COOPERACIN ALEMANA AL DESARROLLO (GIZ)

PROGRAMA ENERGAS RENOVABLES Y EFICIENCIA ENERGTICA EN CENTROAMRICA (4E)

PROYECTO:

Anlisis de Factibilidad de la produccin de biogs con aguas residuales de la produccin de aceite de palma

(POME) en el plantel de COAPALMA ECARA, Tocoa

TOCOA, COLN, 06 DE AGOSTO DE 2013

Programa 4E - Deutsche Gesellschaft fr Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH

Copyright 2013 por GIZ Este informe ha sido elaborado por personal tcnico del Programa 4E de la GIZ.

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ndice

1. Resumen ejecutivo.................................................................................................. - 9 -

2. Antecedentes ........................................................................................................ - 10 -

2.1. Objetivo e historia empresarial ...................................................................... - 10 -

2.2. Situacin geogrfica ....................................................................................... - 11 -

2.3. Topografa ..................................................................................................... - 11 -

2.4. Condiciones climticas ................................................................................... - 12 -

3. Situacin inicial de la planta de produccin de aceite ........................................... - 12 -

3.1. Descripcin del proceso de extraccin del aceite de palma africana .............. - 12 -

Pesado de la fruta: ............................................................................................... - 12 -

3.2. Descripcin del proceso actual de tratamientos de desechos ........................ - 15 -

4. Consumo energtico actual de la planta ............................................................... - 19 -

4.1. Energa Elctrica de la red pblica .................................................................. - 19 -

4.2. Consumo de energa elctrica con generadores diesel ................................... - 23 -

4.3. Consumo de disel para la produccin de vapor ............................................ - 24 -

4.4. Consumo de biomasa para la produccin de vapor y la operacin de una turbina - 25 -

5. Marco Legal .......................................................................................................... - 26 -

5.1. Ley para la Produccin y Consumo de Biocombustibles ................................. - 26 -

5.2. Ley de energa renovable ............................................................................... - 27 -

5.3. Requisitos para descarga de aguas residuales ................................................ - 29 -

6. Descripcin del sustrato de biogs POME ............................................................. - 32 -

7. Investigacin del potencial de biogs .................................................................... - 36 -

7.1. Informacin bsica de la produccin de biogs .............................................. - 36 -

8. Tecnologas y diseos de biodigestores ................................................................. - 37 -

8.1. Reactores UASB ............................................................................................. - 38 -

8.2. Tanques de agitacin .................................................................................... - 39 -

8.3. Reactores de contacto ................................................................................... - 40 -

8.4. Fixed-bed reactor ........................................................................................... - 41 -

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8.5. Conclusin al respeto de la tecnologa ........................................................... - 42 -

9. Diseo propuesto ................................................................................................. - 43 -

9.1. Parmetros y condiciones a considerar .......................................................... - 43 -

9.2. Descripcin del diseo propuesto general ..................................................... - 45 -

9.3. Descripcin de los componentes a instalar .................................................... - 50 -

10. Uso energtico del biogs y presunciones econmicas ......................................... - 61 -

11. Rentabilidad del proyecto ..................................................................................... - 68 -

12. Anlisis de sensibilidad ............................................................................................. 71

13. Impacto Ambiental ................................................................................................... 72

13.1. Carga ambiental del efluente de aguas residuales de la planta ....................... 72

13.2. Emisiones CO2 y CH4 ....................................................................................... 72

13.3. Emisiones de ruido ......................................................................................... 73

13.4. Emisiones olorosas ......................................................................................... 73

13.5. Impacto por la construccin de la planta ........................................................ 73

14. Recomendaciones y prximos pasos ......................................................................... 74

Cuadros/Tablas

Tabla 1: Datos tomados en la medicin del caudal del POME en COAPALMA y los resultados calculados (Fuente: Propio Clculo) ............................................................ - 17 - Tabla 2: Consumo anual de Energa del plantel de COAPALMA (Fuente: COAPALMA; Propio Clculo y ENEE) ............................................................................................................ - 19 - Tabla 3: Distribucin de frecuencias de potencias demandadas en le periodo del 21 de mayo hasta el 29 de julio 2012 (Fuente: ENEE y GIZ 4E) ............................................... - 21 - Tabla 4: Consumo energtico de la red pblica de COAPALMA en 2012 (Fuente: COAPALMA y Propio Clculo) ....................................................................................... - 22 - Tabla 5: Costo Generacin de energa elctrica en Generadores (Fuente: Propio Clculo) .. - 23 - Tabla 6:Generadores para la generacin de energa elctrica con diesel en COAPALMA (Fuente: COAPALMA con GIZ 4E) .................................................................................. - 23 - Tabla 7: Costo de energa para la produccin de vapor (Fuente COAPALMA y Propio Clculo) ........................................................................................................................ - 24 -

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Tabla 8: Datos caldera diesel refinera (Fuente: COAPALMA, Propio Clculo) ............... - 24 - Tabla 9: Concentraciones mximas en efluentes de aguas residuales segn norma nacional (Fuente: Snchez, E. (2011). Compendio de legislacin ambiental de Honduras, pg. 462) .. - 30 - Tabla 10: Caractersticas de POME (Fuente: Boletn tcnico No 11: Manejo de Efluentes de Plantas Extractoras disponible en http://cultivopalma.webcindario.com/lagunas.htm) - 33 - Tabla 11: Resultados de los anlisis del POME de COAPALMA (Fuente GIZ 4E y Zamorano) - 35 - Tabla 12 Estimacin de potencial de Biogs (Fuente: Propio Clculo) ........................... - 36 - Tabla 13: Caractersticas de los procesos mesoflicos y termoflicos Fuente: Energie aus Biomasse, Kaltschmitt 2001 ......................................................................................... - 44 - Tabla 14: Calculo del diseo de las lagunas anaerbicas (Fuente: Propio Clculo) Tabla 15: Dimensiones Lagunas Diseno propuesto (Fuente: Propio Clculo)) ............... - 46 - Tabla 16: Cifras de dimensin del intercambiador de calor (Fuente: Propio Clculo)) ... - 51 - Tabla 17: Comparacin Generacin Motor Gas-Otto con Turbina de Gas ..................... - 59 - Tabla 18: Comparacin econmica Motor Gas-Otto y Turbina de Gas .......................... - 60 - Tabla 19: Clculo de generacin elctrica (Fuente: Propio Clculo) ............................. - 62 - Tabla 20: Costos de inversin para el diseo propuesto (Fuente: Propio Clculo) ........ - 65 - Tabla 21.Costos de produccin planta de biogs COAPALMA sin tasa de crecimiento (Fuente: Propio Clculo) ............................................................................................... - 66 - Tabla 22: Consumo propio de energa elctrica de la planta de biogs y el tratamiento del POME (Fuente: Propio Clculo) .................................................................................... - 67 - Tabla 23: Distribucin de energa elctrica generada con biogs (Fuente: Propio Clculo) .. - 67 - Tabla 24: Indicadores econmicos del proyecto de biogs de COAPALMA (Fuente: Propio Clculo) ........................................................................................................................ - 68 - Tabla 25 Flujo de caja proyecto de biogs COAPALMA (Fuente: Propio Clculo)............... 70 Tabla 26: Sensibilidades de VAN y TIR al respeto de diferentes factores econmicos del proyecto (Fuente: Propio Clculo) .................................................................................... 71 Tabla 27: Reduccin de emisiones CO2 por medio del proyecto propuesto (Fuente: Propio Clculo) ............................................................................................................................ 73 Tabla 28: Cronograma de prximos pasos y de la implementacin del proyecto previsto (Fuente: Propio Clculo) ................................................................................................... 74

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Ilustraciones

Ilustracin 1: Esterilizacin en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E) ..................... - 13 - Ilustracin 2: Gndolas de lavado en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E) .......... - 13 - Ilustracin 3: Digestor en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E) ............................ - 14 - Ilustracin 4: Canal por donde fluye el POME del plantel hacia las pilas de tratamiento (Fuente: GIZ 4E) ........................................................................................................... - 16 - Ilustracin 5: Primeras Pilas de Sedimentacin y Separacin del POME en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E) ........................................................................................ - 16 - Ilustracin 6: Primeras Pilas de Sedimentacin y Separacin del POME en el plantel de COAPALMA, Vista hacia la planta (Fuente: GIZ 4E) ....................................................... - 16 - Ilustracin 7: ltimas pilas de tratamiento de sedimentacin del POME antes de la salida hacia el rio (Fuente: GIZ 4E) ......................................................................................... - 17 - Ilustracin 8: Caja de salida del POME donde se realizaron los mediciones del caudal (Fuente: GIZ 4E) ........................................................................................................... - 17 - Ilustracin 9: Plano del plantel de produccin de la COAPALMA con el sistema actual de tratamiento del POME (Fuente: Google Earth) ............................................................. - 18 - Ilustracin 10: Potencia demandada de valores promedios diarios y variacin del consumo de energa elctrica durante 7 das en un promedio de un periodo de medicin del 21 de mayo hasta el 29 de julio 2012 (Fuente: ENEE y GIZ 4E) ............................... - 20 - Ilustracin 11: Generadores de diesel en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E) .... - 23 - Ilustracin 12: Turbina de biomasa 1 MW COAPALMA y combustible fibra para la caldera (Fuente GIZ 4E) ............................................................................................................ - 25 - Ilustracin 13: Estructura institucional para el marco legal ambiental y energtico (Fuente: SERNA) ......................................................................................................................... - 31 - Ilustracin 14: 4 Pasos de la produccin de biogs ....................................................... - 37 - Ilustracin 15: Esquema de un reactor UASB con sus diferentes partes........................ - 39 - Ilustracin 16: Sistemas y Tecnologas de agitacin (Fuente GIZ 4E) ............................ - 40 - Ilustracin 17: Esquema de un reactor de contacto ...................................................... - 41 - Ilustracin 18: Esquema de un Fixed-Bed-Reactor (Reactor de cama fija) ..................... - 42 - Ilustracin 19: Impacto de la temperatura en la tasa de reaccin anaerbica [van Haandel & Lettinga, 1994*] ....................................................................................................... - 43 - Ilustracin 20: Curva de produccin de biogs de materia orgnica segn das de retencin .................................................................................................................................... - 45 - Ilustracin 21: Diagrama de Flujo Diseo propuesto (Fuente: propio diseo) ............... - 47 - Ilustracin 22: Plano del diseo propuesto (Fuente: propio diseo .............................. - 48 - Ilustracin 23:Plano dimensiones lagunas para el diseo propuesto (Fuente: propio diseo .................................................................................................................................... - 49 -

