31
 www.tecprovider.org Planta Chia NOCIONES ELEMENTALES SOBRE EL BIOGAS: Uno de los aspectos que se debe considerar seriamente cuando se habla de sistemas de tratamiento anaeróbico de materia orgánica es la parte de producción del biogás, muchos proyectos de tratamiento de materia orgánica (biodigestores, Biorreactores, y otros), no le dan la importancia real que tiene, además de que se trabaja bajo tablas de producción generalizadas, pruebas de laboratorio específicas y otra serie de datos que no corresponden al propio proyecto que se desarrolla o intenta desarrollar, muchas grandes empresas que tienen tratamiento de lodos por medio anaeróbico, (cervecerías, etc.) queman este gas utilizando quemadores diseñados para este efecto, desperdiciando de tal forma un combustible de alto valor que pudo ser convertido en electricidad o usado en cualquier sistema de combustión a gas adecuado con sus correspondientes beneficios económicos y ambientales, nosotros damos toda la importancia que merece a la producción de biogás en nuestros sistemas bajos las siguientes consideraciones: 1. El mundo esta entrando en una crisis energética muy fuerte, los combustibles no renovables como el petróleo, gas natural y otros se están agotando, los precios de los mismos suben constantemente, y en un futuro muy cercano el mundo tendrá que valerse de energías renovables para poder suplir sus necesidades energéticas. 2. El biogás, es una fuente de energía renovable de las mas importantes en la actualidad y puede llegar a suministrar gran parte de le energía requerida en las industrias, transporte, residencias y comercio en general, a bajos costos y con beneficios ambientales muy importantes. 3. Nuestros sistemas están diseñados de tal forma que una de las partes mas importantes de cada proyecto, es la producción de engría a través del biogás generado en nuestro proceso de tratamiento de materia orgánica, por pequeño que sea. 4. OFRECEMOS SOLUCIONES ENERGETICAS como tal, a nivel industrial en la mayoría de nuestros proyectos de mediano y gran tamaño, además de los beneficios por los efluentes convertidos en abonos biológicos. 5. Damos todo el rigor científico y tecnológico que merece al área de investigación y desarrollo en el campo de la producción de biogás y energías renovables. 6. Estamos a la VANGUARDIA a nivel mundial en la producción de biogás por medio estricto anaeróbico.

elmejor

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 1/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

NOCIONES ELEMENTALES SOBRE EL BIOGAS:

Uno de los aspectos que se debe considerar seriamente cuando se habla desistemas de tratamiento anaeróbico de materia orgánica es la parte deproducción del biogás, muchos proyectos de tratamiento de materia orgánica(biodigestores, Biorreactores, y otros), no le dan la importancia real quetiene, además de que se trabaja bajo tablas de producción generalizadas,pruebas de laboratorio específicas y otra serie de datos que nocorresponden al propio proyecto que se desarrolla o intenta desarrollar,muchas grandes empresas que tienen tratamiento de lodos por medio

anaeróbico, (cervecerías, etc.) queman este gas utilizando quemadoresdiseñados para este efecto, desperdiciando de tal forma un combustible dealto valor que pudo ser convertido en electricidad o usado en cualquiersistema de combustión a gas adecuado con sus correspondientes beneficioseconómicos y ambientales, nosotros damos toda la importancia que merecea la producción de biogás en nuestros sistemas bajos las siguientesconsideraciones:

1. El mundo esta entrando en una crisis energética muy fuerte, loscombustibles no renovables como el petróleo, gas natural y otros seestán agotando, los precios de los mismos suben constantemente, y

en un futuro muy cercano el mundo tendrá que valerse de energíasrenovables para poder suplir sus necesidades energéticas.2. El biogás, es una fuente de energía renovable de las mas importantes

en la actualidad y puede llegar a suministrar gran parte de le energíarequerida en las industrias, transporte, residencias y comercio engeneral, a bajos costos y con beneficios ambientales muyimportantes.

3. Nuestros sistemas están diseñados de tal forma que una de laspartes mas importantes de cada proyecto, es la producción de engríaa través del biogás generado en nuestro proceso de tratamiento demateria orgánica, por pequeño que sea.

4. OFRECEMOS SOLUCIONES ENERGETICAS como tal, a nivelindustrial en la mayoría de nuestros proyectos de mediano y grantamaño, además de los beneficios por los efluentes convertidos enabonos biológicos.

5. Damos todo el rigor científico y tecnológico que merece al área deinvestigación y desarrollo en el campo de la producción de biogás yenergías renovables.

6. Estamos a la VANGUARDIA a nivel mundial en la producción debiogás por medio estricto anaeróbico.

Page 2: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 2/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Veamos a continuación unas nociones elementales sobre los factores masimportantes a considerar en relación al Biogás, metano y otros gases deimportancia para que se tenga una buena comprensión sobre este tema,que en la mayoría de los casos presenta confusiones si no se tiene claro losconceptos básicos al respecto, comencemos por el Biogás:

BIOGAS:

El biogás es el gas producido por fenómenos de degradación anaeróbicamediante la acción de microorganismos y procesos bioquímicos específicosque en su fase final (llamada metanógena) generan este gas.

COMPOSICION DEL BIOGAS:

La composición del biogás varia dependiendo de la materia o materiasorgánicas tratadas o degradadas y las condiciones y procesos utilizadospara la producción del mismo, la bioquímica y microbiología de laproducción de metano es compleja y faltan muchos aspectos por investigaraun que se determinarán en el futuro con la continua investigación,mencionemos algo sobre los sustratos que se convierten en metano como seanota a continuación.

Substratos del tipo CO24 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O4 HCOO- + 4 H + → CH4 + 3 CO2 + 2 H2O4 CO + 2 H2O →CH4 + 3 CO2

Sustratos con grupo metilo4 CH3OH →3CH4 + CO2 + 2 H2OCH3OH + H2 →CH4 + H2O4 CH3NH3Cl + 2 H2O 3 →CH4 + CO2 +4 NH4Cl

Page 3: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 3/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Substrato de acetotróficasCH3COO- + H2O →CH4 + HCO3-

*“Leonor Carrillo, 2003. Microbiología Agrícola capítulo 5”

La cantidad de biogás, proporción de metano, velocidad de producción ymuchas otras características del biogás generado no dependen solo delsustrato sino también de la temperatura, pH, potencial de oxireducción,inhibidores presentes, catalizadores y toda una gran cantidad de aspectospertinentes a los microorganismos que se encuentren en el proceso ademásde los fenómenos bioquímicos naturales o forzados que se puedan aplicar alproceso, caso específico el nuestro, en el cual se inoculan por medio forzadoal proceso grupos de microorganismos, enzimas, inhibidores, y otros paraacelerar los procesos de degradación anaeróbica y lograr una mayorproducción y calidad de biogás.

