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1.
UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
ESTUDIO TECNO-ECONÓMICO DE UNA
CENTRAL DE GENERACIÓN
DISTRIBUIDA BASADA EN LA
GASIFICACIÓN DE NEUMÁTICOS PARA
LA EMPRESA ABBOTT EN GRANADA
Alumno: Cristian González Rosales
Tutor: Prof. D. David Vera Candeas
Depto.: Ingeniería Eléctrica
Septiembre, 2018
INDICE GENERAL
1. Resumen ................................................................................................................... 1
2. Introducción. Tecnología de Gasificación ................................................................. 2
2.1 Objeto del estudio ................................................................................................ 5
2.2 Análisis de combustibles como fuente de alimentación para
la planta de gasificación ...................................................................................... 5
2.2.1 Residuos sólidos urbanos (RSU) ............................................................. 6
2.2.2 Neumáticos fuera de uso (NFU) .............................................................. 9
2.2.2.1 Tratamiento del neumático 1 (modo convencional) ........................ 11
2.2.2.2 Tratamiento del neumático 2 (Maxam) ........................................... 11
2.2.3 Pellets, huesos de aceituna y astillas de madera (Biomasa) .................. 13
2.2.3.1 Pellet de madera............................................................................... 13
2.2.3.2 Huesos de Aceituna ......................................................................... 16
2.2.3.3 Astillas de madera ........................................................................... 18
2.2.4 Elección del combustible y justificación ............................................... 20
2.2.5 Potencial energético de los neumáticos en Andalucía ........................... 21
2.2.6 Almacenamiento del residuo (NFU) ..................................................... 21
2.2.7 Condiciones técnicas de almacenamiento de neumáticos
fuera de uso ............................................................................................ 21
2.3 Uso del gas como Combustible ......................................................................... 23
2.4 Gasificación. Conceptos fundamentales ............................................................ 25
2.4.1 Agentes gasificantes .............................................................................. 26
2.4.1.1 Agente Gasificante: Aire ................................................................. 27
2.4.1.2 Agente Gasificante: Oxígeno puro .................................................. 27
2.4.1.3 Agente Gasificante: Vapor de agua ................................................. 28
2.4.1.4 Agente Gasificante: Hidrógeno ....................................................... 28
2.5 Reacciones de Gasificación ............................................................................... 29
2.6 Composición del gas de síntesis ........................................................................ 31
2.7 Poder calorífico del gas de síntesis .................................................................... 34
3. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................ 36
3.1 Tecnologías y componentes principales de la central de Gasificación. ........... 36
3.1.1 Reactores de gasificación .......................................................... 36
3.1.1.1 Reactores de lecho fijo ............................................... 37
3.1.1.2 Reactores de lecho fluido ........................................... 39
3.1.1.3 Reactores de lecho arrastrado ..................................... 41
3.1.2 Intercambiadores de calor .......................................................... 42
3.1.3 Sistemas de limpieza y acondicionamiento del
gas de síntesis ............................................................................ 46
3.1.3.1 Separadores ciclónicos ............................................... 49
3.1.3.1.1 Tipos de ciclones según
su rendimiento ............................................................ 50
3.1.3.2 Filtro de mangas ......................................................... 50
3.1.3.3 Filtros electrostáticos .................................................. 52
3.1.3.4 Lavadores Scrubber .................................................... 53
3.1.4 Introducción a los motores de gas de síntesis ............................ 55
3.1.4.1 Fabricantes, tipos y características de motores
de gas ......................................................................... 56
3.1.5 Generadores de vapor de recuperación ...................................... 65
4. Antecedentes ............................................................................................................ 68
4.1 Normativa General Aplicable ............................................................................ 68
4.2 Normativa específica para la adquisición de Neumáticos Usados .................... 68
4.3 Organigrama “Ciclo y Gestión del Neumático” ............................................... 70
4.4 Ubicación de la Central de Gasificación, empresa receptora y
análisis del emplazamiento ................................................................................ 72
4.5 Análisis de consumo energético y tipo de combustible usado
actualmente en la fábrica Abbott ....................................................................... 74
5. Cálculos de la Central de Gasificación y Rendimientos......................................... 76
5.1 Cálculo del consumo de combustible de alimentación (NFUs) .................... 76
5.2 Cálculo de la cantidad de vapor saturado (TPH) ........................................... 79
5.3 Cálculo de la potencia térmica del circuito de refrigeración .......................... 80
5.4 Cálculo de la potencia térmica de los gases de escape ................................... 81
5.5 Cálculo del rendimiento global de la central .................................................. 82
6. Resultados y discusiones ......................................................................................... 83
6.1 Tecnología Fastox. Desarrollo de la central de
Gasificación propuesta ...................................................................................... 83
6.2 Análisis Económico de la Central de Gasificación ........................................... 87
7. Conclusiones finales ................................................................................................ 94
8. Bibliografía consultada ............................................................................................ 95
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Esquema simplificado de la Central de Gasificación ......................................... 2
Figura 2.2 Partículas de neumático triturado ........................................................................ 2
Figura 2.3 Sala de control ..................................................................................................... 3
Figura 2.4 Sistema de Gasificación ...................................................................................... 4
Figura 2.5 Composición de los residuos sólidos urbanos ..................................................... 6
Figura 2.6 Materias gasificables de los residuos sólidos urbanos ........................................ 7
Figura 2.7 Tratamiento de solubilización y destilación de (NFU) ..................................... 12
Figura 2.8 Pellet de madera ................................................................................................ 13
Figura 2.9 Evolución de precios del Pellet de madera ....................................................... 14
Figura 2.10 Evolución de precios del Hueso de aceituna ................................................... 17
Figura 2.11 Astillas de madera ........................................................................................... 18
Figura 2.12 Evolución de precios de las Astillas de madera. .............................................. 19
Figura 2.13 Agentes Gasificantes ....................................................................................... 26
Figura 2.14 Reacciones Exotérmicas.................................................................................. 29
Figura 2.15 Comentario ..................................................................................................... 30
Figura 3.1 Reactor de Gasificación .................................................................................... 36
Figura 3.2 Reactor de lecho fijo (DOWNDRAFT) ............................................................ 37
Figura 3.3 Reactor de lecho fijo (UPDRAFT) ................................................................... 38
Figura 3.4 Reactor de lecho fluido ..................................................................................... 39
Figura 3.5 Reactor de lecho arrastrado ............................................................................... 41
Figura 3.6 Intercambiadores de calor de carcasa y tubo..................................................... 42
Figura 3.7 Intercambiadores tubular ................................................................................... 43
Figura 3.8 Intercambiadores de flujo paralelo .................................................................... 44
Figura 3.9 Intercambiadores a contraflujo .......................................................................... 44
Figura 3.10 Intercambiadores de flujo cruzado .................................................................. 45
Figura 3.11 Intercambiadores de un solo paso ................................................................... 46
Figura 3.12 Intercambiadores de múltiple paso ................................................................. 46
Figura 3.13 Smog fotoquímico en Madrid ......................................................................... 48
Figura 3.14 Separador Ciclónico ........................................................................................ 49
Figura 3.15 Filtro de mangas. .............................................................................................. 51
Figura 3.16 Detalle filtro de mangas .................................................................................. 51
Figura 3.17 Retención de contaminantes mediante un campo electrostático ..................... 52
Figura 3.18 Motor generador de Gas ................................................................................... 55
Figura 3.19 Motor Clase TCG ............................................................................................ 56
Figura 3.20 Motor Siemens SGE-SL .................................................................................. 60
Figura 3.21 Jenbacher Type 3.............................................................................................. 62
Figura 3.22 Jenbacher Type 2.............................................................................................. 63
Figura 3.23 Modelos de motores de gas de síntesis del fabricante Cummins ..................... 64
Figura 3.24 Caldera de recuperación Pirotubular ............................................................... 66
Figura 3.25 Caldera de un solo paso.................................................................................... 66
Figura 4.1. Ciclo y gestión del Neumático .......................................................................... 70
Figura 4.2 Vista aérea representativa de la empresa Abbott y central
de Gasificación ................................................................................................................... 72
Figura 4.3 Detalle 1:"Ventaja: Sistema Logístico" ............................................................. 72
Figura 4.4 Detalle 2:"Ventaja: Seguridad e Integración" ................................................... 73
Figura 4.5 Procesos de transformación de materia y energía de la central ......................... 75
Figura 5.1 Esquema Equipos Central de Gasificación ........................................................ 77
Figura 5.2 Diagrama de Mollier ......................................................................................... 79
Figura 5.3 Corriente térmica de refrigeración del motor ..................................................... 80
Figura 6.1 Reactor, Pulidor y recuperador. ......................................................................... 83
Figura 6.2 Módulo del reactor Pathfinder ........................................................................... 83
Figura 6.3 Detalle del Pulidor de Gas ................................................................................. 84
Figura 6.4 Detalle del Recuperador ..................................................................................... 86
Figura 6.5 Módulo de limpieza y acondicionamiento del gas de síntesis ........................... 86
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Poder calorífico inferior de los residuos sólidos urbanos ..................................... 8
Tabla 2.2 Composición químico de los neumáticos de automóvil ..................................... 10
Tabla 2.3 Poder calorífico inferior de los Neumáticos Fuera de Uso................................. 12
Ta la 2 4 ndice de precios del com usti le Pellet de madera ......................................... 14
Tabla 2.5 Poder calorífico inferior del Pellet de madera .................................................... 14
Ta la 2 6 ndice de precios del com usti le Huesos de aceituna .................................... 16
Tabla 2.7 Poder calorífico del hueso de aceituna ............................................................... 16
Ta la 2 8 ndice de precios del com usti le stillas de madera ..................................... 18
Tabla 2.9 Poder calorífico de las astillas de madera........................................................... 19
Tabla 2.10 Agentes gasificantes y aplicaciones ................................................................. 28
Tabla 2.11 Composición del Gas de Síntesis (Sierra Energy) ............................................ 33
Tabla 2.12 Composición del Gas de Síntesis (Ankur) ....................................................... 33
Tabla 3.1 Ventajas e inconvenientes separador ciclónico .................................................. 49
Tabla 3.2 Familias de ciclones en función del rendimiento ............................................... 50
Ta la 3 3 Ventajas e inconvenientes “Filtros de Mangas” ................................................. 52
Ta la 3 4 Ventajas e inconvenientes “Filtros Electrostáticos” ........................................... 53
Ta la 3 5 Ventajas e inconvenientes “Lavadores Scru er” ............................................. 54
Tabla 3.6 Datos de rendimiento. Motor TCG 2020 V12 .................................................... 57
Tabla 3.7 Dimensiones y peso. Motor TCG 2020 V12 ...................................................... 57
Tabla 3.8 Datos de rendimiento. Motor TCG 2020 V16 .................................................... 58
Tabla 3.9 Dimensiones y peso. Motor TCG 2020 V16 ....................................................... 59
Tabla 3.10 Intervalos de servicio y mantenimiento ............................................................. 59
Tabla 3.11 Tabla de características...................................................................................... 61
Tabla 3.12 Datos técnicos Jenbacher Type 3 ...................................................................... 62
Tabla 3.13 Datos rendimiento Jenbacher Type 3 ................................................................ 62
Tabla 3.14 Datos técnicos Jenbacher Type 2 ...................................................................... 63
Tabla 3.15 Datos rendimiento Jenbacher Type ................................................................... 63
Tabla 3.16 Especificaciones Modelo C 240 PG5C ............................................................. 64
Tabla 5.1 Recopilación de datos .......................................................................................... 82
Tabla 6.0 Tarifas mercado Gas Natural y mercado Eléctrico.............................................. 83
Tabla 6.1 Inversión en la central de Gasificación ............................................................... 90
Tabla 6.2 Costes de operación de la central de Gasificación ............................................. 90
Tabla 6.3 Ingresos y balance energético de la central de Gasificación ............................. 91
Tabla 6.4 Periodo de amortización ...................................................................................... 92
Tabla 6.5 Ahorro económico posterior a la inversión ......................................................... 93
1
1. RESUMEN
El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objeto realizar un estudio
técnico y económico sobre la viabilidad de autoabastecer energéticamente a la empresa
“ ott” utilizando la tecnología de una central de generación distribuida basada en la
gasificación de neumáticos fuera de uso (NFUs).
La gasificación es un proceso termoquímico basado en la conversión de un
material carbonoso como (biomasa, plásticos, carbón, neumáticos, residuos sólidos
urbanos...) en un gas combustible con cierto contenido energético. La reacción
termoquímica puede llevarse a cabo con distintos agentes gasificantes, como vapor de
agua, oxígeno o hidrógeno.
La central de gasificación propuesta utilizará como materia prima combustible,
neumáticos fuera de uso (NFUs), un residuo sólido cuya composición en carbono
elemental es superior al 70 % y que previo tratamiento y posterior transformación en el
reactor, será transformado en un combustible gaseoso. Este combustible tras ser
limpiado, depurado y enfriado recibe el nombre de “syngas o gas de síntesis”
Finalmente el gas combustible es inyectado en un banco de motores de gas destinados a
producir principalmente energía eléctrica. Para aumentar el rendimiento global de la
central de gasificación, este sistema también generará energía térmica a través de los
gases de escape y el agua de refrigeración de los motores de gas, mediante el uso de
intercambiadores o recuperadores que permitirán aprovechar las altas temperaturas del
gas combustible para ser transformados en agua caliente sanitaria (ACS), calefacción y
vapor saturado a 3 bares de presión.
La combustión de un combustible gaseoso presenta una serie de ventajas
tecnológicas respecto a la combustión de sólidos o líquidos, tales como mayor
rendimiento térmico, ausencia de cenizas y menor impacto ambiental, puesto que el gas
generado se considera un combustible limpio. Además, se aumenta el valor añadido de
este residuo, logrando disminuir su acumulación en los vertederos, por lo que se reduce
su impacto ambiental. Otro factor importante a destacar es la importancia de ubicar
dicha central de gasificación en las inmediaciones de la fábrica Abbott, puesto que se
eliminan las grandes pérdidas de energía que se ocasionan durante el transporte de
energía eléctrica a través del tendido eléctrico, como ocurre en las centrales eléctricas
tradicionales que se encuentran alejadas de las zonas de consumo.
2
2. INTRODUCCIÓN
En el presente estudio vamos a comenzar por analizar y explicar el
funcionamiento de una central de gasificación, la cual está basada en el análisis de la
tecnología de gasificación desarrollada por la empresa Sierra Energy.
En base a la figura 2.1, se explicará de forma simplificada cada uno de los
módulos que conforman la central, que estará formada por 6 módulos en los cuales se
llevarán a cabo las distintas etapas de la central de gasificación.
Figura 2.1 Esquema simplificado de la Central de Gasificación. Fuente: Sierra Energy
Módulo 1: Recepción, almacenamiento, trituración, transporte y carga en el reactor.
Los residuos neumáticos son transportados desde los vertederos o centros de
producción hasta la central de gasificación. Seguidamente, el residuo neumático es
almacenado según la normativa aplicable y con el fir de estar protegido de la intemperie
y agentes externos. Posteriormente, los neumáticos serán triturados hasta un tamaño de
2 a 6 mm tal y como se muestra en la figura 2.2.
Figura 2.2 Partículas de neumático triturado.
La trituración del neumático se llevará a cabo
mediante un pre-tratamiento del neumático
que será explicado en el apartado “2 2 2 1”
del presente estudio.
3
Finalmente, el neumático triturado pasará a un sistema automatizado de cintas
transportadoras las cuales transportarán la materia prima hasta una tolva, ésta
descargará en el reactor la cantidad demandada por el sistema y una vez vaciada la
tolva, se volverá a cargar mediante el sistema previamente descrito siguiendo un
proceso cíclico durante el cual siempre se contará con materia prima para cargar el
reactor de gasificación en el momento requerido.
Módulo 2: Equipos Auxiliares.
Estará destinado a albergar compresores de aire, bombas de circulación del agua
de refrigeración y calderas de recuperación de calor para generación de vapor saturado.
El equipo más destacado del módulo es la unidad de separación de aire criogénica,
destinada a producir oxígeno puro .
Éste módulo es el pulmón del sistema puesto que en él se encuentran los
principales dispositivos de la planta que permiten llevar a cabo cada una de las etapas
en las cuales se basa el fenómeno de gasificación.
Módulo 3: Sala de Control.
Este recinto estará destinado al control de toda la central de gasificación que
incluye el sistema eléctrico de potencia, centro de control de los motores de gas, control
del reactor, intercambiadores, control de calderas de recuperación, cintas
transportadoras, dispositivos de carga-descarga del reactor, servidores y servicios
informáticos, vertido eléctrico a la red, etc.
Todos los sistemas previamente descritos estarán automatizados y se podrán
controlar vía telemática desde la sala de control pero también habrá operarios para
realizar las operaciones requeridas de forma física en caso de ser necesario.
Figura 2.3 Sala de control
4
Los técnicos y operadores serán los encargados de controlar el buen
funcionamiento de la central, principalmente en tareas de mantenimiento y control de la
planta.
Módulo 4: Sistema de gasificación
El reactor o gasificador es el corazón de la central. Este módulo también
comprende otros equipos como los sistemas de inyección del agente gasificante,
pulidora, recuperador, intercambiadores de calor, sensores, dispositivos para el control
de operación, redes de tuberías, etc.
Módulo 5: Sistema de limpieza del gas.
Esta zona de la planta es muy importante y requiere de un importante
mantenimiento. Está compuesta por todos los equipos necesarios para realizar las
funciones de limpieza y acondicionamiento del gas que posteriormente será inyectado
en los motores de gas sin causar problemas de corrosión, abrasión o emisión de
contaminantes a la atmósfera. Será explicada detenidamente en este estudio.
Módulo 6: Sistema de generación Eléctrica
En este módulo se encontrarán los motores de gas y todo el sistema de potencia
eléctrico de la central de gasificación. Son los equipos que obtienen el producto final de
la planta → ENERG ELÉCTRIC Y ENERG TÉRMIC
Figura 2.4 Sistema de Gasificación
5
2.1 Objeto del estudio
El objeto de este estudio es realizar un análisis sobre la viabilidad de poder
autoabastecer energéticamente a la fá rica “ ott” a partir de un residuo sólido
“neumáticos fuera de uso” Para llevar a ca o este análisis, se han analizado distintos
tipos de materia prima como biomasa (pellet, hueso de Aceituna, astillas de madera) o
residuos sólidos urbanos que también pueden ser viables como alternativas para una
central de estas características.
Tras estudiar distintos tipos de materias primas, las cuales se tratarán
posteriormente en este documento, he decidido finalmente escoger los neumáticos fuera
de uso como materia prima destinada a alimentar el gasificador. Los motivos principales
de esta elección son principalmente su inmensa disponibilidad como residuo, según
estadísticas se calcula que actualmente existen entre 3 y 5 millones de toneladas de
neumáticos sin gestionar más 250.000 toneladas anuales que se generan, según los
gestores de neumáticos SIGNUS y TNU.