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Ilustracin 24: Membranas de suelo de lagunas en HDPE (Fuente: www.biolak.de) ..... - 50 - Ilustracin 25: Bomba de Tornillos de Excenter Wangen para Caudales hasta 400 m/h (Fuente: www.wangen.com) ........................................................................................ - 51 - Ilustracin 26: Imagen de Intercambiador de calor para aguas residuales (Fuente: www.huber.de) ............................................................................................................ - 51 - Ilustracin 27: Vlvula de presin en laguna (Fuente: GIZ 4E) ...................................... - 52 - Ilustracin 28: Ejemplos de sistemas de agitacin para lagunas (Fuente: www.suma.de)- 52 - Ilustracin 29: Bomba con distribuidor de tuberas de sustrato (Fuente: MT-Energie) . - 53 - Ilustracin 30: Diseo 1 posible para los biodigestores, UASB (Fuente: propio diseo) - 54 - Ilustracin 31: Diseo 2posible para los biodigestores, ABR (Fuente: propio diseo) ... - 55 - Ilustracin 32: Separador de la lamas (Fuente: www.Kugler-gmbh.de ) ........................ - 56 - Ilustracin 33: Esquema y Foto de una decantadora para POME de Westfalia (Fuente: www.westfalia-separator.com) .................................................................................... - 56 - Ilustracin 34: Sistema de aireacin de laguna aerbicas (Fuente: www.fuchs-germany.com) .............................................................................................................. - 57 - Ilustracin 35: Antorcha de biogs (Fuente: www.gt-himmel.com) .............................. - 57 - Ilustracin 36: Compresor de biogs (Fuente: www.gt-himmel.com) ........................... - 58 - Ilustracin 37: Secadora/Refrigeracin de biogs (Fuente: ww.siloxa.com) .................. - 58 - Ilustracin 38: Equipo CHP (Cogeneracin) (Fuente: 2G-Energietechnik) ...................... - 58 - Ilustracin 39: Equipo de refrigeracin en el techo de un contenedor de un generador (Fuente: Schmack-Biogas) ............................................................................................ - 59 -

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Siglas y Acrnimos

4E Programa de Energas Renovables y Eficiencia Energtica en Centroamrica

BTU British thermal unit

C Grado Celsius

C Carbono

CH4 Metano

CO2 Dixido de carbono

d Da

DQO Demanda qumica de oxigeno

ENEE Empresa Nacional de Energa Elctrica

GIZ Gesellschaft fr Internationale Zusammenarbeit (Cooperacin Alemana)

Gls/G Galones norteamericanos

h Hora

H2S Sulfuro de hidrgeno

kg Kilogramo

kW Kilowatt

kWh Kilowatt hora

kWhel Kilowatt hora elctrico

kWh term Kilowatt hora trmico

l Litros

L. o Lps. Lempiras

m Metro

m Metro cuadrado

m Metro cbico

km Kilmetro

msnm Metros sobre el nivel del mar

mg Miligramo

MS Masa seca igual que ST (slidos totales)

MV Masa voltil igual que SV (slidos voltiles)

MWh Megawatt hora

N Nitrgeno

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POME Palm Oil Mill Effluent

TIR Tasa interna de retorno

t o tn Tonelada mtrica

TFF Tonelada de fruta fresca (de palma africana)

TRH Tiempo de retencin hidrulica

US$ US Dlares

VAN Valor actual neto

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1. Resumen ejecutivo COAPALMA ECARA, es una Empresa Campesina Agroindustrial, dedicada a procesamiento de Palma Africana del sector social de la economa conformada por 14 cooperativas productoras de la fruta, que tiene su sede en Chiripa, Tocoa, Coln, Honduras. La empresa naci el 15 de Mayo del 1982, producto del proceso de la reforma agraria. Parte de la materia prima o fruta fresca con la que trabaja COAPALMA ECARA proviene de 14 cooperativas participes y otro componente es comprado a productores independientes. En la actualidad, s se procesan alrededor de 100.000 toneladas de fruta fresca (TFF) de palma africana por ao para la produccin de aceite vegetal crudo, del cual se obtiene en promedio un caudal de aguas residuales de 40 m3 por hora que posee una carga orgnica alta con un DQO de 52,000 mg/l.

Debido a los altos costos de energa y los problemas socio ambientales con el tratamiento y disposicin de los residuos orgnicos, se plantea implementar un proyecto que mejore el sistema de tratamiento de aguas actual (lagunas de oxidacin) con el fin de cumplir con la normativa de vertido y obtener un ahorro rentable en la factura mensual de energa elctrica. Por lo que se propone la instalacin de una planta de biodigestin industrial tipo laguna, que adicionalmente de tratar los residuos, producir 12,973 m3/da de biogs, equivalentes a 8,432 m3CH4/d, estimando una produccin anual de 8,842 MWhel utilizando un equipo de generacin elctrica de biogs ms la sustitucin de 31,596 Galones de disel que se estn usando actualmente en una caldera en el plantel de la empresa.

El proyecto muestra en el anlisis tcnico-financiero indicadores positivos para la venta y/o el autoconsumo de energa elctrica por un precio promedio de US$ 0.154 por kWh con un VAN de US$ 1,489,827 /2,872,783 para 10/15 aos del proyecto y una tasa interna de retorno de 32,96%/249,68%, considerando el capital propio utilizado. La inversin total estimada est prevista con un valor de US$ 3,284,250, 70% financiados con un prstamo para proyectos de energa renovable con una tasa de inters anual de 17%. Se recomienda el seguimiento en la implementacin del proyecto verificando los parmetros asumidos en un estudio de factibilidad.

La siguiente tabla muestra los indicadores econmicos del proyecto de biogs previsto para COAPALMA ECARA bajo las condiciones mencionadas en los captulos anteriores.

INDICADORES Valor 10 aos Valor 15 aosVAN (10%) 1,489,826.73$ 2,872,783.05$ TIR 32.96% 249.68%

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2. Antecedentes

2.1. Objetivo e historia empresarial COAPALMA ECARA, es una Empresa Campesina Agroindustrial del sector social de la economa procesadorade Palma Africana que tiene su sede en Chiripa, Tocoa, Coln, Honduras. La empresa naci el 15 de Mayo del 1982, producto del proceso de la reforma agraria. Parte de la materia prima o fruta fresca con la que trabaja COAPALMA ECARA proviene de las 14 cooperativas campesinas que la integran y otra parte de compras a productores independientes. Las cooperativas campesinas dueas de COAPALMA ECARA, tienen un rea de plantacin de 5,150 hectreas de las cuales 500 no estn en produccin, tienen plantaciones sembradas entre 1979 y 2009.

Se afrontan problemas tcnicos y socio ambientales con el tratamiento y disposicin de los residuos orgnicos lquidos de la produccin de aceite (Palm Oil Mill Effluent - POME). Por lo que es necesario realizar mejoras en el sistema de tratamiento de aguas actual (laguna de oxidacin) con el fin de cumplir con la normativa ambiental de vertido y funcionamiento de este tipo de actividades. Existen varios procesos tecnolgicos que pueden ser desarrollados con el fin de tratar esta materia orgnica, sin embargo, para el alcance de este estudio de factibilidad se propone la construccin de una planta de biodigestin.

Este tipo de tecnologa de biodigestin anaerbica, ofrece una diversidad de ventajas no solo desde la perspectiva ambiental, sino tambin de tipo social y econmico para la empresa y el entorno tales como:

Produccin de energa elctrica y trmica para reducir los costos energticos de la planta

Obtencin de fertilizante de calidad a partir de los residuos orgnicos. Mejora de las condiciones higinicas a travs de la reduccin de patgenos y

insectos. Mejoras ambientales derivadas de la proteccin del suelo, agua y aire. Reduccin de los costos de disposicin de los residuos orgnicos. Proteccin del medio ambiente.

En vista de lo anterior, COAPALMA ECARA est interesada en desarrollar un proyecto econmicamente rentable para tratamiento del POME y produccin de biogs para la sustitucin del consumo de disel y/o energa elctrica. Por otro lado COAPALMA ECARA est en el proceso de la solicitud de membresa en la Mesa Redonda de Aceite de Palma Sostenible (Roundtable on Sustainable Palm Oil - RSPO), para ser certificado, debe:

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a) contar con un manejo eficiente de sus recursos naturales (agua, biomasa etc.) y energticos (energa elctrica, disel, bunker, biomasa, etc.) y

b) reducir el impacto ambiental, por emisiones y efluentes, lo ms bajo posible.

El grupo de cooperativas productoras de palma que integran COAPALMA ECARA, formaron la empresa del sector social de la economa Energticos del bajo Agun con la tarea de implementar y operar la planta de biogs. Para eso se solicit al Programa Energas Renovables y Eficiencia Energtica en Centroamrica (4E) de la Cooperacin Alemana (GIZ) la asistencia tcnica para iniciar la implementacin y verificar la factibilidad de tal proyecto.

El presente estudio , elaborado por el equipo 4E de la GIZ, analiza la factibilidad, la rentabilidad y propone un diseo para una planta de biogs que ayude a reducir el impacto ambiental del efluente de la produccin de aceite de Palma (POME). Los valores asumidos en los clculos se basan en valores de experiencia, estimaciones y mediciones realizadas por el equipo de GIZ 4E e informacin proporcionada por COAPALMA.

2.2. Situacin geogrfica La empresa COAPALMA ECARA est localizada en la localidad de Chiripa, en el municipio de Tocoa, departamento de Coln, en la regin Norte del pas, por carretera a 203 km de la ciudad San Pedro Sula, Honduras, y 105 km de la ciudad de La Ceiba, su elevacin media es de 406 msnm, tiene las siguientes coordenadas geomtricas latitud 15.59 y longitud -86.5 grados. Los lmites de Tocoa son:

Al norte con el municipio de Trujillo

Al sur con los municipios de Gualaco, San Esteban y Trujillo

Al este con el municipio de Trujillo

Al oeste con los municipios de Sab y Sonaguera

2.3. Topografa Segn el manual de suelos de Simmons y Castellanos, se ubica sobre un suelo tipo De los Valles. Estos suelos son aptos para cultivo intensivo. Suelen ocupar lugares que fueron lagos formados por movimientos orgnicos que cerraron el curso de ros; otros son terrazas fluviales o restos de lo que fue en un tiempo fondo marino. Muchos de los valles internos, o comprendidos entre montaas, se encuentra a altitudes que oscilan entre 500 y 800 metros sobre el nivel del mar y estn rodeados de montaas que se alzan a ms de 1,000 msnm.

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2.4. Condiciones climticas Clima: El Municipio de Tocoa, posee un clima clido hmedo con temperatura mnima de 25.2 C y mxima de 29.8C.

