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1

UTILIZACIÓN DEL METANO GENERADO EN UN REACTOR ANAEROBIOCOMO FUENTE DE ENERGÍA EN UNA INDUSTRIA DE GASEOSAS

ARY MAURICIO BURBANO CENDALES 41002034

UNIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ, D.C2006

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2

UTILIZACIÓN DEL METANO GENERADO EN UN REACTOR ANAEROBIOCOMO FUENTE DE ENERGÍA EN UNA INDUSTRIA DE GASEOSAS

ARY MAURICIO BURBANO CENDALES

T!"! D G#$%& '$#$ &'($# $) (*(+)& %I-"#& A/"($) S$"($#"&

D"#(&# ROBERTOBALDA I-"#& D

A)"(&!

NIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ, D.C2006

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N&($ % $'($"

Ingeniero Roberto BaldaD"#(&#

+#$%&

+#$%&

B&-&(, D.C. 5 % S'("/# % 2006

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A mi mamá que con su amor, me dio la energía

para crecer como persona y profesional.

A mi papá que con su ejemplo, me enseño a

evolucionar como ser, en el gran viaje universal

A mi ermana que es la inspiraci!n

en el ermoso sendero de la vida.

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AGRADECIMIENTOS

GASEOSAS DEL LLANO OSTOBÓN S.A, por aberme dado la oportunidad dereali"ar el proyecto en sus instalaciones.

A CAMARGO. Administrador general #aseosas $el %lano, por lograr el apoyoecon!mico para el desarrollo de los ensayos requeridos.

ROBERTO BALDA. $ocente y &oordinador de la investigaci!n de la 'acultad deIngeniería Ambiental y (anitaria, $irector de este proyecto, por su orientaci!n ydedicaci!n para poder concluir la investigaci!n con )*ito.

NADYA BELTRÁN. +peradora planta de ratamiento de Agua residual, por sudisponibilidad y colaboraci!n.

ELMER ORUELA. Ingeniero -l)ctrico, por su cordialidad y colaboraci!n a la orade brindarme conocimientos necesarios para el cumplimiento de los objetivos de

este proyecto.

OSE MORA. Ingeniero ecánico. /or su colaboraci!n oportuna en la resoluci!nde inquietudes acerca del proyecto.

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TABLA DE CONTENIDO

'-

INTRODUCCIÓN 00

1. DIGESTIÓN ANAEROBIA 012.2 -A/A( $- %A $I#-(I34 A4A-R+BIA 012.2.2 5idr!lisis2.2.2 Acidog)nesis2.2.0 Acetog)nesis2.2.6 etanog)nesis2.0 -&7A&I34 $- %A $I#-(I34 A4A-R+BIA 082.6 R-A&+R A4A-R+BI+ 7A(B 082.6.2 Actividad etanog)nica2.6.0 Balance de asa Reactor 7A(B

2. GASEOSAS DEL LLANO S.A 09

0.2 /R+&-(+ $- -%AB+RA&I34 $- #A(-+(A( 090.2.2 ratamiento de Agua0.2.0 -laboraci!n de :arabe0.2.6 %avado de envase0.2.1 e"cla0.2.; /roceso de llenado de la bebida0.0 A4-:+ $- <-RII-4+( -4 #A(-+(A( $-% %%A4+ 660.0.2 ratamiento de agua a"ucarada0.0.0 ratamiento de agua Alcalina

3. BIOGAS 68

6.2 /R+/I-$A$-( =7>I&A( $-% BI+#?( [email protected] /R+/I-$A$-( '>(I&A( [email protected] /R+$7&&I34 -3RI&A $- BI+#?( 66.1 'A&+R $- &+4<-R(I34 $- $=+ /ARA -A4+ 696.; RAAI-4+ $-% BI+#?( 696.;.2 Acumulaci!n6.;.0 &ondensaci!n

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6.;.6 Remoci!n ?cido sulfídrico6.;.6.2 /ropiedades 'isicoquímicas del (ulfuro de 5idr!geno

6.;.6.0 ratamiento de ácido sulfídrico6.8 7I%IA&I34 $- BI+#?( 166.8.2 &ombusti!n del Biogás6.8.2.2 /oder calorífico6.8.2.0 Aire ínimo para la combusti!n6.8.2.6 &oeficiente de e*ceso de aire6.8.0 %ámparas6.8.6 otores6.8.6.2 otores $iesel6.@ &+4$7&&I34 $-% BI+#?( ;[email protected] <álvulas

4. COGENERACION ;01.2 otores /ara &ogeneraci!n ;61.0 &ogeneraci!n en %a Industria ;;

7. CARACTERIZACION DEL BIOGAS ;85.2 /R+$7&&I34 -+RI&A $- -A4+ ;9;.2 &ARA&-RIA&I34 $- -A4+ 82;.0 &ARA&-RIA&I34 $- $I3DI$+ $- &ARB+4+ 80;.6 &ARA&-RIA&I34 (7%'7R+ $- 5I$R3#-4+ 86

6. REMOCIÓN DEL SULFURO DE 8IDRÓGENO 8;8.2 $I(-E+ 8;8.2.2 $iseño del 'iltro8.2.0 ?rea ransversal8.2.6 Altura efectiva8.0 'I%R+2 898.6 'I%R+ 0 @C8.1 'I%R+ 6 @28.; &+4$7&&I34 $-% BI+#?( @08.8 BA%A4&- $- A-RIA R-+&I+4 $- ?&I$+ (7%'5>$RI&+ @18.@ R-(7%A$+( R-+&I34 $- 50( @;8. /AR?-R+( $- $I(-E+ -(/-&>'I&+( C8.9 7nidad de Remoci!n de 50( para el aprovecamiento del biogás 28.9.2 Instalaci!n Remoci!n 50(8.2C edio 'iltrante8.2C.2 $isposici!n $el edio 'iltrante

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9. DEMANDA DE ENERGÍA [email protected] (7I4I(R+ 9

@.0 $-A4$A $- -4-R#>A [email protected] $emanda de energía calorí[email protected] $emanda de energía el)[email protected] &7R<A( $- $-A4$A -4-R#FI&A [email protected] &urvas de demanda de energía el)[email protected] &urvas de demanda de energía t)rmica

5..2.2.2.2.0

AROVEC8AMIENTO DEL BIOGAS&ombusti!n del biogás mediante una instalaci!n pilotoBalance de ateria combusti!n BiogásBalance de -nergía

9;9;

.0 A%-R4AI<A( $- A/R+<-&5AI-4+ $-% BI+#?( 2C2.0.2 Alternativa 2G #eneraci!n de -nergía -l)ctrica 2C0.0.2.2 $erivaci!n.0.2.0 Regulador de presi!n gas de entrada.0.2.6 -nsayos.0.2.1 &onducci!n del biogás.0.2.; Reservorio.0.0 Alternativa $osG &ogeneraci!n 2C8.0.0.2 -lecci!n del -=7I/+.0.0.0 otor .0.0.6 #enerador .0.0.1 !dulo encabinado.0.0.; -l controlador .0.0.8 antenimiento.0.0.@ -misiones.0.0. -l entorno.0.0.9 &onducci!n del biogás

:. EVALUACIÓN ECONOMICA 22C9.2 Bases $e %a evaluaci!n econ!mica 22C9.0 Inversi!n Inicial 2229.0.2 Alternativa9.0.0 Alternativa9.6 &R-$I+ R-&IBI$+ 2269.1 I4#R-(+( 2269.1.2 Alternativa9.1.0 Alternativa 09.; &+(+( $- +/-RA&I34 221

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9.;.2 &osto de &ombustible9.;.0 &ostos de operaci!n y mantenimiento

9.;.6 &ompras de energía9.;.1 &ostos totales9.8 #A4A4&IA( 2289.8.2 #anancias #ravables9.8.0 #anancias 4etas contables9.@ 'lujo de fondos 4eto 22@9. I4$I&-( $- R-4ABI%I$A$ 'I4A4&I-RA 22

10 CONCLUSIONES 229

11 RECOMENDACIONES 202

BIBLIOGRAFÍA 200

ANE;OS 20;

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LISTA DE TABLAS

'-

abla 2. &aracteri"aci!n agua residual de #aseosas del llano 66

abla 0. /arámetros de diseño Reactor 7A(B #aseosas del %lano 6;

abla 6. &omposici!n apro*imada del biogás 6@

abla 1. /ropiedades físicas del biogás 6

abla ;. 'actores de conversi!n para el cálculo del contenido de $=+ 69en el gas metano

abla 8. 7tili"aci!n y consumos de biogás 16

abla @. <alor energ)tico del biogás en comparaci!n con otros combustibles 11

abla . -l biogás en comparaci!n con otros combustibles 11

abla 9. Biogás para cocinar 1;

abla 2C. /oder &alorífico diferentes combustibles 18

abla 22. &oeficiente de e*ceso 1@

abla 20. Indicadores para el ajuste de la llama 19

abla 26. Recomendaciones sobre diámetro de tuberías ;C

abla 21. -quipos caracteri"aci!n biogás ;@

abla 2;. &argas orgánicas en la planta de tratamiento ;9

abla 28. /arámetros iniciales de diseño 88

abla 2@. <elocidad para varios diámetros 8

abla 2. $atos de diseño filtro 2 89

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abla 29. $atos de diseño 'iltro 0 @C

abla 0C. $atos de diseño 'iltro 6 @2abla 02. Accesorios utili"ados en la Instalaci!n @6

abla 00. Balance de materia Remoci!n 50( @1

abla 06. /arámetros conocidos para diseño de filtros C

abla 01. /arámetros de diseño para filtros de remoci!n de 50( 2

abla 0;. <elocidades transversales para varios diámetros 0

abla 08. ateriales Instalaci!n Remoci!n 50( 6

abla 0@. /eso edio filtrante ;

abla 0. &onsumo de #as 4atural 9C

abla 09. &onsumos de energía el)ctrica 9C

abla 6C. áquinas utili"adas en la planta de producci!n 2

abla 62. $ías ipo 90

abla 60. $emanda -nerg)tica #aseosas $el %lano 96

abla 66. $emanda )rmica #aseosas $el %lano 91

abla 61. #ases de salida de combusti!n 9

abla 6;. -ntrada Balance de ateria 99

abla 68. (alida balance de materia 99

abla 6@. Balance de -nergía 2CC

abla 6. ateriales Instalaci!n Reservorio 2C8

abla 69. Inversi!n inicial alternativa 2 220

abla 1C. Inversi!n inicial alternativa 0 220

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abla 12. &aracterísticas del &r)dito del /royecto 226

abla 10. Ingresos causados por aorro de energía 221abla 16. /royecci!n precios A&/ 221

abla 11. /royecci!n precios gas natural 22;

abla 1;. &osto arginal de &olombia escenario sistema e*pansionista 228

abla 18. -squema de 'lujo de 'ondos del proyecto 22@

abla 1@. Indicadores 'inancieros Alternativa 2 22

abla 1. Indicadores 'inancieros Alternativa 0 22

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LISTA DE FIGURAS

'-

'igura2.(ecuencia de procesos en la digesti!n anaerobia 0;