Anotamos a continuación una composición típica del biogás, conjuntamentecon el de nuestro proceso:

COMPOSICION PROMEDIO DEL BIOGAS

BIOGAS TIPICA Nuestroproceso

Refinado Purificado

CH4 55 - 60% 75% 88% 94.5% a 98%CO2 25 - 40% 8 - 12% 3.5%O2 1.23% 0.5% 0.5%NH3 1 -1.2% 0.5% 0,5%H2S 0.8 – 1.2% 0.01% TrazasH2 0.5 0.1% 0.1%N2 3.29 2.2% 1.8%Humedad Saturado 4.2% 2.5%

Otros 6.5% 3.1%

Las propiedades como poder calorífico, índice de Wobbe, velocidad deignición, requerimientos de aire/gas para combustión, etc., todas estadependen de la calidad de biogás obtenido, principalmente de la proporciónde metano contenido y grado de purificación que se le haga, sin embargoanotamos a continuación unos valores promedio en un biogás no purificado:

Page 4: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 4/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Poder calorífico inferior 21.48 MJ/m3

Índice de Wobbe 19.5 MJ/m3 Requerimiento teórico deAire/gas 5.71m3

Velocidad de ignición 0.25 m/s

NOTA IMPORTANTE:

La verdadera composición de un Biogás, es la que arroje un análisis

cromatográfico de este y los demás análisis correspondientes paradeterminar su calidad y características, por lo tanto ES UN ERROR basarseen cifras y datos indicados en informes o literatura sobre la composición delbiogás para un proyecto específico, siempre deben de efectuarse losanálisis correspondiente al biogás producido si se quiere manejar el proyectocon seriedad y rigor técnico.

USOS DEL BIOGAS.

SIN PURIFICAR: 

• PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE PLANTASGENERADORAS A GAS O TURBINAS A GAS: Para este caso serequiere que las plantas generadoras estén diseñadas para operarcon biogás, pues la mayoría de plantas generadoras a gas son paraGLP, o gas natural, por fortuna existen fabricantes que han diseñadoplantas y turbinas para operar con biogás, dentro de ellas GUASCOR,y otras empresas que ofrecen grupos electrógenos que operan ofuncionan con biogás como combustible.

• EN HORNOS, DESHIDRATADORES, SECADORES DE GRANOS,COCINAS, ETC.: Para estos casos solo se requiere que tengansistemas de combustión a gas, existen gran cantidad de equipos

fabricados para trabajar con biogás, sin embargo existe una ventaja alpoder con pequeñas modificaciones adaptar casi la mayoría deequipos que trabajan con GLP u otros gases, al biogás, lo cual ampliaenormemente la gama de uso del biogás.

• EN CALENTADORES DE AGUA, CALDERAS Y OTROS SIMILARES:El calentamiento de agua o producción de vapor es uno de lo usos

Page 5: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 5/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

mas eficientes del biogás, todos los equipos de este tipo a GLP, gasnatural, son fácilmente adaptables para que operen con biogás.

• CALENTAMIENTO DE AMBIENTE, INCUBADORAS, Y SIMILARES:El biogás es una excelente opción ambiental y económica para lasfincas con incubadoras de pollos, cerdos o que requieran elcalentamiento de cualquier micro ambiente o ambiente específico, oen cualquier lugar salas, restaurantes, etc. donde se desee aumentary mantener la temperatura del ambiente.

• EN INCINERADORES, O CUALQUIER TIPO DE EQUIPO CONSISTEMA DE COMBUSTION A GAS: Existen quemadoresespecialmente diseñados para trabajar con biogás, que se usan enincineradores y otro tipo de equipos similares a nivel industrial.

• USO RESIDENCIAL: Este uso es importante ya que se puede llevaren líneas de baja presión hacia las residencias, hoteles, etc., para lasestufas, calentadores y otros elementos debidamente adaptados abiogás, el uso residencial por medio de cilindros se puede considerarbajo condiciones especiales donde lo amerite el costo de lasinstalaciones requeridas, que tenga sentido económico en pocaspalabras.

BIOGAS PURIFICADO (BIOMETANO).

3. CUAQUIER EQUIPO QUE FUNCIONE CON GAS NATURAL: Elbiogás purificado (BIOMETANO) es llevado a metano en la máximaproporción posible, de tal forma que este biogás es metano, que es lomismo que el gas natural pues este también es metano en su mayorproporción, en algunos casos dependiendo del origen de gas natural(el yacimiento) tiene mayor proporción de metano el BIOMETANO queel gas natural.

4. GAS VEHICULAR: Este es un caso muy importante, ya que elBIOMETANO se puede usar en la misma forma que el GNC (GasNatural Comprimido) para vehículos de cualquier tipo (automóviles,buses, camiones, volquetas, tractores, etc.,) efectuando la debidaconversión y adaptación a gas del vehículo, de la misma forma sepuede usar en MOTORES ESTACIONARIOS. Se puede emplear enmotores Diesel y a gasolina.

5. PRODUCCION DE HIDROGENO: La producción de hidrógeno es talvez uno de los aspectos más importantes a futuro del uso del biogás,pues ya existen los vehículos a hidrógeno, y una de las fuentes masamplias de producción de hidrogeno será el biogás, nuestra empresa

Page 6: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 6/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

tendrá un sistema de producción de hidrogeno operando a partir delbiogás a finales del año 2009.

PRODUCCION DE BIOGAS:

Este es un tema muy controvertido donde la literatura habla de diferentesproducciones de biogás en los tratamientos anaeróbicos ya sea enbiodigestores de cualquier tipo (chinos, de la India, alemanes, etc.,) o encualquier otro tipo de tratamiento anaeróbico, en la mayoría de los casos larealidad no concuerda con las experiencias realizadas y esto se debe amuchos factores que se deben considerar muy seriamente cuando sepretenda obtener una producción de gas deseada, veamos de queelementos o factores principales depende la producción de biogás:

1. EL TIPO DE SISTEMA O PROCESO ANAEROBICO EMPLEADO: Dependiendo del sistema o proceso empleado se puede obtener unamayor producción de biogás y también se puede reducir el tiempo deretención necesario para que la materia orgánica se degrade hasta lafase de producción de metano (metanogénica), las eficienciasmayores se logran cuando los sistemas tienen control de algunascondiciones o varias, como la temperatura, el pH, manejo del tamañode la biomasa a tratar, agitación, aplicación de inóculos, etc., en losbiodigestores comunes donde no se aplica ningún control sobre losprocesos de degradación, están sometidos a los fenómenos naturalesde degradación, microorganismos presentes, características propiasde la biomasa tratada y las condiciones ambientales en razón a latemperatura a que se desarrollan estos procesos de degradación, latemperatura es muy importante, pues los microorganismos partícipesen la degradación anaeróbica por lo general son mesófilos ytermófilos, esto quiere decir que trabajan adecuadamente cuandooperan con temperaturas entre los 36 y 40 grados centígrados paralos mesófilos y los 45 a 60 grados centígrados para los termófilos,inclusive hay microorganismos muy eficientes en la degradaciónanaeróbica que operan adecuadamente a mayor temperatura, entrelos 60 a 75 grados centígrados o mas, estos son los hipertermófilos,por lo tanto si el Biodigestor o sistema anaeróbico no controla ymantiene algún rango de temperatura adecuado, en los climas fríosdemorara muchos días hasta meses en llegar la producción demetano, y en climas cálidos o calientes se darán a mayor velocidad,se deduce entonces que si empleamos sistemas de calefacción para

Page 7: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 7/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

mantener la temperatura necesaria en las fases de degradacióntendremos una más rápida y eficiente producción de biogás. Ahora,no solo la temperatura influye en el proceso, el pH, tipo de biomasa,agitación, control del tamaño de partículas de la biomasa para mejortransferencia de masa, manejo especial de microorganismos ycatalizadores, inóculos adicionales que favorezcan el proceso y elmayor control posible que se pueda implementar sobre las fases dedegradación, favorecerán totalmente la producción de biogás, por lotanto mientras los sistemas tengan mayor control y manejo de lascondiciones de degradación anaeróbica, será más eficiente laproducción de biogás en razón de tiempo y calidad.