Precipitacin: Los niveles de precipitacin anual oscilan dentro de 4.16 mm/da, alrededor de los 1000 mm/ao, siendo los meses ms lluviosos mayo, junio, julio, agosto, septiembre, octubre y noviembre. Los meses ms secos son de diciembre a abril teniendo una cancula en el mes de mayo.Suelo: La temperatura promedio del suelo es de 24.0C, con una temperatura mnima de 22.0 C en el mes de enero y una temperatura mxima de 27.5C en el mes de abril.

3. Situacin inicial de la planta de produccin de aceite La Empresa cuenta con una planta extractora de aceite, con una capacidad de procesar 40 toneladas de fruta por hora. En el 2012 se extrajo 21,028 toneladas de aceite crudo de aceite de palma. El aceite crudo producido (en un 75% es refinado en una planta con capacidad de 100 toneladas por 24 horas y el otro 25% es exportado al mercado europeo, posteriormente fraccionado en una planta con capacidad de 75 toneladas por da, en la cual se hace la separacin del aceite y la grasa (conocida como Estearina)). Tambin, cuenta con una planta para elaboracin de manteca, con capacidad de 40 toneladas por hora, aqu se mezcla la estearina y el aceite refinado para obtener la manteca.

Actualmente en la planta se procesa anualmente alrededor de 100.000 toneladas de fruta fresca (TFF) de palma africana de los cuales se obtiene un caudal de aguas residuales de 40 m3 por hora.

3.1. Descripcin del proceso de extraccin del aceite de palma africana

Pesado de la fruta: la operacin del pesado se realiza con bsculas gigantes, se pesa el camin cargado con la fruta, luego se pesa descargado y as se obtiene el peso neto de la fruta.

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Control de calidad de la fruta: Luego de que la fruta es pesada se deposita en tolvas para proceder luego a realizar los controles de calidad. Llenado de gndolas: las gndolas son vagones con una capacidad aproximada de 3 toneladas.

Esterilizacin de la fruta: Esta operacin es posiblemente la ms importante para la calidad del proceso de extraccin de aceite de palma. La operacin de esterilizacin se lleva a cabo en recipientes cilndricos (esterilizadores o autoclaves), las principales variables que influyen en la esterilizacin son el tiempo de coccin y la temperatura. Se cargan con fruto fresco un grupo de unas 8 gndolas, se transportan por medio de rieles hasta introducirlas a los esterilizadores, posteriormente se cierra la puerta del esterilizador y se procede a abrir la vlvula de alimentacin de vapor. La temperatura en el esterilizador es de aproximadamente 135 C y una presin de 45 psi (libras por pulgada cuadrada). La fruta se mantiene en el esterilizador por 60-70 minutos, depender del grado de madurez que tenga la fruta. Los objetivos principales de la esterilizacin son los siguientes:

Inactivar las enzimas que causan el desdoblamiento del aceite y en consecuencia el incremento del porcentaje de cidos grasos libres.

Ablandar el pednculo de unin de los frutos con su soporte natural. Disminuir la resistencia de los tejidos de la pulpa para lograr el fcil rompimiento

de las celdas de aceite durante los procesos de digestin y prensado. Calentar y deshidratar parcialmente las almendras contenidas dentro de las

nueces. Coagular las protenas e hidrolizar la materia mucilaginosa contenida en la pulpa

del fruto

Desfrutado: Luego de que el fruto es esterilizado se procede al desfrutado, que consiste en separar el fruto del racimo, el resultado final es fruto suelto y raquis vaco. Esta operacin se lleva a cabo en el tambor rotatorio.

Ilustracin 2: Gndolas de lavado en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E)

Ilustracin 1: Esterilizacin en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E)

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Digestin: El fruto es depositado en un cilindro llamado digestor el cual tiene unas paletas para macerar el fruto por medio de agitacin circular, se aplica vapor a 45 psi. Los objetivos de la digestin son:

Desprender la pulpa de las nueces y romper las celdas para liberar el aceite que contienen.

Calentar la masa de los frutos y darle el contenido de humedad necesario para preparar la extraccin.

Prensado: Cuando el fruto ha pasado por la digestin se procede a prensarlo. Se aplica agua a la salida del digestor y en la parte inferior de la prensa con el fin de lavar las fibras y lograr que la extraccin de aceite sea eficiente, adems se le da la dilucin adecuada para realizar la separacin en la seccin de clarificacin. La eficiencia del prensado depende de varios factores; la presin aplicada los conos de los tornillos y el estado de desgaste que tienen los tornillos y conos.

Del prensado salen dos productos; uno slido y otro lquido. El slido est compuesto por semilla del fruto y las fibras producidas en el proceso de prensado, el lquido es una mezcla de aceite, agua y lodos.

Clarificacin: El aceite crudo de palma que viene del prensado contiene impurezas de tipo vegetal, arena y agua. El objetivo de la clarificacin es separar el aceite de palma de estas impurezas.

Ya en la seccin de clarificacin, la mezcla de aceite, agua y lodos es pasada por un proceso cuyo fin es remover las arenas y tierras. Luego la mezcla pasa al tamizado cuya funcin es remover una alta cantidad de slidos con un mnimo de arrastre de aceite y lograr la mxima reduccin en la viscosidad con una mnima reduccin en el tamao de las gotas de aceite. Despus de haber tamizado la mezcla, se procede a elevar la temperatura

Ilustracin 3: Digestor en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E)

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de la mezcla llevndola a 95 98 C, por medio de un recalentador que se instala a la entrada al clarificador, luego de calentado el aceite pasa al tanque clarificador donde se le aplica agitacin constante con el fin de acelerar la separacin de la mezcla.

El aceite ya separado de las otras fases es decantado y enviado a un tanque de aceite el cual cuenta con serpentines para mantener la temperatura a 80 C, este aceite decantado se le elimina la humedad en una unidad de vaco, para luego ser almacenado a una humedad no mayor al 0.20 % y una temperatura no mayor de 50 C. Los lodos de la clarificacin son depositados en un tanque para luego procesarlos en las centrfugas y as recuperar el aceite contenidos en ellos (aceite recuperado), este lodo centrifugado es mandado a los florentinos donde se trata de recuperar el aceite residual, y luego se manda a las pilas de tratamiento.

La clarificacin es el paso del proceso de extraccin de aceite en donde se produce la mayor cantidad de agua residual, para lograr una formacin de diferentes fase para la recuperacin de aceite y para separar impurezas y el agua del aceite.

El proceso de extraccin de aceite demanda mucha agua, la relacin de fruta procesada y agua utilizada es de 1:1.2, es decir, por cada tonelada de fruta procesada se requiere 1.2 toneladas de agua.

Palmisteria: La planta de palmiste en COAPALMA tiene una capacidad de 25 t/da. La mezcla slida del prensado es separada por medio de una columna de aire la cual separa las fibras y las enva a la caldera por medio de un tornillo sinfn para ser utilizado como combustible. La semilla o nuez es transportada a los quebradores donde se quiebra la nuez y se procede a separar la almendra de la cascara por medio de un cicln, la almendra es mandada a un secador donde se elimina la humedad, la cascara es enviada a las calderas para ser usada como combustible. El producto que se obtiene en la planta de palmiste es aceite de almendra y harina de palma.

3.2. Descripcin del proceso actual de tratamientos de desechos

La planta de extraccin de aceite de Palma Africana COAPALMA cuenta con un sistema de tratamiento de aguas residuales por medio de pilas aerbicas construidas de concreto, donde se tratan los efluentes de las aguas residuales.

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Las aguas residuales provienen de la planta de extraccin de aceite y contienen un alto contenido de cidos grasos, el efluente circula a travs de canales de concreto que llevan el fluido a las pilas de tratamiento de aguas.

En la primera seccin hay 2 lneas de 5 pilas cada una para el tratamiento de aguas, dichas pilas estn bajo techo. En esta etapa hay un proceso de recuperacin de aceite, que se lleva a cabo agregando agua caliente con el fin de facilitar su mezcla con el aceite que se quiere recuperar, de igual manera el agua caliente acta rompiendo flotantes y fases de sedimentacin. Posteriormente la mezcla de agua caliente, aguas residuales y aceite es bombeada hacia un gran tanque en donde ocurre la separacin.

Una vez separado el aceite es enviado de vuelta hacia los tanques de aceite crudo, y el agua residual sigue su curso a travs de las pilas para proseguir con su tratamiento.

Todas las pilas en este primer sistema estn unidas por medio de tubera y tienen las mismas dimensiones. (2.5x2.5 m, con 2 metros de profundidad.)

Luego el agua se conduce a travs de tubera y canales hacia la otra lnea de pilas de tratamiento de aguas. Posteriormente el agua sigue su rumbo hacia el segundo sistema de pilas de tratamientos, en donde primero pasa a una pila de forma rectangular, con 3 metros de ancho, 65 metros de largo y 2 metros de profundidad en donde el agua sigue con su tratamiento, luego el fluido pasa a una lnea de 3 pilas con 4 metros de ancho, 5 m de largo y 2 m de profundidad cada una.

Ilustracin 5: Primeras Pilas de Sedimentacin y Separacin del POME en el plantel de COAPALMA (Fuente:

GIZ 4E) Ilustracin 4: Canal por donde fluye el POME del plantel

hacia las pilas de tratamiento (Fuente: GIZ 4E)

Ilustracin 6: Primeras Pilas de Sedimentacin y Separacin del POME en el plantel de COAPALMA,

Vista hacia la planta (Fuente: GIZ 4E)

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unidad CantidadAncho m 0.24Profundo m 0.08Area de la seccion transversal m 0.02Caudal Q* l/s 0.01Caudal Q* m/h 35.97Temperatura del fluido C 61.00

COAPALMAMedicin Caudal ManualVolumen Balde 5 Gls

18.9 litrosTiempo para llenarse 2 secPerdida de medicin 20%Caudal Q 11.34 l/secCaudal Q 40.824 m/h

En este punto concluye el tratamiento actual de aguas residuales de COAPALMA para terminar el agua residual ya tratada sale del ltimo grupo de pilas directamente a aguas del Rio Aguan.

El caudal promedio del efluente medido en la caja de salida del POME hacia el ro Agun es entre 35 y 40 m/h. En Error! No se encuentra el origen de la referencia., se resumen los datos tomados en la medicin del caudal. Se realizaron varias mediciones en diferentes das, los valores de la tabla representan los valores promedios de una produccin promedia de la planta. Se hizo una estimacin del caudal a base de la frmula de Hanzen y Williams (Caudal Q* = 1.84 x ancho y altura del canal en su cada) y otra medicin usando un balde de 5 Galones de volumen tomando el tiempo a llenarse con el POME.

El flujo del POME en el sistema de tratamiento actual de COAPALMA est dibujado en un extracto de GoogleEarth en la Ilustracin 9.