Otro de los principales motivos se fundamenta en el elevado poder calorífico
( 40 MJ/kg) de este residuo, debido a su alto contenido en Carbono elemental (C) que
permite desarrollar las reacciones termoquímicas en el reactor para generar un
combustible gaseoso de buena calidad y elevado contenido energético.
2.2 Análisis de combustibles como fuente de alimentación para la planta de
gasificación.
En este apartado se estudiarán diferentes tipos de materias primas que pueden
ser utilizadas como combustible de alimentación en el reactor de gasificación. La
elección de la materia prima es muy importante puesto que influye drásticamente en la
calidad del gas combustible generado, rendimiento y viabilidad de la central. Además,
afecta a la cantidad de materia prima consumida para la generación de energía.
Los tipos de materia prima que se valoran en este estudio son los siguientes:
- Residuos sólidos urbanos (RSU).
- Neumáticos fuera de uso (NFU).
- Pellet de madera.
- Huesos de aceituna.
- Astillas de madera
BIOMASA
6
2.2.1 Residuos sólidos urbanos (RSU)
Para comenzar, se analiza la composición general de los residuos sólidos
urbanos, para posteriormente diferenciar el tipo de materia que puede ser gasificada en
el reactor respecto a la que no puede ser utilizada para tal fin.
En el siguiente diagrama de barras representado en la figura 2.5 se muestra el
porcentaje y tipo de materia que se encuentra presente en el conglomerado de los
residuos sólidos urbanos. Los datos recopilados para la elaboración del diagrama de
barras mencionado han sido obtenidos de acuerdo al “Plan Nacional Integrado de
Residuos 2015 (PNIR), [2]”
Figura 2.5 Composición de los residuos sólidos urbanos
El análisis sobre la composición nos indica que gran parte de este conglomerado
residual se compone de materia orgánica, que se corresponde con un 44 % en peso del
total y el cual presenta un gran contenido en humedad. Este hecho implica una
desventaja como combustible de alimentación para el reactor de gasificación puesto
que requiere de más energía para gasificar el residuo.
El segundo tipo de materia que se encuentra presente en mayor proporción
corresponde al papel y cartón con un 21 %. Seguidamente, con un 12 % aparecen otros
tipos de residuos como pueden ser textiles, residuos vegetales, cenizas, tierras, etc.
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
COMPOSICIÓN [RSU]
Materia Orgánica
Papel/Cartón
Plásticos
Vidrio
Metales
Madera
Otros
7
El resto de materias presentes conforman los plásticos 11 %, vidrios 7 %,
metales 4 % y maderas 1%. Dichos porcentajes son una estimación puesto que existen
algunas variables que inciden en los porcentajes y tipos de residuos generados
dependiendo del tipo de región, número de habitantes de la región, tipo de industrias
desarrolladas, etc.
Una vez conocida la composición y desglose de los residuos sólidos urbanos,
podemos proceder a clasificarlos diferenciando el tipo de materia que es gasificable de
la que no lo es para ser utilizada como materia prima de alimentación en el reactor.
Figura 2.6 Materias gasificables de los residuos sólidos urbanos
Como podemos observar, de acuerdo a la figura 2.6 los tipos de residuos que son
gasificables son el papel y cartón, plásticos, textiles, madera y materia orgánica (previa
reducción de su contenido en humedad).
De acuerdo a ello, podemos tener una aproximación inicial de que alrededor del
77 % de los residuos sólidos urbanos pueden ser transformados en energía. Sin
embargo, hay que hacer hincapié en la fracción orgánica, la cual supone un 44 % del
porcentaje total de residuos, por lo que sería de especial interés realizar un tratamiento
previo de secado para poder ser utilizado en la central de gasificación.
Dado que no se pueden utilizar todos los tipos de materias pertenecientes a este
residuo, se hace necesario realizar una clasificación y procesamiento de las distintas
materias primas. Este hecho supone la construcción de una infraestructura auxiliar de
RSU
Gasificable y reciclable
Papel y cartón
Plásticos
Textil
Madera
Reciclable y No gasificable
Metal
Vidrio
No reciclable y no gasificable
Residuos de construcción
Compostaje
Fracción orgánica
8
separación y clasificación de residuos para poder separar los tipos de materia que son
gasificables y que pueden ser utilizados como combustible de alimentación.
Los residuos que no son gasificables como metales, vidrios u otros pueden ser
reciclables por lo que se les daría una salida comercial para otro tipo de industria. Esto
supondría que se aprovecharía el 100 % de los residuos generando un impacto positivo
para el medio ambiente.
En cuanto al contenido energético de este residuo, podemos realizar una
valoración inicial de acuerdo a la tabla 2.1, cuya información ha sido obtenida de la
fuente ID E “Estudios, informes y estadísticas, Balances energéticos→ Poder
Calorífico, [4]”.
Tabla 2.1 Poder calorífico inferior de los residuos sólidos urbanos
PCI PCI
(GJ/t)
PCI
(kWh/Kg)
PCI
(kcal/Kg)
Residuos sólidos Urbanos (Fracción
degradable) 9,86 2,74 2 356
Residuos sólidos Urbanos
(Fracción No degradable) 18,14 5,04 4 334
A continuación se procede a realizar una valoración de los aspectos positivos y
negativos del uso de este residuo como combustible de alimentación en la central de
gasificación para estimar la viabilidad de su uso.
Aspectos negativos:
- Elevada inversión económica.
- Infraestructura auxiliar, puesto que requiere de la construcción de una planta de
separación y clasificación de residuos.
- La necesidad de realizar un tratamiento de secado de la fracción orgánica, la cual
supone un alto porcentaje (44 %).
- Malos olores generados cerca de la fábrica a la cual se va a abastecer
energéticamente.
- Bajo contenido energético (PCI).
9
Aspectos positivos:
- Enorme disponibilidad y abastecimiento del residuo.
- Disminución del impacto ambiental.
- Aumento del valor añadido de los residuos.
- Disminución del almacenamiento masivo de residuos en vertederos locales.
- Generación de puestos de trabajo.
De acuerdo al análisis realizado, los residuos sólidos urbanos requieren de una gran
inversión, con la necesidad de disponer de infraestructuras auxiliares y cuyo poder
calorífico del residuo es bajo, por lo que se necesitarán mayores cantidades del residuo
para generar la misma cantidad de energía que se produce con otro tipo de residuo que
presente un mayor poder calorífico como veremos en el desarrollo de este estudio.
2.2.2 Neumáticos fuera de uso (NFU)
Será el combustible elegido para alimentar al gasificador o reactor de
gasificación como se ha comentado previamente por su gran disponibilidad como
residuo y su elevado poder calorífico ( 40 MJ/kg) que implica un menor consumo de
materia prima combustible en la alimentación del reactor, con menores costes
asociados al abastecimiento del residuo, principalmente en servicios de logística y
transporte.
Analizando su disponibilidad como residuo a nivel nacional según los datos
aportados por el “Ministerio de Medio mbiente, Catálogo de Residuos «NFU» [5]”,
los neumáticos fuera de uso gestionados en la actualidad, se destinan principalmente a:
- 4,6 % valorización energética.
- 11,1 % recauchutado.
- 1,5 % reciclaje.
- 82,8 % vertederos.
Para poder estudiar el comportamiento de este residuo como combustible,
analizaremos su composición, excluyendo los neumáticos de camiones y maquinaria
pesada, puesto que ofrecen distintos porcentajes en la composición de elementos
químicos.
10
De acuerdo al análisis en su composición, podemos afirmar que este residuo
contiene una gran cantidad de carbono (C), alrededor del 70 % y un 7 % de hidrógeno;
estos son componentes fundamentales para desarrollar las reacciones de gasificación.
Según el documento “Materiales y compuestos para la industria del neumático,
[6]”, la composición del neumático de automóvil es la siguiente:
Tabla 2.2 Composición química de los neumáticos de automóvil
Componentes
Neumático
automóvil
% en peso
Composición
Química % en peso
Caucho natural 14 Carbono 70
Caucho sintético 27 Hidrógeno 7
Carbono Negro 28 Azufre 1-3
Acero 14-15 Cloro 0,2-0,6
Fibra textil,
suavizantes, óxidos,
antioxidantes.
16-17
Hierro
11,4
Peso promedio 8,6 kg Óxido de Zinc 2
Volumen 0,06 Dióxido de Silicio 6
Como inconvenientes, este residuo presenta una gran variedad de elementos
químicos que dificultan su limpieza, en especial el azufre. Además, requiere de un pre-
tratamiento del neumático para introducirlo en el gasificador.
El tratamiento de este residuo para poder ser utilizado como combustible en el
reactor, es un proceso simple y eficaz, puesto que solo cuenta con las siguientes etapas:
Recogida del neumático.
Almacenamiento controlado.
Pre-tratamiento
Alimentación al gasificador mediante cintas transportadoras.
Podemos diferenciar 2 tipos de tecnologías asociadas al tratamiento del
neumático:
11
2.2.2.1 Tratamiento del neumático 1 (modo convencional)
A continuación se mencionan de forma simplificada las distintas etapas por las
cuales debe pasar el neumático antes ser suministrado al reactor de gasificación.
1) Trituración primaria del neumático. Mediante una trituradora de doble eje,
se corta el neumático a un tamaño de 150x150 mm. La capacidad de una trituradora
suele rondar las 10 toneladas/ hora.
2) Separación del acero por la utilización de bandas electromagnéticas y del
textil por gravimetría. Capacidad nominal: 4 toneladas/ hora.
3) Finalmente se realiza una nueva trituración del caucho hasta un tamaño de 2
a 6 mm.
2.2.2.2 Tratamiento del neumático 2 (Tecnología de Maxam)
Este tratamiento está siendo desarrollado por la empresa M X M “Tratamiento
de solubilización y destilación de neumáticos fuera de uso, [7]” y se basa en la solubilización
y destilación de polímeros orgánicos en disolventes hidrocarbonados residuales de alto
punto de ebullición. El sistema se diseña para procesar tanto NFU enteros como plástico
residual de varios tipos (PE, PP, PET).
Este subproceso incluye además un sistema de captación de destilados con
separación y acondicionamiento de los mismos, mediante un sistema de condensación
fraccionada, para la obtención de los co-productos que se generen y en especial un
“símil-diésel”, que es un producto similar al diesel obtenido de la destilación del
petróleo y que puede ser utilizado solo o mezclado con diesel.
Posteriormente se desarrolla el proceso de gasificación del combustible pesado
(polímero solubilizado + disolvente hidrocarbonado), lavado y acondicionamiento del
syngas.
En la figura 2.7 se muestra un esquema simplificado del proceso descrito
llevado a cabo por la empresa Maxam para el tratamiento del neumático.
12
Figura 2.7 Tratamiento de solubilización y destilación de (NFU)
Como se ha comentado previamente, disponemos de dos pre-tratamientos para
los neumáticos, por razones de simplicidad vamos a considerar que para la central de
gasificación propuesta utilizaremos el modo convencional para el tratamiento del
residuo neumático.
En cuanto al contenido energético de este residuo, podemos realizar una
valoración inicial de acuerdo a la tabla 2.3. Esta información ha sido obtenida de la
fuente ID E “Estudios, informes y estadísticas, Balances energéticos→ Poder
Calorífico” [4]
Tabla 2.3 Poder calorífico inferior de los Neumáticos Fuera de Uso. Fuente: IDAE [4].
PCI PCI
(GJ/t)
PCI
(kWh/Kg)
PCI
(kcal/Kg)
Neumáticos fuera de uso
(Fracc.degradable) 42,00 11,69 10 080
Si realizamos una comparación del poder calorífico inferior (PCI) de los
residuos y materias primas analizadas en las tablas (2.1, 2.3, 2.5, 2.7, y 2.9) podemos
afirmar que el contenido energético de los neumáticos fuera de uso es muy superior al
resto de residuos y materias primas tratadas en este caso. Este hecho supone que se
necesitará consumir menos cantidad de residuo para producir la misma cantidad de
energía respecto al empleo de otros residuos tratados en este estudio.
Por ello, el elevado contenido energético (42 MJ/ Kg) supone una importante
ventaja respecto al uso de este residuo como fuente de alimentación del reactor.
13
2.2.3 Pellet, hueso de aceituna, astillas
Son las opciones más económicas y con más facilidades técnicas para llevar a
cabo, ya que podemos comprar directamente el producto y no requiere de tratamiento
alguno, salvo en los casos en los que haya que reducir su contenido en humedad.
El principal problema de este tipo de recurso (biomasa) es la inestabilidad
económica que adquiere este cuando se destina a fines energéticos, incrementando su
valor y encareciendo la generación de energía con este combustible.
2.2.3.1 Pellet de madera
Los pellets son un tipo de combustible granular totalmente natural, considerado
como biomasa sólida, la cual está formada por cilindros muy pequeños de escasa
longitud y de unos pocos milímetros de diámetro.
Figura 2.8 Pellet de madera
El proceso de fabricación de pellets es muy simple, se basa en el prensado del
serrín natural seco “sin ningún aditivo” que junto con la propia lignina contenida en
este, actúa como aglomerante compactándolo y aumentando su densidad y dureza,
superando a la madera original. Este fenómeno se traduce en un aumento de su densidad
y contenido energético.
Esta materia prima procede principalmente de industrias de la transformación de
la madera que generan serrines y partes desaprovechadas de los troncos.
14
En la siguiente tabla, obtenida de la “Asociación Española de Valorización
Energética de la Biomasa (AVEBIOM), [8]” se analizan los precios de este combustible
por tonelada y el coste del kWh.
Tabla 2.4 Índice de precios del combustible Pellet de madera"
Para este análisis, se ha teniendo en cuenta que el producto será suministrado a
granel en volquete. Esta empresa en particular, incluye en el precio el 21 % de IVA y un
transporte medio de 200 km El precio por tonelada ronda los 222 €
En cuanto al contenido energético de este residuo, podemos realizar una
valoración inicial de acuerdo a la tabla 2.5.
Tabla 2.5 Poder calorífico inferior del Pellet de madera. Fuente IDAE [4].
PCI PCI
(GJ/t) PCI
(kWh/Kg) PCI
(kcal/Kg)
Pellet de madera (Humedad <15%) 18,04 5,01 4.319
El agua contenida en este combustible, puede afectar a las condiciones de
operación del reactor de gasificación, por ello, en caso de tener un contenido de
humedad superior al estimado, se haría necesario llevar a cabo un proceso de secado
previo que incrementaría el coste del proceso.
En figura 2.9 se analiza la evolución en los precios que ha sufrido este
combustible.
15
Figura 2.9 Evolución de precios del Pellet de madera “Fuente ve iom [8]”
Como podemos observar en la figura 2.9, el coste del com usti le “Pellet-Granel volquete” experimentó una importante su ida en el 4º
trimestre del 2013 debido principalmente a la demanda creada por las políticas y objetivos energéticos en Europa.
Posteriormente, el precio ha ido disminuyendo de forma progresiva hasta alcanzar bajos costes en la actualidad.
El principal inconveniente de este combustible es la irregularidad y poca estabilidad de su precio.
16
2.2.3.2 Hueso de aceituna
El hueso de aceituna es una alternativa al pellets o a las astillas de madera.
Sus principal ventaja radica en que es un residuo autóctono de la provincia de (Jaén)
principalmente y muy económico, por lo que su uso como combustible es
inicialmente rentable.
El hueso se extrae de las aceitunas en las almazaras, previamente molturadas
y extraído el aceite contenido en estas. Posteriormente pasa por varias etapas de
limpieza, calibrado y secado hasta obtenerse un producto apto para fines energéticos.
Tabla 2.6 Índice de precios del combustible Huesos de aceituna “Fuente ve iom [8]”
Para este análisis, se ha teniendo en cuenta que el producto será suministrado
a granel en volquete. Esta empresa en particular, incluye en el precio el 21 % de IVA
y un transporte medio de 200 km.
Tabla 2.7 Poder calorífico del hueso de aceituna. Fuente IDAE [4].
PCI PCI
(GJ/t) PCI
(kWh/Kg) PCI
(kcal/Kg)
Hueso de aceituna (Humedad 15%) 16,12 4,48 3 860
17
Figura 2.10 Evolución de precios del Hueso de aceituna “Fuente ve iom [8]”
Durante el 2015 el precio se mantuvo constante, so re unos 170 €/Ton pero en el último trimestre de 2015 y primer trimestre del 2016 el
precio experimentó un importante descenso (época de recogida de aceituna) motivado probablemente por un aumento en la producción.
El hueso de aceituna tiene un poder calorífico similar al del pellets y es un 30,40 % más barato que éste.
18
2.2.3.3 Astillas de madera
Las astillas son un producto que se obtiene tras el corte o fragmentación de la
madera descortezada. Para su fabricación se emplean troncos, que no son válidos
para su aprovechamiento en la industria maderera o desechos de otros sectores.
Una vez que la madera es astillada se procede a su secado, que puede
realizarse de manera natural al aire libre, o mediante secaderos que realiza un
proceso forzado y continúo.
Las características que marcan la calidad de este combustible son:
Tamaño, humedad y densidad. En función de estos, vendrán determinados
aspectos tan importantes como el poder calorífico de la astilla o el precio.
Figura 2.11 Astillas de madera
Tabla 2.8 Índice de precios del combustible stillas de madera “Fuente ve iom [8]”
Para este análisis, se ha teniendo en cuenta que el producto será suministrado
a granel en volquete. Esta empresa en particular, incluye en el precio el 21 % de IVA
y un transporte medio de 100 km.
19
Este tipo de iomasa, es la más arata (109,27 €/ tonelada) respecto al
pellets y a los huesos de aceituna, pero también presenta un poder calorífico
ligeramente inferior a las previamente mencionadas.
Figura 2.12 Evolución de precios de las Astillas de madera.
El precio de las astillas de madera se ha mantenido con valores muy similares
en los últimos años, sin experimentar subidas o bajadas notables.
Es un combustible interesante dado su gran estabilidad económica.
Tabla 2.9 Poder calorífico de las astillas de madera. Fuente IDAE [4].
PCI PCI
(GJ/t)
PCI
(kWh/Kg)
PCI
(kcal/Kg)
Astillas de madera (Humedad < 20%) 15,07 4,19 3 608
Si realizamos un análisis basándonos en los criterios económicos, poder
calorífico y transporte de la materia prima de cada uno de los tipos de biomasa
estudiados, los huesos de aceituna sería el tipo de biomasa que mejores condiciones
presenta para ser utilizado como combustible, debido principalmente a:
- Poder calorífico aceptable.
- Logística y transporte hasta 200 km, por lo que se encuentra dentro del rango de
la planta de gasificación estudiada.
- Recurso abundante a nivel Provincial.
- Bajo precio de adquisición.