2. TIPO DE BIOMASA O MATERIA ORGANICA TRATADA: Esto es degran importancia, pues dependiendo de la materia orgánica tratada enel sistema anaeróbico, serán mas eficientes los procesos dedegradación, una de las razones mas importantes por la cual sucedeesto, es que muchos materiales orgánicos como los estiércoles ypurines de cerdo, vacunos, etc., cuentan ya con una buena cantidad ycalidad de microorganismos requeridos para la degradaciónanaeróbica, otros aportan energía, etc., por eso, un Biodigestorcomún produce mas gas si se alimenta con estiércol de cerdo que sise alimentara con solo residuos de un cultivo o materiales orgánicosque no cuentan con esos microorganismos. Muchos elementos yfactores adicionales pueden aportar ciertas materias orgánicasbenéficas para la producción de biogás, este es un tema muy extenso,recomendamos a quien se interese, profundizar en microbiología y labioquímica de degradación para una mayor comprensión de estetema.

3. EMPLEO DE MEDIOS FORZADOS: Cuando hablamos de mediosforzados, nos referimos a todo proceso, inóculo, agregado, control ycualquier medio aplicado que no haga parte de los fenómenos dedegradación natural y elementos propios de la biomasa procesada,por ejemplo el agregar o inocular microorganismos, enzimas comocatalizadores, desarrollo y empleo de microorganismos modificados,inóculos y sustratos especiales, inhibidores, empleo de sistemas decontrol de pH, temperatura, acidez específica, potencial deoxireducción, etc., todo esto con el fin de acelerar los procesos dedegradación y mejorar su eficiencia en todos los sentidos, nuestratecnología se basa en esto, tratando de controlar de la mejor formaposible los fenómenos de degradación anaeróbica, de hecho

Page 8: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 8/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

desarrollamos investigación aplicada continua sobre estos, ya que esun área en la que falta mucho por investigar y desarrollar, a quien leinterese, puede leer nuestro documento anexo a este llamado “Bases del proceso de tratamiento anaeróbico de biomasa“.

Los anteriores son los aspectos más importantes que influyen en laproducción de biogás, pasemos ahora a revisar lo referente a la producciónde biogás en cuanto a volumen o cantidad generada de acuerdo a lacantidad de materia orgánica degradada en condiciones normales, se puedecalcular en base a:

a) El DQO (demanda química de oxigeno), como medida indirectade la cantidad se substrato transformable en biogás.

b) Valor de carbono orgánico total (COT), midiendo el CO2 formado en la combustión.

c) Los sólidos totales (ST), que es lo que queda después de unproceso de evaporación a 103 - 105º C.

d) Los sólidos volátiles (SV), que corresponde al material orgánicodescompuesto a 550º C, (más o menos 50°C).

e) Otros más especializados y complejos cuando se empleanmicroorganismos modificados, catalizadores especiales,cationes, medios electrógenos y otros siempre sobre la base desólidos efectivos para la producción de biogás.

Sin entrar al muy interesante pero arduo tema de la bioquímica ymicrobiología relacionada con la producción de biogás, vamos a indicar deuna manera muy simple pero práctica el potencial o capacidad de producciónde biogás con nuestro sistema, de tal forma que:

Teniendo una materia orgánica con una humedad máxima del 18%,calculando en base a los ST, (sólidos totales) o SV, (sólidos volátiles),mediante nuestro proceso con el control de los fenómenos de degradaciónque aplicamos, el empleo de microorganismos especiales modificados o no,procesos electrógenos y otros, se obtiene:

Producción inferior 0.25 a 0.45m3  de biogás por kilogramo demateria orgánica

Producción superior 0.60 a 0.75m3 de biogás porkilogramo de materia

Page 9: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 9/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Cabe aclarar que en el 95% de los casos obtenemos la producción superior,este biogás se puede llevar a Biometano purificándolo.

SOBRE EL BIOGAS Y OTROS GASES.

Una de las preguntas mas frecuentes sobre el biogás, es ¿A quecorrespondería una cantidad dada de biogás en comparación con los otrosgases comerciales, en especial el GLP (gas licuado del petróleo) y el gasnatural, con cuanto biogás reemplazo un cilindro de GLP de X tamaño, o acuanto gas natural equivale, etc.?, para responder esta pregunta y otrasmas, a continuación resumimos los aspectos mas importantes sobre estetema.

¿COMO SE QUE CANTIDAD DE BIOGAS REMPLAZA A OTRO GAS?:Si queremos dar una respuesta casi exacta, no es tan fácil, pues debemosefectuar una serie de cálculos que no solo incluyen los gases en cuestión,sino otros factores adicionales para lo cual se requiere un análisis y estudiodetallado, el cual es recomendable en la mayoría de los casos que sedesarrolle un proyecto serio de biogás, si no, en todos a nuestro parecer,pero para simplificar las cosas, veamos lo mas relevante al respecto enreferencia a los gases de mayor uso comercial como son el GLP, y gasnatural, ya que para responder esta pregunta debemos conocer el podercalorífico, índice de Wobbe, y otras características de estos gases parapoder establecer equivalencias.

GLP - (GAS LICUADO DEL PETRÓLEO):El gas licuado del petróleo (Propano – Butano) es uno de los mas

conocidos y comunes, de mayor uso residencial e industrial, es llamadopopularmente en algunos países PROPANO debido a que su mayorcomponente es este gas, pero en realidad es una mezcla de Propano (C3H8)y Butano (C4H10), mezcla que varia de acuerdo al país y fabricante, pudiendoser una de ellas 80% Propano y 20% Butano, en otros países 70% Butano y30% Propano, etc., lo venden en cilindros de diferentes tamaños para casas,restaurantes, o en tanques estacionarios de gran tamaño para industrias,este gas es entregado en nuestras casas en cilindros que se remplazancuando se vacían, el gas esta en forma líquida en los cilindros (bombonas,garrafas, tanques, etc., en otros países) y se le vende por libras okilogramos.