'igura 0. -squema del balance de masa de un reactor 7A(B 0

'igura 6. Balance de masa respecto a la $=+ en un reactor 7A(B 0

'igura 1. /roducci!n de #aseosas 60

'igura ;. /lanta $e tratamiento de agua residual #aseosas $el %lano 61

'igura 8. $iagrama de flujo /lanta de tratamiento #aseosas $el llano 6;

'igura @. #as!metro 1C

'igura . &ondensador 12

'igura 9. -squema &onducci!n Biogás ;2

'igura 2C. #enerador energía el)ctrica y t)rmica ;0

'igura 22. -squema &ogeneraci!n ;1

'igura 20. Abertura en tubería de biogás ;

'igura 26. Balance de masa respecto a la $=+ en el Reactor Anaerobio 8C

'igura 21. edici!n etano 82

'igura 2;. /orcentaje de etano en el biogás 82

'igura 28. edici!n &+0 80

'igura 2@. /orcentaje de &+0 en el biogás 80

'igura 2. edici!n 50( 86

'igura 29. &oncentraci!n de 50( en el biogás 86

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14

'igura 0C. &oncentraci!n de 50( y /resi!n en funci!n del tiempo 81

'igura 02. &ondensador de biogás 8;'igura 00. 'oto filtro2 89

'igura 06. 'oto filtro 0 @C

'igura 01. 'oto filtro 6 @2

'igura 0;. Instalaci!n captaci!n biogás @0

'igura 08. Instalaci!n biogás @6

'igura 0@. $iagrama Balance de ateria filtro de ácido sulfídrico @1

'igura 0. Remoci!n de 50( para tres diferentes filtros en funci!n del tiempo @;

'igura 09. Remoci!n de 50( para tres diferentes filtros en funci!n del tiempo @8

'igura 6C. &oncentraci!n de 50( en funci!n de la presi!n. /ara tres filtros @8

'igura 62. &oncentraci!n de 50( y presi!n en funci!n del tiempo @@

'igura 60. -ficiencia de remoci!n para cada filtro en funci!n del tiempo @@

'igura 66. -ficiencia de remoci!n de los filtros en funci!n de la concentraci!n @

'igura 61. H<J de metano en funci!n del tiempo para dada filtro @9

'igura 6;. H<J de &+0 en funci!n del tiempo para cada uno de los filtros @9

'igura 68. edio 'iltrante Remoci!n 50( 1

'igura 6@. /esaje del medio 'iltrante 1

'igura 6. &omparaci!n edio filtrante ;

'igura 69. &ámara de o*idaci!n de 'e( @

'igura 1C. %eco de (ecado <ertical

'igura 12. &ontenedor Residuo edio filtrante

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'igura 10. &urva de demanda de energía el)ctrica 96

'igura 16. &urva de demanda de energía t)rmica 91'igura 11. <álvula de seguridad alimentaci!n de biogás 9;

'igura 1;. -stufa de gas propano adaptada a biogás 98

'igura 18. &ombusti!n de biogás 9@

'igura 1@. &ombusti!n con menor alimentaci!n de biogás 9@

'igura 1. edici!n gases de salida de combusti!n 9

'igura 19. Balance de materia &ombusti!n de biogás 2CC

'igura ;C. Balance de -nergía 2C2

'igura ;2. /lanta de generaci!n de energía el)ctrica 2C6

'igura ;0. Reservorio de #eomembrana 2C;

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LISTA DE ANE;OS

'-

Ane*os A. emoria $e cálculo 20@

Ane*o B. $atos #ráficas 269

Ane*o &. anual de +peraci!n y antenimiento 216

Ane*o $. &atálogos 21

Ane*o -. 'acturas de -nergía 2;6

Ane*o '. Análisis de %aboratorio /AR 2;8

Ane*o #. 'lujo $e fondos 280

Ane*o 5. /lanos 28@

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GLOSARIO

Á"%& S+)<=*%#"& >82S?@ &ompuesto que resulta del metabolismo demicroorganismos anaerobios. -s un gas incoloro, -s inflamable, en me"clase*plosivas de 50( con aire o*ígenoJ, tienen una característica de tener olor aKuevos putrefactosK evidente solamente en una gama pequeña de concentraci!nC.C; L ;CC ppmJ. -s soluble en el agua, formando un ácido d)bil.. -l 5 0( es t!*icocomparable al cianuro de idr!genoJ con un límite t!*ico más bajo de ; ppm.

A(""%$% ($&-"$ @ %a actividad metanog)nica específica del lodo es lacantidad de substrato convertido a metano por unidad de lodo, por unidad detiempo. 7sualmente las unidades sonG g $=+ &51 M ((< lodo. %a má*imaactividad metanog)nica específica es la actividad bajo condiciones idealestemperatura, p5, una adecuada concentraci!n de nutrientes y substrato, perfectocontacto substratoLlodoJ

A++)$%&#@ $ispositivo para almacenar gas, biogás. &omNnmente se utili"anmembranas termoL selladas, las cuales alcan"an a manejar grandes volNmenes debiogás.

A-+$ A+$#$%$@ <ertimiento que resulta de la producci!n de gaseosas el cualtiene un alto contenido de $=+, debido a la presencia de colorantes,sabori"antes y una alto contenido de sacarosa por la gran cantidad de a"Ncar quese le añade al agua.

A-+$ A)$)"$@ <ertimiento que resulta del lavado del envase en la producci!n degaseosas, se caracteri"a por tener un alto p5, debido principalmente al uso desoda cáustica.

A-+$ R!"%+$)@ Agua que resulta de su paso por uso de la comunidad, uso enprocesos industriales y por demás actividades que requieran el suministro deagua. (e dice residual al vertimiento que es susceptible de ser tratado paraverterlo en condiciones más equilibradas en la naturale"a.

A)(#$%&#@ áquina dinamoel)ctrica generadora de energía el)ctrica alterna apartir de energía mecánica con medios electromagn)ticos. %os elementos de unalternador elemental sonG el imán que crea el campo magn)tico, denominadoinductorO la espira m!vil, gracias al consumo de energía mecánica, en la queaparece la corriente inducida y que por ello recibe el nombre de inducido, y los dosanillos colectores con sus respectivas escobillas que constituyen el sistemacolector el cual se une, mediante bornas fijas a las escobillas, al circuito e*terior.

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B"&-!@ (e llama biogás al gas que se produce mediante un metab!lico dedescomposici!n de la materia orgánica sin la presencia del o*igeno del aire. -l

biogás es combustible, tiene un alto valor cal!rico de 1 @CC a ; ;CC PcalMm

6

,trabaja con /resiones comprendidas entre y 2cm de columna de 50+, tieneuna #ravedad específica de C.8, una $ensidad de 2.0PgMm6 y un #rado deinflamaci!n de 8L20H de volumen de aire.

C&-#$"@ %os sistemas de cogeneraci!n reciclan la energía perdida en elproceso primario de generaci!n en este caso, un motor ciclo $I-(-%J en unproceso secundario. %a energía restante se emplea.&onsiste en implantar por medio de biogás u otro combustible motores que generen dos tipos de energía almismo tiempoO como por ejemplo la energía t)rmica para una caldera y la el)ctricapara un otoreductor.

D$%$ % $"#@ /arámetro a tener en cuanta en la combusti!n de gases.Requerimiento de o*igeno que necesita el combustible para acer ignici!n.-ntonces entre mas o*igeno se necesite para romper las mol)culas del gas másdemanda de aire se necesita en el sistema.

D!"%$%@ asa de un cuerpo por unidad de volumen. -n ocasiones se abla dedensidad relativa que es la relaci!n entre la densidad de un cuerpo y la densidaddel agua a 1 Q&, que se toma como unidad. &omo un centímetro cNbico de agua a1 Q& tiene una masa de 2 g, la densidad relativa de la sustancia equivalenum)ricamente a su densidad e*presada en gramos por centímetro cNbico.

DO@ /rueba química para medir el o*ígeno equivalente del contenido demateria orgánica del agua residual que es susceptible de o*idaci!n por unproducto químico fuerte.

F)&" @ -s un tanque acondicionado para almacenar el jarabe terminado el cualse me"cla luego con el agua previamente tratada en la producci!n de gaseosas

G$! $#/"& >CO2?@ $i!*ido de carbono gas incoloro, inodoro y con un ligerosabor ácido, cuya mol)cula consiste en un átomo de carbono unido a dos átomosde o*ígeno &+0. -l di!*ido de carbono es 2,; veces apro*imadamente más denso

que el aire. -s soluble en agua en una proporci!n de un C,9 de volumen del gaspor volumen de agua a 0C Q&.

G&/#$$@ es un material planar impermeable elaborado a base depolímeros sint)ticos de cloruro de polivinilo /<&J, de polietileno de alta densidad5/$-J, o de polipropileno//RJ. 7tili"ada en diversas actividades para elaislamiento e impermeabili"aci!n de sustancias como en rellenos sanitarios.

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$#$/ S"')@ (e denomina jarabe simple a la me"cla de agua tratada y a"Ncar Nnicamente.

$#$/ T#"$%&@ -s jarabe simple al cual se le adicionan ácido cítrico,(orbato de potasio, colorantes, espumantes y esencias. %os aditivos dependen delsabor de gaseosa que se quiera producir.

L&%&@ (ustancia viscosa y densa que se genera en la depuraci!n de aguas. -ntratamientos anaerobios se forman dos clases de lodoG %odo granular y lodofloculento. -l lodo granular es más eficiente, dado su corto tiempo desedimentaci!n y su forma esf)rica que permite el paso ascensional de maneramás eficiente del afluente y de los gases resultantes de la descomposici!n

M($&@ %lamado gas de los pantanos, compuesto de carbono e idr!geno, def!rmula &5

1, es un idrocarburo, el primer miembro de la serie de los alcanos. -s

más ligero que el aire, incoloro, inodoro e inflamable. (e encuentra en el gasnatural, como en el gas grisN de las minas de carb!n, en los procesos de lasrefinerías de petr!leo, y como producto de la descomposici!n de la materia en lospantanos.

MO@ ateria +rgánica

M)("') % $%"!"@ -l mNltiple de admisi!n generalmente es cuerpo dealuminio fundido que va atornillado a las entradas de aire de la cabe"a de cilindrosdel motor, donde se me"clan con el combustible causando ignici!n. $ebe

funcionar a prueba de fugas con el objeto de impedir la entrada de basura.