20
2.2.4 Elección del combustible y justificación
Dado al análisis previo realizado sobre los distintos tipos de materias primas,
he decidido utilizar como combustible para alimentar al reactor de gasificación el
residuo neumático, debido principalmente a que es un residuo con un alto poder
calorífico (42 MJ /kg), el más alto de los estudiados y con valores similares al del
carbón. Además, es un recurso del cual podemos disponer fácilmente a un costo de
adquisición prácticamente nulo, obviando los costes asociados al servicio de
transporte y logística.
Uno de los aspectos clave de los NFU es que los alquitranes, aceites medios y
aceites ligeros condensados tras el proceso de gasificación se pueden valorizar
energéticamente como sustitutivo de un combustible ligero o emplear en aplicaciones
industriales específicas, si se utiliza el tipo de gasificador para este fin.
En cuanto al impacto ambiental, es el residuo que mayor impacto ambiental
positivo representa de los estudiados, por lo que es importante destacar el beneficio
social y ambiental de reducir las cantidades de este residuo acumulado en vertederos.
2.2.5 Potencial energético de los neumáticos fuera de uso en Andalucía.
En Andalucía se generan cifras que se encuentran en el rango de 35 000 a
40 000 toneladas anuales de neumáticos fuera de uso, de los cuales el 46 % se destina
a revalorización energética.
Los neumáticos fuera de uso tienen un alto poder calorífico de alrededor de
42 MJ / kg. Si lo comparamos con otras fuentes de energía convencionales como el
coque de coquería 26,80 MJ/ kg, carbón Bituminoso 35 MJ/kg, distintos tipos de
biomasa (10 a 28 MJ / kg) es el que presenta mayor contenido energético, lo cual
significa que será necesaria menor cantidad de materia prima para generar la
cantidad de combustible gaseoso requerido en los motores de gas.
Esto supone que en Andalucía, si se destina el 46 % de los neumáticos
producidos anualmente a generación de energía, obtendríamos aproximadamente:
21
Lo cual se traduce en:
Para hacernos una idea, el 09/05/2018 la energía consumida en España fue de
669 GWh, por lo tanto, con el 46 % de los NFU generados durante 1 año en
Andalucía se puede cubrir el 30,56 % de la energía total consumida a nivel Nacional
durante 1 día.
2.2.6 Almacenamiento del residuo
Es una de las partes de la central de gasificación imprescindible, puesto que
se debe mantener la materia prima en condiciones óptimas (con poca humedad) para
poder introducirla posteriormente en el gasificador en las mejores condiciones
posibles, ya que puede influir drásticamente en el rendimiento del gasificador.
Para ello, nos vamos a regir según el real decreto 1619/2005 que establece:
“En todo caso el almacenamiento de neumáticos fuera de uso se llevará a
cabo en condiciones de seguridad y salubridad adecuadas y en instalaciones que
cumplan, como mínimo, las condiciones técnicas exigidas por la normativa”.
El almacenamiento de los neumáticos fuera de uso en las instalaciones de sus
generadores o poseedores no podrá superar un periodo de tiempo de un año, ni
cantidades que excedan de treinta toneladas.
Las comunidades autónomas podrán exigir a los titulares de actividades de
almacenamiento temporal de neumáticos fuera de uso que acrediten de modo
evidente que dichos neumáticos los reciben o entregan para su valorización o
eliminación.
2.2.7 Condiciones técnicas de almacenamiento de neumáticos fuera de uso
Las instalaciones de almacenamiento de neumáticos fuera de uso cumplirán,
como mínimo, las condiciones y requisitos técnicos que se citan a continuación:
22
1. Ubicación:
La instalación estará situada a una distancia respecto a zonas forestales o
herbáceas u otra instalación industrial que proporcione suficiente seguridad frente a
la propagación de incendios, sin perjuicio del cumplimiento de las distancias
exigidas por otras disposiciones vigentes.
2. Condiciones de admisión:
a) Solo podrán almacenarse neumáticos fuera de uso que no estén mezclados
con otros residuos o materiales.
b) Los neumáticos podrán almacenarse enteros o reducidos a trozos o
gránulos o polvo.
3. Condiciones de almacenamiento:
a) La instalación será de acceso restringido y, por lo tanto, estará vallada o
cerrada en todo su perímetro. La zona destinada específicamente al almacenamiento
estará aislada de las demás dependencias de la instalación, si las hubiera.
b) La instalación estará dotada de accesos adecuados para permitir la
circulación de vehículos pesados.
c) Estará protegida de las acciones desfavorables exteriores de modo que esté
impedida la dispersión de los neumáticos en cualquiera de las formas en las que estén
almacenados, es decir, enteros, troceados o reducidos a gránulos o polvo, o el
anidamiento de insectos o roedores.
d) Estará dividida en calles o viales transitables que permitan circular y actuar
desde ellos y aislar las zonas en las que se origine algún incidente o accidente.
e) El suelo de la zona de almacenamiento, accesos y viales estará, al menos,
debidamente compactado y acondicionado para realizar su función específica en las
debidas condiciones de seguridad y dotado de un sistema de recogida de aguas
superficiales.
f) La altura máxima de los apilamientos de los neumáticos enteros
almacenados en pilas libres, será de tres metros (3 m) y de seis metros (6 m) si están
23
almacenados en silos, y estarán dispuestos de forma segura para evitar en lo posible
los daños a las personas o a la instalación y sus equipos por su desprendimiento.
g) La zona específica de almacenamiento de los neumáticos enteros estará
compartimentada en celdas o módulos independientes con una capacidad máxima de
cada una de ellas de mil metros cúbicos (1.000 ) para evitar la propagación del
fuego en caso de incendio y con viales internos que permitan el acceso de los medios
mecánicos y de extinción.
h) El titular de la instalación es responsable de los riesgos inducidos por
aquella, entre los que, al menos, estarán incluidos los de incendio y vandalismo.
i) La instalación dispondrá de las medidas de prevención de los riesgos de
incendio correspondientes según lo establecido en la normativa en vigor sobre
protección de incendios, así como de las medidas de seguridad, autoprotección y plan
de emergencia interior para la prevención de riesgos, alarma, evacuación y socorro.
2.3 Uso del gas como combustible
A excepción del gas natural, existen combustibles gaseosos que pueden
obtenerse mediante conversión de sólidos o líquidos. Para lograr estas conversiones y
modificar el estado de la materia se requiere aportar una determinada cantidad de
energía, por lo que tras su conversión existe una disminución de la energía de la cual
se disponía inicialmente. Esta pérdida de energía es compensada por una gran mejora
en la combustión debido a que un combustible gaseoso presenta una débil fuerza
intermolecular que permite una gran difusión de la energía y consecuentemente
buena capacidad para transportar el calor generado.
Por ello, los combustibles gaseosos presentan una serie de ventajas respecto a
los combustibles líquidos o sólidos, los cuales se explican a continuación:
a) Mejor rendimiento térmico: La mezcla del gas y el aire es mucho más
íntima, lo cual hace que el exceso de aire necesario para lograr la
combustión sea de un valor mínimo.
b) Mayor flexibilidad en la combustión. Pueden ser utilizados en diversas
tecnologías como motores de gas, turbinas, hornos, calderas, etc.
24
c) Facilidad de transporte y almacenamiento: La facilidad para poder
comprimir el gas y transportarlo por tuberías o almacenarlo en tanques lo
hace un combustible ideal.
d) Ausencia de cenizas y posibilidad de depurar el gas: Esta es una
característica muy importante puesto que puede ser caracterizado como un
combustible limpio que genera un menor impacto ambiental tras su
combustión.
Como inconveniente, este tipo de combustible presenta un mayor riesgo en su
utilización debido a la posibilidad de explosión que puede ser ocasionada por fugas y
mezcla con el aire en su almacenamiento, transporte, distribución o uso.
En la actualidad los combustibles gaseosos naturales se limitan casi
exclusivamente al gas natural. En cuanto a combustibles manufacturados, los más
importantes son los gases licuados del petróleo (propano y butano), el gas ciudad y el
gas natural de sustitución (GNS) o metano.
Industrialmente hay que tener en cuenta diversos tipos de gas como el gas de
alto horno, el gas de coquerías, el gas de refinerías y algunos gases de gasógenos.
Finalmente, es importante desarrollar y mejorar la tecnología para obtener
combustibles gaseosos a partir de biomasa o cualquier otro tipo de residuo, por ello,
este estudio se centra en obtener dicho combustible gaseoso a partir de residuos
neumáticos disponibles en los vertederos.
25
2.4 Gasificación. Conceptos fundamentales
La gasificación es un proceso termoquímico de oxidación parcial en el que
una materia prima carbonosa es introducida en un reactor elevando su temperatura en
un rango de 800-2000 ºC en presencia de uno o varios agente gasificantes (aire,
oxígeno, vapor de agua o hidrógeno) y es transformada en un combustible gaseoso.
El combustible gaseoso obtenido recibe el nombre de gas de síntesis o
syngas.
Para comprender el proceso de gasificación hay que entender una serie de
cuestiones generales:
- La gasificación produce la conversión de una materia prima carbonosa en una
corriente gaseosa en la cual predominan el hidrógeno y el monóxido de
carbono (CO), pero en las que también se originan otros productos como el
dióxido de carbono , metano , vapor de agua , sulfuro de
hidrógeno , amoniaco , etc.
- El proceso se desarrolla a muy altas temperaturas, entre 800 y 2000 ºC, y a
presiones que oscilan entre 1 y 30 atmósferas. Las condiciones específicas
dependerán de tipo de materia prima con la cual se alimentará el reactor y el tipo
de reactor de gasificación empleado en el proceso.
- Para obtener la energía calorífica necesaria para desarrollar las reacciones
principales del gasificador, se produce una combustión parcial de la
alimentación. Por ello, se considera un sistema auto-térmico.
- Los reactivos o agentes gasificantes empleados en el reactor para llevar a cabo
las reacciones pueden ser (aire, oxígeno puro, vapor de agua o hidrógeno).
A nivel físico-químico la conversión de cambio de fase sólido-gas o líquido-
gas ocurre al disminuir su peso molecular y debilitar las fuerzas intermoleculares,
frente su energía cinética total. Esta variación se traduce en un incremento entálpico
del sistema cuando se pretende conservar el poder calorífico del combustible y una
disminución de la entalpía si se trata de una simple producción de calor.
26
Como se ha explicado anteriormente, las reacciones de gasificación pretenden
originar un nuevo combustible partiendo del inicial, por ello no puede disminuirse de
modo importante la entalpía del combustible original puesto que disminuiría su poder
calorífico en gran medida. Este motivo es la razón principal por la que se debe
aportar una cierta cantidad de energía al sistema que origina dos tipos de fenómenos
físico-químicos en los que se basa el cambio de estado:
- Ruptura de los enlaces moleculares o fuerzas de Van der Waals → reduciendo la
masa molecular.
- Activación de las reacciones endotérmicas que aumentan el volumen de gas
generado mediante la utilización de agentes gasificantes.
2.4.1 Agentes gasificantes
El gas de síntesis es un gas que consiste principalmente en monóxido de
carbono (CO) e hidrógeno , además de otros compuestos que se originan en el
reactor. Los productos formados varían de acuerdo a determinadas variables que
intervienen en el proceso como el agente gasificante empleado, la temperatura y
presión del reactor, materia prima con la cual se alimenta el reactor, etc.
Uno de los factores claves con mayor incidencia en la composición del gas de
síntesis y su poder energético es el agente gasificante utilizado en el reactor. A
continuación se detallarán los distintos agentes gasificantes que pueden ser utilizados
en el reactor de gasificación y su repercusión en el sistema:
Figura 2.13 Agentes Gasificantes
27
2.4.1.1 Agente gasificante: aire
Para comenzar a hablar de este agente gasificante, hay que hablar sobre su
composición química, la cual contendrá cantidades significativas de nitrógeno ,
aproximadamente un 78 %. El aire también contiene alrededor de un 21 % de y
un 1% restante formado por otros elementos como dióxido de carbono, argón, neón,
helio, hidrógeno, otros gases y vapor de agua.
El nitrógeno ( ) actúa como diluyente por lo que el gas obtenido es pobre y
dispone de un bajo contenido energético inferior a .
El oxígeno presente en el aire quema parte de la biomasa para obtener la
energía necesaria que permite mantener el proceso sin la utilización de un
combustible auxiliar.
Este gas pobre obtenido puede utilizarse como combustible principalmente
en quemadores de calderas o en motores de combustión interna.
2.4.1.2 Agente gasificante: oxígeno puro
El proceso es prácticamente el mismo, pero la calidad del gas es mucho
mayor debido a que al introducir oxígeno puro en el gasificador, se elimina el
inconveniente de tener grandes cantidades de nitrógeno en el reactor, con la
correspondiente mejora del poder energético del gas de síntesis y la eliminación de
diversos elementos que afectan a la calidad del gas de síntesis.
El principal inconveniente de este agente gasificante “ ” radica en la
necesidad de disponer de un sistema criogénico de separación del aire para poder
obtener el oxígeno puro. Esto significa que la los costes se incrementarán y el
proyecto puede no ser viable dependiendo del tipo de aplicación que vaya a tener el
gas de síntesis obtenido. Puesto que el gas de síntesis no solo tiene aplicaciones
energéticas, sino que también puede ser empleado, por ejemplo, para la producción
de metanol.
Respecto al poder calorífico del gas de síntesis, suele estar comprendido entre
10 y 20 , con lo que se obtiene un gas ideal para utilizar en turbinas o
motores de gas.
28
2.4.1.3 Agente gasificante: vapor de agua
La gasificación con vapor de agua es un proceso endotérmico en el que se
produce un gas de poder calorífico medio entre 10 y 15 enriquecido en
hidrógeno y monóxido de carbono ( ), con lo cual puede ser utilizado también
como gas de síntesis química.
La producción de vapor se puede conseguir de forma directa en el sistema
puesto que los gases salen del gasificador a una alta temperatura y mediante diversos
sistemas como intercambiadores podemos aprovechar este calor sensible para
generar el vapor necesario.
2.4.1.4 Agente gasificante: hidrógeno
Se produce un gas de alto contenido energético, superior a 30 , que
por tener altos porcentajes de metano, puede utilizarse como sustituto del gas natural.
En la siguiente tabla aparece un cuadro resumen con agentes gasificantes y
aplicaciones:
Tabla 2.10 Agentes gasificantes y aplicaciones
AGENTE
GASIFICANTE
TIPO DE GAS
PRODUCIDO
APLICACIÓN
ENERGÉTICA
Aire GAS POBRE
[CO, H2,N2] Combustión
Oxígeno puro GAS DE SÍNTESIS
[CO, H2, CH4...]
Electricidad
Combustión
Metanol
Vapor de agua GAS DE SÍNTESIS
[CO,H2,CH4] Electricidad
Hidrógeno
GAS DE ALTO
CONTENIDO
ENERGÉTICO
Electricidad
Calor
Síntesis química
29
2.5 Reacciones de gasificación
Cuando se introduce en el reactor la materia prima, en este caso NFU,
independientemente del tipo de gasificador, la materia sufre un calentamiento muy
rápido que provoca su secado (en caso de tener cierta humedad) o en su defecto:
(0) NFU triturado (humedad) + Calor → NFU seco + Vapor
(1) NFU triturado (seco) + Calor → Residuo Car onoso + líquidos + gases
Esta fase inicial corresponde a la descomposición térmica o pirolisis en una
mezcla sólida + líquido (vapor) + gas.
Al sólido originado en esta etapa se denomina “char”, líquidos y vapores
condensa les se les denomina “alquitranes o tars”
Las siguientes reacciones se deben principalmente a la presencia de oxígeno,
cuando el agente gasificante es oxígeno puro o aire:
(2) C + 1/2 → CO
(3) C + → C
(4) CO + 1/2 → C
(5) + 1/2 →
(6) C + 2 → C + 2
(7) + 3 → 2 C + 2
Mediante estas reacciones, debido a su carácter exotérmico se genera el calor
necesario para que se produzcan las reacciones propiamente de gasificación.
La siguiente etapa supone la fase de reducción (gasificación) que implican la
conversión del sólido de etapas anteriores en gas combustible. Mayoritariamente son
reacciones endotérmicas que consumen calor del sistema.
(8) C + → CO +
(9) C + 2 → C + 2
(10) C + 2 → C
Figura 2.14 Reacciones Exotérmicas
ENTALPÍA
30
(11) C + C → 2 CO
(12)
(13)
Junto a las reacciones anteriores, la (14) y la (15) se desarrollan en una muy
pequeña extensión La reacción (16) “reacción de Shift” es de gran importancia en
los procesos de gasificación puesto que se forman mayor cantidad de hidrógeno a
partir de monóxido de carbono y vapor de agua,
(14) C + → CO + 3
(15) C +2 → C + 4
(16) CO + → C + 4
Desde el punto de vista termodinámico, las reacciones (2), (3) y (8) son las
más importantes del gasificador por sus valores de entalpía y, sobre todo, por la gran
cantidad de carbono que interviene en ellas.
(2) C + 1/2 → CO [REACCIÓN DE COMBUSTIÓN PARCIAL]
(3) C + → C [REACCIÓN DE COMBUSTIÓN TOTAL]
(8) C + → CO + [REACCIÓN DE GASIFICACIÓN AGUA-GAS]
La energía necesaria para el desarrollo de la reacción (8) la cual consume
calor, será suministrada por la generada en las reacciones (2) y (3) (fuentes de calor).
Mediante el control de estas tres reacciones será posible mantener constante la
temperatura del gasificador.
Para alcanzar el objetivo de mantener constante la temperatura en el reactor,
se hace necesario regular el suministro de vapor de agua y oxígeno en el reactor, en
el caso de utilizar éstos como agentes gasificantes, o lo que es igual, el cociente
(caudal de agua/caudal de oxígeno).
Figura 2.15 Comentario →
Estas reacciones justifican el aporte
energético necesario en las etapas
oxidantes (combustión)
31
El incremento del cociente favorecería el desarrollo de la reacción de
gasificación respecto a la de combustión, con el consiguiente enfriamiento del
reactor; si se opera en sentido contrario, el calor generado en las reacciones de
combustión superaría al absorbido en la de gasificación, y el reactor se calentaría. En
general, el gasificador se alimenta con un caudal de oxígeno comprendido entre 1/3 y
1/5 del necesario para el desarrollo de la reacción de combustión total.
De acuerdo a ello:
Si
Si
2.6 Composición gas de síntesis
Como se ha comentado en apartados anteriores, el gas de síntesis es un gas
que está compuesto por una amplia variedad de compuestos, que principalmente son
[monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono hidrógeno , metano
, etc].
Las composiciones y cantidades de los compuestos generados en el gas
combustible dependen principalmente de los siguientes factores:
Tipo de materia prima utilizada en la alimentación:
Las propiedades de la materia prima de alimentación son determinantes para
elegir el agente de gasificación y el tipo de reactor, puesto que ambos realizarán las
conversiones y reacciones químicas de transformación del combustible sólido al
gaseoso.
También determina la producción de contaminantes que se van a generar.