Page 10: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 10/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

La mayoría de estufas, calentadores, secadoras, hornos, etc., tienenquemadores o sistemas de combustión diseñados para GLP, o Gas Natural,pero casi todos estos se pueden adaptar a biogás si se desea, pero elalmacenamiento del biogás es lo que tiene más complejidad en relación asu entrega y uso, un error común dentro de los ciudadanos o personas queno manejan conceptos del gas es pensar que el biogás se puede almacenaren los mismos cilindros de GLP domiciliario, y no es así, pues el biogás paraque tenga sentido comprimirlo debe purificarse a metano, o sea secomprimiría el Biometano, no el biogás y para esto se necesitan presionesmuy altas (entre 200 a 250bar) y lógicamente cilindros especiales quesoporten esta presión, y los cilindros de GLP no soportan esa presión, dehecho, el Biometano viene a ser casi lo mismo que el gas natural ya que sucomponente principal es el metano con algunas trazas de otroscomponentes, por lo tanto para almacenar el Biometano se deben de usarlos mismos equipos y sistema utilizados para el Gas Natural, por otro lado sedebe conocer bien las características del biogás para que pueda funcionarcorrectamente en lo sistemas de combustión, determinar el índice deWobbe del biogás a utilizar y otros aspectos mas como su presión deentrega, regulación requerida, etc., todos estos factores y otros mas,veamos entonces lo básico sobre los cilindros de almacenamiento del GLP ydel Gas Natural:

Page 11: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 11/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Estos son los cilindros más conocidos donde se distribuye el GLP a nivelresidencial e industrial, el gas se encuentra en forma líquida en estoscilindros, el GLP es llevado en forma gaseosa por presión de vaporizacióna los sistemas de combustión pasando por el regulador cuando se abre laválvula del cilindro, dentro de una botella de GLP, la fase líquida seencuentra en equilibrio con su fase vapor, a cada temperatura correspondeuna presión de equilibrio, si la temperatura bajara hasta que la presión delgas alcanzara el valor de la atmosférica cesaría la salida de gas del envaseEn un GLP común su volumen en fase liquida se transformaaproximadamente en 240 en fase gaseosa, como el GLP es una mezcla deButano y Propano se encuentran a una determinada presión en el recipiente,

si la temperatura aumenta, la presión aumenta, y viceversa, la tensión devapor del Butano comercial es de aproximadamente 3 atmósferas, y la delpropano 8,5 atmósferas (esto a 20° centígrados) por lo tanto la presióndentro de los cilindros es suficientemente alta para hacer uso continuo delGLP en distintas aplicaciones, y lo suficientemente baja para almacenarlo encilindros de construcción ligera formados por dos piezas de acero unidas poruna soldadura ecuatorial, (a diferencia de los de Gas Natural que son de una

Page 12: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 12/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

sola pieza sin soldadura y soportan mas altas presiones), estos cilindrosdeben soportar una prueba de presión hidráulica de 30 bars (435.12psi), adiferencia de los de GNC (gas Natural Comprimido) que tiene una presión dediseño mínima de 300 - 350 bars, por esa razón no se pueden utilizar loscilindros de GLP para almacenar GNC o Biometano.En relación presión de los gases en el recipiente depende de los gases quecontenga, recordemos entonces la ley de Dalton de presiones parciales:

Ley de Dalton de las presiones parciales

Con frecuencia hemos de tratar con mezclas de gases en los que haypresentes más de una sustancia. La ley de Dalton establece que la presióntotal de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales delos componentes de la misma. Se entiende por presión parcial a la queejercería cada uno de los gases si estuviera solo en el recipiente.

Para una mezcla de gases 1 y 2: pT = p1 + p2, donde p1 y p2 son laspresiones parciales.La validez de la ley de Dalton se puede verificar fácilmente utilizando la leyde los gases ideales:

P2 = n2(RT/V)Entonces:

PT = P1 + P2= n1(RT/V) + n2(RT/V) = (n1 + n2) (RT/V)

Es decir la presión total está determinada por el número de moles gaseosospresentes, sin importar si el total representa a una sustancia o a una mezcla,la presión parcial de un gas en una mezcla es igual a su fracción molarmultiplicada por la presión total

Page 13: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 13/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

CILINDROS DE GNC (Gas Natural Comprimido):

En estos cilindros se guarda el Gas Natural o el Biometano en forma

gaseosa, no en forma líquida como el GLP, son cilindros fabricados sincostura o soldaduras, la mayoría de ellos son en acero, o en aluminioinyectado, la presión de diseño mínima debe ser de 30MPa (4350psi) a5000psi y de operación de 3000psi, por lo tanto para guardar el GNC oBiometano comprimido en estos cilindros se utilizan compresores especialesque lleguen a esas presiones, estos cilindros son los que comúnmentevemos en los vehículos que utilizan GNC, veamos a continuación suvolumen y capacidad de almacenaje:

Page 14: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 14/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Estas son las medidas más comunes, en estos cilindros podemosperfectamente almacenar el Biometano, recordemos que el Biometano vienea ser casi lo mismo que el gas natural siendo su principal componente elmetano CH4, por lo tanto, para factores prácticos todo lo relacionado al GasNatural se puede aplicar al Biometano, se habla mucho de vehículos abiogás, en Suecia y otros países, sin embargo queremos aclarar que se debedecir mas apropiadamente vehículos a Biometano, pues el biogás que seemplea en esos vehículos es purificado a metano en su mayor proporción.

Pasemos ahora a conocer las características y composición del GLP y elGas Natural, para poder continuar con la comparación sobre su uso yreemplazo:

COMPONENTES DEL GLP (Gas Licuado del Petróleo PROPANO –BUTANO).

Los cilindros para GNC vienen en las siguientes medidas.

Page 15: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 15/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Inflamabilidad y combustiónEl butano y el propano forman con el aire mezclas inflamables en lassiguientes proporciones:

•  Propano, entro el 2,2 y 9,5%

•  Butano, entre el 1,9 y 8,5%

Para la perfecta combustión del butano y del propano se necesitan lassiguientes cantidades de aire o de oxígeno.

Page 16: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 16/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

GAS NATURAL:

Componentes del gas natural

Los siguientes, son los componentes principales del gas natural, estos varíansegún el yacimiento:

Componente % Component

e %

Metano 95,0812 i-pentano 0,0152

Etano 2,1384 Benceno 0,0050Propano 0,2886 Ciclohexano 0,0050n-butano 0,0842 Nitrógeno 1,9396i-butano 0,0326 CO2 0,3854n-pentano 0,0124 Otros 0,0124

Las propiedades del gas natural según la composición indicada son las

siguientes:

Densidad: 0,753 kg/m ³ Poder calorífico: 9,032 kcal/m ³Cp (presión constante): 8,57 cal/mol.°C Cv (volumen constante): 6,56 cal/mol.°C

Page 17: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 17/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

Gas natural.