&%# C$)&#*<"&@ /ropiedad de una sustancia o compuesto gaseoso y s!lido queindica la capacidad de generar energía por medio de la reacci!n e*ot)rmica desus componentes.

R$(&# UASB@ -s un tratamiento biol!gico el cual se traduce como unidadanaerobia de flujo ascendente que utili"a microorganismos, en ausencia deo*ígeno, para estabili"ar la materia orgánica por conversi!n a metano y otrosproductos inorgánicos incluyendo di!*ido de carbono. (u diseño esta basado en elflujo ascensional del afluente a trav)s del manto de lodo.

S)"%&! !+!'%"%&! &)(")! >SSV?@ /eso perdido durante el calentamiento dela muestra a ;;C&. $an una idea apro*imada del contenido de materia orgánicapuesto que esta se descompone en &+0 y 50+ambas gaseososJ durante elcalentamiento . Algunos s!lidos inorgánicos se volatili"an o descomponen durantela ignici!n, por esta ra"!n los s!lidos volátiles no son una medida e*acta de lamateria orgánica del agua.

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RESUMEN

-l prop!sito de esta tesis fue demostrar la viabilidad de la utili"aci!n del biogás

en el sector industrial, el proyecto se llev! a cabo en las instalaciones de laempresa #aseosas $el %lano /ostobon (.A, más e*actamente en la planta detratamiento de agua residual de la empresa. -l caudal de vertimiento de aguaa"ucarada era de 1m6M, con una carga orgánica de 0C1Sg $=+ Mdía. %aproducci!n de biogás en la /AR era de 2;.0m6M. /ara determinar sucomposici!n se llev! a cabo, una caracteri"aci!n a la salida de la conducci!n,caracteri"ando metano, ácido sulfídrico y di!*ido de carbono. A partir de estamedici!n se propuso diseñar un sistema para la remoci!n de 50( ya que seencontraba con una concentraci!n de 06C ppm, muy por arriba de la tolerable por el ser umano. (e decidi!, diseñar tres torres de leco fijo para comparar laeficiencia de cada uno. -stos se diferenciaron por su área y su posici!n vertical uori"ontal. &omo medio se utili"! !*ido de ierro que se ubic! dentro de cada unode las torres. -l biogás fue conducido por manguera para gas de TU el cualcondujo el biogás a las torres para posteriormente utili"arlo como fuente deenergía. A la salida de cada torre se midieron los tres gases mencionados paradeterminar su eficiencia.

/ara la utili"aci!n del biogás se instal! una estufa a gas en el laboratorio de laplanta de tratamiento.. %a unidad qued! instalada para su uso en la /AR con sucorrespondiente torre. %uego de llevar a cabo el ensayo piloto, se resolvi! acoger los datos generados en este, para aplicarlos a una escala mayor en la empresa degaseosas. &on este fin, se i"o un estudio de los consumos de energía t)rmicacomo el)ctrica que requiere el proceso de producci!n de gaseosasO además setuvo en cuenta la cantidad de biogás y la capacidad de generaci!n de energíaque puede tener. (e lleg! a la conclusi!n de usar el biogás en un porcentaje delconsumo de energía de la empresa, más e*actamente en suplir la demanda delcompresor y de la planta de generaci!n de energía que se usa en casos de bajasde carga.

/ara esto se desarrollaron dos alternativasG la primera fue la sustituci!n delcombustibleA&/J que usa el motor de la planta generadora de energíaO lasegunda alternativa se basa en un modulo de cogeneraci!n que reempla"aría laenergía el)ctrica que consume el compresor. -sta alternativa es novedosa, ya queal mismo tiempo que genera energía el)ctrica provee de energía t)rmica a laempresa, aprovecando el calor de los gases de salida. &on las alternativas deutili"aci!n del biogás se inici! un estudio econ!mico para saber cual de estasopciones era la más viable para los requerimientos de la empresa y susposibilidades de capital. (e manej! un flujo de fondos para acer un análisisfinanciero segNn, tres indicadores de rentabilidad.

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21

ABSTRACT

e intention of tis tesis is to demonstrate te viability of te use of biogás in teindustrial sector, te project Vas more e*actly carried out in te facilities of te#aseosas company +f %lano /ostobon (.A. in te plant of residual Vater treatment of te company. e volume of sVeetened Vater pouring is of 1m6M,Vit a laidLdoVn load of 0C1Sg $=+ Md ía. e production of biogás in te /AR isof 2;.0m6M. In order to determine is composition it Vas carried out, acaracteri"ation Ven coming out of te conduction caracteri"ing metane,sulfídrico acid and carbon dio*ide. 'rom tis measurement one seted out to verydesign a system for te removal of 50( since one Vas Vit a concentration of 06Cppm, by above of te tolerable one by te uman being. It Vas decided, to designtree filters to compare te efficiency of eac one. ese Vere different by teir area and its vertical or ori"ontal position. As average filter iron o*ide Vas usedtat Vas located Vitin eac one of te filters. Biogás Vas lead by ose for gas of TU Vic lead biogás to te filters later to use it liPe poVer plant. Wen coming outof eac filter te tree mentioned gases Vere moderate to determine teir efficiency.

'or te use of biogás a stove to gas in te laboratory of te treatment plantsettled. A control Vas carried out measuring te gases of e*it of te combustion,Vere a good combustion of te metane Vas observed. e unit Vas installed for its use in te /AR Vit its corresponding filter. After carrying out te test pilot, itVas solved to Velcome te data generated in tis, to apply tem on a greater scalein te soda Vater company. +f tis aim, a study tooP control of te consumptionsof termal energy liPe electrical tat requires te process of soda Vater productionOin addition one considered te amount of biogás and te capacity of energygeneration tat can ave. It Vas arrived at te determination to use biogás in apercentage of te consumption of energy of te company, more e*actly inreplacing te demand of te compressor and te plant of energy generation tat isused in cases of load losses.

'or tis tVo alternatives Vere developedG first it Vas te substitution of te fuelA&/J tat uses, te motor of te generating plant of energyO te secondalternative is based on I modulate of coLgeneration tat Vould replace te electricalenergy tat consumes te compressor. is alternative is novel, since at te sametime tat is generated electrical energy provides Vit termal energy to tecompany, taPing advantage of te eat e*it gases. Wit te alternatives of use of biogás one began to let a study economic to PnoV as of tese options it Vas mostviable for te requirements of te company and teir possibilities of capital. A floVof bottoms Vas andled to maPe an analysis financial according to, tree indicatorsof yield.

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INTRODUCCIÓN

-l metano, que ace parte del producto de la digesti!n anaerobia llamado biogás,es susceptible de ser utili"ado como fuente de energía. -ste gas, que en sucomposici!n además de metano contiene di!*ido de carbono, sulfuro deidr!geno, agua y otros componentes en menor porcentaje, tiene que ser acondicionado para su posterior aprovecamiento. %a remoci!n del 50( es la másimportante debido a que este gas es capa" de corroer pie"as en motores y puedeser t!*ico en concentraciones superiores a ; ppm para el ser umano2. %a utilidaddel biogás es variada encontrándose alternativas desde la simple combusti!n enestufas asta la generaci!n de energía el)ctrica y t)rmica por medio de motores,generaci!n de energía lumínica y cualquier sistema que necesite combustible paragenerar calor o vapor.

-n &olombia, pese a contar con plantas de tratamiento de agua residual,biodigestores y rellenos sanitarios, no se está teniendo conciencia delaprovecamiento que este gas puede darle al sector industrial y a la mismacomunidad. /or lo general, las industrias

que tienen esta ventaja, ladesaprovecan quemando el gas en la atm!sfera por medio de teas. -*istetambi)n un poco de incertidumbre con las posibles ventajas que puede generar este combustible. %as inversiones que se deben acer para su aprovecamientose suponen elevadas y poco rentables, sumado al poco crecimiento de la políticaambiental en el tema del uso eficiente de la energía.

4ace, entonces, la motivaci!n para anali"ar la utili"aci!n del biogás en el ámbitoindustrial por medio de ensayos piloto, de estudios de ingeniería y estudiosecon!micos, para demostrar la verdadera eficacia de este tipo de aplicaci!n. /aratal efecto se caracteri"! el biogás que se genera en la planta de tratamiento deagua residual de la industria de gaseosas determinando analíticamente lascondiciones de operaci!n y la infraestructura requerida para disponer de )l en lascantidades que demandara la empresa.

1 Air Liquid. Ficha de datos de seguridad sulfuro de hidrógeno. Francia.2002.P.1.

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(e reali"aron pruebas e*perimentales diseñando tres diferentes torres de leco fijopara la remoci!n del 50(. A cada uno se anali"! los componentes de salida con el

fin de conocer el de mayor eficiencia. (eguido a esto se instal! una estufa debiogás para su utili"aci!n en el laboratorio de la planta de agua residual . A partir del ensayo piloto comen"! el diseño de las opciones viables para la utili"aci!n delbiogás en t)rminos t)cnicos econ!micos y ambientales. %as necesidades deenergía el)ctrica y t)rmica de la empresa fueron decisivas en la elecci!n de lasalternativas escogidas para el aprovecamiento del biogás. &onociendo lasalternativas, se propuso un estudio econ!mico, en donde se elabor! un flujo defondos en el cual se aplicaron diferentes índices de rentabilidad. 7na ve"obtenidos los datos del estudio, se prosigui! a la selecci!n de la alternativa quemás se acoplara a las condiciones econ!micas de la empresa.

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1. DIGESTIÓN ANAEROBIA

/or definici!n, la digesti!n anaerobia es la utili"aci!n de microorganismos, enausencia de o*ígeno, para estabili"ar la materia orgánica por conversi!n a metanoy otros productos inorgánicos incluyendo di!*ido de carbono. /rimeramente loscomponentes de alto peso molecular, tales como las proteínas y los polisacáridos,son degradados en sustancias solubles de bajo peso molecular tales comoaminoácidos y a"Ncares, esta etapa es a veces llamada Kfase de licuefacci!nK.(eguidamente, los nutrientes orgánicos son convertidos en ácidos menos grasosen una fase de Kfermentaci!n ácidaK, la cual baja el p5 del sistema. 'inalmente, enla fase de Kfermentaci!n de metanoK o Kmetanog)nicaK, los ácidos orgánicos sonconvertidos en metano, di!*ido de carbono y una pequeña cantidad de idr!geno.

1 .1 ETAAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA/ara entender más el proceso se debe enfati"ar en cuatro etapas del metabolismonecesarias para la producci!n de biogás a partir de residuos orgánicos.0 -n lafigura 2 se puede observar bien definidas las cuatro etapas de la digesti!nanaerobia por rompimiento de macromol)culas, dando como producto metano.

1.1.1 8"%#)"!"! -l proceso requiere la participaci!n de las llamadas e*oen"imasque son secretadas por las bacterias fermentativas y permiten el desdoblamientode la +.

