremo Nº291, cuando estos requieran ser
ingresados al SEA.
Permisos y Trámites ante SEC
Se debe inscribir el proyecto, la instalación eléctrica y la instalación de combustible.
Se debe hacer por un instalador autorizador, y depende del tipo de instalación, el formulario a
presentar:
Formulario TE1: Declaración de Instalación Eléctrica Interior.
Formulario TE4: Declaración de Comunicación de Puesta en Servicio de Generadoras Residenciales