Fórmula desarrollada

Propiedades principales de los componentes del gas natural (15 °C y 1atmósfera)

Combustible

P.F.°C

P.E.°C

P.M.kg

Densidadkg/m ³

PoderCaloríficokcal/m ³

Calor deCombustiónkcal/kg

Metano-182,5

-161,5

0,016 0,7175 9024 13187

o -183 -87 0,030

1,3551 15916 12267

Etileno-169,4

-103,8

0,028 1,26 - -

Propano-189,

9

-42,10,044 2,0098 22846 11955

n-butano-138,3

-0,50,058 2,7068 30144 11862

i-butano -145 -10,2 0,058

2,7091 29955 -

Page 18: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 18/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

n-pentano -130 360,072 3,5066 38149 -

i-pentano - - 0,072 3,4354 37630 -

Benceno 5,5 80,1 0,078 890 - 10026

Ciclohexano 6,55 80,7

40,084 - - 11167

Es importante recordar que al comprimir un gas y pasar de presión 0 onormal a una presión superior o real, la masa siendo la misma ocupa menorvolumen, aumentando su densidad absoluta dada en kg/m3, respecto a latemperatura, los cuerpos se dilatan al aumentar esta, especialmente losgases disminuyendo su densidad absoluta, la masa específica (masa porunidad de volumen = densidad absoluta) de un gas que pasa de unapresión absoluta

Ho = l kgf/cm2 a otra de valor absoluto Hі; de temperatura 0°

centígrados a otra Tі, variara de valor Mo inicial, en esas condiciones

normales, a otra Mі, en las condiciones reales de presión Hі y temperatura Tі 

, según la siguiente expresión:

Conocidas la composición y las características de estos gases (GLP, GasNatural, Biogás), se deduce que para saber como se reemplaza el uso de ungas a otro debemos considerar varios aspectos, pues vamos a usar el gas en

Page 19: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 19/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

quemadores de diferente tipo, motores y sistemas de combustión varios,etc., recomiendo revisar las propiedades de la combustión para una mejorcompresión de este tema, pero por lo menos debemos determinar:

1. SU PODER CALORIFICO: El poder calorífico de un gas lo podemosdefinir como la cantidad de energía liberada por un combustiblecuando se queme estequiométricamente y los productos decombustión salgan a igual condición de temperatura y presión a la queentran los reactivos, para el caso de el GLP, Biogás, Gas Natural quenos concierne es necesario diferenciar entre poder calorífico superior(PCS) y poder calorífico inferior (PCI), debido a la formación de aguaen la combustión de estos, donde en uno se considera que el agua delos humos sale en estado líquido aprovechando su entalpía devaporización, y en el otro en estado gaseoso respectivamente, elpoder calorífico es indispensable para calcular la potencia térmica decualquier equipo que funcione con gas; otras definiciones massimples lo definen como la cantidad de calor que puede entregar ungas en su combustión, o la capacidad de ceder calor de uncombustible cuando esta ardiendo, o la cantidad de calor que entregaun kilogramo o un metro cúbico de gas o combustible al oxidarse enforma completa, etc.

2. ÍNDICE DE WOBBE: Es la relación entre el poder calorífico del gas yla raíz cuadrada de la densidad relativa de éste, y se expresacomúnmente en kw.h/m3 estándar o normal de gas. Para ello,generalmente se toma el poder calorífico superior, pero tambiénpuede ser calculado respecto al inferior, esta propiedad esindispensable cuando se requiere conocer la potencia que se utilizaen un sistema de combustión, también es un parámetro fundamentalen la teoría de intercambiabilidad de gases, pues éstos deben tener elmismo valor para que se conserve la potencia en el sistema sinmodificar su geometría, entonces debemos calcular el índice deWobbe del biogás que producimos para saber si se puedeintercambiar apropiadamente o saber que modificaciones se deben deefectuar en el sistema de combustión si son factibles.

3. TEMPERATURA DE ROCÍO (Temp. rocío): La combustión dehidrocarburos (CxHy) e hidrógeno produce vapor, el cual se encuentracomo vapor en los productos de combustión. La temperatura a la cualse inicia la condensación del vapor de agua en los productos decombustión se denomina temperatura de rocío, esta resulta

Page 20: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 20/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

importante en el estudio de la recuperación de la entalpía devaporización del agua en los productos de combustión resultantes alquemar un combustible específico.

4. LÍMITES DE INFLAMABILIDAD: (LII –límite inferior de inflamabilidad–LIS –límite superior de inflamabilidad–).Corresponden a lasproporciones de la mezcla combustible - oxidante en porcentaje porvolumen de gas en la mezcla, para las cuales la reacción decombustión puede iniciarse y auto propagarse.

Como el Biogás lo llevamos a Biometano, o sea que su composición esmetano en su mayor porcentaje, veamos las propiedades de combustión delmetano.

PROPIEDADES DE COMBUSTION DEL METANO:

Peso molecular 16.042 kg/kmolDensidad relativa 0.5538Volumen estequiométrico de aire 9.52m3

aire / m3as

Masa estequiométrica de aire 17.19095kgaire / kg as

Volumen de humos húmedos 10.52m3(st)huhum / m3

(st) as

Volumen de humos secos 8.52m3(st)husec / m3

(st)gas

Volumen de CO2 1m

3

(st)huhum / m

3

(st) asPorcentaje máximo de CO2 9.506%Volumen de agua 2m3

(st)agua / m3

(st)gas

Poder calorífico superior volumétrico 10.49 kw.h / m3st

Poder calorífico inferior volumétrico 9.43 kw.h / m st

Poder calorífico superior (másico) 15.4157 kw.h / kgPoder calorífico inferior (másico) 13.8917 kw.h / kgÍndice de Wobbe superior 14.09 kw.h / m st

Índice de Wobbe inferior 12.67 kw.h / m st

Temperatura de rocío 59.3 °CLímite inferior de inflamabilidad 5

Límite superior de inflamabilidad 15Velocidad de deflagración 0.35 m/sCalores específicos a 300 K 2.2537 KJ/kg K

Como el biogás o Biometano lo vamos a utilizar principalmente comocombustible, por necesidad tenemos que conocer las característicasanotadas anteriormente en este documento, también en que tipo de equipos

Page 21: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 21/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

se va a usar (quemadores atmosféricos, con aire caliente, en mezcla, etc.), ydeterminar su reemplazo adecuadamente si es posible para que puedasuministrar las kilocalorías requeridas en un proceso o equipo, que se cuentecon la presión adecuada de entrega a los sistemas de combustión según lasespecificaciones del fabricante, etc., de tal forma que la combustión sea laapropiada, veamos algo muy básico sobre la combustión:

COMBUSTIÓN:Es el proceso de oxidación rápida de un combustible acompañado de unaumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustiblescomunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígenode la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido decarbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, queproceden de los componentes menores según el combustible.A los combustibles gaseosos como el gas natural, el Biometano, el gasrefinado o los gases manufacturados, se les añade aire antes de lacombustión para proporcionarles una cantidad suficiente de oxígeno. Lamezcla de aire y combustible surge del quemador a una velocidad mayor quela de la propagación de la llama, evitando así el retroceso de ésta alquemador, pero permitiendo el mantenimiento de la llama en éste. Estoscombustibles, en ausencia de aire, arden con llamas relativamente frías yhumeantes. Cuando el gas natural arde en el aire alcanza temperaturas quesuperan los 1.930 °C.