Para el caso tratado, los contaminantes principales serán sulfura de hidrógeno (S )
junto con otros gases derivados y originados por el contenido de azufre que
contienen los neumáticos, compuestos orgánicos por la formación de alquitranes en
“Incremento de las reacciones de gasificación
y disminución de la temperatura del reactor”
“Incremento de las reacciones de combustión y
aumento de la temperatura del reactor”
32
el reactor, partículas sólidas y pequeñas cantidades de cloruro de hidrógeno (HCL)
que podrían ser despreciables.
Agente gasificante empleado:
Es el parámetro más influyente y crítico de las condiciones de operación del
gasificador que afecta a la composición del gas combustible generado. Si se emplea
oxígeno/aire, un aumento de la cantidad de gasificante producirá la formación de
dióxido de carbono y si es aire un aumento de la dilución energética. Por esto,
se deberá calcular un valor óptimo en la relación agente gasificante/materia prima.
Por lo general, si se inyectan mayores cantidades de agente gasificante al
reactor, se originan los siguientes efectos en el reactor:
- Aumento de la temperatura y disminución de la proporción de partículas sólidas.
- Desplazamiento de las reacciones de combustión con pérdidas en la calidad del
gas.
Temperatura:
En la etapa de gasificación (reducción) la temperatura influye en los
equilibrios de reacción. En general los aumentos de temperatura influyen en un
aumento de la concentración de hidrógeno y monóxido de carbono y descenso del
metano y vapor de agua.
Presión:
Aumentar la presión en el reactor de gasificación favorece la producción de
hidrocarburos y alquitranes en el reactor que varían la composición del gas de
síntesis.
La idea inicial es utilizar la tecnología empleada por la empresa SIERRA
ENERGY denominada “Fastox” en la cual se utilizan 2 agentes gasificantes de
forma simultánea:
1) Oxígeno puro ( .
2) Vapor de agua.
33
Tras contactar con Sierra Energy, anticipan que el gas de síntesis producido a
partir de la tecnología Fastox tendrá la siguiente gama de composiciones (% en
volumen o % en moles) después de la limpieza y antes de la conversión del producto
final: Tabla 2.11 Composición del Gas de Síntesis (Sierra Energy)
COMPOSICIÓN PORCENTAJE
CO 48-66 %
18-32 %
5-15 %
0,5-12 %
Etano < 2 %
Propano < 2 %
0,5-3 %
< 1 %
Ar 0,5-2,5 %
Otra empresa que facilita una composición aproximada del gas producido por
gasificación de neumáticos es la facilitada por la empresa “ANKUR [12]”, cuya
composición del gas es la siguiente:
Tabla 2.12 Composición del Gas de Síntesis Ankur
CO
10-15 0-1 45-55 2-6 10-15 4-10
La composición de es muy elevada, por lo que se ha de suponer que el
agente gasificante utilizado para este análisis ha sido aire, este resultado difiere del
presente estudio, en el cual se utilizan como agentes gasificantes oxígeno puro (
y vapor de agua. Por ello, nos basaremos en la composición aportada por Sierra
Energy en la tabla 2.11.
34
2.7 Poder calorífico del gas de síntesis
El poder calorífico del gas de síntesis hace referencia a la cantidad de energía
por metro cúbico que puede generar dicho gas. Cabe destacar que existen dos tipos
de poder calorífico, que son:
Poder calorífico superior (PCS o HHV): Se define como la cantidad
total de calor desprendido en la combustión completa del combustible cuando el
vapor de agua originado en la combustión está condensado. así pues, se contabiliza el
calor desprendido en este cambio de fase.
Poder calorífico inferior (PCI o LHW): Es la cantidad total de calor
desprendido en la combustión completa de una unidad de masa de combustible sin
contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la
combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.
Una vez aclarados los tipos de poder calorífico, se utilizará el parámetro de
poder calorífico inferior (PCI o LHW) para los distintos cálculos, puesto que es el
valor que más se aproxima al real.
Dicho esto, se necesita conocer el poder calorífico del gas generado en
nuestra planta de gasificación, puesto que es un parámetro muy importante para
desarrollar el proceso de cogeneración el cual afecta de manera directa al
funcionamiento de los motores de gas y la transformación de la energía química del
combustible en energía mecánica que finalmente incidirá en la energía eléctrica y
térmica generada.
Como sabemos, tras el análisis en la composición de los neumáticos
realizados previamente, sabemos que estos contienen cantidades superiores al 70 %
en carbono, lo cual hace que este residuo posea buenas propiedades caloríficas como
combustible.
Los neumáticos poseen un elevado poder calorífico, de alrededor de 40
MJ/Kg, muy superior al de otros combustibles como maderas 15,40 MJ/kg, coque
26,80 MJ/kg, hulla (tipo de carbón) 22,60 MJ/kg, biomasa 14,10 MJ/kg, según la
información obtenida de los PCI de IDAE, [4].
35
El gas combustible obtenido por gasificación tiene un poder calorífico
inferior (PCI) distinto al comentado previamente (42 MJ/ kg). Esto se debe
principalmente a que es un proceso distinto al obtenido directamente por
incineración del residuo sólido.
Obtener el valor real del poder calorífico del gas combustible generado en la
central de gasificación de forma teórica y sin llevar a cabo pruebas experimentales
en un reactor con las condiciones de diseño y operación tratadas en este estudio es
muy complejo. Por ello, se va a recurrir al estudio realizado por A. Donatelli, P.
Iovane y A. Molino pu licado en la revista FUEL “High energy syngas production
by waste tyres steam gasification in a rotary kiln pilot plant. Experimental and
numerical investigations, [24]” en el cual se lleva a cabo un estudio experimental y
numérico sobre la gasificación de neumáticos de desecho utilizando vapor como
agente gasificante y variando la relación en la alimentación vapor / masa neumático
para lograr obtener el máximo poder energético del gas.
El reactor de gasificación de la planta piloto tiene una alimentación de 5 kg/h
y funciona a una temperatura comprendida entre 400 y 1100 ºC. Por lo que podemos
observar, este estudio está desarrollado a pequeña escala puesto que el reactor de
gasificación tratado en este documento tiene una capacidad de 16,32 toneladas
diarias en su alimentación para poder generar la energía demandada; aun así, esta
investigación sirve de referencia para poder predecir el comportamiento del sistema
de gasificación en condiciones muy similares, puesto que las condiciones de
alimentación del residuo al gasificador son muy similares a las llevadas a cabo en
este estudio, con la salvedad de que en el caso estudiado se utilizan 2 agentes
gasificantes (Oxígeno puro y vapor de agua) y en la investigación de A. Donatelli, P.
Iovane y A. Molino solo se utiliza vapor de agua como agente gasificante.
. Por consiguiente, se va a estimar el poder calorífico del gas de síntesis de
acuerdo a la investigación y experimentación de la planta piloto experimental
comentada. Esto supone que el gas de síntesis o syngas tendrá un PCI
correspondiente a:
PCI GAS SÍNTESIS NFUs = 29,50 MJ/kg
36
3 MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Tecnologías y componentes principales de la central de gasificación
En este apartado se pretende explicar de manera detallada y simplificada los
equipos principales y fundamentales que comprenden una central de gasificación
estándar, en la cual, los más importantes son los siguientes:
- Reactor de Gasificación o “Gasificador”.
- Intercambiador de calor o recuperador.
- Sistemas de limpieza, filtrado y purificación del gas combustible.
- Generador de vapor.
- Motores de gas.
3.1.1 Reactores de gasificación
En relación al diseño del reactor de la planta, debemos saber que en la
actualidad existen distintos tipos de reactores de gasificación que operan con
distintas tecnologías pero que cumplen la misma función. Por ello, comenzaremos
explicando que es un reactor y seguidamente se analizarán los tipos de reactores.
A continuación analizaremos ambos tipos de reactores.
Reactor de Gasificación: es el elemento
encargado de desarrollar las reacciones
termo químicas para realizar la conversión
del combustible sólido inicial (NFU) en un
combustible gaseoso (Gas de síntesis).
Actualmente podemos encontrar 2 tipos de
reactores:
Reactor de lecho fijo: el sólido se mueve
aunque muy lentamente. Puede ser:
- Downdraft: sólido y gas se mueven
en sentido descendente.
- Updraft: sólido y gas se mueven en
contracorriente, el sólido desciende
y el gas asciende.
Reactor de lecho fluidizado: el sólido es
mantenido en suspensión en el reactor.
Reactor de lecho arrastrado: este reactor
requiere de condiciones más complejas. Figura 3.1 Reactor de Gasificación
37
3.1.1.1 Reactores de lecho fijo
Las partículas de combustible no son movidos por el flujo de gas por lo que el
combustible está dispuesto en el gasificador en un lecho fijo. Son los más sencillos
en cuanto a diseño y operación, por lo que son los más adecuados para aplicaciones
de pequeña y mediana escala, no llegando a requerimientos térmicos muy elevados.
Tipos reactores de lecho fijo:
Downdraft (corrientes descendente): En este tipo de reactor, el combustible
sólido “Neumáticos fuera de uso triturados → NFU” y el gas generado se
desplazan en el mismo sentido. El combustible sólido se alimenta por la parte
superior del reactor y a medida que desciende, comienza a sufrir los procesos de
secado y pirolisis, y por tanto, aumentando su temperatura considerablemente.
La gasificación tiene lugar en la parte inferior del reactor, en una zona de
reacción de altas temperaturas La oxidación de la alimentación “NFU” formado
por los productos de pirolisis (carbono puro y alquitranes) generan el calor
suficiente para mantener el proceso de gasificación.
Los gases producto se obtendrán por la parte inferior del reactor, una zona de
alta temperatura la cual caracteriza al gas combustible generado por presentar un
bajo contenido de alquitranes debido a que se craquean al atravesar la zona de
alta temperatura.
La principal ventaja de este tipo de reactor es que no requieren ningún
tratamiento especial del combustible y se pueden usar con una amplia gama de
los mismos: diferentes tamaños de partículas (< 10 cm), humedades (< 30 %),
etc.
Como inconveniente, debido a que el gas sale del reactor cerca de la zona de
pirolisis, el gas generado en el gasificador de corriente ascendente presenta un
alto contenido de componentes orgánicos.
Figura 3.2 Reactor de lecho fijo. Fuente IDAE y Ostargi.
(DOWNDRAFT)
38
Updraft (corriente ascendente): El gas y el sólido alimentado se mueven en
contracorriente, normalmente el combustible sólido de la alimentación se
introduce por la parte superior, donde se cruza con los gases combustibles que
ascienden desde la parte inferior del reactor originados previamente en la etapa
de pirolisis y reducción.
La alimentación de “NFU” va aumentando su temperatura de forma progresiva
de modo que inicialmente sufre el proceso de secado y a continuación el de
pirolisis. El carbono generado continua descendiendo y en la zona central sufre
el proceso de reducción, en donde se pondrá en contacto con el agente
gasificante (Oxígeno, vapor de agua o hidrógeno) produciendo su combustión y
elevando la temperatura del reactor.
Los gases producidos ascienden por el tronco del reactor escapando también
partículas contenidas en los alquitranes y vapores generados. Este fenómeno,
provoca que el gas de síntesis generado, contenga una elevada proporción de
alquitranes e hidrocarburos que aumentan el poder calorífico del gas de síntesis.
La temperatura del gas es baja, entre 80 ºC y 300 ºC. Estas bajas temperaturas y
el contenido en alquitranes e hidrocarburos no suponen ningún problema si el
gas obtenido se quema directamente pero si el gas va a alimentar turbinas o
motores es necesario realizar una limpieza de éste.
Figura 3.3 Reactor de lecho fijo. Fuente IDAE y
Ostargi
(UPDRAFT)
39
3.1.1.2 Reactores de lecho fluido
En este tipo de gasificadores, a diferencia de los anteriores, no existen zonas
claramente definidas en donde se llevan a cabo los diferentes procesos de secado,
pirolisis, oxidación y reducción del combustible de la alimentación. Todas las etapas
previamente descritas tienen lugar simultáneamente en todos los puntos del
gasificador consiguiendo así una distribución uniforme de temperaturas en todo el
volumen del reactor
Se obtiene un gas con bajo en char y grandes cantidades de cenizas, a
temperaturas que oscilan entre 800 ºC y 1000 ºC.
El lecho fluidizado consigue una elevada velocidad de transferencia de calor
y materia lo que conduce a una elevada velocidad de reacción y un perfil de
temperaturas más uniformes.
A continuación, en la figura 3.4 se muestra este tipo de reactor:
Figura 3.4 Reactor de lecho fluido
A diferencia del lecho fijo, en los reactores de lecho fluidizado la
alimentación se introduce por la parte inferior del reactor de manera que el
combustible se mantiene en suspensión en el interior aprovechando el flujo de gases
ascendentes. Este diseño anula la generación de alquitranes.
Los gasificadores de lecho fluidizado pueden ser dimensionados para
instalaciones de mediana y gran escala y son los más adecuados para situaciones
donde la demanda del gas resultante es relativamente constante. Esencialmente, todas
las instalaciones de gasificación de grandes dimensiones construidas y probadas en la
última década usan diseños de lecho fluidizado. El gas resultante existente del
40
gasificador típicamente tiene altos niveles de partículas como resultado de la
turbulencia en el reactor. Las partículas consisten en cenizas originadas por el
combustible de la alimentación y partículas finas que escapan del lecho. Dentro de
esta clasificación, se pueden encontrar:
a) Gasificadores de lecho fluido burbujeante.
Los reactores de lecho fluido burbujeante se caracterizan porque la velocidad
del fluido que pretende mantener el combustible en suspensión es muy baja y no
tiene la capacidad suficiente para soportar la masa de partículas que se generan y por
ello se necesita un componente físico auxiliar.
Las principales características del lecho fluido burbujeante son:
- Control más simple del reactor.
- Elevadas capacidades.
- La distribución del combustible en grandes lechos es más problemático.
b) Gasificadores de lecho fluido circulante.
Los reactores de lecho fluido circulante se caracterizan por la velocidad del
fluido es superior, por lo que mantiene un arrastre continuado de las partículas
presentes en el reactor. La recirculación de este proceso incrementa el tiempo medio
de residencia del combustible en el reactor, este fenómeno provoca una serie de
ventajas como pueden ser un mayor rendimiento en la combustión y una mayor
depuración del gas en el reactor.
Las principales características del lecho fluido circulante son:
- La velocidad de fluidificación es muy alta, por lo que se obtienen mayores
rendimientos porque existe una mayor transferencia de calor y materia.
- El sistema requiere de un separador “Ciclón” para recircular parte del lecho
circulante.
- Requiere de altas necesidades de reducción del tamaño de las partículas de la
alimentación.
- Presenta mayores pérdidas de carga, con lo cual incrementa el consumo
energético de la planta.
41
3.1.1.3 Reactores de lecho arrastrado
El combustible sólido de la alimentación debe ser micronizado hasta un
diámetro del orden de 500 , posteriormente se mezcla con el resto de reactivos y
se inyecta en la parte inferior del reactor de gasificación.
La finalidad de disponer del combustible con un tamaño tan reducido es para
que su comportamiento se asemeje a un pseudo-fluido, utilizando para ello un gas
inerte (Nitrógeno) o agua para que se forme una especie de barro entre estos
denominado “slurry”
Figura 3.5 Reactor de lecho arrastrado
Del mismo modo que ocurre en el gasificador de lecho fluidizado, existe un
desplazamiento del combustible y los gases generados en los cuales tampoco se
forman alquitranes. Los tiempos de residencia en este tipo de gasificador son muy
bajos, inferiores a 5 segundos ya que operan a temperaturas muy altas que rondan los
2 000 ºC. Cabe destacar que también se pueden alcanzar presiones superiores a 20
bares.
Los gases generados en este reactor presentan una relación de conversión del
carbono cercana al 99 %.
42
3.1.2 Intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor son dispositivos imprescindibles para el buen
rendimiento de la central de gasificación tratada en el presente estudio, puesto que
cumplen la misión de transferir calor de un fluido a otro en las diversas etapas de la
planta.
Figura 3.6 Intercambiadores de calor de carcasa y tubo
Con esta función, realizada con los intercambiadores conseguimos mejorar la
eficiencia y rendimiento de nuestra planta puesto que existen menos pérdidas de
energía, ya que las existentes se derivan e invierten en otro uso específico, en el caso
tratado, el calor absorbido por los intercambiadores de calor durante el enfriamiento
del gas combustible que se extrae del reactor y posteriormente absorbiendo el calor
del agua de refrigeración de los motores de gas son derivados hacia dos tipos de
dispositivos. Una parte de esa energía se destina a producir agua caliente sanitaria
(ACS), por ejemplo para calefacción o para otros tipos de usos, y otra parte de esa
energía se deriva a un generador de vapor, puesto que la fá rica “ ott” a la cual va
a abastecer la central de gasificación estudiada, demanda una cierta cantidad de
vapor saturado que analizaremos posteriormente.
Se pretende utilizar intercambiadores de tubo para la central de gasificación
descrita, por ello, a continuación se explica el funcionamiento de este tipo de
intercambiador, teniendo en cuenta que los intercambiadores pueden ser clasificados
en función del tipo de flujo con el que funcionan.
Estos pueden ser de flujo paralelo, contraflujo, flujo cruzado, de un solo paso
o regenerativos.
43
Tras este análisis inicial, se procederá a explicar de forma simplificada el
funcionamiento del intercambiador de tipo tubular.
3.1.2.1 Intercambiador de tipo tubular
Este tipo de intercambiador es el de construcción más básica y común, este se
muestra a continuación en la figura 3.7.
Figura 3.7 Intercambiador tubular
Este intercambiador está formado por un conjunto de tubos los cuales se
encuentran contenidos en el interior de una carcasa. El flujo que circula por el
interior de los tubos se denomina flujo interno y el que fluye por el interior de la
carcasa o contenedor flujo externo.
En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo
de la carcaza por las placas de los tubos. Los tubos se sujetan o se sueldan a una
placa para proporcionan un sello adecuado.
Las placas de soporte actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido
dentro de la cáscara hacia adelante y hacia atrás a través de los tubos.
A continuación explicaremos los distintos tipos de flujos que puede presentar
un intercambiador.
44
- Flujo Paralelo: el flujo interno y el flujo externo o de la carcasa fluyen
en la misma dirección.
En la siguiente figura podemos observar cómo los 2 fluidos entran al
intercambiador por el mismo extremo y cada uno de ellos presenta distintas
temperaturas, el calor se transfiere de un fluido a otro hasta igualar sus temperaturas
y alcanzar un equilibrio térmico.
Figura 3.8 Intercambiadores de flujo paralelo
En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y
estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se
transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la
temperatura de los fluidos se aproxima la una a la otra, es decir que uno disminuye su
temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre
ellos.
- Contraflujo: en este caso, los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en
sentidos opuestos. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes
extremos.
Figura 3.9 Intercambiadores a contraflujo
45
En contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el
intercambiador de contraflujo puede presentar la temperatura más alta en el fluido
frío y la más baja temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia
de calor en el intercambiador.