:

Ilustracin 7: ltimas pilas de tratamiento de sedimentacin del POME antes de la salida hacia el rio (Fuente: GIZ 4E)

Ilustracin 8: Caja de salida del POME donde se realizaron los mediciones del caudal (Fuente:

GIZ 4E)

Tabla 1: Datos tomados en la medicin del caudal del POME en COAPALMA y los resultados calculados (Fuente: Propio Clculo)

- 18 -

Ilustracin 9: Plano del plantel de produccin de la COAPALMA con el sistema actual de tratamiento del POME (Fuente: Google Earth)

- 19 -

4. Consumo energtico actual de la planta La Cooperativa opera 7 das por semana las 24 horas diarias (La estimacin se realiz para 300 das por ao con 24 horas de

operacin). El consumo de energa elctrica esta abastecido por la red pblica de la ENEE, por la turbina de la caldera de biomasa y por sus generadores de diesel de emergencia. El vapor del proceso esta generado con la fibra del raquis (biomasa) en la caldera 1 y

por diesel en la caldera 2. La

Tabla 2 demuestra el consumo anual de las diferentes fuentes energticas en el plantel de COAPALMA a base del consumo del ao 2012.

Tabla 2: Consumo anual de Energa del plantel de COAPALMA (Fuente: COAPALMA; Propio Clculo y ENEE)

4.1. Energa Elctrica de la red pblica El consumo energtico de la red pblica actual es en promedio de 225.000 kWh de energa elctrica mensuales con un precio de 3.74 Lempiras (0.19 US$) por kWh en el ao 2012, como se muestra en la Tabla 4. La demanda de la potencia de energa elctrica promedia medido entre el 21 de mayo de 2012 y el 29 de julio 2012 oscila entre 350 y 450 kW debido a la variacin de la cantidad de produccin en las diferentes temporadas (ver Ilustracin 10). La variacin semanal en la demanda de potencia resulta en cambios puntales en la produccin debido a tiempos de reparacin y mantenimiento o impactos externos como fallas de energa, lluvias fuertes etc. Mientras la variacin mensual en el consumo de energa elctrica es causada por las temporadas de la cosecha de la palma africana en la regin, con una temporada baja entre enero y mayo, y una temporada alta

Cosumo de Energa COAPALMAEnerga Elctrica Red Pblica 2,700,000 kWh por aoEnerga Elctrica Propia (Diesel) 80,000 kWh por aoEnerga Elctrica Propia (Biomasa) 2,880,000 kWh por ao

total 5,660,000 kWh por ao

Diesel para Produccin de Vapor (Caldera 2) 31,596.00 Gls por aoBiomasa para Produccin de Vapor (Caldera 1) hasta 10,000 tn de fibra por ao

Cosumo de Energa COAPALMAEnerga Elctrica Red Pblica 2,700,000 kWh por aoEnerga Elctrica Propia (Diesel) 80,000 kWh por aoEnerga Elctrica Propia (Biomasa) 2,880,000 kWh por ao

total 5,660,000 kWh por ao

Diesel para Produccin de Vapor (Caldera 2) 31,596.00 Gls por aoBiomasa para Produccin de Vapor (Caldera 1) hasta 10,000 tn de fibra por ao

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entre junio y diciembre. La temporada pico normalmente est en el mes de septiembre. En la tabla Tabla 3 se presenta un histograma (distribucin de frecuencia) de las potencias demandadas a la red pblica. Se presentaron registros de demanda de hasta 850 kW, que ocurren cuando la turbina de biomasa no est operando.

Ilustracin 10: Potencia demandada de valores promedios diarios y variacin del consumo de energa elctrica durante 7 das en un promedio de un periodo de medicin del 21 de mayo hasta el 29 de julio 2012 (Fuente: ENEE y GIZ 4E)

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.0000

:15

01:3

002

:45

04:0

005

:15

06:3

007

:45

09:0

010

:15

11:3

012

:45

14:0

015

:15

16:3

017

:45

19:0

020

:15

21:3

022

:45

24:0

0:00

kW

Hora del da

Lun

Mar

Mie

Jue

Vie

Sab

Dom

Promedio

- 21 -

Tabla 3: Distribucin de frecuencias de potencias demandadas en le periodo del 21 de mayo hasta el 29 de julio 2012 (Fuente: ENEE y GIZ 4E)

Rango Frecuencia Horas %P = 0 kW 279 69.75 3.88%

0.1 - 50 kW 94 23.50 1.31%50 - 99.99 kW 79 19.75 1.10%

100 - 149.99 kW 283 70.75 3.94%150 - 199.99 kW 372 93.00 5.17%200 - 249.99 kW 575 143.75 8.00%250 - 299.99 kW 930 232.50 12.94%300 - 349.99 kW 984 246.00 13.69%350 - 399.99 kW 725 181.25 10.08%400 - 449.99 kW 284 71.00 3.95%450 - 499.99 kW 196 49.00 2.73%500 - 549.99 kW 246 61.50 3.42%550 - 599.99 kW 401 100.25 5.58%600 - 649.99 kW 619 154.75 8.61%650 - 699.99 kW 609 152.25 8.47%700 - 749.99 kW 358 89.50 4.98%750 - 799.99 kW 116 29.00 1.61%800 - 849.99 kW 37 9.25 0.51%

< 850 kW 2 0.50 0.03%total 1797.25 100.00%

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Consumo de energa elctrica de la red pblica COAPALMA 2012Jan 12 Feb 12 Mrz 12 Apr 12 Mai 12 Jun 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 PROMEDIO

Consumo 170,642 kWh 0 kWh 143,526 kWh 158,902 kWh 168,404 kWh 214,684 kWh 266,913 kWh 0 kWh 339,025 kWh 210,317 kWh 235,375 kWh 341,959 kWh 224,975 kWhPotencia promedia (est.) 253.9 kW 0.0 kW 192.9 kW 220.7 kW 226.3 kW 298.2 kW 370.7 kW 0.0 kW 470.9 kW 282.7 kW 326.9 kW 474.9 kW 311.8 kW

Costo Demanda 490,202.20L. -L. 440,027.32L. 458,578.67L. 486,738.97L. 610,306.83L. 725,978.64L. -L. 897,212.41L. 589,641.34L. 650,483.41L. 925,849.95L. 627,501.97L. Costo por kWh 2.87L. #DIV/0! 3.07L. 2.89L. 2.89L. 2.84L. 2.72L. #DIV/0! 2.65L. 2.80L. 2.76L. 2.71L. 2.79L.

Alumbrado Publico 4,125.07L. 3,827.32L. 3,664.34L. 3,845.72L. 3,904.83L. 3,638.03L. -L. 3,452.92L. 3,552.08L. 3,535.24L. 3,724.20L. 3,726.98L. Costo por kWh 0.02L. #DIV/0! 0.03L. 0.02L. 0.02L. 0.02L. 0.01L. #DIV/0! 0.01L. 0.02L. 0.02L. 0.01L. 0.02L.

Ajuste de Combustible 140,830.22L. 139,837.41L. 190,426.56L. 194,665.35L. 220,686.56L. 195,089.34L. -L. 298,674.08L. 212,484.01L. 222,434.54L. 279,654.81L. 209,478.29L. Costo por kWh 0.83L. #DIV/0! 0.97L. 1.20L. 1.16L. 1.03L. 0.73L. #DIV/0! 0.88L. 1.01L. 0.95L. 0.82L. 0.93L. Costo EE total 635,157.49L. 583,692.05L. 652,669.57L. 685,250.04L. 834,898.22L. 924,706.01L. -L. 1,199,339.41L. 805,677.43L. 876,453.19L. 1,209,228.96L. 840,707.24L.

Precio por kWh 3.72L. #DIV/0! 4.07L. 4.11L. 4.07L. 3.89L. 3.46L. #DIV/0! 3.54L. 3.83L. 3.72L. 3.54L. 3.74L. Precio por kWh in US$ 0.19$ #DIV/0! 0.21$ 0.21$ 0.21$ 0.20$ 0.18$ #DIV/0! 0.18$ 0.20$ 0.19$ 0.18$ 0.19$

Tabla 4: Consumo energtico de la red pblica de COAPALMA en 2012 (Fuente: COAPALMA y Propio Clculo)

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4.2. Consumo de energa elctrica con generadores diesel En el caso de fallas en la red pblica, se operan los generadores diesel del plantel para abastecer la demanda energtica del momento. En el ao 2012 se consumieron 6,625 galones de disel que abastecieron alrededor de 80,000 kWhel, a un precio promedio de L.7,50 (US$ 0.38) por kWh como demuestra Error! No se encuentra el origen de la referencia.Tabla 5

Tabla 5: Costo Generacin de energa elctrica en Generadores (Fuente: Propio Clculo)

Tabla 6Error! No se encuentra el origen de la referencia. demuestra las generadores instalados en el plantel para la generacin de energa elctrica con disel.

Tabla 6:Generadores para la generacin de energa elctrica con diesel en COAPALMA (Fuente: COAPALMA con GIZ 4E)

Generador Caterpillar Wilson Modelo C15 P625EI

Ao 2011 2007 Capacidad 500 kWel 500 kWel

Consumo de Diesel 6,625.00 Gls/ao25,042.50 litros/ao

Valor calorfico diesel 10 kWh/lEficiencia motores 30%Generacin de Energa Elctrica 75,127.50 kWh/aoPrecio diesel 22.49L. Lps/lPrecio por kWh el 7.50 Lps/kWh elPrecio Biogs 13.49 Lps/m3Costo anual de diesel 563,125.00L. Lps/ao

Generacin de Energa Elctrica con Generadores Diesel

Ilustracin 11: Generadores de diesel en el plantel de COAPALMA (Fuente: GIZ 4E)

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4.3. Consumo de disel para la produccin de vapor El consumo de disel de la planta de COAPALMA es de 38,221 Galones por ao (en base a cifras del ao 2012). Una parte es consumida en los generadores de disel (Tabla 5) y la restante en la caldera de la refinera (ver Tabla 8) de vapor de la empresa por un precio de L. 2.25 (US$ 0.115) por kWh trmico (o calorfica),como se muestra en la Tabla 7.