Conozcamos algunas reacciones de combustión de diferentes gases:

Metano: CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O

Etano: 2C2H6 + 7O2 ® 4CO2 +6H2O

Eteno: C2H4 + 3O2 ® 2CO2 + 2H2O

Propano: C3H8 + 10O2 ® 3CO2 +4H2O

Butano:2C4H10 + 13O2 ® 8CO2 +10H2O

Pentano: C5H12 + 8O2 ® 5CO2 +6H2O

Benceno: 2C6H6 + 15O2 ® 12CO2 +6H2O

Ciclohexan C6H12 + 9O2 ® 6CO2 +

Page 22: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 22/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

o: 6H2O

El Biometano o el gas natural son susceptibles de reaccionar con aire uoxigeno produciendo llama y gran cantidad de calor, el gas comocombustible y el aire como comburente. La inflamación del gas depende delos límites de inflamabilidad, la temperatura de auto ignición y la mínimaenergía para su inflamación.Por ejemplo, una mezcla de gas y aire puede producir llama únicamentecuando la mezcla contiene una proporción de gas suficiente.Para el gas natural, el (L.I.I.) limite inferior de inflamabilidad (5%) es aquel

hasta el cual la mezcla es pobre en combustible. Superado el (L.S.I.) limitesuperior de inflamabilidad (15%) la mezcla pasa a tener un exceso decombustible. Entre ambos límites se encuentra toda la mezcla inflamablecuando además coincide una energía de activación.

Si a presión atmosférica la temperatura aumenta el LII se reduce, en cambioel L.S.I. aumenta.

Si a temperatura constante varia la presión, tenemos:Presión 1,013 bar 7 bar 14 bar 21 bar 100 barL.I.I. 5% 4,98% 4,93% 4,9% 4,6%L.I.S. 15% 18% 24% 32% 50%

Si pretendemos usar el Biometano en motores de combustión interna,tomemos en cuenta que para este efecto los combustibles líquidos ygaseosos se clasifican en base a una escala conocida como índice deoctano, el fundamento de esta escala es la propiedad de algunoscombustibles a producir golpeteo en las máquinas de combustión interna.Para clasificar un combustible se necesita una máquina normalizadora. Alheptano (C7H18) se le asigna arbitrariamente un índice de octano de cero y al2,2,4-trimetilpentano de 100. La máquina normalizadora se pone a funcionarcon el combustible que se prueba, así como con varias mezclas de lospatrones. Cuando una de las mezclas de los dos combustibles de referenciacausa el mismo efecto que el combustible de prueba, el ensayo concluye. Elíndice de octano del combustible de prueba es el correspondiente al

Page 23: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 23/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

porcentaje del 2,2,4-trimetilpentano de la mezcla con heptano, para el gasnatural o el Biometano, el índice de octano es de 120 a 125 octanos

Recordemos también que los equipos de combustión manejan una presióndeterminada, veamos algunas de ellas:

GAS NATURAL:Presión nominal: 1.8 kPa (184 mm H2O)Presión mínima: 1.5 kPa (153 mm H2O)Presión máxima: 2.2 kPa (224 mm H2O)

GAS LICUADO DE PETRÓLEO (GLP):Presión nominal: 2.7 kPa (276 mm H2O)Presión mínima: 2.2 kPa (224 mm H2O)Presión máxima: 3.3 kPa (337 mm H2O)

Basados en toda la información que tengamos sobre nuestro biogás o elBiometano, podemos determinar si es posible su reemplazo en un sistemade combustión determinado, como resumen practico debemos entender que:

1. El índice de Wobbe debe ser muy cercano para que funcioneadecuadamente en un sistema de combustión.

2. Los quemadores o sistemas de combustión deben de estar adaptadosal tipo de gas que se va a utilizar.

3. Un biogás con un poder calorífico bajo (entre las 4.300 a4.800kcal/m3) se puede usar fácilmente en quemadores atmosféricoso de otro tipo, pero que estén adecuados a este tipo de gas, (volumende aire/gas, etc.,) con toda tranquilidad se puede utilizar en estufas,neveras con sistema de absorción, y otros equipos que no requierancondiciones específicas para sus sistemas de combustión, que esténdiseñados o adaptados para trabajar con el biogás al cual se le debehaber removido la humedad, el H2S, y otros en buena proporción, nonecesariamente purificado o llevado a Biometano.

4. La mejor opción es purificar nuestro biogás a Biometano, si se quieretener la posibilidad de utilizarlo en todos los equipos que operan conGas Natural, incluyendo el Gas Vehicular.

Por último, si queremos calcular el consumo y costo del biogás (o mejorBiometano que es el que entregamos con nuestro sistema), en comparación

Page 24: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 24/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

con los otros gases, lo debemos hacer en base AL CONSUMO DEKILOCALORIAS, O GIGACALORIAS, nada sacamos sabiendo que seconsumen X metros cúbicos de biogás o Biometano para cierto caso si nosabemos el número de calorías que se esta aportando o remplazando paraun proceso específico, entonces lo que debemos hacer es:

• Determinar las calorías que suministra nuestro Biometano (kcal/m3) enel proceso de acuerdo al sistema de combustión empleado. Yobviamente de acuerdo a su composición.

• Determinar el costo por kilocalorías o giga calorías (según elconsumo) dividiendo el costo del metro cúbico de nuestro gas por lacantidad de calorías suministradas.

• Eficiencia de los sistemas de combustión y otros factores se debenconsiderar mediante un estudio del caso, sin embargo para hacersimple el ejemplo y no complicar el caso basémonos simplemente enlos factores anteriores.

EJEMPLO:

Pongamos un caso bien sencillo, el del consumo de una estufa normal paracocinar, suponiendo que vamos a cocer o cocinar 1 kg de arroz, que laestufa esta diseñada por el fabricante para un consumo de 1450 kcal/h,entonces tenemos:

- Para cocinar 1 kg de arroz se emplean aproximadamente 20minutos.

- La estufa que usamos tiene un consumo de 1450 kcal/h- Vamos a emplear primero GLP- Luego con Biometano

Donde tenemos que:

- De acuerdo al consumo de la estufa que es de 1450 kcal/h,dividimos por 60 minutos esta cantidad (1450 / 60 = 24.166 ), osea que la estufa consume por minuto 24.166 kcal,

- Como la cocción del arroz dura 20 minutos, multiplicamos lacantidad anterior por 20 (24.166 X 20 = 483.33), por lo tantoempleamos 483,33 kcal para la cocción del arroz.