1.1.2 A"%&-!"! %os compuestos disueltos, generados en el proceso deidr!lisis, son absorbidos en las c)lulas de las bacterias fermentativas y despu)spor las acidog)nicas, e*cretados como sustancias orgánicas simples como ácidosgrasos volátiles, alcooles, ácido láctico y compuestos minerales como &+0, 50,456, 50(, etc.

1.1.3 A(&-!"! -n esta etapa, dependiendo del estado de o*idaci!n delmaterial orgánico a ser digerido, la formaci!n del ácido ac)tico puede ser acompañada por el surgimiento de &+0 ! 50.

1.1.4 M($&-!"! -n general es el paso que limita la velocidad del procesode digesti!n. -l metano es producido por las bacterias acetotr!ficas a partir de lareducci!n del ácido ac)tico o por las bacterias idrogenotr!ficas a partir de lareducci!n del &+0.

0 SI-%X, #erard. Ingeniería Ambiental. adridG c #raV 5ill, 2999. /. @81

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%as bacterias que producen metano a partir del idr!geno crecen másrápidamente que aqu)llas que usan ácido ac)tico, de modo que lasmetanog)nicas acetotr!ficas generalmente limitan la tasa de transformaci!n del+ complejo presente en el agua residual en biogás. 6-stas cuatro etapas se

dividen a su ve" en siete subprocesos que se detallan a continuaci!nG <er figura2J.

• 5idr!lisis de la materia orgánica particulada compleja.• 'ermentaci!n de los aminoácidos y a"Ncares.• +*idaci!n anaerobia de los ácidos grasos de cadena larga y alcooles.• +*idaci!n anaerobia de los productos intermedios.• /roducci!n de acetato a partir de &+0 y 50.

• &onversi!n del acetato a metano por medio de los metan!genosaceticlásticos.1

F"-+#$ 1. (ecuencia de procesos en la digesti!n anaerobia de macromol)culascomplejas %os nNmeros se refieren a porcentajes, e*presados como $=+J

F+(. &arrillo,0CC1

3VAN Andel. Anaero!ic "igestión. Nue#a $or%& Vant1'(5.P.5)

)*!id. +.5,.

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1.2 ECUACIÓN DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

%a producci!n de metano depende principalmente del estado de o*idaci!n delcarbono en la +. (i la composici!n del sustrato es conocida y es completamente

convertido a &51 y &+0 y 456 en el caso que el sustrato contenga nitr!genoJ, laproducci!n te!rica de metano puede ser calculada de acuerdo a la siguienteecuaci!n.

&n51+b4d Y 4 L aM1 L bM0 Y 6dM1J nM0 Y aM L bM1 L 6dMJ &51 Y nM0 L aM Y bM1 Y6dMJ &+0 Y d456.

#eneralmente el biogás obtenido contiene muco menos &+0 que el calculadocon la ecuaci!n anterior, debido a la alta solubilidad del &+0 en el agua;

1.3 REACTOR ANAEROBIO >UASB?

-s un tratamiento biol!gico el cual se traduce como unidad anaerobia de flujoascendente en manto de lodos que utili"a microorganismos, en ausencia deo*ígeno, para estabili"ar la materia orgánica por conversi!n a metano y otrosproductos inorgánicos incluyendo di!*ido de carbono. (u diseño esta basado en elflujo ascensional del afluente a trav)s del manto de lodo. -sta constituido por tresfasesG %iquida, s!lida y gaseosa, en esta Nltima se genera el biogás que escaptado por una campana.

-l efluente sale del reactor por medio de vertederos. -s un sistema eficiente parala remoci!n de altas cargas orgánicas como dom)sticas e industriales en lascuales se destacan la industria de alimentos.8

Igualmente se citan, en la bibliografía, tasas tan altas como ;C Sg $=+Mm6día yesto ace que el proceso resulte tambi)n interesante para el tratamiento devertimientos industriales orgánicos vertimientos con un alto contenido de $=+ por unidad de volumenJ. 7no de los aspectos más importantes de los reactores es,con toda seguridad, su capacidad de producir el gránulo típico del lodoanaer!bico.@

5-LAN *#an Ale/andro. eneración de +otencia elctrica con !iogs.ogot&4niandes 2002.P.5

,4N*VALL Arranque 6 o+eración de siste7as de flu/o ascendente con 7anto de lodos. 8ali& 4ni#alle.

1''9.P.359

*!id. P.3,.

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1.3.1 A(""%$% M($&-"$ 7no de los parámetros más importantes acontralar en un reactor 7A(B es la actividad metanog)nica, la cual, indica elcomportamiento bacteriano en la degradaci!n de la materia orgánica. %asbacterias se encuentran inmersas en el lodo que está depositado en el reactor

anaerobio y que a medida que se alimenta con el vertimiento, va creciendo por elascenso poblacional de las bacterias.

5ay dos tipos de lodo que generalmente se usan para estos sistemas. -l lodofloculento el e*istente en cualquier emposamiento de agua, en el cual, se allanbastantes colonias de bacterias anaerobias con un buen potencial para estostratamientos. (in embargo su baja sedimentaci!n impide que se consolide laspartículas

en el tanque del reactor y esto impide el buen crecimiento de lasbacterias. -*iste por otro lado el lodo granular el cual es el más utili"ado en losreactores 7A(B. iene la ventaja de tener muy buena sedimentaci!n, dandoconsistencia al crecimiento de las colonias bacteriales, las cuales se adaptan muybien a este tipo de medio. /ara allar la actividad metanog)nica, se debemultiplicar la cantidad de lodo en el reactor e*presada como ((<, por la actividadmetanog)nica específica que no es más que la cantidad de substrato convertido ametano por unidad de lodo, de volumen y de tiempo.

1.3.2 B$)$ % $!$ + #$(&# UASB -l balance de masa se define por las variaciones que ocurren durante una reacci!n en un determinado sistemacerrado o en alguna porci!n definida de una masa líquida. -n la mayoría de lasaplicaciones del tratamiento de agua residual, la soluci!n de las ecuaciones delbalance de masa, puede ser simplificada considerando que es de inter)s laconcentraci!n resultante a largo pla"o en el r)gimen permanente.9

V :dC

dT

; Q : Co < Q : C = V : r g

= V : r e

$ondeG

< Z <olumen del reactor &C Z &oncentraci!n en el afluente

= Z &audal que entra o que sale del reactor & Z &oncentraci!n en el reactor y efluenter g Z tasa de generaci!nr c Z tasa de consumo

%-I4#A, #at"e. Anaerobic seVage treatment. Ga practical guide for regions Vit a ot

climate.BostonG :on Viley and sons,2991.p.11.9

74I<A%%-, +p.cit .,p.0;.

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(i no e*iste acumulaci!n de + en el sistema de tratamiento estadoestacionarioJ, la masa diaria de + debe ser igual a la suma de las masas diariasde la + que deja el sistema en forma de metanoG lodo presente en el efluentemás la masa diaria de + destruido u o*idado. $e esta manera se puede

establecer el siguiente balance de masa de la + que se observa en la figura0.2C $onde los subíndices indicanG + en el afluente KaK, efluente KeK, lodo ene*ceso KlK, digerida KdK y o*idada KoK respectivamente.

+a Z +e Y +l Y +d Y +o

F"-+#$ 2. -squema de los componentes del balance de masa de un reactor 7A(B.

F+(. &arrillo,0CC1

$e la misma manera se puede e*presar un balance respecto a la $=+, el cual seobserva en la figura 6.

F"-+#$ 3. Balance de masa respecto a la $=+ en un reactor 7A(B

F+(. &arrillo,0CC1

10*!id. +.),.

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>*nfor7ación su7inistrada +or Posto!on ?.A.

29

2. GASEOSAS DEL LLANO S.A.

2.1.#&!& % E)$/&#$" % G$!&!$!

%as bebidas carbonatadas se producen luego de una transformaci!n del agua, a lacual se le adiciona gas carb!nico y jarabe preparado. (imultáneamente se ace ellavado del envase retornable para el llenado de la bebida preparada. -l agua,como materia prima primordial es suministrada con un alto grado de desinfecci!ny en condiciones !ptimas para el consumo umano, ya que se debe tener estrictocuidado en el control bacteriol!gico y químico detectando cualquier sustanciaajena al producto. -s de vital importancia tener un e*celente tratamiento del aguay mantener un caudal que cumpla con las demandas de la planta de producci!n,así como cumplir las normas de calidad.

2.1.1 T#$($"(& % A-+$ -l agua, ya sea de po"o profundo o suministrada por el acueducto municipal, es sometida a tratamiento químico para garanti"ar las!ptimas condiciones fisicoquímicas y bacteriol!gicas requeridas en la elaboraci!ndel producto y su conservaci!n. -l tratamiento de )sta es una de las operacionesmás importantes.

-l agua es e*traída de po"os o corrientes superficiales, y es usada paraG

• %as calderas• %as %avadoras• -l enfriador de la sala de jarabes• %os compresores de aire y refrigeraci!n• %as bebidas

4o toda el agua requiere ser tratada para que quede libre de impure"as, la Nnicaque requiere este proceso es el agua a usar en las bebidas, en las demás puedeusarse el agua suavi"ada.[

2.1.2 E)$/&#$" % $#$/ -n el almac)n de materias primas, de acuerdo conlas f!rmulas de preparaci!n se pesa las cantidades e*actas de los ingredientesque constituyen la bebida. %a f!rmula s) refiere a la preparaci!n de unadeterminada cantidad de litros, ya sea de jarabe simple o jarabe terminado, para

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11 P?@N -anual de Producción -edelln& 1'').P.35.12

*!d. +.3,.

30

obtener el nNmero de unidades propuestas o programadas por el jefe deproducci!n.

-sta secci!n es la encargada de suministrar a la sal de me"cla, el a"Ncar

necesario en la preparaci!n de cada partida de jarabe simple. -l almac)n dematerias primas le ace entrega de los demás elementos constituyentes delproducto a la sala de jarabes con base en el sabor a preparar comoG el ácidocítrico, el sorbato de potasio, la esencia el espumante, el color, etc.22

2.1.3 L$$%& % $! 7no de los aspectos más importantes del embotelladoes el lavado de los envases donde son regresados a la planta a fin de poder usarlos nuevamente. -stos deben poseer una apariencia aceptable, estar est)riles, bien enjuagados y e*entos de soda cáustica.