Tabla 7: Costo de energa para la produccin de vapor (Fuente COAPALMA y Propio Clculo)

Tabla 8: Datos caldera diesel refinera (Fuente: COAPALMA, Propio Clculo)

Energa Produccin de VaporConsumo de diesel 31,596.00 G/ao

119,432.88 l/aoValor calorfico Diesel 10 kWh/lPrecio Diesel 85.00L. Lps/GCosto anual 2685,660.00L. Lps/aoValor calorfico por ao 1194,328.80 kWh/aoCosto por kWh calorfico de comb. 2.25L. Lps/kWhPrecio Biogs 13.49L. Lps/m3

Marca, modelo KONUSNo. de fabricacin `11893.1000ProveedorAo Gesellschaft fr WrmetechnikPotencia 291 kWPresin de operacin 10 barProduccin de vapor 300CQuemadorCombustible DieselMarca WeishauptNo. de fabricacin 5335921Ao 2004

Datos caldera trmica de refinera

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4.4. Consumo de biomasa para la produccin de vapor y la operacin de una turbina

COAPALMA usa alrededor de 10,000 a 15,000 toneladas anuales de fibra del raquis en una caldera de vapor para el proceso de produccin y para operar una turbina que proporciona 1 MW de potencia mxima. Segn el gerente tcnico del plantel, la turbina genera en promedio alrededor de 400 kW elctricos, una cantidad de potencia elctrica un poco mayor a la potencia demandada de la red comercial (ENEE), generando anualmente alrededor de 2,880 MWh para autoconsumo del plantel de COAPALMA.

Los datos tcnicos de la caldera son:

Caldera Mechmar, Serie MBO 5101, Modelo BB 568/365 (45000pph), Desing Code BS 1113.1999, Ao 2008

Presion de Trabajo 20517/365N/MM2 PSI, Desing Pressure 2.861/415n/MM2 PSI, Test Pressure 4292/622.5N/MM2 PSI

Capacidad 20 toneladas de vapor por hora

Ilustracin 12: Turbina de biomasa 1 MW COAPALMA y combustible fibra para la caldera (Fuente GIZ 4E)

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5. Marco Legal Las leyes hondureas referentes a la bioenerga son: la Ley de Promocin a la Generacin de Energa Elctrica con Recursos Renovables (Decreto No. 70-2007) y la Ley para la Produccin y Consumo de Biocombustibles (Decreto No. 144-2007). Dichas leyes definen p.e. para un proyecto de biogs el marco legal para la venta de energa a la ENEE (Decreto No. 70-2007) y otros beneficios a los que puede acogerse para el apoyo del proyecto.

Para el impacto ambiental del efluente y de las emisiones de produccin de COAPALMA ECARA, estn establecidas varias normas que reglamentan los lmites de contaminacin ambiental que deben darse en la produccin y/o operacin, estos valores son controlados por los autoridades locales (UMA) y nacionales (SERNA).

5.1. Ley para la Produccin y Consumo de Biocombustibles Segn la Ley para la Produccin y Consumo de Biocombustibles y su reglamento, biocombustibles son los productos que se utilizan en procesos de produccin de energa, obtenidos a partir de materias primas de origen animal, vegetal, del procesamiento de productos agroindustriales y/o residuos orgnicos. Biogs es el combustible gaseoso producido a partir de biomasa y/o a partir de la fraccin biodegradable de los residuos y que puede ser purificado hasta alcanzar una calidad similar a la del gas natural, para uso como carburante, o gas de madera.

Los proyectos que consideran el uso de biocombustibles, segn la Ley 144-2007 en su Artculo 9, gozan de los siguientes incentivos:

1. Exoneracin del pago del impuesto sobre la renta, impuesto al activo neto y dems impuestos conexos a la renta, durante doce (12) aos improrrogables. A partir del inicio de la operacin comercial de la planta de biocombustibles.

2. Exoneracin del pago de otra clase de impuestos y tasas estatales durante un perodo de doce aos improrrogables; as como, los derechos arancelarios, de todos los bienes destinados a la construccin y para todos aquellos equipos, repuestos, partes y aditamentos relacionados con la instalacin, mantenimiento y operacin de la planta de produccin de biocombustibles.

3. El componente de biocombustibles incorporado en el producto tiene una exoneracin de pago de aporte para la atencin a programas sociales y conservacin de patrimonio vial durante un perodo de 15 aos. A partir del ao 16 se pagar un 25% del aporte pagado por los combustibles fsiles.

4. Los proyectos gozan de los dems beneficios establecidos en la Ley de Aduanas en relacin con la importacin de maquinaria y equipo necesario para la construccin

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y operacin de los citados proyectos por el que dura la construccin as como de los beneficios establecidos en la Ley del Rgimen de Importacin Temporal (RIT).

Para obtener estos incentivos se necesita los siguientes requisitos:

1. Escritura de constitucin de sociedad, comerciante individual o cooperativa/MIPYME

2. Estudio de factibilidad tcnico y econmico del proyecto. 3. Planos de las instalaciones del proyecto. 4. Permiso ambiental, otorgado por SERNA. 5. Escritura de propiedad del terreno, donde se va a desarrollar el proyecto o un

contrato de alquiler con una duracin mnima de 5 aos. 6. Evidencia actualizada de disponibilidad financiera. 7. Constancia de solvencia emitida por la DEI. 8. Constancia de solvencia municipal.

5.2. Ley de energa renovable Los proyectos que consideran la generacin de energa a partir de fuentes renovables, segn la Ley 70-2007 en su Artculo 2, gozaran de los siguientes incentivos:

1. Exoneracin del pago del impuesto sobre ventas para todos aquellos equipos, materiales y servicios que estn destinados o relacionados directamente con la generacin de energa elctrica con recursos renovables que sern utilizados en el desarrollo, instalacin, construccin de la planta de generacin de energa elctrica renovable y crditos fiscales por el estudio y diseo efectivo una vez que se haya iniciado la construccin de la planta.

2. Exoneracin del pago de todos los impuestos, tasas, aranceles y derechos de importacin, para todos aquellos equipos, materiales, repuestos, partes y suplementos destinados o relacionados directamente con la generacin de energa elctrica renovable y que sern utilizados en los estudios, diseo final, desarrollo, instalacin y construccin de la planta de generacin de energa elctrica renovable.

3. Exoneracin del pago del Impuesto sobre la renta aportacin solidaria temporal, impuesto al activo neto y todos aquellos impuestos conexos a la renta durante un plazo de diez aos, contados a partir de la fecha de inicio de operacin comercial de la planta, para los proyectos con capacidad instalada hasta de 50 MW.

4. Beneficios establecidos en la ley de aduanas en relacin con la importacin temporal de maquinaria y equipos necesarios para la construccin y mantenimiento de los proyectos.

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5. Exoneracin del impuesto sobre la renta y sus retenciones sobre los pagos de servicios u honorarios contratados con personas naturales o jurdicas extranjeras, necesarios para los estudios, desarrollo, instalacin, ingeniera, administracin y construccin del proyecto de energa renovable.

Segn el artculo 3 de la ley 70-2007 las empresas mixtas o privadas generadoras de energa elctrica renovable, podrn vender la energa que produzcan a travs de las siguientes opciones:

1. Vender directamente a grandes consumidores o empresa distribuidoras de energa elctrica, contando con la aprobacin de la empresa nacional de energa elctrica (ENEE), previo al aseguramiento de la demanda nacional de energa.

2. Vender por iniciativa propia su produccin de energa elctrica a la empresa nacional de energa elctrica (ENEE), teniendo esta ultima la obligacin de firmar un contrato de suministro de energa elctrica y comprar tal energa.

Como COAPALMA vender parte de la energa elctrica generada a la ENEE, aplica al numeral 2 expuesto anteriormente, y se establece lo siguiente (ley 70-2007).

a) El precio total de energa o kWh a partir del ao 10, contando desde la fecha de inicio de operacin comercial de la planta, ser reducido al costo marginal de corto plazo vigente al momento de la firma del contrato de energa elctrica.

b) Se utilizara como precio base para el pago de la energa el costo marginal de corto plazo vigente. El precio base en ningn caso podr ser menor que el costo marginal de corto plazo de generacin de energa elctrica (CMCP).

c) El incentivo que forma parte del precio total antes establecido ser el valor equivalente al 10% del precio base vigente al momento de la firma del contrato y dicho incentivo se aplicara nicamente durante los primeros 15 aos contados a partir de la fecha de inicio de operacin comercial de la planta.

d) El precio para el primer ao de operacin comercial ser el precio base vigente al momento de la firma del contrato ms el incentivo del 10% antes establecido.

e) Los contratos de suministro de energa elctrica renovable que suscriba la ENEE a empresas generadoras que utilizan para la produccin de energas recursos renovables nacionales. Tendrn una duracin mxima de 20 aos para proyectos que no excedan la generacin de 50 MW.

Requisitos para desarrollar un proyecto de generacin de energa elctrica a partir de fuentes renovables:

1. Contrato de operacin, para el cual se deber presentar la siguiente documentacin:

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a- Solicitud escrita mediante apoderado legal que contenga: Nombre y antecedentes del solicitante. Experiencia del solicitante en el financiamiento, puesta en marcha de

proyectos similares al que se propone desarrollar. Lista de proyectos de su propiedad o en los cuales tenga participacin en el

capital social. Lista de personal clave de la firma. Identificacin del proyecto que se propone desarrollar indicando su

ubicacin y caractersticas. Evidencia financiera Un cronograma para la construccin y puesta en marcha del proyecto. Presentacin de referencias bancarias.

b- Escritura pblica debidamente registrada. c- Documentacin que acredite la propiedad o arrendamiento del terreno donde

se har la instalacin. d- Copia del diseo de las instalaciones, firmados por profesionales debidamente

colegiados. e- Comprobante de inscripcin en el registro mercantil.

2. Licencia ambiental

Se solicita la licencia ambiental para la construccin y la operacin de la planta en la SERNA, Departamento DECA mediante una nota formal con una descripcin del proyecto y su impacto ambiental.

5.3. Requisitos para descarga de aguas residuales Segn la ley general del agua en su artculo 44, las autoridades del agua o municipalidades podrn autorizar de conformidad, a las disposiciones ambientales y normas tcnicas vigentes, el vertimiento directo o indirecto de aguas residuales a un cuerpo receptor.

En el ao de 1996 el presidente constitucional de la republica de Honduras mediante el acuerdo N 058 acuerda emitir las:

NORMAS TCNICAS DE LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES A CUERPOS RECEPTORES Y ALCANTARILLADOS SANITARIOS.

Dichas normas tienen como objetivo regular las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores y fomentar la instalacin de sistemas de tratamiento de aguas residuales, para

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reducir la produccin y concentracin de contaminantes descargados al ambiente. Asimismo los usuarios que cuenten con sistema de trata de aguas residuales debern cumplir con ciertos requisitos con el fin de la preservacin del ambiente.

La aplicacin de estas normas ser competencia de la secretaria de estado en el despacho de salud pblica, de la secretaria de estado en el despacho del ambiente y la secretaria de estado en los despachos de gobernacin y justicia.

Definiciones

Agua residual tratada: Aguas residuales que provienen de instalaciones o de plantas de tratamiento.