- Suponiendo que empleamos un GLP con un poder calorífico de6100 kcal/lt, y el cilindro tiene una capacidad de 5 litros,tendríamos un total de (6100 X 5 = 30500 kcal ) 30.500 kcaldisponibles, y si el cilindro nos cuesta $22.000 (veinte y dos mil

Page 25: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 25/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

pesos) colombianos, dividiendo nos daría un costo porkilocaloría de $0.72131pesos,

- Entonces multiplicamos las 4833,33 kcal que necesitamos paracocinar el arroz y eso nos da el costo en pesos para cocinar elarroz, o sea:

- 483,33 X $ 0.72131 = $ 348,630 pesos que nos cuesta enenergía la cocción del arroz

- ENTONCES debemos reemplazar y suministrar con 483.33kcal para la cocción del arroz, teniendo un poder caloríficosupuesto de 8900 kcal/m3, dividimos las 483,33 kcal entre la8900 kcal que tiene nuestro Biometano, (483,33 / 8900 =0,05430) lo que nos da un consumo en metros cúbicos deBiometano de 0,05430m3 requeridos para la cocción del arroz.

- Si tenemos un costo aproximado de producción de Biometanode $200 pesos por metro cúbico considerando:

- $148,00 pesos por la operación del sistema incluyendo energíarequerida, mano de obra inóculos, etc.

- $52,00 pesos como costo de la purificación del biogás aBiometano

- Tenemos un costo de 0,02247 pesos por kilocaloríasuministrada, multiplicamos este valor por las 483,33kilocalorías empleadas en la cocción de arroz lo que da:

- 483,33 X $0,02247 = $10,86 pesos el costo para la coccióndel arroz,

- Esto nos da una diferencia en costo contra el GLP de:- $348,630 - $10,86 = $ 337,55 pesos a nuestro favor.- HAGAMOS el mismo calculo con el Gas Natural colombiano a

un costo de $550,00 pesos por metro cúbico, entoncesutilizamos la misma cantidad de gas que el Biometano o sea0,05430m3, que multiplicados por $550,00 nos da un total de$29,865 pesos para la cocción del arroz.

Todo esto puede variar de acuerdo al costo del GLP en el lugar, su poder

calorífico en ambos casos, etc., veamos un caso nos suministraron de unhotel en México con un consumo alto de GLP y es:

• Consumo total en todos sus equipos = 17000 litros por mes de GLP• Tomamos el factor de conversión de litros de GLP a metros cúbicos

de Gas Natural o Biometano que es de 0,755 (0,755 X 17000 =12835m3 de Biometano o gas natural.

Page 26: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 26/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

• Multiplicamos este resultado por el poder calorífico del gas natural =8726kcal/m3, nos da ( 12.835,00 X 8.726,00 = 111998210,00kilocalorías, que si las pasamos a giga calorías no da un valoraproximando de 112 G calorías al mes

• La giga caloría con GLP a los costos de allá sale a $684,56• Con gas natural sale a $397,36 , o sea que el ahorro utilizando el gas

natural o Biometano (asumiendo que se cobra al mismo precio que elgas natural) es del 41.95%

Como bien lo expresamos anteriormente, todo puede variar según los costosen el país del GLP, el poder calorífico del los gases, y muchos factores mas.

Obviamente estos son cálculos groseros y elementales ya que muchos otrosfactores se deben considerar para tener un valor real o bien aproximadosobre estos cálculos, por ejemplo, todos los equipos comerciales debenespecificar su “Consumo calorífico” o potencia inferior (Pi), de acuerdo a lasnormativas para esos equipos, pero normalmente se trabaja con la potencianominal superior, entonces veamos algunos de estos factores que se debende tomar en cuenta para determinar los consumos de un equipo, variosequipos que trabajen en simultaneidad, en un conjunto residencial, etc., locual puede aplicar con la utilización de un gas u otro reemplazando losvalores correspondientes, pondremos como ejemplo el uso del propano quees el mas conocido por todos.

1. POTENCIA INFERIOR (Pi): (consumo calorífico de un equipo) =La potencia consumida referida al poder calorífico inferior (Hi)donde Pi = caudal de gas X Hi (en kW).

2. POTENCIA SUPERIOR (Ps): Es la potencia producida referida alpoder calorífico superior (Hs) donde Ps = caudal de gas X Hs (enkW)

3. POTENCIA UTIL (Pu): Se calcula sobre la potencia transmitida alagua = caudal de agua X Ce (calor másico específico) X ∆T,

entonces Pu = Ps menos las pérdidas en kW.Entonces, si queremos determinar el rendimiento de una estufa, calentador uotro equipo a gas nos debemos referir a los datos anteriores, veamos unejemplo con un calentador de paso a gas (GLP) común con las siguientesespecificaciones de fábrica:

Page 27: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 27/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

• Una potencia útil de 17.44 kW (caudal de agua de 10 litros por minutopara un ∆T de 25º C, tenemos entonces 10 litros X 60 minutos X 1 X25 (el delta T) dividido por 860 (1 kW/h = 860 kcal, o 1 kW = 860kcal/h), entonces: 10 X 60 X 1 X 25 = 15000 kcal / 860 = 17.44 kW.

• Un consumo calorífico de: Pi = 12,67 X 1,6 = 20,27 kW, donde Hi =12,67 Kwh./kg. o 26,55 kWh/m3, (los 1,6 hacen referencia al caudal degas consumido Q = 1,6 kg/h, o 0,76m3  /h para el GLP).

• Una potencia superior Ps = 1,1 X Pi = 22,30 kW• Entonces podemos calcular el rendimiento respecto al Pi y al Ps,

donde ρ = Pu / Pi, remplazando nos da ρ = 17.44 / 20.27 = 0,8603 loque nos da un rendimiento del 86%

• El rendimiento respecto a Ps será, ρ = Pu / Ps , reemplazandotenemos: ρ = 17,44 / 22,30 = 0,7820 lo que nos da un rendimiento del78%.

El caudal de gas se debe considerar siempre en caudales volumétricos, paratransformar la expresión másica a volumétrica se divide el caudal dado enmasa del gas, por la masa en volumen del gas en forma gaseosa,supongamos entonces que tenemos:

• Un caudal en masa de gas propano de Qm =  15 kg/h, entonces suequivalencia en volumen (Qv) será: Qv = Qm / ρ(masa en volumen del gas, en

este caso propano), reemplazando tenemos Qv = 15 kg/h / 2,095 (masa envolumen del propano) = 7,5 m3 /h.

• El caudal de gas necesario para obtener la potencia superior (Ps) oaprovechar la potencia útil (Pu), se deduce conociendo el podercalorífico superior del gas de donde Q = Ps / Hs.

Obviamente se nos presentaran casos donde a más de un equipo se le debesuministrar gas simultáneamente en un proceso o proyecto, por lo tanto enestos casos debemos considerar:

4. CAUDAL DE SIMULTANEIDAD: En este caso debemos considerar loscaudales individuales de cada equipo, pero el caudal de simultaneidad nose puede considerar como las suma de todos los caudales de losequipos, ya que no se van a utilizar necesariamente a la vez, entoncesdebemos determinar:

a) El caudal máximo probable de simultaneidad.