-n el procedimiento de lavado de botellas e*isten tres factores críticostemperatura, tiempo de inmersi!n y concentraci!n de soda cáusticaJ que estánestrecamente relacionados y su correcta aplicaci!n determinará el grado delimpie"a y esterilidad de la botella al salir de la lavadora. %os cambios bruscos detemperatura pueden romper las botellas debido al coque t)rmico generadoO por lotanto los fabricantes de lavadoras generalmente recomiendan el porcentaje desoda y las temperaturas que dan mejores resultados en el equipo. 20

-l principio de funcionamiento de la lavadora es sencillo. %as botellas entran a lamáquina, reciben un enjuague previo con agua recuperada del enjuague final lacual puede contener concentraci!n de soda. -ste enjuague previo remuevematerias e*trañas. $espu)s, las botellas entran a varios tanques dependiendo dela lavadoraJ que contienen soda cáustica caliente, en los cuales se ajustan lasconcentraciones y las temperaturas. -sta operaci!n limpia y esterili"a las botellas.'inalmente viene el enjuague, esta etapa fue ideada para evitar todo vestigio desoda cáustica.

2.1.4 M)$ /ara el proceso de me"clado, llega agua fresca sometida adesaireaci!n a trav)s de un tanque y una bomba de vacío, o utili"ando el reflujo de&+0. -sta pasa a un vaso 'lomi*O simultáneamente llega el jarabe terminado aotro recipiente de flomi*. %a me"cla se reali"a mediante el uso de los agitadores ycomNn suministro de calor asta alcan"ar una temperatura de 0 Q&,manteni)ndose )sta por 6C minutos. %a me"cla se pasa luego por los filtros parainiciar el proceso de purificaci!n.

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31

&ulminando el ciclo anterior, la me"cla pasa por el enfriador, donde alcan"a unatemperatura de 0C Q& y se lleva a los tanques de almacenamiento donde quedadisponible para ser me"clado, en la sala de :arabe erminado con los demásingredientes de producto.

-n el sal!n de producci!n, el proceso se inicia con la alimentaci!n de las cajascon envase vacío al transportador de las cajas para su posterior desempaque. %ascajas con el envase vacío provienen directamente del descargue de los veículosde ventas yMo del almac)n de envases y bebidas. %as cajas son guiadas por eltransportador asta la desempacadora automática, las cuales e*traen los envasessituándolos en la mesa de acumulaci!n, luego las cajas plásticas continNan sucamino por el transportador, siendo utili"ada posteriormente en la empacadora.

2.1.7 #&!& % ))$%& % )$ //"%$ %a bebida carbonatada pasa del &arboL&ooler al ta"!n de la llenadora empujada por presi!n de gas carb!nico. -l nivel dellíquido en la llenadora es controlado por medio de una válvula conectada aunflotador que garanti"a que la máquina no se inundeO e*ceptuando los casos enque se cae la presi!n de aire en el sistema. %a botella vacía entra a trav)s de untornillo sin fin y una estrella de transferencia a un pist!n elevador que la llevaasta la válvula de llenado, en este momento se acciona el mecanismo deapertura de la válvula y empie"a a entrar aire a la botella asta igualar laspresiones, inmediatamente empie"a a caer el líquido a la botella asta quealcan"a el orificio del tubo de venteo, de allí la botella pasa a la coronadora dondees sellada.

&uando el envase alcan"a su nivel de llenado, pasa inmediatamente a lacoronadora, la cual los tapa con el fin de evitar la p)rdida del gas y evitar laposible contaminaci!n de la bebida. $espu)s de ser tapada, pasa por el sitio deinspecci!n \%ente de bebidaU, donde se inspecciona el llenado, el sellado, eldespicado, la bebida sucia, la apariencia de la bebida etc. %uego del paso por elsitio anterior pasa por los contadores de bebida y a su ve" es codificada con elmes, el día y la línea de producci!n. &ontinNa su destino para la mesa deacumulaci!n, donde espera el turno para ser empacado en la caja plástica yalavada y lista para salir al mercado o para remitirse al lugar de almacenamiento.26

-l proceso de producci!n es continuo y en algunas plantas su operaci!n es de 01oras, en las pequeñas alrededor de a 2C oras por día. /ara una mejor comprensi!n del proceso remitirse a la figura 1.

13*!id. +.3(.

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2.2 M$& D #(""(&! G$!&!$! D) L)$&

-l sistema de tratamiento de agua residual que se encuentra en las diferentesplantas de producci!n de /ostob!n en el país, se caracteri"a por tener dos clases

diferentes de vertimientosO uno alcalino y otro de agua a"ucarada. /ara cada unode estos vertimientos se tiene un tratamiento diferente, el tratamiento de aguaa"ucarada es el más complejo, conformado por una unidad anaerobia queremueve la materia orgánica con una eficiencia asta del 98H teniendo resultadosmuy por debajo de la norma.[%a depuraci!n de agua alcalina se limita a un tanqueal cual se le adiciona &+0. %uego de pasar por estos dos sistemas los vertimientosse unen en una canaleta parcal para finalmente descargarlos al alcantarilladounicipal.

2.2.1 T#$($"(& % $-+$ $+$#$%$ -ste vertimiento se genera en el lavadode la línea de producci!n cuando se ace cambio de sabor y cuando ay derramede jarabe en el llenado de las botellas. $ebido a esto, el vertimiento sale como uname"cla de agua y jarabe terminado lo cual ayuda a que la $=+ no sea tan alta. Acontinuaci!n se dan las características del agua residual a"ucarada antes deltratamiento.

T$/)$ 1. &aracteri"aci!n agua residual de #aseosas del %lano

$#(#& V$)&# U"%$%&audal ma* 8 m6M

$=+ 8CCC mgMl$B+; 6CCC mgMlemperatura 6C &p5 6 a 2C 7nidades

F+(. #aseosas $el %lano,0CC;

-l agua llega por la red de tubería a un tanque en donde se ace unpretratamiento. Aquí el vertimiento es recibido por dos rejas de desbaste grueso,luego pasa a trav)s de una canaleta parcal, en donde se desvía a un trampagrasa y por Nltimo va a un tanque de bombeo. %uego del pretratamiento, el agua

se bombea a un ami" con una malla de C.; mm en donde las partículas demayor tamaño se retinen, el vertimiento luego llega al tanque de omogeni"aci!n

>-iniagricultura "ecreto 15') de 1'()

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en donde se alimenta con nutrientes como ácido fosf!rico y urea, debido a queesta clase de agua es pobre en nitr!geno y f!sforo ver figura 8J.21

-l agua de este tanque sale con un p5 bajo entre 6.L;, entonces paraneutrali"arlo se le adiciona soda cáustica por medio de una me"cla rápida en latubería. /ara la adici!n de nutrientes se utili"a urea y ácido fosf!rico que seencuentran almacenados en tanques fabricados en polipropileno de ;CC % decapacidad. %a dosificaci!n se ace de acuerdo con los resultados de los análisisen el laboratorio, /ara lo cual se gradNan las R/ de las bombas dosificadoras.

F"-+#$ 7. /lanta de tratamiento de agua residual #aseosas $el %lano

F+(. Autor,0CC8

7na ve" neutrali"ado el afluente, para que las bacterias metanog)nicas degradenla materia orgánica en condiciones ideales, se alimenta el reactor anaerobio deflujo ascendente, en donde las bacterias toman los ácidos para bajar laconcentraci!n de materia orgánica produciendo &+0, 50+ y metano en mayor proporci!n. -n este tratamiento biol!gico es donde se baja el mayor porcentaje decarga orgánica que en este caso se e*presa en t)rminos de $=+.2;

/ara mantener la planta estable se lleva un control diario de p5, temperatura, ?cidos grasos y $=+, estos datos se toman cada 0 oras por el encargado deturno.

21Biotecs, anual de operaci!n planta de tratamiento de agua residual. <illavicencioG #aseosas

$el %lano, 0CC;./. @.2;

Ibíd., p. 9.

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T$/)$ 2. /arámetros de diseño Reactor 7A(B #aseosas del %lano

$#(#& V$)&# U"%$%= má*imo 8 m6M

&arga total 266C Sg $=+Mdía<olumen 2C.8 m6

iempo de Retenci!n 2 /roducci!n deetano

1CC 4m6 al @;H de&51

-ficiencia 96H /orcentajeF+(. #aseosas $el %lano,0CC;

2.2.2 T#$($"(& % $-+$ A)$)"$ -l vertimiento alcalino es el resultado de laadici!n de soda cáustica a la lavadora de botellas. %a principal característica deesta agua es su elevado p5, presentándose eventos de asta 22.; unidades. -ste

vertimiento es tratado previamente con rejillas de 2cm para luego llevarlo altanque neutrali"ador, en el cual se le inyecta di!*ido de carbono al agua, que por medio de una me"cla rápida en un serpentín se transforma en bicarbonatosdisminuyendo el p5 asta un valor neutro que permite verterlo al alcantarilladomunicipal.

F"-+#$ 6. $iagrama de flujo /lanta de tratamiento #aseosas $el llano

2.Rejillas #ruesas @. anque $osificaci!n (oda &austica0.&analeta /arcal . anque $osificaci!n 7rea6. rampa #rasas 9. anque $osificaci!n 56/+1

1./o"o de Bombeo 2C. anque de 5omogeni"aci!n;. Bombas 22. Reactor Anaerobio8. ami" 20. &aja $e Regulaci!n26. &analeta /arcal

F+(. Autor, 0CC8

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3. BIOGAS

(e llama biogás al gas que se produce mediante un proceso metab!lico dedescomposici!n de la materia orgánica sin la presencia del o*igeno del aire. %ageneraci!n natural de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico delcarbono. -l Biogás es una forma biol!gica de energía que puede ser sinteti"ada.$e modo natural se produce en la putrefacci!n de la materia orgánica y se llamagas de los pantanos o gas natural. ambi)n ay diferente material endescomposici!n de donde se puede e*traer el biogásO -sti)rcol animal y umano,lagos, grasas, residuos s!lidos municipales y agrícolas que tengan un contenidoalto en materia orgánica.28

-l principal componente del biogás es el metano producido por bacteriasO es elNltimo eslab!n en una cadena de microorganismos que degradan materialorgánico y devuelven los productos de la descomposici!n al medio ambiente.

%a creaci!n y utili"aci!n del biogás de manera artificial se remonta a la segundaguerra árabeLisraelí, a mediados de los años setenta del siglo DD, cuando elprecio del petr!leo subi! ostensiblemente al ser utili"ado como arma política, loque i"o que se investigasen otras posibilidades de producir energía. -s entoncescuando se e*periment! con reactores, los llamados de alta carga, capaces deretener los microorganismos anaerobios y de tratar las aguas residuales medianteeste proceso. -n este Nltimo caso, se tienen en cuenta las características decomposici!n del agua y siempre que sea ventajoso frente a otras alternativas detratamiento tambi)n se utili"a, aplicándose a los vertidos de la industriaagroalimentaria, bebidas, papeleras, farmac)uticas, te*tiles, etc. -n un primer momento, el desarrollo del biogás fue más fuerte en la "ona rural, donde se cuentade manera directa y en cantidad con diversos tipos de desecos orgánicos.2@

287niversidad de la abana. &onsideraciones sobre la utili"aci!n del biogás. %a 5abanaG 0CC0./.