- Flujo cruzado: uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido,
esto es, uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa
alrededor de dichos tubos formando un ángulo de 90◦ Los intercam iadores de
flujo cruzado son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio
de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases
(bifásico).
Figura 3.10 Intercambiadores de flujo cruzado
- Flujo de un solo paso y múltiples pasos: este sistema permite fusionar las
características de dos o más intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un
intercambiador de calor cuyo fin es tener que pasar los dos fluidos varias veces
dentro de un intercambiador de paso simple.
Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se
denomina intercambiador de múltiple pasos. Sí el fluido sólo intercambia calor en
una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso.
46
Figura 3.11 Intercambiadores de un solo paso
Figura 3.12 Intercambiadores de múltiple paso
3.1.3 Sistemas de limpieza y acondicionamiento del gas de síntesis
La limpieza del gas es una parte fundamental e imprescindible en el proceso
de gasificación puesto que permite eliminar contaminantes, impurezas y mejorar la
calidad del gas para que pueda ser utilizado en motores o turbinas de gas sin
deteriorar en exceso algunos de sus componentes.
Los contaminantes presentes en el gas generado pueden ser:
- Partículas de materia arrastrada: son todas las partículas en fase sólida que son
arrastradas por el combustible gaseoso que sale del reactor. La cantidad de estas
partículas depende principalmente del tipo de reactor utilizado y las
características y composición química del combustible de alimentación con el
cual se abastece al gasificador o reactor.
Estas partículas pueden crear problemas de abrasión en los distintos aparatos y
tuberías por los que circulan las corrientes gaseosas.
Una forma eficaz de eliminar estas partículas es con el uso de ciclones (equipo
que será explicado posteriormente), siempre y cuando las partículas sean de un
tamaño que se encuentren en el rango del ciclón empleado puesto que para
partículas muy finas, es necesario utilizar otros equipos más eficaces como
filtros de mangas, filtros cerámicos o precipitadores electroestáticos.
47
Las partículas sólidas mencionadas pueden llegar a aglomerarse y formar
partículas de mayor tamaño con la ayuda de las elevadas temperaturas, por ello,
es importante disminuir la temperatura de la corriente gaseosa que sale del
gasificador, acción que cumplen los intercambiadores de calor.
- Compuestos orgánicos: estarán formados por alquitranes que no han sufrido una
conversión completa en el reactor y por ello el tamaño de sus moléculas no se ha
reducido lo suficiente. Las cantidades de este contaminante está relacionado con
el tipo de combustibles suministrado al reactor, tipo y condiciones de operación
del reactor.
Una manera de eliminar los alquitranes contenidos en el gas es mediante
procesos térmicos de craqueo teniendo en cuenta que en general, el rendimiento
disminuye al aumentar la temperatura debido a que este incremento de energía
se consigue con la combustión parcial o total del combustible de alimentación.
También se puede resolver el problema mediante el uso de catalizadores como la
dolomita, el Níquel,…)
Como equipo específico para eliminar alquitranes, puede ser utilizado el
scrubber húmedo, del cual también hablaremos posteriormente.
Una solución que puede eliminar este contaminante con un alto rendimiento es
la combinación del uso de un catalizador seguido por un filtrado y finalmente
introducir la corriente por un scrubber.
- Amoniaco , ácido cianhídrico (HCN) y otras impurezas derivadas del
nitrógeno. Estos contaminantes son más frecuentes cuando se utiliza aire como
agente gasificante debido a su alto contenido en Nitrógeno ( 79 %).
La combustión de estos productos provoca la formación de óxidos de nitrógeno
(NOx) que crean un impacto ambiental considerable debido a que una vez
liberados al aire, forman a través de reacciones fotoquímicas, contaminantes
secundarios como por ejemplo el nitrato de peroxiacetilo (PAN) causante entre
48
otros condicionantes del smog fotoquímico el cual se puede observar a simple
vista en ciudades con altos índices de contaminación en las cuales se ve una
atmósfera de color plomo o negro tal y como se observa en la figura 3.12
Figura 3.13 Smog fotoquímico en Madrid
La eliminación de estos contaminantes en el reactor puede llevarse a cabo con el
uso de catalizadores o con equipos como el scrubber húmedo.
- Sulfuro de hidrógeno y otros gases originados por el azufre (S): Según el
análisis realizado en la “Ta la 2.2” so re la composición de los neumáticos, se
puede apreciar que éstos contienen azufre en el orden de 1 a 3 % en su
composición, por ello, será necesario eliminarlo del gas.
El proceso de eliminación de este contaminante se puede llevar a cabo mediante
un lecho de dolomita , que tiene la capacidad de absorber el
azufre (S) y así eliminarlo de la corriente de gas.
- Otras impurezas gaseosas como el cloruro de hidrógeno (HCL) y metales en fase
vapor: Aun siendo muy pequeñas las cantidades de cloro contenidas en los
neumáticos (0,2-0,6 %), pueden ser eliminados utilizando materiales activos por
solución con scrubbers.
La concentración y presencia de estos contaminantes en el gas dependerá de:
Tipo de reactor de gasificación.
Composición del combustible empleado para la alimentación del reactor.
Agente o agentes gasificantes utilizados suministrados al reactor.
Temperaturas y tiempos de residencia.
Catalizadores.
49
A continuación veremos los sistemas de limpieza comentados previamente
para comprender como funcionan y sus características principales.
3.1.3.1 Separador ciclónico
La misión principal de este equipo es separar las partículas sólidas que se
encuentran suspendidas en el combustible gaseoso. Por ello, en caso de no utilizar
filtros en la planta de gasificación estudiada, este equipo puede ser utilizado para
separar las partículas sólidas generadas durante la gasificación del combustible y que
por ello, se encontrarán presentes en el gas combustible que sale del reactor.
Este equipo presenta las siguientes ventajas e inconvenientes:
Tabla 3.1 Ventajas e inconvenientes separador ciclónico
VENTAJAS INCONVENIENTES
Bajo coste de inversión y mantenimiento
Baja eficacia para partículas de diámetro
pequeño < 10um
Simplicidad de diseño, compacidad
Rigidez de diseño, no se adapta bien a
cambios de caudal, concentración y
granulometría de partículas
Operación a cualquier rango de
temperatura
Buen funcionamiento como equipo
previo de descontaminación
El funcionamiento del ciclón es el siguiente:
El gas cargado de partículas sólidas entra por
la toma de entrada del ciclón, situada en la
parte superior del dispositivo y sección más
ancha. Una vez dentro, el gas sigue una
trayectoria helicoidal hacia su parte más baja
finalizando en un flujo central ascendente en
el cual las partículas más densas tienen
demasiada inercia para seguir el flujo
rotatorio ascendente por lo que chocan
contra las paredes del ciclón y precipitan por
el fondo de este.
La forma cilíndrico-cónica del ciclón tiene la
finalidad de reducir el radio de flujo que
permite remover cada vez partículas más
finas.
Figura 3.14 Separador Ciclónico
50
3.1.3.1.1 Tipos de ciclones según su rendimiento
Los ciclones pueden ser clasificados en 3 familias de acuerdo a la eficacia en
la separación de partículas que poseen. Esta clasificación esta resumida en la
siguiente tabla:
Tabla 3.2 Familias de ciclones en función del rendimiento
Familia de
ciclones
Eficiencia de remoción (%)
PST PM10 PM2,5
Convencionales 70-90 30-90 0-40
Alta eficiencia 80-99 60-95 20-70
Alta capacidad 80-99 10-40 0-10
Ciclones convencionales: su rendimiento está comprendido entre el 70 y el 90 %
para partículas con diámetros superiores a 20μm, entre el 30 y 90% para
partículas con diámetros superiores a 10μm y de 0 al 40 % de rendimiento
para partículas con diámetros a partir de 2.5 μm
Ciclones de alta eficiencia: están diseñados para alcanzar un mayor rendimiento
en separación de las partículas más pequeñas. En su defecto, presentan mayores
caídas de presión que se traduce en un mayor consumo energético para hacer
pasar el gas combustible sucio a través del ciclón.
Los rendimientos para este tipo de ciclones varían entre el 80 y el 99% para
partículas con diámetros superiores a 20 μm, entre el 60 y el 95% para partículas
con diámetros superiores a 10 μm y del 20 al 70 % para partículas con diámetros
superiores a 2 5μm.
Ciclones de alta capacidad: los ciclones de alta capacidad están especialmente
diseñados para separar partículas con diámetros superiores a 20µm, aunque
también separen partículas más pequeñas.
Los intervalos de rendimiento de estos ciclones de alta capacidad son del 80 al
99% para partículas con diámetros superiores a 20μm, del 10 al 40% para
partículas con diámetros superiores a 10μm y del 0 al 10% para partículas con
diámetros superiores a 2 5μm.
3.1.3.2 Filtros de mangas
Es un equipo que se utiliza para separar partículas sólidas que se encuentran
en suspensión en una corriente gaseosa. Estos filtros tienen la capacidad de retener
partículas submicrónicas, por lo que podría ser un equipo necesario en la planta de
gasificación estudiada en el caso de que se generen partículas de este tamaño y los
separadores ciclónicos no sean capaces de separarlas de la corriente gaseosa.
51
Los filtros de mangas se caracterizan porque son equipos muy simples que
presentan una gran versatilidad para ser utilizado en distintas situación y condiciones
de operación.
En la siguiente figura se muestra en detalle un tipo de filtro de manga:
Figura 3.16 Detalle filtro de mangas.
El funcionamiento de este tipo de equipos
consiste en inyectar el combustible gaseoso que
pasa a través de los filtros de mangas cilíndricas
que son los elementos filtrantes, quedando
retenidas en estas las partículas sólidas del gas.
Las mangas filtrantes pueden estar construidas
con diferentes tejidos como poliéster, fibra de
vidrio, teflón, entre otros, con tratamientos
antiestáticos, antiadherentes o con distintas
porosidades y pesos.
Estos filtros se limpian de forma automática
mediante la inyección de aire comprimido a
contracorriente que es controlado por un equipo
electrónico incorporado en los filtros que miden
su grado de colmatación.
El polvo desprendido de los filtros se recoge por
gravedad en la tolva situada en la parte baja de la
estructura. Figura 3.15 Filtro de mangas.
La elección de un equipo u otro depende del tamaño de las partículas sólidas que se
generen en el reactor de gasificación.
52
Estos equipos presentan las siguientes ventajas e inconvenientes:
Tabla 3.3 Ventajas e inconvenientes “Filtros de Mangas”
VENTAJAS INCONVENIENTES
Buena capacidad de filtración
Limitaciones por la capacidad del tejido
a soportar altas T y gases corrosivos
Las mismas partículas que se retienen
actúan como material filtrante
Problemas con la humedad de los gases
Muy eficientes en relación a la pérdida
de carga producida
La deposición de partículas de alquitrán
pueden colmatar el filtro
Baja sensibilidad frente a variaciones en
la carga de partículas
Peligro de incendio o explosión
Diseño modular
3.1.3.3 Filtros electrostáticos
Un filtro electrostático es un equipo industrial destinado al control de
emisiones. Evita que partículas de polvo, cenizas y humos de la combustión sean
evacuados a la atmósfera.
Es un equipo que ofrece muy alta eficiencia y cuyo funcionamiento se basa en
ionizar (cargar eléctricamente) las partículas contaminantes mediante la acción de un
campo electrostático.
Posteriormente estas pasan entre unas placas con carga contraria a la de la
ionización por lo que se adhieren a ellas. Cuando las placas se encuentran
impregnadas con los contaminantes son descargadas y sacudidas por golpes en seco,
para que los contaminantes se desprendan hasta caer en una tolva de recolección.
Figura 3.17 Retención de contaminantes
mediante un campo electrostático.
53
Estos equipos presentan las siguientes ventajas e inconvenientes:
Tabla 3.4 Ventajas e inconvenientes “Filtros Electrostáticos”
VENTAJAS INCONVENIENTES
Altos rendimientos de depuración (>99%)
Consumo eléctrico
Pueden tratar altos volúmenes de gases
Peligro de explosión
Posibilidad de diseño para un amplio rango de
temperatura (hasta 700ºC)
Alto coste de inversión
Muy eficientes en relación con la pérdida de
carga producida
Equipos de grandes dimensiones
3.1.3.4 Lavadores Scrubbers
Este dispositivo es un sistema de depuración que se fundamenta en el
fenómeno de absorción del contaminante a través de un líquido que puede ser agua,
un reactivo químico o una combinación de éstos.
La absorción es un proceso químico que se basa en la separación de algunos
componentes que forman una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente en estado
líquido con el que se formará una solución. Este proceso se desarrolla mediante
difusión molecular. El líquido empleado en esta operación, se puede recuperar y
reutilizar. Normalmente se utilizan torres de relleno y se trabaja en contracorriente
entre el gas que contiene el contaminante y el líquido. Se utiliza el relleno para
aumentar la superficie de contacto entre el líquido y los gases.
Es importante una buena elección del disolvente que participará en la
absorción. En este caso, el objetivo principal es eliminar alguno de los componentes
que constituyen el gas, por lo general existirá una amplia elección en el tipo de
disolvente a utilizar dependiendo de qué contaminante o contaminantes estamos
tratando de eliminar. El agua es el disolvente más económico y también el más
completo, aunque se debe dar importancia a propiedades como:
54
La solubilidad del gas: la solubilidad del gas tiene que ser alta, con la
intención de así poder aumentar la velocidad de la absorción, bajando
la cantidad necesaria del disolvente. Por lo general los disolventes que
tienen una naturaleza parecida a la del soluto en cuestión que va a ser
absorbido, presentarán una muy buena solubilidad.
La volatilidad: Los disolventes deben poseer una baja presión de
vapor, pues así el gas que sale es una operación de absorción donde
suele estar saturado con el disolvente y por lo tanto se puede ver
perdida gran cantidad. También se puede usar un líquido poco volátil
para poder conseguir de nuevo la parte que se ha evaporado del primer
disolvente.
El coste del disolvente: trataremos de buscar el disolvente más
económico que pueda cumplir las funciones requeridas puesto que en
general, se pierde gran parte del disolvente en el proceso, lo cual tiene
un importante coste económico asociado.
Viscosidad: una baja viscosidad en el disolvente aporta más rapidez a
la absorción.
Finalmente, se muestran las principales ventajas e inconvenientes de estos equipos:
Tabla 3.5 Ventajas e inconvenientes “Lavadores Scru er”
VENTAJAS INCONVENIENTES
Eficaz para captar simultáneamente, partículas y
gases contaminados
Variaciones importantes del precio dependiendo
de los gases a tratar
Elevado rendimiento de absorción de gases
Los gastos deben incluir el cambio de reactivo y
alto consumo de agua
Pérdidas de carga muy bajas
Elevado gasto energético
Reducen el peligro de incendio o explosión
Equipos de grandes dimensiones
55
3.1.4 Introducción a los motores generadores de gas
Los motores generadores de gas son equipos diseñados para la generación de
energía eléctrica que utilizan como combustible gas. Por lo general estos motores
están diseñados para trabajar con Gas Natural. En este caso, el gas combustible que
tenemos es gas de síntesis o syngas, que presenta propiedades y características
diferentes a las del Gas Natural por lo que se realizan algunas adaptaciones y
modificaciones en los mecanismos de inyección de combustible y sistema de
encendido de estos motores para poder trabajar con este tipo de combustible gaseoso.
Figura 3.18 Motor generador de Gas
Estos motores de gas tienen rendimientos muy altos, esto se debe a que
permiten relaciones de compresión muy altas y además necesitan fluidos de
refrigeración que absorban el calor y posteriormente se puede disponer de esta
energía térmica para otros usos.
La composición del gas de síntesis generado en la planta depende en gran
medida de la materia prima con la cual se alimenta el gasificador. Algunos
componentes del gas de síntesis causan problemas en los motores de gas y estos
problemas deben abordarse desde el principio (alquitranes, niveles de hidrógeno,
humedad, partículas sólidas...) por lo que es muy importante realizar una correcta
limpieza y depuración del gas combustible producido.
En este sentido, el hidrógeno ( ) “elemento presente en el gas generado” es
mucho más rápido de quemar que el metano ( ), que es la fuente de energía
normal en los motores de gas. En circunstancias normales, la combustión más rápida
56
en los cilindros del motor daría lugar a la posibilidad de preencendido, golpeteo y
fallo del motor.
Para contrarrestar este problema, se realizan modificaciones técnicas que
reducen la potencia generada por el motor de gas a un 50-70 % de la producción
generada con Gas Natural, es decir, si con un motor que utiliza gas natural como
combustible se generan 1 000 kW, si utilizamos en ese mismo motor modificado gas
de síntesis como combustible, produciremos como máximo 700 kW → 70 %
3.1.4.1 Fabricantes y tipos de motores de gas
FABRICANTE: MWM
Esta empresa dispone de una gran variedad de motores de gas y grupos
electrógenos del rango de 400 kW a 4,5 MW. Los motores de gas de este fabricante
pueden operar con los siguientes tipos de gas:
Gas natural.
Gas de esquisto.
Gas de mina
Biogás.
Gas de aguas residuales.
Gas de síntesis.
Según el fa ricante “MWM, referencia bibliográfica [25]”, los modelos
citados a continuación pueden operar con bajos costos de operación y servicio con
altos rendimientos eléctricos y térmicos.
Figura 3.19 Motor Clase TCG
57
De acuerdo a la potencia eléctrica y térmica requeridas de 1,39 MWe y 0,927
MWt se analizarán los siguientes modelos:
TCG 2020 V12│12 cilindros│1200 kWe │1194 kWt
Con este modelo solo se cubren las necesidades eléctricas y térmicas si se
instalan 2 motores, con lo que se generaría un exceso de energía eléctrica y térmica.
El exceso de energía térmica se puede destinar para agua caliente sanitaria (ACS) de
forma independiente a la producción de vapor requerida 0,927 MWt.
Tabla 3.6 Datos de rendimiento. Motor TCG 2020 V12
Exceso de energía térmica:
Potencia térmica requerida 0,927 MWt │Potencia térmica suministrada 1,194x2 MWe
Se está generando más del doble de energía térmica requerida, por lo que no es una
opción viable.
Tabla 3.7 Dimensiones y peso. Motor TCG 2020 V12
58
TCG 2020 V16│16 cilindros│1560 kWe │1577 kWt
Con este motor se cubrirían las necesidades eléctricas y térmicas en exceso.
El exceso de energía eléctrica que se puede aplicar para el caso de un pico en el
consumo de energía eléctrica de la fábrica y principalmente se puede vender a la
compañía eléctrica, con lo cual se obtendría un beneficio económico y la energía
térmica se puede destinar para agua caliente sanitaria (ACS) de forma independiente
a la producción de vapor requerida 0,927 MWt además de buscar alguna otra
alternativa para darle un uso.