Concentracin mxima permisible: Es la concentracin permitida en la descarga a un cuerpo receptor.

Cuerpo receptor: Es una masa de agua esttica o en movimiento que puede ser; ros, lagos, lagunas, fuentes, acuferos, mares, embalses y suelo que pueda recibir directa o indirectamente la descarga de aguas residuales.

De acuerdo a las normas tcnicas de las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores y alcantarillado sanitario en su artculo 6, cada descarga a un cuerpo receptor en forma directa o indirecta, debern cumplir con los siguientes requisitos, cuyos rangos permisibles se presentan en la siguiente tabla:

Parmetro Unidad de medida Concentracin mxima permisible Slidos sedimentables ml/L/h 1 Slidos suspendidos mg/l 100 Material flotante y espuma Ausente DBO mg/l 50 DQO mg/l 200 Grasas y aceites mg/l 10

Tabla 9: Concentraciones mximas en efluentes de aguas residuales segn norma nacional (Fuente: Snchez, E. (2011). Compendio de legislacin ambiental de Honduras, pg. 462)

En el cuadro anterior se dan a conocer las concentraciones mximas permisibles de los parmetros de inters para la descarga de aguas residuales de las extractoras de aceite de palma africana, aunque la normativa contempla muchos otros parmetros.

A continuacin se presenta un organigrama de las entidades nacionales y municipales encargadas del cumplimiento, seguimiento y control de las leyes y normas antes mencionadas.

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Secretaria de recursos naturales y ambiente (SERNA): La Secretara de Recursos Naturales y Ambiente (SERNA), de conformidad a la Ley General del Ambiente, es la entidad garante de conservar un entorno o ambiente adecuado para la salud de las personas y propiciar un estilo de desarrollo sostenible, mediante la proteccin y el uso adecuado de los recursos naturales y sus ecosistemas.

DGA: Direccin general de gestin ambiental, La DGA es la dependencia de la SERNA Responsable de coordinar las acciones en materia ambiental, mediante la elaboracin y aplicacin de polticas, objetivos, metas estratgicas y prioridades en coordinacin con el sector pblico y privado.

DGE: Direccin general de energa; La Direccin General de Energa es responsable de conducir las acciones relacionadas con la produccin y uso de energa y actividades relacionadas.

DECA: Direccin de evaluacin y control ambiental

UMA: Unidad Municipal Del Ambiente

SECRETARIA DE ESTADO EN LOS DESPACHOS DE RECURSOS NATURALES Y AMBIENTE

SECRETARIA DE AMBIENTE SUBSECRETARIA DE RR NN Y ENERGA

DGA DECA

DGE

Estudio y normas ambientales

Unidad Municipal del Ambiente

Evaluacin ambiental

Control y seguimiento

Energa renovable

Ilustracin 13: Estructura institucional para el marco legal ambiental y energtico (Fuente: SERNA)

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6. Descripcin del sustrato de biogs POME Las extractoras de aceite de palma africana son generadoras de grandes cantidades de efluentes con una alta carga orgnica contaminante. Dichos efluentes son conocidos por sus siglas en ingls como POME (palm oil mill effluents), y se refiere a los efluentes de las etapas finales del proceso de produccin del aceite de palma en las plantas extractoras. Incluye lquidos, sucios, aceite residual y slidos suspendidos por lo que el POME tiene un poder contaminante bastante alto.

La extraccin del aceite de palma de la fruta fresca requiere de grandes cantidades de agua. Se ha estimado que se produce una tonelada de POME por cada tonelada de fruta fresca (TFF) procesada. El POME es generado principalmente en algunas etapas del proceso de extraccin del aceite de palma, que produce los siguientes efluentes:

Condensados de la esterilizacin: la fruta fresca de la palma se somete a dicho proceso para facilitar la extraccin del aceite. Esta operacin produce una corriente de efluentes rica en materia orgnica que se enva a los fosos florentinos.

Aguas lodosas de clarificacin: la mezcla de aceite, lodo y agua que sale de la prensa se enva a la estacin de clarificacin que remueve el agua y el lodo y los enva al foso florentino

Hidrociclones Purgas de los tanques desarenadores

La composicin y caractersticas de los efluentes de las extractoras de aceite de palma dependen del proceso de extraccin y de la calidad de la materia prima. Generalmente estn compuestos principalmente por agua (93-95%), slidos suspendidos y disueltos (3-4%) y aceite (0.5-2%), adems de otras sustancias como metales pesados y algunas sales especialmente fosfatos, cloruros y nitratos.

El POME fresco es una suspensin coloidal de color pardusco, cuya temperatura es de alrededor 53 a 77 C en su camino del proceso, acido (pH comprendido entre 4, 5), en la se presenta un resumen de las caractersticas de dichos efluentes antes de su tratamiento.

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Tabla 10: Caractersticas de POME (Fuente: Boletn tcnico No 11: Manejo de Efluentes de Plantas Extractoras disponible en http://cultivopalma.webcindario.com/lagunas.htm)

Los principales problemas de estos efluentes son el bajo pH, la elevada temperatura, la alta carga de slidos totales y suspendidos, la alta carga orgnica medida como la Demanda Qumica de Oxigeno (DQO). La alta cantidad de aceite presente en los efluentes tambin se considera un problema ya que este elemento es de difcil degradacin.

Para la caracterizacin de los efluentes (POME) de COAPALMA, se tomaron muestras en la zona de descarga del POME, y se preservaron en hielo para su posterior anlisis en el Laboratorio de Calidad de Agua y Energa Renovable EAP/Zamorano. Los anlisis realizados fueron:

DQO (Demanda Qumica de Oxigeno) Slidos Totales Slidos Voltiles Batch Test de produccin de Biogs

Adems se hizo un estimado del caudal de POME generado, se midi su temperatura y el pH.

A continuacin se hace una breve descripcin de los mtodos de anlisis utilizados, segn Standard Methods for the examination of water and wastewater, 21 Edicin, 2005 (DE-05):

PARAMETRO UNIDAD RANGO PROMEDIOpH unidad 3.87-5.25 20180

Temperatura C 53-77 67.4

DQO mg/L 45,200-230,000 700DBO mg/L 18,700-170,000 48

Slidos Totales(ST)

mg/L 32,500-110,000 45

Slidos Voltiles(SV)

mg/L 26,500-98,000 48.9

Aceites mg/L 5,000-10,000 7Nitrgeno Amoniacal

mg/L 11-25.5 18.3

Contenido de Biogs

l/ kg de SV 600-650 600

Contenido en metano

%Vol - 60

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DQO

Este anlisis determina la cantidad de oxidante (Cr2O72-) especifico que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas, para aguas residuales. Y es una medida aproximada de la cantidad de materia orgnica presente.

Para realizar dicho anlisis se llevaron las muestras a temperatura ambiente y se homogenizaron, posteriormente se realiz una dilucin de 1/50 de cada una de ellas, dado que como se conoce el POME es de alto contenido en materia orgnica, de esta forma se garantiz que estuviera dentro del rango de lectura del espectrofotmetro. Se agreg la muestra en los tubos de ensayo que contienen la solucin oxidante, y se coloca en un reactor de digestin durante dos horas a 150 C, finalmente se llev a temperatura ambiente y se realiz la lectura en el espectrofotmetro llevndolo primero a cero con el blanco.

Slidos totales (ST) y Slidos voltiles (SV)

Los slidos totales son los materiales retenidos despus del secado a 103-105 C de la muestra. Los slidos suspendidos voltiles corresponden a los compuestos perdidos durante la calcinacin a 550 C de la muestra, despus de los slidos totales.

Para el anlisis de slidos totales (ST) se tom un volumen de 30ml de cada uno de los sustratos y se pes junto al recipiente (crisol). Luego se meti al horno a una temperatura de 100C con un tiempo de retencin aproximado de 24 horas, hasta que la muestra se evapor. Una vez evaporada, se pes y se sac el peso del total de los slidos totales despus de la evaporacin de los compuestos lquidos.

Despus del anlisis de slidos totales se coloca el crisol con la masa seca en una mufla para su calcinacin a 500 C y de nuevo por diferencia de pesos se calcula los slidos perdidos durante este proceso que corresponde a los slidos voltiles.

Batch Test

Se utilizaron biodigestores tipo batch que son recipientes hermticos donde el biogs es producido en un medio anaerbico. Este tipo de biodigestores, conocidos tambin como sistemas discontinuos, lo que significa que se carga de materia orgnica una sola vez.

Para realizar las pruebas, se utilizaron recipientes de 200 mL, donde se coloc la muestra del sustrato junto con el biol para acelerar la produccin del biogs, la cantidad de muestra fue la necesaria para lograr una carga orgnica de 3.5 kg de SV/m3 y se colocaron en una incubadora a una temperatura de 35C , se realiza la medicin del metano producido haciendo pasar el biogs a travs de una solucin saturada de hidrxido de

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potasio en la cual son solubles todos los componentes del biogs a excepcin del metano, por lo que es posible realizar la medicin de la produccin del mismo.

Despus de realizar estos anlisis es posible realizar la caracterizacin del efluente de la planta extractora de aceite de COAPALMA, a continuacin se presenta un cuadro resumen con tales resultados:

Tabla 11: Resultados de los anlisis del POME de COAPALMA (Fuente GIZ 4E y Zamorano)

Las aguas residuales del proceso de extraccin de aceite son de naturaleza cida en el caso de esta extractora para el pH se midi un valor de 4.5. Este es un parmetro muy importante debido a que estas aguas residuales por su procedencia tienen un alto contenido de cidos grasos y su presencia suele producir un descenso en el pH.

Adems los cidos grasos son el principal componente de los productos intermediarios, resultantes de la etapa de hidrlisis, los cuales sern utilizados por los microorganismos en la acidognesis. Por su carcter acido, un exceso puede ocasionar un descenso en el pH, lo que puede afectar negativamente el metabolismo de las bacterias y llevar a la produccin de una mala calidad de biogs, con alto contenido de dixido de carbono y un bajo contenido de metano. Por el contrario, una baja concentracin de cidos grasos, lleva a una baja produccin de biogs. En aquellos casos, en los cuales la concentracin de cidos orgnicos, es tal que el pH es menor a 6.5, no es posible cumplir con la etapa metanognica y en cambio se produce gran cantidad de cido sulfhdrico, malos olores y deficiencia en el funcionamiento del sistema. Como se mencion anteriormente para que los microorganismos metanognicos mantengan una actividad metablica adecuada, el rango de pH ptimo se encuentra entre 6.5 y 7.5 por lo que puede ser importante separar la fase de la hidrlisis de la metanognesis.