2C.2@ Instituto &entroamericano de Investigaci!n y ecnología. Biogás informaci!n general.,296./. 5.

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3.1 ROIEDADES UÍMICAS DEL BIOGÁS

-l biogás lo constituye una me"cla de gases combustibles como metano, di!*idode carbono y pequeñas cantidades de sulfuro de idr!geno, nitr!geno, idr!geno

y mon!*ido de carbono.(u composici!n depende del tipo de material orgánico utili"ado para su producci!ny de las condiciones en que se procesa.2<er tabla 6J

T$/)$ 3. &omposici!n apro*imada del biogás

GAS SÍMBOLOH

ARO;IMADOetano &51 ;;LCH

$i!*ido decarbono &+0 1;L0CH

5idr!geno 50 CL2CH+*ígeno +0 C.2L2H

4itr!geno 40 C.;L2CHon!*ido de

carbono&+ CLC.2H

(ulfuro de5idr!geno

50( 2L;H

<apor de agua 50+ <ariableF+(. 'undaci!n /esenca, 2990

3.2 ROIEDADES FÍSICAS

-l biogás es incoloro, indoloro e insaboro, pero los otros gases que contiene elbiogás en especial el sulfuro de idr!geno, dan a este, un olor característico apantano o a uevo podrido. %a solubilidad del metano en agua es muy baja. A 0C& y 2 atm!sfera de presi!n, solamente tres unidades de metano volumenJ sepueden disolver en 2CC unidades de agua. A continuaci!n se resumen laspropiedades físicas del biogás reportadas por literatura.29

2'undaci!n /esenca. -l biogás y sus aplicaciones. BarranquillaG2990,/. 12.

29 %, :on 'ry. #as and #as usage,/ractical building of metane poVer plants.IlinoisG29@;./.0C.

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T$/)$ 4. /ropiedades físicas del biogás

ROIEDADES DEL BIOGAS

/resi!n L2 cm.c.a/resi!n crítica 10 Atm0 bar

/oder calorífico 1@CCL9;CC ScalMm6

0CL01 jMm6;.98 SVMm6

#ravedad específica C.8<elocidad de llama 1C cmMs

#rado de inflamaci!n 8L20H < de aireemperatura de

inflamaci!n8CC Q&

emperatura &rítica L0.; Q&$ensidad 2.0SgMm6

F+(. % 'ry, 29@;

3.3 RODUCCIÓN TEÓRICA DE BIOGÁS

/ara estimar la producci!n de biogás con todos sus componentes se debe primerosaber la producci!n de metano, la cual, se puede allar con la carga orgánicaremovida en la planta de tratamiento de agua residual. /ara esto se encontrarondos relaciones entre la $=+ removida y el volumen de metano producido. %a

producci!n de biogás en un reactor anaerobio que trata agua residual es pequeñaporque la concentraci!n de materia orgánica biodegradable es baja y unaconsiderable parte de la producci!n de biogás se disuelve en la fase líquida. -staes una particularidad en el caso del di!*ido de carbonoG el biogás de digestores deagua residual siempre tiene un alto contenido de metano.

%a solubilidad del metano a presi!n atmosf)rica es cerca de 0C mgMl, aunque est)en un digestor de agua residual &51 presi!n parcial de C. AtmJ, la concentraci!nde metano disuelto está en el rango de C.[0CZ28 mgMl o 2 molMlt &51

apro*imadamente.

%a producci!n te!rica de metano por unidad de volumen de agua residual o per capita puede ser fácilmente calculada. %a digesti!n de 2 Sg $=+ resulta en masade ] Sg Z 0;C Sg &51. &onociendo esto, 2 mol &51 28 gJ tiene un volumen de00.1M0@6 en 2 presi!n atmosf)rica, el volumen de gas metano es calculadocomo sigueG0C

0C %-I4#A, +p.cit., p.229

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250 :22.)@

293 :1,;

1.2( @ 8B)

.Cg "D

3.4 FACTOR DE CONVERSIÓN DE DO ARA METANO

%a $=+ equivalente del gas, puede calcularse usando los factores normali"adosde conversi!n de g de $=+ a ml de &51, listados en la tabla ; para diferentestemperaturas, asumiendo una elevaci!n al nivel del mar. A C &, 2 g de $=+ esigual a 6;Cml de gas metano seco.02

T$/)$ 7. 'actores de conversi!n para el cálculo del contenido de $=+ en el gasmetano A presi!n atmosf)rica nivel del marJ

T'#$(+#$ C 1- DO )J1

"-+$) $ ) % C84

#'&#($%&C84 S& C84 8%&

2C 686 68@2; 689 6@80C 6@8 6;0; 60 6916C 6 1C;6; 69; 121C 1C2 1661; 1C 1;C;C 121 1@2

F+(. 74I<A%%-, 0CC0

3.7 TRATAMIENTO DEL BIOGÁS

%a disposici!n del biogás para el consumo, requiere procesos adicionales comoacumulaci!n, depuraci!n y lavado, aunque no siempre tienen esa secuencia. -npequeñas instalaciones, si la acumulaci!n se ace en el propio digestor,naturalmente será el primer proceso sigui)ndole la eliminaci!n del eventual ácidosulfídrico. -n estos casos, el lavado se justifica y el gas se consume

directamente. /ero si la digesti!n no se ace en el digestor, conviene depurar elácido sulfídrico, antes de almacenarlo, para evitar la acci!n nociva de )ste ya seaen pequeñas o grandes instalaciones. 00

0274I<A%%-, +p.cit., p. 6;

00'+4A4A, 'ernando -. Análisis tecnol!gico de la generaci!n de biogás. 7ruguayG 74-(&+,

291. /.80.

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-l lavado, o sea, la e*tracci!n del anídrido carb!nico del biogás, se justificacuando ay que transportar el gas envasado, desde el centro de producci!n alcentro de consumo, o en grandes instalaciones, porque siendo su porcentaje departicipaci!n en la me"cla elevado, obliga a sobredimensionar el acumulador para

guardar un gas inerte. -n el caso de tener que transportarlo por tubería ay quetener en cuenta la caída de presi!n que se producirá en la distribuci!n y sumarla ala presi!n requerida por los aparatos de consumo.06

3.7.1 A++)$" &on relaci!n a la entrega del gas, ay formas de acumularloG&on entrega a presi!n variable o a presi!n constante. 7na de las formas es en elpropio digestor, en general, se aplican para regular consumos cotidianos. -n estecaso, se suele adicionar reservas para un día. -n su forma más elemental puedenser globos de materiales impermeables al gas. ienen la ventaja de su bajo costorelativo y la facilidad que brinda para su transporte.

-l sistema más comNn de acumulaci!n para instalaciones fijas, con entrega degas a presi!n constante, es el gas!metro. -squemáticamente consta de uncilindro lleno de agua, en el que se introduce otro invertido, con lo cual se asegurala ermeticidad del circuito de gas.01

F"-+#$ 9. #as!metro

F+(. Autor,0CC8

3.7.2 C&%!$" 7no de los componentes de biogás es el vapor de agua,que puede estar presente en cantidades más o menos apreciables. &uando el

biogás sale del digestor, a trav)s de la tubería de conducci!n, se somete a unadisminuci!n de la temperatura, ocasionando la condensaci!n de la umedad,fen!meno que puede obstruir la tubería. -ntre otros factores que influye en elcontenido de umedad se encuentranG la presi!n de aspiraci!n, la profundidad delos po"os, la posici!n y forma de los colectores y las condiciones ambientales.

06Ibid., p.81

01'+4A4A, +p.cit .,p86

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:unto al vapor de agua en la corriente de biogás viajan partículas s!lidas que noreaccionan o constituyen inertes en el proceso de biogasificaci!n. Ambas materiasson perjudiciales para un aprovecamiento energ)tico del biogás, por lo cual, seace necesario una reducci!n de )stos, asta valores adecuados para su uso

como material energ)tico.

0;

7na soluci!n a este problema consiste en colocar la tubería de conducci!n conuna inclinaci!n acia el digestor, buscando con ello que el agua fluya de regresoOesto se aplica cuando la longitud de la tubería no es muy grande. +tra medida esla de instalar trampas de agua en la tubería, o sea recipiente donde se deposite elagua y de donde sea fácil e*traerla.08

F"-+#$ 5. &ondensador

F+(. Autor,0CC8

3.7.3 R&" Á"%& !+)<=*%#"& -l ácido sulfídrico 50(J es uno de losprincipales componentes de las me"clas de gases sulfurados reducidos emitido envarios tipos de industrias, como refinerías de petr!leo, fábricas de celulosa,fábricas de ray!n, así como tambi)n en plantas de tratamiento de aguasresiduales, particularmente desde aquellas en donde se reali"a el tratamientoanaerobio de efluentes, contaminadas con un alto contenido de compuestosa"ufrados.

%a presencia de 50( en )stas emisiones provoca graves problemas de corrosi!n,olor a uevo podrido, y daños a la salud. &uando se utili"a el biogás comocombustible para motores, el 50( reacciona con el o*ígeno y con el vapor deagua, produciendo ácido sulfNrico, lo cual puede causar daños internos en unmotor.0@

0;VVV. -limsilo*a.com

08Ibid.,p.1

0@$-4#, :'.5ydrogen (ulpide. InG (ullivan :B, Srieger #R, -ds.J 5a"ardous aterials

o*icologyG &linical /rinciples of -nvironmental 5ealt.2990. /. @22.

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3.7.3.1 #&'"%$%! F"!"&K+*"$! %) S+)<+#& % 8"%#-& -l 50(, encondiciones normales de presi!n y temperatura, se encuentra en estado gaseoso,tiene una presi!n de vapor de 0C08 P/a y una solubilidad en agua de C,1 H pMp a0;,; &. -s incoloro, inflamable a concentraciones mayores de 1,6 H vMv, es más

denso que el aire, es soluble en agua, formando ácido y tiene un umbral dedetecci!n olfativo C,26 ppm C,2 mgMm6J. (us efectos sobre la salud umana sonvariados, a concentraciones mayores de ; ppm genera irritaciones en los ojos yen el sistema respiratorio, a concentraciones de sobre 2CC ppm se deja de percibir debido a fatiga olfativa, a concentraciones de e*posici!n mayores de 6CC ppm ytiempos del orden de minutos produce inconsciencia y paro respiratorio. 0

3.7.3.2 T#$($"(& % "%& !+)<=*%#"& -*isten varias tecnologías físicoLquímicas desarrolladas para la remoci!n de este gas desde emisiones gaseosasindustriales, basadas en reacciones químicas, y adsorci!n, las cuales utili"ansoluciones de &a&+

6, microorganismos y reactivos químicos que contengan ierro

en su compuesto. -stos tipos de tratamientos implican altos consumo de insumoslos que elevan los costos de operaci!n. -ntre los m)todos de separaci!n de 50(,el más comNnmente empleando por su sencille" es el denominado m)todo de lacaja seca, que consiste en el uso de viruta de ierro dentro de un recipiente por elque se ace pasar el biogás. -stá constituida por un recipiente lleno con materialde ierro finamente dividido formando un leco poroso a trav)s del cual debecircular el gas para que reaccione con el metal y se deposite en el leco.