Tabla 3.8 Datos de rendimiento. Motor TCG 2020 V16
Exceso de energía eléctrica:
Potencia eléctrica requerida 1,39 MWe │Potencia eléctrica suministrada 1,560 MWe
Se está generando un exceso de energía eléctrica.
Exceso de energía térmica:
Potencia térmica requerida 0,927 MWt │Potencia térmica suministrada 1,577 MWt
Se está generando un exceso de energía térmica
Con la elección de este motor de gas se está sobredimensionando la
instalación, la cual era principalmente destinada al abastecimiento energético para el
autoconsumo de una fábrica y que en este caso aparte del autoconsumo puede
destinarse a la vente de energía eléctrica.
59
Tabla 3.9 Dimensiones y peso. Motor TCG 2020 V16
Tabla 3.10 Intervalos de servicio y mantenimiento
FABRICANTE: DRESSER-RAND (SIEMENS)
Según el fa ricante “Dresser-Rand (Siemens), referencia bibliográfica [27]”
estos motores de gas presentan una gran flexibilidad de operación con distintos
combustibles, pudiéndose utilizar los siguientes tipos de gas:
Gas Natural.
Biogás.
Vertedero.
Aguas Residuales.
Gas de bengala.
Syngas.
GLP.
De los distintos modelos, se seleccionará el motor acorde a los requisitos del proyecto.
60
SIEMENS SGE-SL
La serie SGE-SL de SIEMENS ha sido específicamente desarrollada para
operar con gases pobres procedentes de procesos de gasificación de biomasa. Este
tipo de motores utiliza gas pobre de hasta 4,5MJ/Nm3 en el que los componentes
combustibles son mayoritariamente CO e H2. La disponibilidad del motor depende
básicamente del grado de limpieza del gas de biomasa obtenido en el proceso de
gasificación y posterior limpieza. Resulta de gran importancia el contenido en
alquitranes y partículas suministrados en el gas de alimentación del motor.
Figura 3.20 Motor Siemens SGE-SL
Estos motores de gas pueden operar con control de carburación mecánico o
electrónico y se adapta a cualquier tipo de gas de biomasa. Los motores han sido
probados satisfactoriamente con biomasas como madera, orujillo, cáscaras de frutos
secos, residuo de café, neumáticos fuera de uso, etc. Está diseñado para aplicaciones
de generación de energía, cogeneración y trigeneración.
Este motor de gas puede trabajar en un rango de 252-985 kW, por lo que se
deberían de instalar 2 unidades para alcanzar la potencia eléctrica y térmica
requerida.
Por lo tanto, este motor, cumple con los requisitos demandados para nuestra
planta de gasificación.
A continuación se detallan algunas de sus características técnicas:
61
RESUMEN DATOS TÉCNICOS
Según el fa ricante “Siemens, referencia i liográfica [26]”:
Rango de salida de 252-985 kW.
Propulsado por gas natural, biogás, gas de vertedero, gas de síntesis, etc.
Se suministra como un motor independiente, grupo electrógeno, con sistema
de cogeneración.
Temperatura del circuito de enfriamiento principal (120 / 90 ).
Temperatura del circuito de enfriamiento del intercooler (80-55 / 40 )
Tabla 3.11 Tabla de características
FABRICANTE: GE POWER
JENBACHER TYPE 3
Este motor de gas opera entre un rango de 400 a 1100 kW. Presenta una gran
flexibilidad con el combustible de funcionamiento (Gas natural, gas de bengala,
propano, biogás, Gas vertedero, gas de aguas residuales. Gases especiales: carbón,
gas de mina, gas de coque, gas de madera, gas de pirolisis), por lo que se puede
adaptar para su funcionamiento en la planta de gasificación estudiada.
62
Figura 3.21 Jenbacher Type 3
En este caso sería necesaria la instalación de varios motores para cubrir la demanda
energética. Según el fa ricante “Ge Power, referencia i liográfica [27]” los datos y
especificaciones técnicas aparecen registradas en las siguientes tablas:
Tabla 3.12 Datos técnicos Jenbacher Type 3
Tabla 3.13 Datos rendimiento Jenbacher Type 3
63
JENBACHER TYPE 2
Figura 3.22 Jenbacher Type 2
Este motor de gas tiene un rango de menor potencia (249-330 kW) pero nos
da la posibilidad de instalar 5 motores Jenbacher tipo 2: J 208 (
o combinar 1 motor Jenbacher tipo 3: J 320 (1067 kW) + 1 motor
Jenbacher tipo 2: J 208 (300 kW). En ambos casos se cubren también la demanda
térmica.
Tabla 3.14 Datos técnicos Jenbacher Type 2
Tabla 3.15 Datos rendimiento Jenbacher Type 3
64
FABRICANTE: CUMMINS
Este fabricante “Cummins, referencia bibliográfica [28]” dispone de motores
de gas diseñados y fabricados para operar en sistemas de generación que utilizan
como combustible gas de síntesis obtenido de biomasa o distintos tipos de residuos,
entre ellos, los neumáticos fuera de uso NFUs.
Esta empresa cuenta con experiencia en proyectos de llave en mano que
utilizan este tipo de motores para aplicaciones como las del presente estudio.
Actualmente, dispone de 4 modelos de motores de gas que cumplen las
características necesarias para ser utilizados en la central de gasificación del presente
estudio. Son los siguientes:
Figura 3.23 Modelos de motores de gas de síntesis del fabricante Cummins
De estos modelos, el ideal es el modelo C 240 PG5C, que es el motor de mayor potencia
eléctrica es capaz de generar (240 kWe).
Este motor cuenta con las siguientes especificaciones:
Tabla 3.16 Especificaciones Modelo C 240 PG5C
65
3.1.5 Generadores de vapor por recuperación
Estos generadores de vapor son conocidos como calderas de recuperación.
Estas son una parte fundamental de la planta de gasificación debido a que se
necesitan generar grandes cantidades de vapor saturado para suministrar a la fábrica
Abbott, que demanda la cantidad correspondiente a un consumo anual de 7 000
MWh de vapor saturado a 3 bares de presión.
Esta demanda será satisfecha mediante el uso de calderas de recuperación,
que utilizarán el calor desprendido por los gases de escape o gases de combustión
generados por los motores de gas para producir vapor saturado a una determinada
presión y temperatura.
66
Figura 3.24 Caldera de recuperación Pirotubular
.
En una caldera de recuperación, el agua que se pretende llevar a ebullición
para transformarla en vapor se encuentra en el interior de una envolvente. Esta
requiere de una cantidad de energía para alcanzar el estado de ebullición del agua,
que es proporcionada por los gases de combustión que circulan por el interior de
tubos que forman la superficie de intercambio térmico.
Figura 3.25 Caldera de un solo paso
En un generador convencional, los gases calientes son generados por la combustión de
un combustible en un hogar, mientras que en una caldera de recuperación el calor
proviene de los gases de escape del motor de gas.
Este equipo es muy importante en la central de gasificación estudiada puesto que la
fábrica Abbott demanda 10,5 GWh de energía térmica destinada a la producción de
vapor saturado, equivalente a 1,22 toneladas por hora como veremos en el apartado 5.2.
Las calderas de recuperación instaladas serán las encargadas de transformar la energía
térmica generada en la central de gasificación en vapor saturado a 3 bares de presión
consumidos por la empresa Abbott.
67
3.1.5 .1 Clasificación de las calderas de recuperación
Estos equipos pueden ser clasificados en función de varios factores, los cuales
son:
A) En función a la posición del fluido a calentar y los gases de combustión.
- De tu os múltiples para humos→ Pirotubulares.
- De tu os múltiples para agua → cuotu ulares
B) En función del número de pasos:
- Un solo paso para el recorrido de los gases.
- Múltiples pasos.
C) En función de las necesidades energéticas del proceso:
- Calderas de agua caliente.
- Calderas de agua sobrecalentada.
- Calderas de vapor saturado.
- Calderas de vapor sobrecalentado.
Para el caso tratado, necesitamos generar vapor saturado, para ello vamos a
necesitar una caldera de recuperación que permita realizar esta misión. Por ello, se
instalarán calderas de recuperación para vapor saturado del tipo pirotubular.
Dentro de las unidades pirotubulares destinadas a cogeneración, existen dos
tipos de diseños:
1. Generador de vapor con gases procedentes de un motor de un solo paso modelo
CR.
2. Generador de vapor con gases procedentes de motor de un solo paso de gases
incorporando un quemador lineal de vena de aire que utiliza otro combustible
auxiliar (Gas Natural) para aumentar la producción y rendimiento del sistema.
Modelo CRP.
Finalmente, se instalarán las unidades necesarias para satisfacer la demanda
requerida con equipos pirotubulares, modelo CRP de la empresa Umisa.
unque el modelo seleccionado utilice un com usti le auxiliar “Gas
Natural”, se va a reducir drásticamente el consumo de este, debido a que el agua se
precalienta con los gases de escape de los motores y se garantiza el suministro
continuo del vapor saturado.
68
4 ANTECEDENTES
En este apartado se dan a conocer las principales normas aplicables junto con
especificaciones de carácter legislativo que son necesarias conocer para el caso
tratado. Posteriormente, se detallará la ubicación de la central de gasificación
respecto a la fábrica Abbott, que se encuentra muy próxima a ésta, y finalmente se
realizará un estudio sobre el consumo actual de la fábrica Abbott que permitirá en
apartados posteriores desarrollar una solución viable que garantice el
autoabastecimiento energético mediante la central estudiada.
4.1 Normativa general aplicable
La normativa general aplicable para el uso y consumo de residuos neumáticos
es la siguiente:
Real decreto 1619/ 2005 sobre la gestión de los neumáticos fuera de
uso.
Directiva 2008/98/CE sobre residuos.
Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados.
Real Decreto 900/2015 de regulación de las condiciones técnicas,
económicas y administrativas para modelos de producción con
autoconsumo.
Plan Estatal Marco de Gestión de Residuos (PEMAR) 2016-2022
4.2 Normativa específica para la adquisición de NFU
Los neumáticos fuera de uso (NFU) por su peculiaridad requieren de una
norma de desarrollo específica cuyo objetivo es prevenir la incidencia ambiental.
Esta norma jurídica aplica una medida de responsabilidad a los productores
de neumáticos cuyo fin principal es controlar la producción de Neumáticos Fuera de
Uso (NFUs) que se generan.
Para realizar este control, establece una jerarquía de gestión de residuos. Ésta
es la siguiente:
1) Prevención.
2) Preparación para la reutilización.
69
3) Reciclado.
4) Otras formas de valorización incluyendo la energética.
5) Eliminación.
El ámbito de aplicación del Real decreto 1619/ 2005 comprende todo el
mercado nacional de neumáticos destinados a reposición a excepción de los
neumáticos de bicicletas y neumáticos con diámetro exterior superior a 1,4 metros.
Esta norma obliga a los fabricantes de neumáticos a realizar y financiar la
gestión de los neumáticos fuera de uso, con el gasto económico que supone. Esto
significa que dicha norma confiere a la central de gasificación estudiada una gran
ventaja, puesto que al tratarse de una central que se abastece de grandes cantidades
de este residuo, puede ser una vía rápida para productores locales de deshacerse de
este residuo realizando su gestión a través de la revalorización energética de nuestra
central.
Como dato clave, todo productor o fabricante tiene la obligación de gestionar
la misma cantidad de neumáticos fuera de uso correspondientes a la cantidad de
neumáticos puesta en el mercado de reposición, por lo que si negociando con un gran
fabricante de este producto, se podría disponer de un suministro de NFUs con
previsión de abastecimiento estimada a largo plazo, asegurándonos la viabilidad y
continuidad de la producción energética.
Como conclusión a esta norma sabemos que los productores quedan
obligados a hacerse cargo de la gestión de los residuos derivados de sus productos y
deben garantizar su recogida y gestión, por ello, aplicando esta norma al estudio
tratado, nos interesa negociar con un gran fabricante de neumáticos que nos permita
a través de una empresa gestora autorizada adquirir el residuo neumático que va a ser
empleado en nuestra central como combustible, garantizando su revalorización
energética y dándole una importante salida para deshacerse de este al fabricante.
En cuanto a la gestión del residuo:
Los titulares de actividades de recogida, transporte y almacenamiento deberán
notificarlo a las comunidades autónomas, tanto para actividades de valoración o
eliminación previa autorización.
70
También se determina la forma de realizar las operaciones de
almacenamiento y exige el cumplimiento de determinados requisitos técnicos en las
instalaciones que ya han sido comentados en el apartado” 2 2 6 lmacenamiento del
Residuo” y 2 2 7 “Condiciones técnicas de almacenamiento de neumáticos fuera de
uso”, proceso fundamental en la planta de gasificación porque es necesario tener
almacenada la materia prima para su uso de manera continua.
4.3 Organigrama del sector del neumático
Mediante el siguiente organigrama se analizará de forma simplificada el ciclo del
neumático y su gestión mediante los diferentes agentes que intervienen en la
producción, consumo y revalorización.
Figura 4.1. Ciclo y gestión del Neumático.
71
Como ya se ha comentado previamente, la central de gasificación tratada se
corresponde con una empresa consumidora de este producto y por lo tanto, debemos
de acudir a una empresa gestora de neumáticos fuera de uso autorizada como Signus
o TNU para proceder a la compra de estos los residuos neumáticos. Posteriormente
se almacenará el residuo de acuerdo a las normas establecidas en el real
decreto1619/2005.
A continuación se definirán algunos conceptos que son importantes para
entender el organigrama expuesto:
Neumáticos fuera de uso: Los neumáticos que se han convertido en residuo de
acuerdo a la Ley vigente.
- Productor de neumáticos: Es la persona física o jurídica que fabrique, importe o
adquiera neumáticos que sean puestos en el mercado nacional.
- Generador de neumáticos fuera de uso: Es la persona física o jurídica que, como
consecuencia de su actividad empresarial o de cualquier otra actividad, genere
neumáticos fuera de uso. No se incluyen los propietarios de vehículos
particulares.
- Poseedor: el generador de neumáticos fuera de uso o la persona física o jurídica
que los tenga en su poder y no tenga la condición de gestor de neumáticos fuera
de uso.
- Gestor de neumáticos fuera de uso: Es la persona física o jurídica que realice
cualquier operación de gestión de neumáticos fuera de uso, esta debe estar
autorizada para la labor que desempeñe.
- Neumáticos de reposición: Son los neumáticos que los productores ponen en el
mercado por primera vez para reemplazar a los neumáticos usados.
72
4.4 Ubicación de la central de gasificación, empresa receptora y análisis del
emplazamiento.
La empresa Abbott se encuentra ubicada en la provincia de Granada,
dirección Camino de Purchil. En sus inmediaciones existe un terreno disponible que
no se encuentra urbanizado y que es ideal para ubicar la central de gasificación que
proporcionará el abastecimiento energético a la fábrica. Dicha situación y
emplazamiento queda representado en la siguiente figura:
Figura 4.2 Vista aérea representativa de la empresa Abbott y central de Gasificación
Si analizamos en detalle la zona en la cual nos encontramos ubicados,
podemos apreciar que esta ubicación presenta una serie de ventajas que mejoran la
viabilidad de este estudio.
Figura 4.3 Detalle 1:"Ventaja: Sistema Logístico"
73
En la figura 4.3 observamos que la central de gasificación se encuentra a una
distancia aproximada de 1,06 km de la autovía A-44. Esto supone una importante
ventaja a nivel de logística, puesto que al encontrarse en las inmediaciones de la
autovía, el abastecimiento del residuo neumático puede ser suministrado de forma
más rápida y simple ya que los camiones de transporte, una vez se encuentren
circulando por la autovía tendrán un fácil acceso al punto de suministro del residuo
(Central receptora).
Figura 4.4 Detalle 2:"Ventaja: Seguridad e Integración"
Por otra parte, existe una superficie de alrededor de 4 kilómetros cuadrados
de terreno no urbanizado. Esto significa, que en ningún momento supondrá un
peligro para la población disponer de una central que produce un combustible
gaseoso, puesto que no existen viviendas o edificios cercanos a la planta que puedan
estar expuestas a la central de gasificación.
74
4.5 Análisis de consumo energético y tipo de combustible usado actualmente en la
fábrica Abbott
Los datos de consumo o tenidos de la fá rica “ ott” para la cual se destina
el presente estudio son los siguientes:
Datos de la fábrica:
La fábrica Abbott se encuentra en funcionamiento 342 días al año, durante las
24 horas del día, salvo periodos en los que se detiene la producción para realizar las
operaciones de mantenimiento de maquinaria e instalaciones y que suponen un 8 %
de las horas de funcionamiento totales.
Respecto al consumo de energía:
La fábrica demanda 7 GWh de energía destinada a la producción de vapor
saturado a 3 bares de presión para una serie procesos industriales. Esta energía se
obtiene actualmente mediante una caldera de combustión que utiliza Gas Natural
como combustible.
El consumo de energía eléctrica anual es:
Consumo de energía eléctrica anual: 10.500.000 kWh/anual
La energía eléctrica es proporcionada mediante la compañía suministradora.
Por motivos de confidencialidad, los datos de consumo referentes a la
empresa Abbott no son reales, pero son muy próximos a una fábrica de esta
tipología y características, según fuentes de información aportadas por un
responsable de la empresa Abbott.
Para el presente estudio, se consideran válidos los datos recopilados.
De acuerdo a ello, procedemos a realizar el cálculo correspondiente al
potencial energético que deberá suministrar la central de gasificación de acuerdo a
los datos recopilados de energía consumida.
Horas de funcionamiento totales de la fábrica durante un periodo de
funcionamiento anual:
75
Consideramos que el rendimiento de la fábrica es un 92 %, puesto que se
tiene en cuenta el 8 % correspondiente a paradas por mantenimiento.
La fábrica de Abbott previamente descrita, presenta un tiempo de
funcionamiento anual correspondiente a:
7 552 horas/anuales
A continuación se procede a calcular la potencia eléctrica que deberán de
generar los motores de gas para poder abastecer con energía eléctrica a la fábrica
Abbott durante las 7 552 horas de funcionamiento anuales.
CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: 10.500.000 kWh /anual
Potencia eléctrica consumida por la fábrica: 1,39
CONSUMO DE ENERGÍA TÉRMICA (Vapor): 7.000.000 kWh / anual
Potencia térmica consumida por la fábrica: 0,927
Según los datos obtenidos referentes a los consumos energéticos de la fábrica
Abbott, la central de gasificación necesita transformar la suficiente cantidad de
materia prima “(kg) neumáticos fuera de uso triturados”, en el volumen de gas
de síntesis suficiente (previa conversión y limpieza) para transformar la energía
química disponible en el combustible en la energía mecánica necesaria para que el
motor de gas finalmente genere la potencia eléctrica de 1,44 MWe.