Otro parmetro importante es la relacin C/N, porque el carbono es el elemento que las bacterias convierten en metano y el nitrgeno es usado para la multiplicacin de las bacterias. Si la relacin C/N es muy baja lleva a un aumento en la produccin de amoniaco y a una inhibicin de la produccin de metano. Un nivel de relacin C/N muy elevado significa una falta de nitrgeno, del cual resultan consecuencias negativas para la formacin de protenas y en consecuencia la energa y el material estructural del metabolismo de los microorganismos. Una composicin balanceada es absolutamente necesaria. De all la importancia de mantener la relacin C/N entre 20/1 a 30/1. El amonio es otra forma de nitrgeno presente en las aguas residuales y su concentracin en el digestor est principalmente influenciada por la entrada directa a travs del sustrato y a

DQO % Caudal

mg/l SV de ST m3/hCOAPALMA 4.5 52,300 29,565 26,928 91% 41

Nombre extractora

pH Slidos Totales(ST) mg/l

Slidos Voltiles(SV) mg/l

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travs de la degradacin de los compuestos orgnicos de nitrgeno (en su mayora protenas), por lo que es necesario considerar si el nitrgeno presente en el POME ser el necesario ya que en su mayora es compuesto por cidos grasos, y determinar si a la temperatura y pH en el que se encuentran no tendrn accin inhibidora.

7. Investigacin del potencial de biogs Para la estimacin del potencial de biogs es necesario conocer la masa seca y la masa voltil del sustrato, el potencial terico de produccin del biogs por masa voltil y el contenido de metano. La produccin de biogs est directamente relacionada con la concentracin de nutrientes como ser grasas, carbohidratos y azucares que contiene la materia orgnica a procesar. De esta forma dependiendo de la materia orgnica que se procese as va a ser la produccin en volumen y la calidad del biogs. Los anlisis qumicos de las aguas residuales contienen la demanda qumica de oxigeno (DQO) que es el ndice de la contaminacin de los diferentes flujos. Dado que la concentracin del DQO es proporcional a la concentracin de la MV, para una primera estimacin se puede calcular DQO = (Factor entre 1 y 1.7) x MV en mg/l. En realidad los resultados estn bastante distintos. Por eso se recomienda hacer pruebas y anlisis ms seguidos en cuanto a la determinacin de la masa voltil para poder disear con mayor precisin el volumen de la planta y la rentabilidad del proyecto tomando diferentes muestras en diferentes horarios y temporadas de produccin.

Tabla 12 Estimacin de potencial de Biogs (Fuente: Propio Clculo)

7.1. Informacin bsica de la produccin de biogs La degradacin anaerbica de substancias polmericas (protenas, carbohidratos, grasas) es realizada en 4 pasos, en los cuales estn involucradas por lo menos tres grupos de bacterias diferentes, en metabolismo simbitico.

Cada tipo de poblacin de bacterias requiere distintos tipos de condiciones ambientales. Por ejemplo la bacteria hidroltica pertenece a los microorganismos facultativos, sin embargo la bacteria metanognica pertenece a los que son anaerbicos indispensables. El proceso anaerbico constituye un sistema microbiano, que es expresado por la amplia matriz de la bacteria activa. Ya que las bacterias metanognicas son las ms sensibles, por lo cual las condiciones deberan estar adaptadas a estas.

Sustratos MS MV DQOtn/ao tn/da % MF % MS mg/l % m/ao l/kg MV m/ao

POME 288,000 960 3.0% 91% 52,000 65% 3,035,673 600.0 4,670,266total 288,000 960 3,035,673 4,670,266

Masa Fresca Produccin de CH4 Produccin de biogs

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Ilustracin 14: 4 Pasos de la produccin de biogs

Ilustracin 14 demuestra los 4 pasos de la produccin de biogs. En el primer paso de la hidrlisis las sustancias slidas son descompuestas en unidades solubles en agua para convertirse en cidos grasos y aminocidos. Luego en la acidognesis las sustancias disueltas son transformadas en cidos orgnicos, alcoholes, aldehdos, dixido de carbono e hidrgeno. La acetognesis transforma despus los productos en cido actico, y al final, en la ltima fase de la metanognesis, el cido actico es transformado en metano y dixido de carbono.

El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) en una proporcin que oscila entre un 40% y un 70%, y dixido de carbono (CO2), conteniendo pequeas proporciones de otros gases como hidrgeno (H2), nitrgeno (N2), oxgeno (O2) y sulfuro de hidrgeno (H2S).

8. Tecnologas y diseos de biodigestores Los biodigestores son depsitos o tanques cerrados hermticamente. A grandes rasgos se pueden definir como recipientes o tanques que permiten la carga (afluente) de sustratos (biomasa) y descarga (efluente) de fertilizante y poseen un sistema de recoleccin y

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almacenamiento de biogs para su aprovechamiento energtico. El objetivo para un biodigestor es siempre encontrar el diseo que permite que las diferentes bacterias involucradas en la produccin de biogs dispongan del tiempo necesario (TRH) para que puedan desarrollarse, contando con un sistema que permita un contacto fsico permanente entre las bacterias y la biomasa.

Los ms comunes tipos de biodigestores para efluentes lquidos como el POME son los reactores UASB (en tanques o lagunas), los tanques de agitacin, reactores de contacto, fixed-bed-reactores o una mezcla adaptada de estos reactores. En lo siguiente una pequea descripcin de los tecnologas mencionadas.

8.1. Reactores UASB Las tecnologas del tratamiento anaerbico como el reactor de flujo ascendente anaerbico de lecho de lodos o reactores UASB (del ingls: Upflow Anaerobic Sludge Blanket), estn siendo rpidamente aceptados para el tratamiento industrial de aguas residuales que no cumplen con las regulaciones ambientales para descarga directa por su elevado DQO, bajo pH y presencia de slidos en suspensin, tambin por sus grandes volmenes (Noyola 1995).

Los reactores de tipo UASB presentan una serie de ventajas con respecto a los sistemas anaerobios convencionales, entre las cuales podemos mencionar:

Produccin baja de lodos excedentes. No requiere energa. Simplicidad en el funcionamiento. Son bastante eficientes. Bajo tiempo de retencin para grandes volmenes. Acepta altas cargas orgnicas. Requiere pequea rea superficial Una efectiva separacin del biogs, desage y el lodo El lodo anaerobio presenta una buena capacidad de sedimentacin y

principalmente se desarrolla como un lodo granular. Bajos costos de operacin

Entre algunas desventajas existen:

La instalacin puede ser complicada y es de alto costos de inversin Requiere de largos periodos de arranque si no se cuenta con lodo anaerobio

adaptado.

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A: Influente

B: Afluente

1: Lecho de lodos

2: Flujo ascendente

3: Separador gas-liquido

4: rea de sedimentacin

8.2. Tanques de agitacin La agitacin: se refiere a forzar un fluido por medios mecnicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de la agitacin pueden ser:

Dispersin de un gas en un lquido. Mezcla de dos lquidos miscibles Dispersin de partculas finas en un lquido. Disolucin se slidos en lquidos. dispersin de dos fases no miscibles.

Generalmente el equipo consiste en un recipiente cilndrico (tanque) y un agitador mecnico, montado en un eje y accionado por un motor elctrico. El fondo del tanque debe ser redondeado con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetraran las corrientes del fluido.

El agitador crea una corriente dentro del sistema, dando lugar a que el lquido circule por todo el recipiente y vuelva de vez en cuando al agitador. Ilustracin 16 demuestra los diferentes sistemas y tecnologas en un biodigestor.

Ilustracin 15: Esquema de un reactor UASB con sus diferentes

partes

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Ilustracin 16: Sistemas y Tecnologas de agitacin (Fuente GIZ 4E)

8.3. Reactores de contacto Se trata de un reactor de mezcla completa y un posterior decantador para separar slidos de lquidos, lo que permite reciclaje de parte de la biomasa.

Fueron desarrollados para tratar aguas residuales con tiempos de retencin cortos y edades de lodos prolongadas, se recomienda mantenerlo con una carga orgnica relativamente constante para evitar problemas operacionales.

En un reactor de contacto parte del lodo digerido se recircula al digestor, donde se mezcla con el efluente no digerido. La reinoculacin de una biomasa bien aclimatada permite mantener ptimas condiciones de funcionamiento del proceso, sobre todo en aguas residuales industriales.

En este proceso la operacin esencial es la separacin slido/lquido, la cual presenta serios problemas, dadas las caractersticas de este tipo de lodos y el desprendimiento continuo de burbujas de gas, que dificulta enormemente el proceso de separacin, por lo que hay que recurrir previamente a sistemas de desgasificacin. El uso de la tcnica de stripping o el enfriamiento del efluente digerido en su camino hacia el clarificador puede disminuir este problema. Una reduccin en la temperatura de 35 a 15 C detiene la produccin de gas en el clarificador y favorece la floculacin de los slidos. Esto ltimo

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tambin puede conseguirse mediante el uso de coagulantes, tales como el hidrxido sdico seguido de cloruro frrico. Tambin se utilizan membranas de ultrafiltracin para conseguir una alta retencin celular.

Ventajas de los reactores de contacto

Mejor floculacin Bajo consumo de energa Tiempo de retencin corto

Desventajas

Demanda de supervisin operacional relativamente alta El sistema puede tardar en restablecerse

8.4. Fixed-bed reactor

Los reactores de cama fija son el tipo ms importante de reactor en la sntesis de productos qumicos, en estos reactores la reaccin se lleva a cabo en forma de una reaccin catalizada heterognea de gas en la superficie de los catalizadores que estn dispuestos como un lecho fijo as llamado en el reactor.

Adems de la sntesis de productos qumicos importantes los reactores de cama fija se han utilizado cada vez ms para el tratamiento de sustancias nocivas y toxicas

Con respecto a la aplicacin y construccin es importante diferenciar entre los reactores fixed-bed para la operacin adiabtica y no adiabtica, puesto que la temperatura es una de las variables que ms influye en la reaccin qumica. Los reactores adiabticos se usan nicamente cuando el calor de la reaccin es pequeo.

Ilustracin 17: Esquema de un reactor de contacto

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Las reacciones con un gran calor, as como las reacciones que son extremadamente sensibles a la temperatura se llevan a cabo en reactores en los que el intercambio de calor se produce a travs de un medio de transferencia de calor giratorio integrado en el lecho fijo.