%a condici!n de porosidad se alcan"a utili"ando como relleno virutas de ierro oesponjillas de cocina de marca comercial.. -n este recipiente se produce unareacci!n del 50( con el ierro, descomponi)ndose en sulfuro f)rrico 'e(J,sustancia no perjudicial. 09

'e+ Y50( 'e( Y 50+

-ste material filtrante es susceptible de ser reutili"ado permitiendo la o*igenaci!nde este, entonces el sulfuro f)rrico se o*idaría con el o*ígeno y el a"ufre seliberaría en su forma más simple.

0 'e( Y +0 0 'e+ Y 0(

0Ibíd.,p.@21

09 Instituto de Investigaciones tecnol!gicas, /lantas de biogás. Bogotá G #uadalupe, 29;./.35.

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43

Algunos autores afirman que la viruta de ierro, además de servir como trampa de50( sirve como trampa de llama al evitar el reflujo de la misma acia el digestor,previniendo e*plosiones accidentales. -stos materiales tienen la ventaja de ser debajo costo y de oponer poca resistencia al flujo de gas, aspecto importante en

ra"!n de las bajas presiones que se manejan en este tipo de sistemas. %a formadel recipiente y las características del material utili"ado para su construcci!ndepende del criterio del diseñador. -l Nnico requisito es el de que seancompletamente erm)ticos para evitar fugas de gas. 6C

3.6 UTILIZACIÓN DE BIOGÁS

Alternativamente el biogás recuperado se puede utili"ar de varias formas. -ntrelas más usadas están, la combusti!n en estufas, la producci!n de energíael)ctrica a trav)s del uso de generadores de combusti!n interna, la iluminaci!n denaves y viviendas, así como para la alimentaci!n de motores de combusti!ninterna que accionan máquinas, molinos de granos, generadores el)ctricos,bombas de agua y veículos agrícolas, calentadores de agua u otrasinstalaciones. A continuaci!n se mencionan algunos usos del biogás y suscorrespondientes consumos.

T$/)$ 6. 7tili"aci!n y consumos de biogás

EK+"'& C&!+& % /"&-! )"(#&!=&#$

=uemador dom)stico 2;CL0CC%ámpara de gas equivalente a una bombilla de8CW

2CC

&alentadores para lecones o cría de levante 0;C4evera de absorci!n de amoniaco C.6LC.otor biogás diesel b..p 10C/roducci!n de 2 SWM de corriente el)ctricacon una me"cla de biogás diesel

@CC

F+(. #,29@

6C#. $ifusi!n de la tecnología de biogás en &olombia. &aliG #B5, 29@. /. 6;.

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T$/)$ 9. <alor energ)tico del biogás en comparaci!n con otros combustibles

C&/+!("/) U"%$%&%#

$)&#*<"&

=+

RENDIMIENTO EN H

&ocinar 'uer"amotri" %u" &alefacci!n

&orriente-l)ctrica

SVM 2 8CH 9CH ;H L

/ropano Sg 26.9 8CH 0CH 6H L#asolina %t 26 L 0;H L L/etr!leo %t 20 L L L 8CH$iesel %t 20 L 6CH L Ladera Sg ; 20H L L LBiogás m6 8 8CH 0CH 6H LF+(. #,29@

-l biogás presenta un alto rendimiento para el uso en estufas seguido de laaplicaci!n en motores. $ado su alto poder calorífico se puede comparar con otroscombustibles convencionales, como se ve en la siguiente tabla.

T$/)$ 5. -l biogás en comparaci!n con otros combustibles

C&/+!("/) D"!) G$!&)"$ G$! C$#/ E)(#""%$% B+($&

2m6 de biogásequivale a

C.;0%t

C.%t

2.;m6 2.1

Sg1.@SV

C.16

F+(. Barnett,29

3.6.1 C&/+!(" %) B"&-! /ara utili"ar el biogás como combustible, sepresentan dos alternativasG aprovecar la estufa convencional del gas propano, oconstruir quemadores especiales para biogás. %as estufas comerciales que utili"anpropano como combustible, tienen una boquilla o inyector por donde se acepasar el gas a presi!n. Aunque este principio se debe conservar, en el caso deutili"ar biogás, es necesario ampliar el diámetro de la boquilla dos o tres veces,

porque si se usara la misma boquilla, ocurrirían p)rdidas de presi!n tan grandesque el biogás no llegará al quemador. 7na presi!n de gas de ; asta 0C cmcolumna de agua es la más apropiada para cocinar. 62

62 'undaci!n /esenca, +p. cit.,p.12

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(e an obtenido buenos resultados aumentando el diámetro de las boquillas deestufas a gas propano que se consiguen comercialmente a 2.8 mm, y cerrandoparcialmente la entrada de aire cuando la fuente de combustible es una planta decNpula fija. &on estas modificaciones se an tenido consumos de 0;C a 1CC %itros

de biogásMora, dependiendo de la intensidad de la llama y de la presi!n deoperaci!n de las plantas.60-l rendimiento es bueno, si por ejemplo, un litro deagua ierve rápidamente, en la siguiente tabla se citan consumo de biogás paradiferentes usos dom)sticos.

T$/)$ :. Biogás para cocinar

C$("%$% &"$%$ T"'& ". G$! )2 l de agua 2C 1C; l de agua 6; 28;

;CCgr de arro" 6C 21C2CCC gr de arro" 6@ 2@;6;C gr de leguminosas 8C 0@C

F+(. Barnett, 29

/or una unidad de volumen de metano se necesitan dos de o*ígeno paraasegurar una completa combusti!n bajo condiciones estequiom)tricas. 7nanormal combusti!n de biogás con abundancia de o*igeno produce di!*ido decarbono, agua y una gran cantidad de calor como se ilustra en la f!rmulaG 66

&51 Y 0+0 &ombusti!n &+0 Y 050+ Y &alor

3.6.1.1 &%# $)&#*<"& &uando se trata de combustibles gaseosos lacomposici!n se e*presa en porcentajes en volumen de gases constituyentes, por lo que para un combustible cuyo volumen sea <&51 Z2 m6, y siendo los caloresde reacci!n por metro cNbico en condiciones normales C Q&, @8CmmJ los que seobservan en la siguiente tabla.

60Instituto de Investigaciones tecnol!gicas, +p.cit.,p.61

66B7R-4, Ariane <an. A cinese biogas manual , ecnology /ublications. BeijingG 29@9. /. 99.

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61<A%-4&IA, BenL5ur. Balance de energía en procesos de combusti!n. BogotáG 29. /.1;.

6;Ibid., p.1@.

46

T$/)$ 10. /oder &alorífico diferentes combustibles

C&/+!("/) $) &+ 6C;C 20@;C

50 6C@C 206C&51 9;CC 69@2C&051 2;CCC 80@CC

F+(. Barnett, 29

/or ejemploG

&51 Z 9.;CC Scal Z 69.@2CSj

Resultará que el poder calorífico superior de este compuesto será e*presado AsíG

/.&.( Z ^ScalMm6JZ9.;CC[ <&51J

X teniendo en cuenta la formaci!n de agua, la f!rmula apro*imada que e*presa elpoder calorífico inferior de un combustible gaseoso valdráG

/.&.I Z^ScalMm6JZ.;6C[ <&51J.61

3.6.1.2 A"# M*"& '$#$ )$ &/+!(" (e designa bajo el nombre de aire

mínimo para la combusti!n, a la cantidad estequiom)trica de )ste necesaria paraproducir la combusti!n completa del combustible considerado, no contabili"ándoseel necesario para la formaci!n de !*idos de nitr!geno, debido a que estosaparecen en pequeñas cantidades, por lo que pueden ser despreciados en esteestudio básico. &ada metro cNbico de metano necesita 0 m6 de o*ígeno y comoun metro cNbico de aire contiene C.02 m6 de o*ígeno, la cantidad de aire mínimo,necesario para la combusti!n completa de 2 m6 de combustible gaseoso, del tipoindicado anteriormente valdráG6;

A ;OE

m7

0.21

;2CH

)< VO

2

0.21

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68Ibíd., p. 1.

6@'undaci!n /esenca, +p.cit.,6; .

47

3.6.1.3 C&<""( % !& % $"# $ado que la me"cla combustible _comburente no es siempre completa , debido principalmente al tamaño de lapartícula del combustible, y que el tiempo en que están juntos es relativamentecorto en el dispositivo de combusti!n, se ace imprescindible, si se quiere

conseguir una combusti!n completa, introducir una cantidad de aire superior a lacalculada anteriormente como aire mínimo. A la relaci!n e*istente entre el airerealmente introducido y el aire mínimo, se la designa como coeficiente de e*cesode aire.68

n ; AE

r

AEm

%os valores usuales del coeficiente de e*ceso de aire suelen oscilar entre loslímites siguientesG

T$/)$ 11. &oeficiente de e*ceso

&ombustibles s!lidos 2.; L 0.C&ombustibles %íquidos 2.2 L 2.0&ombustibles gaseosos 2.CL2.2

3.6.2 L'$#$! -l buen funcionamiento de una lámpara a biogás depende de lacalibraci!n !ptima de la llama y del cuerpo incandescente, que debe ser rodeadopor la llama con el mínimo consumo de gas. %a pantalla de la lámpara refleja la lu"acia abajo, el vidrio previene la p)rdida demasiado rápida de calor.

%os desperfectos más frecuentemente observados en lámparas comerciales sonG

• (ecci!n transversal de la boquilla e*cesivamente grande.• &aperu"a demasiado grande• Imposibilidad de cambiar el inyector • %a mala calidad o carencia del control de aire de combusti!n

$e desventajas semejantes resultan elevados consumos de gas, innecesarios ydeficiente iluminaci!n. %as lámparas a biogás son controladas ajustando el surtidor de gas y del aire primario. -l punto !ptimo es cuando se forma en la caperu"a unalu" uniforme y continua. /ara revisar el ajuste, se coloca el vidrio en la lámpara, yse esperan varios minutos asta que )sta aya alcan"ado su temperatura normalde operaci!n.6@

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69'undaci!n /esenca, +p.cit.,p.68

48

3.6.3 M&(&#! -l biogás se puede utili"ar como combustible para motores diesely de gasolina, con un rendimiento bastante aceptable, aunque no igual al obtenidocon el uso de los combustibles tradicionales. /ara ello es necesario acer unasadaptaciones muy sencillas en los motores, que no alteren su funcionamiento en

caso de volver a utili"ase el combustible para el cual se an diseñado.