Figura 4.5 Procesos de transformación de materia y energía de la central
MATERIA PRIMA
[NEÚMATICOS FUERA DE USO]
GAS DE SÍNTESIS
ENERGÍA QUÍMICA
ENERGÍA MECÁNICA
ENERGÍA ELÉCTRICA Y TÉRMICA
76
Cada una de estas transformaciones de energía, suponen pérdidas en el
rendimiento global de la central de gasificación. Por ello, en esta central, se tratan de
aprovechar la máxima cantidad de energía disponible, como ocurre a través de los
gases de escape de los motores, los intercambiadores que aprovechan el calor del
agua de refrigeración de los motores, la energía absorbida para el enfriamiento del
gas, etc.
Mediante la central de gasificación propuesta se producirá la suficiente
energía para que la fábrica Abbott se autosuficiente, tanto en energía eléctrica como
térmica.
5. CÁLCULOS DE LA CENTRAL DE GASIFICACIÓN Y RENDIMIENTOS
5.1 Cálculo del consumo de combustible de alimentación (NFUs)
La central de gasificación está formada por los siguientes equipos:
- Motores Generadores de Gas
- Reactor de gasificación.
- Equipos de limpieza y depuración del gas.
- Intercambiadores de calor.
- Calderas de recuperación para vapor saturado.
A continuación se muestra una ficha resumen con las características y especificaciones
de los equipos que son necesarios para desarrollar los cálculos.
Los datos y especificaciones de los equipos y de la central se encuentran disponibles en
el desarrollo de este documento, la bibliografía y en la tabla 5.1.
Fábrica Abbott Tiempo 7 552 h / anuales
Consumo Energía Eléctrica Anual 10,50 GWh
Consumo Energía Térmica Anual 7,00 GWh
Central de Gasificación
Equipo: Motor de Gas Modelo: C240PG5C
Potencia eléctrica: 240 kW
Rendimiento Eléctrico: 35 %
Caudal de refrigeración: 2 900 l/h
Salto térmico del agua de refrigeración: 60 - 90 ºC
Unidades: 6 UDS
Potencia Eléctrica Total: 1.44 MW
77
Equipo: Reactor de Gasificación Modelo: Pathfinder
Capacidad: 50 Tn / día
Rendimiento conversión : 82 %
Equipo: Sistema de limpieza del Syngas Modelo: Tecnología Fastox
Rendimiento limpieza del gas: 90 %
Equipo: Recuperador (Intercambiador) Modelo: Tecnología Fastox
Rendimiento térmico: 85 %
Potencia Eléctrica Requerida 1,390 MW
Potencia Térmica Requerida (Vapor Sat): 0,927 MW
En la figura 5.1 se representa un esquema simplificado de la central de
gasificación junto con los rendimientos correspondientes a cada equipo.
Figura 5.1 Esquema Equipos Central de Gasificación
La fábrica inicialmente demanda una potencia eléctrica de 1,39 MWe. Para
generar esta potencia eléctrica utilizaremos el modelo de motor “C240PG5C” de la
empresa Cummins, este produce una potencia de 240 kWe por unidad, utilizando
como combustible gas de síntesis, por lo que instalaremos 6 motores C240PG5C en
paralelo.
78
Para producir 240 kWe se necesita suministrar al motor una potencia de
685,71 kW. Como tenemos 6 motores de gas para abastecer el suministro demandado
de 1,39 MWe, necesitaremos una potencia que se corresponde a:
Como el rendimiento del gasificador es del 82 %:
Mediante el cálculo anterior entendemos que solo el 82 % del neumático
suministrado al reactor de gasificación se transformará en gas de síntesis, es decir,
hablando en términos de potencia, al suministrar una cierta cantidad de neumáticos
en el gasificador con una potencia energética de 5,01 MW, el gas combustible
obtenido en el gasificador alcanzará un valor de 4,11 MW.
Finalmente, tendremos otra pérdida de rendimiento global debido al sistema
de limpieza encargado de suministrar el gas con la calidad requerida para el motor
C240PG5C. Esta pérdida se estima en torno al 10 %:
Se necesita una potencia inicial de 5,57 MW para poder obtener 1,44 MWe.
Como el consumo eléctrico de la fábrica supone 1,39 MWe, la potencia eléctrica
excedente (50 kW) puede destinarse para algunos de los consumos eléctricos de la
propia central de gasificación.
Con los cálculos de la potencia de combustible gaseoso previamente
calculados, podemos obtener los consumos del residuo neumático necesarios para la
central de gasificación, estos son los siguientes:
Por lo tanto, los consumos de neumáticos fuera de uso (NFU) serán los siguientes:
Consumo semanal: 114,24 Toneladas/semanal.
Consumo mensual: 505,92 Toneladas/mensual.
Consumo anual (7552 h): 5 135,36 Toneladas/anual.
79
Una vez calculadas las toneladas de residuo neumático que consumirá la central de
gasificación al día, se puede diseñar la infraestructura de almacenamiento, que será
construida para almacenar este residuo protegiéndolo de agentes externos y conforme a
la normativa vigente con el fin de garantizar el suministro de la central por un periodo
de tiempo que asegure las condiciones de suministro energético de la fábrica
Abbott.
5.2 Cálculo de la cantidad de vapor saturado (TPH)
Como dato inicial, conocemos que la fábrica consume 927 kW de potencia
térmica para producir vapor saturado a una presión de 3 bares. Para integrar esta
demanda de potencia térmica será necesario calcular las toneladas por hora de vapor
(TPH) equivalentes a dicha potencia térmica. Por ello:
(Ec.3)
Para una presión de 3 bares, la temperatura de vapor corresponde a 133,525
. En este caso, el dato necesario para calcular las toneladas de vapor hora es el
valor de la entalpía que se corresponde con 2725 KJ/Kg. Por ello:
Figura 5.2 Diagrama de Mollier
80
5.3 Cálculo potencia térmica del circuito de refrigeración
Los motores de gas generan una corriente térmica de agua a alta temperatura,
obtenida a través de su circuito de refrigeración. Cada motor necesitará un caudal de
refrigeración de 2900 litros/hora, con un salto térmico de 90 a 60 .
El aprovechamiento energético del agua de refrigeración se realizará por su
paso a través de un intercambiador de calor el cual absorbe el calor del agua de
refrigeración que éste ha absorbido previamente del motor.
Figura 5.3 Corriente térmica de refrigeración del motor
Con los datos mencionados, la potencia térmica útil 2 será:
(
)
Como el sistema no es 100 % eficiente, se estima que existen unas pérdidas por radiación de
calor en los equipos que supone el 8 % de la potencia total, por ello:
Esta energía térmica será destinada a la producción de agua caliente sanitaria (ACS) y para la
calefacción de oficinas y despachos Abbott.
INTERCAMBIADOR MOTOR DE GAS
81
5.4 Cálculo de la potencia térmica de los gases de escape
Potencia eléctrica ( ) = 1 440 kW de la cual, 1 390 kW son para autoconsumo de la
fábrica Abbott.
Potencia térmica útil 2 = 474,65 kW.
Pérdidas por radiación y aceite térmico del 9 % de la potencia térmica que demanda
cada motor, → 4,11 MWe ∙ 0,09 = 0,3699 MWe = 369,9 kW 370 kW.
Como conocemos la potencia térmica que alimenta a los 6 motores de gas (4,11 MWe = 4 110
kW) y las potencias en las que se emplean, salvo la de los gases de escape, se podrá calcular la
potencia térmica de los gases de escape por diferencia, es decir:
Potencia térmica gases de escape:
=
= 4 110 kW – (1 440 + 474,65 + 370) = 1 825,35 kW.
Como disponemos de la potencia térmica de los gases de escape y la potencia
térmica útil 1 que se corresponde con la potencia consumida por las calderas de
recuperación que generan 1,22 (TPH) de vapor saturado a 3 bares de presión,
podemos calcular el rendimiento necesario del generador de vapor. Por ello:
Por tanto, sería suficiente con instalar un generador de vapor con un rendimiento
aproximado del 51 %, por lo que cualquier generador o caldera de recuperación del
mercado actual puede cumplir y superar las especificaciones de rendimiento requeridas.
GENERADOR DE VAPOR
Ƞ = ¿?
𝑃𝑡 𝑡𝑖𝑙 𝑘𝑊
MOTOR DE GAS
82
5.5 Cálculo del rendimiento global de la central
Para finalizar, en este apartado se procede a calcular el rendimiento global de
la central de gasificación propuesta.
RENDIMIENTO TOTAL DE LA PLANTA DE GASIFICACIÓN
𝑃𝑒 𝑘𝑊𝑒 𝑀𝑊𝑒
𝑃𝑡𝑈𝑡𝑖𝑙 𝑘𝑊𝑡 𝑀𝑊𝑡
Tabla 5.1: Recopilación de datos
DEMANDA Y PRODUCCIÓN ENERGÉTICA:
- Potencia eléctrica = 1,39 MWe suministrada mediante 6 motores de gas modelo C240PG5C del fabricante "Cummins " de 240 KWe de potencia nominal. La potencia eléctrica total generada por los motores equivale a:
- Potencia térmica = 0,927 MWt suministrada mediante el aprovechamiento de los gases de
escape del equipo formado por los 6 motores de gas mediante la transformación realizada en las calderas de recuperación de vapor de energía térmica en vapor saturado a 3 bares de presión. La potencia térmica total generada por los gases de escape equivalen a: 𝑃𝑡𝐺 𝐸 𝑘𝑊𝑡 𝑀𝑊𝑡 → 𝑃𝑡𝑈𝑡𝑖𝑙 𝑘𝑊𝑡 𝑀𝑊𝑡
- Potencia térmica de refrigeración: el equipo de motores de gas también generarán una corriente térmica de agua caliente obtenida a través de la refrigeración del motor. La potencia térmica total generada por los gases de escape equivalen a:
RENDIMIENTOS DE LOS EQUIPOS DE LA CENTRAL DE GASIFICACIÓN
Rendimiento gasificador: 82 %
Rendimiento sistema de limpieza y depuración del gas: 90 %
Rendimiento Eléctrico Motor Generador: 35 %
Rendimiento Intercambiador: ± 85 %
Rendimiento Calderas de recuperación para generar vapor: variable según los cálculos, por lo que
pueden instalarse varios sistemas de calderas de recuperación.
𝛈𝑪𝑯𝑷 𝟏 𝟒𝟒𝟎 𝑲𝒘 𝟗𝟐𝟕 𝐊𝐰 𝟒𝟕𝟒 𝟔𝟓 𝑲𝒘
𝟒 𝟏𝟏𝟎 𝑲𝒘 𝟏𝟎𝟎 𝟔𝟗 𝟏𝟒
83
6. RESULTADOS Y DISCUSIONES
6. 1 Tecnología Fastox.
La idea inicial es utilizar la tecnología FASTOX, desarrollada por la empresa
Sierra Energy. Esta tecnología se basa en utilizar calor, vapor de agua y oxígeno para
llevar a cabo las reacciones físico-químicas que tienen lugar en el reactor de
gasificación “comentadas en el apartado 2 5” parara realizar la descomposición
molecular del residuo neumático.
A continuación, se muestra el tipo de reactor denominado “Pathfinder” que
será empleado en la central de gasificación para realizar el proceso de conversión del
combustible residual (NFUs) en el com usti le de gaseoso “Gas de Síntesis o
Syngas”
En la siguiente figura se muestra la instalación del módulo del reactor de gasificación:
Capacidad Máxima: 50 toneladas métricas por día.
Temperaturas de operación: 1000 – 2 200 º C
Según los cálculos realizados, la central propuesta
tiene un consumo diario de 16,32 Tn/día por lo que
se encuentra dentro del rango de capacidad de este
reactor de gasificación.
Este sistema es modular y cuenta con una altura
aproximada de 11 metros.
El reactor está diseñado para trabajar con 2 tipos de
agentes gasificantes simultáneos:
- Oxígeno puro 𝑂 .
- Vapor de agua 𝐻 𝑂 .
Al tratarse de oxígeno puro uno de los agentes
gasificantes, la planta debe disponer de un equipo
de separación del aire que permita obtener este
elemento.
Figura 6.2 Módulo del reactor Pathfinder
Figura 6.1 Reactor, Pulidor y
Recuperador.
84
El gas que sale del reactor se introduce en una “pulidora” con el o jetivo de
hacer reaccionar los hidrocarburos condensables que transporta la corriente de gas y
transformarlos en gas de síntesis adicional.
La importancia de la pulidora se basa principalmente en evitar que estos
compuestos de hidrocarburos puedan condensar en las paredes de tubos o equipos de
la instalación creando obstrucciones. La condensación de estos compuestos suele
ocurrir cuando atraviesan secciones de baja velocidad y baja temperatura.
Por ello, además de evitar estas obstrucciones, la pulidora consigue aumentar
el volumen del gas de síntesis con el craqueo de los compuestos descritos.
El pulidor es un equipo que cuenta con tres quemadores situados a la entrada
del gas de síntesis que craquean los hidrocarburos condensables arrastrados por la
corriente gaseosa. También se instalan 3 quemadores adicionales dentro del pulidor
ubicándose dos en las tuberías de entrada y otro en la sección inferior del pulidor.
El craqueo y descomposición de los hidrocarburos condensables exige que
estos compuestos estén expuestos a temperaturas superiores a 800 durante 1
segundo. El pulidor estará diseñado para procesar el gas de síntesis a 1 000
durante un periodo de tiempo de dos segundos para garantizar la descomposición
completa de estos compuestos condensables en componentes del gas de síntesis.
Además, mediante la inyección de vapor de agua se crean radicales de
reacción que facilitan su descomposición.
Este equipo está construido con materiales refractarios y envuelto en una
carcasa metálica que evita que se generen pérdidas térmicas. En su sección inferior,
donde se ubica uno de los quemadores, existe un sistema roscado que cumple la
misión de retirar la piedra inerte que se encuentra en estado fundido por la acción del
quemador.
Figura 6.3 Detalle del Pulidor de Gas. Fuente: Sierra Energy
El gas de síntesis que sale del pulidor, presenta una
temperatura comprendida entre los 950-1100 ºC.
Posteriormente circulará a través del recuperador que tiene
la misma finalidad que un intercambiador de calor
convencional.
Las condiciones del equipo pulidor se ven alteradas cuando
existe un flujo reducido en la corriente gaseosa por lo que
habrá que prestar especial interés a las condiciones de
operación de gasificador.
85
El primer recuperador disminuye la temperatura hasta aproximadamente 500
º C, el motivo de reducirlo a esta temperatura se basa en el ahorro económico que se
produce en el segundo recuperador al evitar que este esté diseñado con materiales de
altas temperaturas.
El segundo recuperador vuelve a disminuir la temperatura hasta
aproximadamente 280 º C. El objetivo del segundo recuperador es enfriar más el
gas para generar la condensación de las sales presentes en el combustible gaseoso.
El tercer recuperador enfría el gas de síntesis hasta unos 80 º C, temperatura
óptima para transportar el gas hasta la siguiente etapa de limpieza y depuración del
gas.
Seguidamente el gas de síntesis comienza la siguiente etapa, la de limpieza y
depuración del gas,
Figura 6.5 Módulo de limpieza y acondicionamiento del gas de síntesis. Fuente: Sierra Energy
Este equipo es el denominado recuperador, muy similar a
un intercambiador de calor convencional.
El recuperador elimina el exceso de calor del combustible
gaseoso o gas de síntesis y con la energía absorbida
produce vapor de agua a alta presión. Este vapor se utiliza
para inyectarlo en el reactor como agente gasificante.
Es muy importante regular la inyección de este agente
gasificante en el reactor, puesto que mediante este se
controla la proporción de hidrógeno y monóxido de
carbono que contiene el gas de síntesis de salida.
El recuperador está compuesto por 3 recuperadores
integrados en el mismo equipo, los cuales son extraíbles
para su limpieza, y cuyos fines son los siguientes:
Figura 6.4 Detalle del Recuperador. Fuente: Sierra Energy
Este módulo estará formado por los
siguientes equipos:
- Depurador venturi.
- Lavador de lecho compacto.
- Lavadores de gases alcalinos
y ácidos.
- Eliminadores del sulfuro de
hidrógeno.
86
El objetivo de esta etapa es adecuar el gas de síntesis para que finalmente
pueda ser empleado como combustible en los motores de gas instalados en la central,
que como se ha calculado previamente, se contará con 6 motores del fabricante
Cummins.
Es muy importante desarrolla bien esta etapa en la central de gasificación
puesto que de ésta dependerán las emisiones liberadas tras la combustión del gas y el
buen funcionamiento de los motores encargados de la generación de energía, puesto
que una incorrecta limpieza del combustible gaseoso puede suponer también
problemas de combustión en los motores y corrosión de los distintos equipos que
conforman la central de gasificación.
Los equipos de limpieza mencionados anteriormente pueden ser
reemplazados por otras tecnologías de limpieza de gas, como los vistos en el
apartado 3.1.4 de este estudio.
La última etapa de la central está conformada por los motores de gas y los
distintos dispositivos tratados en apartados anteriores como los intercambiadores,
calderas de recuperación de calor, etc.
Para finalizar este apartado, se van a describir algunos procesos y sistemas
auxiliares que forman parte de la central de gasificación y que no han sido descritos.
Estos son:
- Suministro de Oxígeno: puesto que el reactor de gasificación utiliza oxígeno
puro como agente gasificante (además de vapor de agua), es imprescindible
disponer de un sistema que sea capaza de proporcionar este elemento.
Dicho sistema corresponde a una unidad de separación criogénica que separa el
oxígeno del aire atmosférico y lo comprime a las presiones demandadas por el
reactor en el cual será inyectado.
- Aire Comprimido: se requieren de pequeñas cantidades de aire comprimido para
el accionamiento de distintos dispositivos y elementos que están integrados en la
planta, como pueden ser, válvulas, procedimientos de puesta en marcha,
circuitos neumáticos de carga del combustible de alimentación, etc.
- Vapor de aguas: este recurso se produce directamente a través del equipo
recuperador, que absorbe calor del gas y lo transfiere al agua para generar vapor
a alta presión y que posteriormente se inyecta en el gasificador.
87
- Suministros de calor: la central también requiere de gas combustible para
suministrar calor a otros componentes de la planta, como pueden ser los
quemadores del pulidor de gas, procedimientos de arranque del reactor, etc. Se
puede reciclar el gas de síntesis generado para tales fines.
- Sistemas de extinción de incendios: es muy importante disponer de elementos de
seguridad en la planta debido al peligro de generar de forma continuada un
combustible gaseoso en grandes volúmenes. Un ejemplo de estos sistemas puede
ser la purga con nitrógeno, un elemento inerte que puede ser utilizado como
cierre de emergencia.
6.2 Análisis económico
Mediante el siguiente análisis vamos a determinar si la construcción de la
central de gasificación puede ser viable o no en el aspecto económico. Para ello,
habrá que calcular si la adquisición del combustible de Gas Natural para cubrir la
demanda térmica de la fábrica y los costes de suministro eléctrico son menos
rentables que la producción destinada a autoconsumo por cogeneración a través de la
construcción de una central de gasificación.
