MODELOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGAS

PRODUCCION DE METANO EN M3 POR AÑO

0

5

10

15

20

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35

40

45

0 10 20 30 40 50 60

año

mill

ones

de

m3

APROXIMACIÓN SIMPLE

Este método se puede utilizar fácilmente, utilizando la cantidad de residuo dispuesta en el SDF como la única variable. Este método aparece después de la puesta en marcha de muchos proyectos en E.U. y se manejan promedios.

RANGOS DE 0.05 A 0.20 pies cúbicos de gas por libra de residuo por año

En promedio 0.10 pies cúbicos por libra por año

CALCULO ESTEQUIÓMETRICO DE BIOGAS

El potencial metanogénico de un residuo puede ser estimado estequiométricamente (balance de carbono), a partir del análisis fundamental de la composición de los residuos (fórmula mínima), o por pruebas de biodegradabilidad bajo condiciones de laboratorio.

La experiencia ha mostrado que el potencial de metano de los residuos colocados en un SDF tiene una fuerte dependencia de las condiciones industriales de operación, luego una gran variabilidad.

Así, el potencial de metano de un residuo, puede ser evaluado por la determinación experimental de la biodegradabilidad o por vía estequiométrica, y éste debe esencialmente ser considerado como un orden de magnitud y no como un valor confiable del rendimiento, para cuestiones diseño.

La descomposición de los residuos sólidos municipales se lleva acabo en dos etapas: la aerobia y la anaerobia, siendo la segundala etapa importante para la recuperación de energía. Los principales componentes de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos son carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Los siguientes valores, son representativos del tipo de residuossólidos municipales en México.

C= 43.02% H= 5.96% O= 49.08% N= 1.94%

Tomando como base 100 g de materia orgánica (MO), los números de moles respectivos están dados en la forma:

C: 43.02g 43.02/12gmol = 3.58 molH:05.96g 05.96g/01gmol = 5.96 molO:49.08g 49.08g/16gmol = 3.07 molN:01.94g 01.94g/14gmol = 0.14 mol

Expresando estos valores en relación con los moles de carbono, se obtienen las siguientes cifras:

C=3.58/3.58= 1H=5.96/3.58= 1.66O=3.07/3.58= 0.86N=0.14/3.58= 0.04

Por otra parte, el conjunto de ecuaciones que constituyen la digestión anaerobia es globalmente considerado en el balance siguiente:

CaHbOcNd + + CO24 2 3

4a c db− − +

H2O → 4 2 38

a c db− + +

4 2 38

a b c d+ − −+ CH4 +dNH3

De donde si a=1, entonces b=1.66, c=0.86 y d=0.04. Sustituyendo los valores de a,b,c y d en el balance, obtenemos:

CH(1.66) O(0.86) N(0.04) + (0.185)H2O (0.522)CO2 + (0.477)CH4 + (0.04)NH3

Si el 35% es agua, entonces en 1 tonelada de RSM tendremos 350 kg de agua y 650 kg de RSM secos, de los cuales el 63% es materia orgánica, en consecuencia 280 kg de materia orgánica seca estarían contenidos en una tonelada de RSM.

Determinando la masa molecular del CHON= 27.98 gmolCH4= 7.63 gmolCO2= 22.968 gmol

Finalmente, determinamos el peso de metano y bióxido de carbono

CH4= (7.63 gmol/27.98)*280 Kg = 76.35

CO2= (22.968 gmol/27.98)*280 kg= 229.84

Conversión de los pesos de metano y bióxido de carbono a volumen, a través de la densidad

Vol. CH4= 76.35/0.7169 kg/m3= 107 m3 de CH4 /ton de RSMVol. de CO2= 229.84/1.9763 kg/m3= 116 m3 de CO2/ton de RSM

Los Valores de los parámetrosconstantes se establecen para cada sitioen particular y se determinan(k y Lo).

Los valores de los parámetros seobtuvieron mediante la ponderaciónde los porcentajes de composiciónde la materia degradable con susrespectivas tasas de decaimiento.Se puede utilizar el parámetro Localculado por el método estequiométrico.

Q = 2Lo R [ e-kc - e-kt ]

PRODUCCION DE METANO EN M3 POR AÑO

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60

año

mill

ones

de

m3

MODELO USEPA

Modelo de estimación de emisiones de la EPA-USA

BG= 2LoR (e-kc-e-kt)

BG= Cantidad total de biogas generado (m3/año)

Lo = Potencial de generación de metano (m3/kg)

R = Promedio anual de aceptación de residuos, durante la

vida activa del relleno

k = Constante de decaimiento (velocidad de generación

de metano)

t = Tiempo de apertura del relleno

c = Tiempo de clausura del relleno

k RECOMENDADA = 0.066 año-1

(TASA DE DECAIMIENTO)

Lo = 121.2 m3 CH4/ton de RSM

Valores sugeridos para las variables del modelo de la EPA

VARIABLE VALORES SUGERIDOS

Lo (pc/lb)

K (1/año)

RANGO

0-5

0.003-0.4

C. húmedo C. Medio H. C. seco

2.25-2.88 2.25-2.88 2.25-2.88

0.1-0.35 0.05-0.15 0.02-0.10

PROGRAMA LANDFILL (LANGEM)

EPA USA

• Estima el potencial de emisión de biogás (integrados los elementos traza como los compuestos orgánicos volátiles)

EPLUS

ENERGY PROYECT LANDFILL GAS UTILIZATION SOFTWARE

•Estima el potencial de emisión de biogás (integrados los elementos traza como los compuestos orgánicos volátiles)

•Identifica tecnología apropiada para la recuperación del biogás

•Evalúa la factibilidad económica del proyecto

MODELOS PROGRAMADOS

Información de entrada del EPLUS

Producción de biogás

• Año de apertura, clausura, fecha de inicio de aceptación de RSM

•Profundidad y RSM dispuestos ó área del SDF

•Rango de aceptación anual de RSM

•Puede estimar la cantidad de residuos depositados

•Da información acerca del uso que se le puede dar al SDF

•Parámetros económicos