8.5. Conclusin al respeto de la tecnologa Debido a un caudal alto de 40 m/h y un sustrato bastante lquido (MS = 3 %) se necesita un biodigestor de gran volumen para obtener por lo menos 20 das de retencin hidrulica (TRH). Construir tanques, reactores o recipientes de concreto, acero fino o metal aumentara bastante los costos de inversin ya que se necesitan por lo menos 20,000 m de volumen total. Por eso es recomendable de construir lagunas tapadas. El contacto de la biomasa puede ser realizado a travs de la integracin de una tecnologa UASB dentro de las lagunas porque una mezcla con agitadores sera muy costosa y difcil a realizar debido al tamao y la forma geomtrica de las lagunas. Sin embrago se necesita sistemas dentro de la laguna para mantener lodos, dejando pasar el agua y el material fermentado.

Ilustracin 18: Esquema de un Fixed-Bed-Reactor (Reactor de cama fija)

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9. Diseo propuesto

9.1. Parmetros y condiciones a considerar Dentro de un sistema de biodigestin existen varios parmetros que son crticos para el adecuado funcionamiento y dimensionamiento del mismo, tales como el contenido de materia seca, la concentracin de slidos voltiles, sedimentos y nitrgeno de cada materia prima, la produccin diaria de mezcla y el tiempo de retencin, entre otros. Estos parmetros definen las reglas para el dimensionamiento del sistema, desde el volumen de los tanques, hasta la escogencia de los componentes para la generacin de calor o electricidad. En el caso de las aguas residuales del plantel de COAPALMA se trata de un efluente bastante lquido con poco contenido slido que hace posible tratarlo anaerbicamente en lagunas cerradas hermticamente con membranas que almacenaran el biogs. La concentracin de nitrgeno es aceptable, debido a que se diluye con el agua residual. Se recomienda siempre mantener una relacin de Carbono, Nitrgeno y Fosforo (C:N:F) de por lo menos de 100-200:4:1 con una concentracin de nitrgeno (NH4) no ms alta que 4 g/kg. Se espera que los sedimentos se acumulen en el fondo de los digestores, por lo que se recomienda la instalacin de un sistema de agitacin altamente efectivo con el fin de lograr un mezcla homognea mover los slidos en el fondo del tanque y evitar la sedimentacin de los mismos. Un aspecto muy importante para la produccin de biogs es la temperatura dentro del biodigestor. Las bacterias metanognicas prefieren temperaturas entre 35 y 40 C (rea mesfila) o entre 48 y 55 C (rea termfila). Temperaturas ms bajas puede influir de gran manera en la produccin de biogs como se muestra en la Ilustracin 190.

Ilustracin 19: Impacto de la temperatura en la tasa de reaccin anaerbica [van Haandel & Lettinga, 1994*]

* A.van Haandel, G.Lettinga: Anaerobic Sewage Treatment, A practical guide for regions with hot climate. John Wiley & Sons, pp.226, 1994.

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Es decir, la produccin de biogs a 20C es slo un 30 % del mximo que se logra a 35C. En consecuencia tambin la produccin de energa elctrica o trmica se reduce a slo 30 % de su potencial. La Tabla 13 demuestra las ventajas y desventajas de los procesos mesoflicos y termoflicos. An un proceso termoflico con temperaturas entre 45 y 60 C puede ser muy conveniente debido a su mayor productividad y eficiencia ya que el POME entrara con una temperatura entre 55-60 C, se recomienda enfriarlo a una temperatura de 35 a 40 C. Las bacterias mesoflicas soportan mejor los cambios de la alimentacin, p.e. de diferentes caudales a diferentes horas de produccin, y el proceso sera mucho ms estable para manejarlo.

Tabla 13: Caractersticas de los procesos mesoflicos y termoflicos Fuente: Energie aus Biomasse, Kaltschmitt 2001

La temperatura ambiente promedio en Tocoa es de 30C con temperaturas mnimas nocturnas de 20C. Debido a la temperatura del POME no se necesita un sistema de calefaccin para mantener la temperatura del proceso.

El diseo propuesto consiste en la construccin de dos lagunas anaerbicas para aprovechar la produccin de biogs. Adems se recomienda construir por lo menos una laguna de oxidacin adicional para lograr una reduccin mayor de la carga orgnica del efluente y disminuir el impacto ambiental al punto de la entrada al Rio Bajo Aguan.

La carga orgnica recomendable con la que normalmente puede trabajar el biodigestor o la laguna anaerbica es de 1.5 a 5 kg SV/ md con un tiempo de retencin hidrulica (TRH) de 20 a 30 das, el cual es recomendado para desechos orgnicos en una concentracin relativamente baja. La carga orgnica est directamente relacionada a los das de retencin, entre menos das de retencin se programen, mayor ser la carga orgnica dentro del sistema. La Ilustracin 20 muestra un diseo posible formado por dos lagunas anaerbicas y un tanque de recepcin (con membrana de gas tambin).

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Ilustracin 20: Curva de produccin de biogs de materia orgnica segn das de retencin

La Tabla 14 muestra las dimensiones y parmetros de la digestin anaerbica necesarios para el caudal mximo de 960 m3 por da.

Tabla 14: Calculo del diseo de las lagunas anaerbicas (Fuente: Propio Clculo)

9.2. Descripcin del diseo propuesto general

Se propone un diseo con 2 lagunas anaerbicas (biodigestores) en paralelo de 10,000 m de volumen neto cada una con un tiempo de retencin hidrulico arriba de 20 das. La materia orgnica del POME contiene muchas grasas y protenas que se descomponen ms rpido que los carbohidratos por lo tanto no es necesario tener un TRH mayor de 20 das. As la carga orgnica en los biodigestores es aproximadamente de 2.5 kg SV / m da en un rango muy adecuado. Debido al pH relativamente bajo (de 4 a 5) es recomendable separar la fase de la hidrolisis de la fase de la metanognesis (ver Ilustracin 14). Por lo tanto se instalar una laguna pequea antes de los biodigestores donde el efluente permanecer 2,5 das para que la etapa de la hidrlisis se lleve a cabo en una atmosfera ya anaerbica.

Diseo propuesto Lagunas anaerbicas Afluente max. 960 m/dVolumen Biodigestor total 20000 mCantidad de Biodigestores 2Volumen por Biodigestor 10000 mTiempo de Retencin 20,8 diasDQO diario 2,496 kg DQO/ m Volumen y diaCarga Organica diaria 2,59 kg MV/ m Volumen dia

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Tabla 15: Dimensiones Lagunas Diseno propuesto (Fuente: Propio Clculo))

Debido a que el nivel fretico en el terreno previsto para la construccin de las lagunas, est a partir de 2.5 metros de profundidad, es necesario construir la laguna para la hidrolisis y las lagunas anaerbicas (biodigestores) a una altura 3 metros arriba del nivel del suelo actual, para lograr que la profundidad de las mismas sea de 5 metros. La laguna aerbica debe estar a 1 metro sobre el nivel de suelo actual para lograr una profundidad de 3 metros.

La Ilustracin 21 presenta el diagrama de flujo del diseo propuesto. Desde la caja de la salida (1) (ver Ilustracin 8) el POME ser conducido por gravedad a travs de tubera subterrnea de PVC, dimensin DN 150, hacia la laguna de recepcin. Desde la laguna de recepcin (2) ser bombeado con la primera bomba de sustrato (3) hacia la laguna de hidrolisis (4), pasando por un intercambiador de calor (4) que enfra el POME a una temperatura constante alrededor de 40 C.

El Intercambiador de calor debe tener una capacidad de 1,000 kW y ser alimentado con el agua fresca para el proceso de la produccin del pozo en el plantel de COAPALMA. En la Laguna de hidrolisis el POME ser retenido por 2.5 das despus ser bombeado con la bomba de distribucin (6) a las lagunas anaerbicas (7a)+(7b)(biodigestores).

Dimensiones Lagunas elevacin espacio volumen Cantidad adicional inclinacin libre profundidad ancho longitud neto TRH

Laguna de recepcin 1 0.0 m 45 0.50 m 2.50 m 18.00 m 35.00 m 961 m 1 dLaguna de hidrolisis 1 3.0 m 45 0.50 m 5.00 m 20.00 m 42.00 m 2,397 m 2.5 dLagunas anerobicas 2 3.0 m 45 0.50 m 5.00 m 35.00 m 85.00 m 10,567 m 21 dLaguna erobica 1 1.0 m 45 0.50 m 3.00 m 35.00 m 80.00 m 6,027 m 6 d

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Ilustracin 21: Diagrama de Flujo Diseo propuesto (Fuente: propio diseo)

Ilustracin 22: Plano del diseo propuesto (Fuente: propio diseo

Ilustracin 23:Plano dimensiones lagunas para el diseo propuesto (Fuente: propio diseo :

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El sedimento y el lodo obtenido en los biodigestores puede ser reciclado para ser alimentado nuevamente a los biodigestores o puede ser bombeado mediante la bomba 3 (8) hacia el separador/decantador (9), donde tambin se aclara el efluente lquido de los biodigestores. Desde el separador/decantador la fase lquida del POME ser conducida hacia la laguna aerbica de oxidacin (10) mientras el lodo slido se queda depositado para el uso de compostaje o abono orgnico. Dependiendo al grado de la limpieza del agua tratada al final de la laguna anaerbica, esta podr ser reciclada para el proceso de produccin de la planta o ser conducida hacia la caja de salida (1) para el ingreso a la tubera subterrnea que lo conducir hacia el rio Aguan. La tubera del POME y del efluente lquido ser subterrnea de PVC, Dimensin DN 150.

El biogs capturado en los biodigestores y la laguna de hidrolisis ser conducido en tubera HDPE, de 200 mm de dimetro (DN 200) hacia una unidad de desulfuracin mediante un filtro de carbono activo. Para casos de emergencia (paros del generador etc.) se instalar una salida para una antorcha que pueda quemar el biogs sobrante. El biogs desulfurizado ser conducido con un compresor (13) hacia el generador de energa elctrica (14) de 1,500 kW o al quemador doble-fuel en la caldera KONUS. La conexin de los dos consumidores del biogs a la tubera debe facilitar el acceso de ambos en el mismo momento, previendo siempre en primer lugar la cantidad necesaria para el quemador y el resto para el generador. En el generador se convierta el biogs en energa elctrica que ser inyectada a la red pblica mediante un transformador de 1,750 kVA.

9.3. Descripcin de los componentes a instalar

(1) Caja de salida del POME

La caja de salida (ver Ilustracin 8) existente debe ser modificado para funcionar como conexin para la tubera del POME hacia las lagunas y de recepcin del efluente tratado para reenviarlo hacia el Rio Aguan.

(2) Laguna de recepcin

La Laguna de recepcin tiene la funcin de proveer un caudal continuo al sistema de biogs independiente de la produccin en la planta. Tiene un volumen neto de 960 m para retener el POME hasta 1 da asumiendo un caudal de 40 m/h. La Tabla 15 detalla las dimensiones de esta laguna. Debe ser tapada con una membrana de suelo de HDPE para mayor tiempo de