Page 28: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 28/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

b) Los caudales nominales de los aparatos de mayorconsumo

c) Los caudales nominales de los otros equiposEntonces determinemos caudales máximos para equipos imaginarios,supongamos que tenemos entonces una caldera y un horno, y una estufa yun calentador, la caldera y el horno son los de mayor consumo y las de laestufa y el calentador los de menor consumo, los caudales nominales de losequipos en base a su potencia nominal (P), sobre el poder caloríficosuperior del gas (Hs), entonces asignando PA, para la caldera, PB, para elhorno, PC, para la estufa y PD, para el calentador, los caudales nominales(Qx) respectivos respetando su nomenclatura asignada serán:

• QA = PA / Hs para la caldera• QB = PB / Hs para el horno• QC = PC / Hs para la estufa• QD = PD / Hs para el calentador• Donde aplicando una fórmula adecuada, el caudal máximo de

simultaneidad expresado en m3 /h, (Qsi) se obtendrá sumando primerolos caudales nominales de los equipos de mayor consumo (QA y QB),quedando: Qsi = QA + QB, a lo que luego le sumamos los valores deQC + QD + QN (en caso de que haya otro equipo) divididos por 2.

5.  POTENCIA DE DISEÑO: La potencia de diseño corresponde a la“Potencia Nominal De Utilización Simultánea”, (Psi), se calculamediante la siguiente fórmula: Psi  = Qsi X Hs, siendo Qsi el caudalsimultaneo individual en m3 /h y Hs el poder calorífico superior del gasen kWh/m3.

6. FACTOR DE SIMULTANEIDAD (S): El factor de simultaneidad aplicapor ejemplo en el caso de un conjunto residencial, donde se debecalcular el caudal de diseño máximo probable para las viviendas delgrupo, (Caudal máximo probable de una instalación común = Qsc ),

pues no todos los aparatos van a funcionar simultáneamente, el valordel caudal máximo probable de la instalación común se obtiene comola suma de cada caudal máximo probable individual (Qsi), por el factorde simultaneidad que corresponda, aplicando la siguiente fórmula:

Qsc = Σ Qsi * S

Page 29: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 29/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

NOTA: Los factores de simultaneidad pueden ser diferentes según la ciudado comunidad, por ejemplo, para viviendas iguales “S” (factor desimultaneidad) puede determinarse como “S1”, factor de simultaneidad paraviviendas con calefacción y “S2”, para viviendas con calefacción, en estecaso como los grupos de viviendas tienen un Qsi diferente, se agrupan lasunidades de vivienda con un Qsi igual para obtener un Qsc parcial de cadagrupo y se emplea la siguiente fórmula para su cálculo:

Qsc = N * Qsi * S (siendo “N”, el número de viviendas que tienen igual elcaudal máximo probable individual.

Entonces, el caudal máximo probable Qsc de toda la instalación común, serála suma de los Qsc de cada grupo.

CONCLUSIONES:

Muchos otros aspectos y factores adicionales se deben determinar cuandose quiera efectuar un estudio y cálculo real para el empleo o utilización de ungas, o para el reemplazo del uso de un gas a otro en cualquier proyecto si sequiere obtener éxito en el propósito, mucho mas si se trabaja con un biogásque no salga con una composición constante bien definida del Biodigestor o

sistema anaeróbico, lamentablemente existe mucha información muy ligeray pobre en su contenido respecto al uso de biogás y su aplicación oreemplazo en los sistemas de combustión, por lo tanto queremosrecomendar al respecto:

• Corrobore siempre la información obtenida por varios medios y si le esposible compruebe en la realidad lo que se indica en los documentoso informes.

• Nunca tome como base de la composición del biogás indicada en losinformes para aplicarla en el biogás que usted intenta producir o estaproduciendo, como lo anotamos casi al principio de este documento,

la única composición real de un biogás, es la que se obtenga comoresultado de un análisis cromatográfico del mismo y todos los demásanálisis que se puedan efectuar sobre el biogás bajo pruebas delaboratorio, IMPORTANTE, las muestras del biogás a analizar sedeben tomar con equipos especiales y siguiendo determinadas pautaso reglas para que sea una muestra fiel y representativa del biogás, ya

Page 30: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 30/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

que si se toma la muestra inadecuadamente vamos a obtenerresultados que no corresponden al biogás objeto del análisis.

• Cuando piense usar el biogás en sistemas de combustión, gasvehicular, para generación de electricidad, o cualquier uso diferente,por favor siga por lo menos las recomendaciones anotadas en estedocumento además de otras que se requieran según el tipo deproyecto o uso que se le va a dar, sin embargo nuestra sugerenciamas apropiada es que en cualquier caso por pequeño que sea,efectué un estudio serio y riguroso sobre el potencial de uso oreemplazo del biogás que esta produciendo en los equipos o sistemasa donde piensa destinarlo.

• En lo que se refiere a la propia producción del biogás en elBiodigestor, Biorreactor o cualquier otro sistema de tratamiento demateria orgánica anaeróbico, si quiere conocer y manejarapropiadamente la producción de biogás, profundice en la bioquímicay microbiología de estos procesos de degradación anaeróbica condesarrollos e investigación aplicada, utilice tecnología y todas lasherramientas a su haber que puedan mejorar el proceso de susistema y la eficiencia del mismo.

• Si quiere desarrollar un proyecto rentable a nivel industrial y darsolución a problemas de manejo de residuos orgánicos con sentidoeconómico, analice las alternativas bajo el punto de vista derentabilidad, tiempo de retorno de la inversión, beneficios económicosy ecológicos generados por el proyecto, y no lo haga en base a laimplementación del sistema mas barato que exista, existen empresasserias en el mundo dedicadas a esta área que ofrecen este tipo deresultados (no necesariamente la nuestra, aunque con todo respetoestamos a la vanguardia a nivel mundial en eficiencia y calidad de losproductos principales que se obtienen con nuestro sistema, como loson el gas y el abono biológico), pero si lo que desea es la solución(supuesta) mas barata, en Internet y en varias partes puede encontrarinformes en detalle sin costo sobre como construir un Biodigestor, etc.

Por último, a manera de información veamos algunas equivalencias, lascuales en algunos casos pueden variar según las características ycondiciones de operación de cada combustible:

EQUIVALE A1 m3 de Gas natural o (Biometano) 1.324 litros de GLP

0.9433 litros de Diesel

Page 31: elmejor

5/14/2018 elmejor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/elmejor 31/31

 

 

www.tecprovider.org Planta Chia

1.1 litro de gasolina1 litro de GLP 0,755 m3 de Gas natural o Biometano1 m3 de biogás 0.61 litros de petróleo

0,58 litros de alcohol0,90 kilogramos de carbón1.70 kWh (asumiendo eficiencia del

30%)0.5 kg de kerosén

Los datos anteriores sobre el biogás son tomados de diferentes fuentes,

pero no afirmamos ni negamos su equivalencia dado que no especifican lascondiciones y características del biogás.

Esperamos que este documento oriente de alguna forma a los interesadosen el campo del gas con estas nociones elementales sobre el tema, ELBIOMETANO, es una de las fuentes de energía renovable más interesantesque dará solución en gran parte a la crisis energética actual y para un futuromuy próximo cuando las fuentes no renovables de energía comiencen aescasear.