En primer lugar, vamos a empezar por calcular el coste económico asociado
al consumo energético de la fábrica Abbott en las condiciones actuales.
La empresa consume 7 GWh anuales en energía térmica que es producida
mediante una caldera de combustión de Gas Natural. Primero vamos a calcular el
volumen de gas consumido.
El volumen de gas consumido es el siguiente:
0,927 MW = 0,927 MJ/S
Tenemos un consumo de 622 684,55
de Gas Natural
88
Los precios de las tarifas energéticas han sido obtenidos de IDAE, [29].
Tabla 6.0 Tarifas Mercado Gas Natural
El coste asociado al consumo de este combustible de Gas Natural es el siguiente:
Precio Tarifa Gas Natural = Peaje 2.3 " 5 < consumo < 30 GWh/año"
Término fijo: 0,14506 €/kWh │ Término Varia le: 0,1249 €/kWh │IV : 21 %
Impuesto sobre hidrocarburos: 0,00234 €/kWh
Energía consumida anualmente (G.N) =
COSTE ASOCIADO AL CONSUMO DE GAS NATURAL / ANUAL
kWh €/kWh Total €
Consumo G.N 7.000.000 0,12490 874.300
Impuesto especial H.C* 7.000.000 0,00234 16.380
Término fijo: 342 días 4,49710 1.538
IVA (21 %) 187.366
TOTAL G.N 1.079.589€
89
A continuación se calculará el coste económico asociado al suministro eléctrico. Dado
la falta de información respecto a la tarifa eléctrica contratada por la empresa Abbott
por temas de confidencialidad, se ha escogido una tarifa eléctrica de la compañía
suministradora Endesa.
Los precios de las tarifas eléctricas han sido obtenidos de IDAE.
Tabla 6.0 Tarifas Mercado Eléctrico Endesa
Precio Tarifa Suministro Eléctrico │ P2 (Periodo llano) │
Energía consumida anualmente (eléctrica) =
Impuesto sobre la electricidad:
I.E = 4,864% x (coste consumo + potencia) x 1,05113 (Ec.8)
I.E = 0,04864 x (1.035.290+16.501)*1.05113 = 53.775 €
Por tanto, el coste económico asociado al consumo energético anual es:
Coste total = Consumo de Gas Natural + Consumo Eléctrico
Coste total = 1.079.859 € + 1.337. 735 € = 2.417.594 .
COSTE ASOCIADO AL CONSUMO DE ELÉCTRICO ALTA TENSIÓN/ ANUAL
kWh /kW €/kWh Total €
Consumo Eléctrico 10.500.000 kWh 0,098599 1.035.290
Términos de Potencia 450 kW 36,66768 16.501
Impuesto eléctrico: 53.775
IVA (21 %) 232.169
TOTAL G.N 1.337.735 €
90
A continuación se analizará el capital necesario de inversión requerido para desarrollar
la tecnología Fastox de gasificación para la planta propuesta en el presente estudio. Los
datos utilizados han sido proporcionados por Sierra Energy, la empresa desarrolladora
de la tecnología Fastox.
Los costes asociados a cada uno de los bloques principales y equipos auxiliares de la
central, quedan descritos en la siguiente tabla:
Tabla 6.1 Inversión en la central de Gasificación
Además de la inversión realizada, la central de Gasificación requiere de los siguientes
costes de operación anuales, necesarios para su buen funcionamiento:
Tabla 6.2 Costes de operación de la central de Gasificación
Una vez calculados los costes de inversión y costes de operación de la central,
procedemos a calcular los beneficios económicos.
CAPITAL DE INVERSIÓN
lmacenamiento y tratamiento de NFUs……………………………518 000 €
Producción de Oxígeno…………………………………………… 704 510 €
Reactor Gasificador (Fastox) …… ……………………………1.232.892,36 €
Limpieza y acondicionamiento del Gas……………………… 1.364.124,60 €
Sistemas uxiliares…………………………………………… 1.818.257,22 €
Su sistema del producto final……………………………………742.498,20 €
Inversión total……………………………………………… 6.380.282,38 €
COSTES DE OPERACIÓN
Mantenimiento de la Central…………………………… … …159.723,45 €
Suministros y Materiales…………………………………… ………24 000 €
Personal técnico………………………………………… … ………152 000€
Costes de operación totales……………………………… 335.723,50 €
91
En la tabla 6.3 se realiza un balance energético sobre los consumos de energía.
Tabla 6.3 Ingresos y balance energético de la central de Gasificación
En la tabla anterior, el precio de venta de energía eléctrica se ha establecido
según el mercado libre. La información es proporcionado por red eléctrica española
(REE) teniendo como referencia el día 18/08/2018 con un precio de venta eléctrico
de 62,25 €/MWh, es decir, 0,06225 €/. Este precio varía constantemente pero será
utilizado como valor de referencia. Al mismo tiempo, la producción de energía
térmica no genera ningún beneficio económico puesto que se va a destinar el 100 %
de su producción a autoconsumo de la fábrica Abbott.
Tras el balance realizado, podemos observar que la central de gasificación
calculada, cumple con la demanda energética de la fábrica Abbott y al mismo tiempo
es capaz de generar una pequeña cantidad de ingresos mediante la venta del exceso
de energía eléctrica producida y la venta de los subproductos generados.
Los subproductos están formados básicamente por el hierro obtenido tras el
tratamiento de los neumáticos.
INGRESOS Y BALANCE ENERGÉTICO
Energía Eléctrica
Energía Eléctrica Producida…………………………10 874 880 kWh
Energía Eléctrica Consumida……………………… 10 500 000 kWh
Exceso de Producción………………………………… 374 880 kWh
*Ingresos Venta Energía Eléctrica……………………………....………… 23.336, 28€
Energía Térmica
Energía térmica Producida (Vapor Sat)………………7 000 000 kWh
Energía térmica Producida (Refrig Motores)………3 584 556,8 kWh
*Ingresos Energía Térmica ( utoconsumo)………………………………………… 0 €
Subproductos Generados
Su productos generados……………………………… … …………………… 5 180 €
Ingresos Totales Anuales………………………………………………… 28.516, 28 €
92
En el siguiente caso se procede a realizar un análisis sobre la amortización de
la central de gasificación, teniendo en cuenta, que el objetivo principal está destinado
al autoconsumo y no a la venta de energía. Por ello, la amortización de la central se
realizará en base al ahorro económico que supone el autoabastecimiento energético
generado tras la construcción de la central de gasificación.
Tabla 6.4 Periodo de amortización
PERIODO DE AMORTIZACIÓN
Cantidad a amortizar - 6.380.282,38 €
Ahorro Anual Energía Eléctrica + €
Ahorro Anual Energía Térmica +
Exceso Anual Producción Energía Eléctrica + 23.336,28 €
Venta de su productos generados + 5 180 €
1º Año Central Gasificación - 3.934.442.1 €
2º Año Central Gasificación - 1.488.601,82 €
3º Año Central Gasificación CENTRAL AMORTIZADA
A partir del 3 año ya se ha amortizado la central de gasificación, por lo tanto, los
únicos gastos que se producen en relación al consumo energético de la planta son los
asociados al coste de operación de la planta.
Costes de operación totales Anuales …………………… …… 335 .723, 50 €
Si a los gastos de operación le descontamos los ingresos de la central anuales:
Costes de operación totales anuales - 335 .723, 50 €
Ingresos Anuales + 23.336,28 €
Coste Anual Energético de la Fábrica Abbott - € 312.387,22 €
93
Por último, podemos calcular el aspecto económico con el cual se realiza un
balance final sobre la viabilidad del presente estudio. Este balance responde a la
siguiente pregunta:
¿Qué ahorro económico en relación al consumo de energía supone el
autoabastecimiento de la fábrica Abbott mediante la integración de una central de
generación distribuida basada en la gasificación de neumáticos?
La respuesta a esta pregunta, se encuentra en el siguiente balance económico:
Tabla 6.5 Ahorro económico posterior a la inversión
Al ahorro económico de 2.104.936,78 € hay que descontar los costes de logística y
transporte del neumático. En el presente estudio no se profundiza en ese aspecto por lo
que solo se tiene en cuenta la viabilidad económica del proceso de gasificación.
BALANCE FINAL – AHORRO ECONÓMICO ANUAL
Coste Anual Energético Fábrica Abbott con suministro eléctrico de la red y
usando Gas Natural como combustible auxiliar para la producción de vapor
saturado:
Coste Anual Energía Eléctrica (Tradicional) - €
Coste Anual Energía Térmica (Tradicional) -
Coste Anual Económico Energético - 2.417.324 €
Coste Anual Energético Fábrica Abbott con autoabastecimiento energético
mediante la integración de una central de generación distribuida basada en la
gasificación de neumáticos fuera de uso:
Coste Anual Energético (Nuevo) - 312.387,22 €
Coste Anual Económico Energético - 312.387,22 €
AHORRO ECONÓMICO ANUAL + 2.104.936,78 €
94
7. CONCLUSIONES FINALES
Como se ha calculado previamente, la integración de una central de
generación de distribuida es viable económicamente, puesto que supone un
importante ahorro en el suministro energético.
Tras conocer que este estudio es viable económicamente, podemos realizar un
análisis superficial sobre la influencia e impacto ambiental que genera el cambio o
transición de abastecimiento energético del sistema actual respecto al sistema de
autoconsumo con la central de generación distribuida. Para ello, voy a basarme en el
análisis de las emisiones de producidos por los 2 modelos de consumo descritos
y tratados en este estudio.
Por un lado, el modelo actual en el cual el abastecimiento eléctrico se realiza
por el suministro de una compañía suministradora privada, la cual entrega 10,5 GWh
anuales de energía eléctrica a la fábrica Abbott. Esto supone que una gran proporción
de esa energía ha tenido que ser generada mediante una central térmica,
específicamente de carbón, como por ejemplo la central eléctrica de carbón
(Carboneras) situada en la provincia de Almería, puesto que el modelo energético
actual en España no implica el uso masivo de energías procedentes de fuentes
renovables.
Este hecho implica, que las emisiones de sean mucho mayores que en el
caso de obtener esta misma energía de fuentes renovables. Por otra parte, el sistema
eléctrico de Potencia Español se encuentra centralizado, lo cual supone que se tiene
que transportar la energía eléctrica largas distancias hasta los puntos de consumo, lo
cual supone importantes pérdidas energéticas que implica que se tenga que generar
mayor cantidad de energía en las centrales eléctricas con su correspondiente aumento
en el consumo de combustibles sólidos que se traduce en el aumento del coste de la
energía.
Mediante el presente estudio, se ha propuesto el abastecimiento energético de
la fábrica Abbott mediante una central de generación distribuida de gasificación.
Esto implica que la central estará muy próxima a la zona de consumo, en este caso,
junto a ella en un terreno colindante como hemos descrito en el apartado de
ubicación de la central.
95
Al estar en la misma zona de consumo no se producen pérdidas de energía
durante el transporte, puesto que las que existen se consideran despreciables en
comparación con el sistema centralizado. Este fenómeno conlleva un menor consumo
de combustible por lo que disminuyen las emisiones de y el coste de generar la
energía demanda.
Respecto a las emisiones, en el caso propuesto el combustible es gaseoso
(Gas de Síntesis) que se puede considerar un combustible limpio puesto que es
limpiado y depurado en la propia central, por lo que a parte del dióxido de carbono
en la durante la combustión del gas, no se emiten otras partículas dañinas para la
atmósfera.
Además el combustible gaseoso posee un mayor rendimiento térmico que un
combustible sólido como puede ser el carbón y un poder calorífico alto respecto a
otros combustibles.
Como punto final, es importante aclarar, que el combustible gaseoso es
generado a partir de un residuo “Neumáticos fuera de uso” que actualmente se
generan 250 000 toneladas anuales en España, de las cuales una gran parte se
generan en Andalucía. A estas cifras hay que sumar el volumen de residuo
acumulado actualmente en los vertederos, que junto a su producción hace que las
cifras aumenten considerablemente cada año.
Mediante la central de gasificación propuesta, se crea una revalorización
energético de este producto, ya que es la materia prima utilizada como combustible
inicial para realizar su conversión a gas, lo cual implica un gran consumo de este
residuo y una importante disminución de su cantidad en los vertederos de la
provincia de Granada.
Por todas estas razones, el presente estudio se considera viable de realizar
tanto a nivel técnico como económico, teniendo en cuenta que al mismo tiempo
implica un importante beneficio ambiental al eliminar este residuo producido de
forma masiva a nivel nacional.
96
8. BIBLIOGRAFÍA
[1] Empresa: Sierra Energy. “Base de Conocimientos. Tecnología Fastox” Recuperado
de: http://www.sierraenergy.com/technology/knowledge-base/.
[2] “Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) 2015” Fuente: Ministerio de Medio
ambiente. España.
[3] Ministerio de Agricultura, alimentación y medio ambiente “Plan Estatal Marco de
Gestión de Residuos (PEMAR) 2016-2022”. Fuente: España.
[4] Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía IDAE “Informes y
estadísticas » Balances Energéticos » Poder Calorífico” Recuperado de:
http://www.idae.es/estudios-informes-y-estadisticas . España.
[5] Ministerio de Medio Ambiente, Catálogo de residuos « Neumáticos fuera de uso»
España.https://www.mapama.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-
ambiental/temas/prevencion-y-gestion-residuos/flujos/neumaticos/Default.aspx
[6] Guillermo Castro (2008) “Materiales y compuestos para la industria del
neumático” Departamento de ingeniería mecánica F I U B
[7] Empresa: Maxam “Tratamiento de solubilización y destilación de neumáticos fuera
de uso”. Maxam energy. Recuperado de:
https://www.maxam.net/es/sala_prensa/noticias/valoracion_subproductos
[8] N. Antoniou, A. Zabaniotou. (2013) “Features of an efficient and environmentally
attractive used tyres pyrolysis with energy and material recovery” Science Direct. Vl 20
[9] “Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (AVEBIOM)”
Recuperado de: http://www.avebiom.org/es/.
[10] Colombo M. (2000). “Gasification plant fuelled y the waste of the olive oil
production” 1 st world conference on biomass for energy and industry. James (Science
Publishers) Ltd. España.
[11] Dr. Prabir Basu. (2013). “Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction”.
Academic Press, 2nd Edition. USA.
[12] Empresa: nkur Scientific “Gasification of tires” India. Recuperado de:
https://www.ankurscientific.com/ankur-gasifiers-tyres.html
[13] Barrio M , Fossum M , Hustad J E (2001) “ small-scale stratified downdraft
gasifier couple to a gas engine for com ined heat and power production” Progress in
thermochemical Biomass Conversion. Vl: 1.
[14] Buhler R. (1997). “Engines for LCV gas from biomass gasifiers. IEA thermal
gasification Seminar. Zurich. Ed: Buhler R, Swiss Federal Office of Energy.
Switzerland.
97
[15] Giordiano P., Hasler Ph. (2000). “Long duration test from the CHP plant Xylowatt
with downdraft gasifier” 1 st World Conference on Biomass for Energy and industry.
Sevilla. España
[16] Hideo H, Yuneshiro T (1990) “Researches on energy conversion technology.
Gasification and the gas engine power generation” Industrial Development La
[17] Canseco Medel, Antonio. “Tecnología de combustibles”. Madrid. Fundación
Gómez Pardo [etc.], 1974-1978
[18] IDAE, «Plan de Energias Renovables 2011 2020», 2011. Recuperado de:
www.idae.es/tecnologias/energias-renovables/plan-de-energias-renovables-2011-2020
[19] «Contaminación ambiental: una visión desde la química». Edición: 1ª ed., 3ª.
Madrid, Thomson, 2005.
[20] «Energía de la biomasa (Volumen II)».Autor: Fernando Sebastián Nogués.
Editorial: Prensas Universitarias de Zaragoza.
[21] José Antonio Carta González y otros. “Centrales de energías renovables:
generación eléctrica con energías renovables”. Edición: 2ª ed. Editorial: Madrid [etc.]
Pearson: UNED, 2012.
[22] F.A. López1, A LópezDelgado1, F J lguacil y J Manso “Situación actual del
tratamiento de neumáticos fuera de uso y posibilidades de obtención de negro de humo
de alta pureza” Laboratorio de Innovación y Reciclado de Materiales. Madrid.
[23] Isam Janajreh, Syed Shabbar Raza. “Gasification of Waste Tires” Department of
Mechanical and Materials Engineering, Masdar Institute of Science and Technology
Abu Dhabi, United Arab Emirates.
[24] A. Donatelli , P. Iovane a, A. Molino. High energy syngas production by waste
tyres steam gasification in a rotary kiln pilot plant. Experimental and numerical
investigations. ScienceDirect. Fuel.
Fabricantes de motores de Gas:
[25] Empresa: MWM. Referencia: https://www.mwm.net/mwm-chp-gas-engines-
gensets-cogeneration/gas-engines-power-generators/
[26] Empresa: Dresser-Rand (Siemens). Referencia: http://www.dresser-
rand.com/products-solutions/siemens-gas-diesel-engines-gensets/
[27] Empresa: Ge Power. Referencia: https://www.gepower.com/gas/reciprocating-
engines.
[28] Empresa: Cummins. Referencia: https://www.cumminsindia.com/generators/gas-
applications/producer-gas
98
[29] Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía ID E “Informes y
estadísticas » Tarifas Reguladas»” Recuperado de:
http://www.idae.es/sites/default/files/estudios_informes_y_estadisticas/tarifas_regulada
s_julio_2017.pdf
[30] Empresa: Endesa. Tarifas eléctricas. (2018). Recuperado de:
https://www.endesaclientes.com/empresas/tarifa-preferente.html
[31] Empresa: Red eléctrica Española. Mercados y precios. (2018). Recuperado de:
https://www.esios.ree.es/es/mercados-y-precios.
[32] Mathot, R.E. (1905). “Gas engines and Producer Gas Plant”. Lindsay Publications.
[33] Neeft, J.P.A, Knoef, H.A.M; et. Al (2001). “Guideline for sampling and analysis of
tars and particles in biomass producer gas” Proceeding of progress in thermochemical
biomass conversion. Edited by A.V.Bridwater, Blackwell Science Ltd. Netherlands.
[34] Torben kvist Jensen. The technical Univ. of Denmark. (2001). “Hydrocarbon
Emission from combustion of mixtures of natural gas and hydrogen containing producer
gas”. SAE technical paper. USA.
[35] Tere kwon, k; Yun Yong, J. “Combustion characteristics of synthetic gas from
flame pyrolysis gasification of polymeric wastes and their applicability to gas engine
system”. Journal of the Korean Hydrogen Energy Society. Korea.
[36] Fonseca N. (2002). “Fundamentos de la gasificación termoquímica”. Trabajo final
doctorado fundamentos de combustión. ETSI Industriales UPM España.
[37] García P., Otero J. (2000) “Gasificación de Biomasa, Revisión y descripción de las
tecnologías”. Revista Energía. Ene/feb/2000, XXVI. España