3.6.3.1 M&(&#! D"!) %a adaptaci!n requerida en los motores diesel, consisteen colocar una derivaci!n en el conducto que une el filtro del aire con el mNltiplede admisi!n. -n esa derivaci!n se conecta la entrada del biogás. (!lo es posiblereempla"ar parcialmente el combustible diesel de ;C a ; HJ por el biogás.&uando comien"a a entrar el Biogás por el conducto de aire, el motor se aceleraOesto ace que el control automático de la bomba de inyecci!n redu"ca elsuministro de diesel para normali"ar la velocidad de motor. %os motores diesel yde encendido por cispa de cuatro tiempos se pueden ajustar para operar conbiogás. %os de dos tiempos, en los cuales la lubricaci!n es llevada a cabo por adici!n del aceite en el combustible líquido, y los de marca lentamenor de 2CCCR/J que no integran grandes series, son menos apropiados para trabajar conbiogás. 6

-n general, se puede decir que los de combusti!n interna, son adecuados parafuncionar con biogás, tienen una vida Ntil más larga, debido, entre otras ra"ones, aque e*iste menos formaci!n de carb!n por lo tanto menor temperaturaJ encilindros y culata, y a que durante el proceso de arranque del motor, el aceiteaderido a las paredes del cilindro no se diluye, como sucede con loscombustibles líquidos. -l consumo de biogás en un motor de combusti!n internaestá entre 1;CL;;C lM por cada caballo de potencia. -sto depende del trabajo querealice y de la calidad del biogás.69

/ara la conversi!n de motores de ciclo $iesel a biogás e*isten dos m)todos parasu conversi!n. -l primero es la -ntrada $ual de &ombustible. -n )sta, e*ceptopor la adici!n de la cámara de me"clado de gasLaire sobre el mNltiple de admisi!n,el motor diesel permanece inmodificado. -l suministro de biogás es controladomanualmente.

%a má*ima admisi!n de biogás ocurre cuando el motor comien"a a fallar, si por casualidad, el regulador está recibiendo demasiado biogás, y tiene, por lo tanto,una caída de admisi!n de diesel, el encendido no es seguro ni estable.4ormalmente un 2;H a 0CH de diesel es suficiente, lo que significa que casi el

6Instituto de investigaciones, +p.cit., p. 0@

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1CIbid., p.6@.

49

CH del combustible diesel es rempla"ado por biogás. &ualquier baja en lacantidad de biogás es compensada automáticamente por el regulador, con másdiesel.

%a segunda t)cnica que se maneja, es el funcionamiento solamente con biogáscon encendido por cispa. %os cambios necesarios para la ejecuci!n de estat)cnica principalmente sonG

Remoci!n de la bomba de inyecci!n y de los inyectores, reducci!n de la relaci!nde comprensi!n a 2C ! 20, montaje del sistema de encendido con bujía, bobina deencendido, distribuidor y alternador, para motores de más de un cilindro y montajede un me"clador para el suministro de la me"cla aireLcombustible con unaconstante relaci!n aireLcombustible me"clador ventura o válvula de controlJ.

T$/)$12. Indicadores para el ajuste de la llamaM&%& % +!& M&%& % &(#&) M&%& % &#!"

<elocidadG &onstante/otencia constante parauna bomba con cabe"a yentrega constante

$iesel o motores deencendido por cispaG

Ajuste manual fijo

Adici!n de una cámarasimple de me"clado,ajustada manualmente

<elocidad &onstante/otenciaG <ariable parauna frecuencia constantesujeta a variaciones depotencia

&ontrol automático develocidadG$iesel 'racci!n fija de biogáscon control de velocidad por medio del gobernador de

admisi!n de diesel

$ieselG Regulador ycámara me"cladoraajustada manualmente

<elocidadG <ariable/otenciaG <ariable paravarios tipos de máquinasde potencia

$ieselG anual por medio depalanca del acelerador

$ieselG &ámarame"cladora manual

F+(. 'undaci!n /esenca,2990

/ara elegir un motor adecuado ay que tener en cuenta los siguientes aspectosG

• $efinir los requerimientos de energía y velocidad de la máquina a ser

operada.• &omparar la demanda de biogás con las capacidades de almacenamientoO(i el biogás no es suficiente, optar por el combustible dual apropiado.1C

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12Instituto de Investigaciones tecnol!gicas, +p.cit.,p.66

50

3.9 CONDUCCIÓN DEL BIOGÁS

%as conducciones de biogás dependen fundamentalmente del flujo de gas que sedesea trasportar y de la distancia e*istente entre la planta y el lugar de uso. -stas

dos variables se utili"an con la ayuda de la tabla 26, fijando el diámetro de latubería adecuada a los deseos del consumidor y a las características del diseño.

<ale la pena mencionar que las plantas de biogás utili"an casi siempre manguerade /<&, debido a que este material no es afectado por la acci!n del ácidosulfídrico, sin embargo si la distancia es muy grande entre la planta detratamiento y el sitio de almacenamiento o utili"aci!n del biogás, es recomendableusar tubería rígida como de acero o /<&, ya que las mangueras para gas puedensufrir deterioro y un posible accidente.

-n caso de optar por manguera para la conducci!n del biogás, debe ir preferiblemente enterrada o recubierta para evitar el deterioro por la lu" solar. $elo contrario se colocará elevada para evitar daños físicos causados por personas oanimales y pintadas para refractar los rayos del sol. 12-n proyectos pequeños endonde el aprovecamiento del biogás a sido de uso dom)stico an utili"adomanguera, obteniendo buenos resultados y bajos costos. -n la industria espreferible la instalaci!n de tubería rígida ya que se debe guiar por la normatividadque compete a instalaciones industriales. Además de lo anterior es preferibleprevenir cualquier riesgo debido a que se esta transportando un gas combustible.

T$/)$ 13. Recomendaciones sobre diámetro de tuberías de conducci!n de biogás

F)+&%!$%&'" =&#$

D"!($"$ $) )+-$# % +!&0;m ;Cm 2CCm 2;Cm

C.1; TU 2s 0;mG ̀U Ù ÙRestoG TU

C.8@ TU Ù Ù 2s 0;mG2URestoG Ù

C.9C Ù 2U Ù 2s 2CCmG2URestoG 6M1U

2.6; Ù Ù 2s @;mG2U 2URestoG Ù2.2 Ù 2U 2s ;CmG 2s2CCmG 2 TU

RestoG 2U RestoG 2UF+(. 'ontana,291

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10Ibíd. , p.61.

51

3.9.1 V)+)$! (e utili"an mínimo dos válvulas para gas. %a primera o principal iráinmediatamente despu)s del gas!metro, al comien"o de la conducci!n y sobre elnicle de salida. %a segunda se monta al final de la línea, en el lugar de uso. -stasválvulas, cuyo tamaño debe ser compatible con el diámetro de la tubería deberán

estar construidas en acero ino*idable o en /<& para evitar la corrosi!n por elácido sulfídrico<er 'igura9J .10

F"-+#$ :. -squema &onducci!n Biogás

F+(. Autor,0CC8

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52

4. COGENERACION

&ogenerar es transformar un tipo de energía en dos tipos diferentes de energíacomo mínimo. 16 &omNnmente para esto se utili"a el biogás ya que es uncombustible que se adapta muy bien a la generaci!n de dos energías. /or reglageneral, estos dos tipos aprovecables de energía transformados sonG

• -nergía mecánica traducida a un par motor sobre un eje• -nergía t)rmica

-l combustible que alimenta al motor biogás, gas naturalJ es el que da el primer paso para la generaci!n de energía el)ctrica mediante un generador. %uego deacer combusti!n en los cilindros los gases resultantes salen por el tubo deescape. -stos gases de escape que salen con una alta temperatura, sumado alagua que sale de las camisas de refrigeraci!n son potencialmente utili"ables parala generaci!n de energía t)rmica como se ve en la figura 2C. /ara aprovecar estetipo de energía comNnmente se utili"an intercambiadores de calor queaprovecan los gases para calentar agua.

F"-+#$ 10. #enerador energía el)ctrica y t)rmica

F+(. #uascor, 0CC8

16BI%%AR-(, ario. &ogeneraci!n. adrid. 0CCC./. 2@2L2@6.

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4.1 M&(&#! $#$ C&-#$"

/ara centrarse más en el trabajo de investigaci!n se mencionará a continuaci!nlos motores que generalmente se usan. (e trata de motores alternativos

endot)rmicos. -ste tipo de motor consta de un pist!n que se muevealternativamente dentro de un cilindro. -n su interior se reali"an cuatro procesostermodinámicos que se repiten mientras está funcionando, estos sonG Admisi!n,compresi!n, combusti!nLe*pansi!n y escape.

-n una primera clasificaci!n se distinguen dos tiposG los motores de encendidoprovocado -/, motores ++, tienen bujías para el encendido de la me"claJ ylos motores de encendido por compresi!n -&, motores $I-(-%J. -n losprimeros la compresi!n se reali"a con la me"cla aire L combustible.

7na segunda clasificaci!n distingue motores de dos y cuatro tiempos segNn elnNmero de revoluciones que debe dar el cigeñal para completar el ciclo completo.-n los de dos tiempos 0J, en el primer tiempo se reali"a la admisi!n ycompresi!n y en el segundo tiempo la combusti!nLe*pansi!n y escape. -n los decuatro tiempos 1J, en cada tiempo se reali"a uno de los procesos.

(egNn lo e*plicado y el uso que se va a dar, la e*periencia indicaG

• -/, 0G /equeñas potencias.• -&, 0G #randes potencias.•

-/, 1G /otencias intermedias bajas.• -&, 1G /otencias intermedias altas. 11

-n principio el motor va a transformar la energía del gas en energía mecánica ycalor. -sta energía mecánica se transforma a su ve" en energía el)ctrica medianteun generador el)ctrico. -l calor que se produce en la combusti!n del gas ace quese incremente la temperatura de los cilindros del motor. /ara mantener latemperatura del mismo en un rango aceptable 9C L2CC &J, el motor dispone deun circuito de refrigeraci!n que evacNa el calor ver figura 22J. -ste circuitorefrigerador recibe el nombre de circuito de camisas de los cilindros.

115+RA%, #raciano &arpes. &ogeneraci!n con /ilas de &ombustible. (evillaG -scuela

7niversitaria /olit)cnica de (evilla, 0CC6./. 9.

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/arte del calor que se produce en la combusti!n abandona el motor con los gasesde escape, ya que )stos salen a una alta temperatura ;8C L@CC &J. Así que enlugar de dejar que salgan a la atm!sfera directamente, se acen pasar por unintercambiador de calor pirotubular, que incrementa la temperatura del agua del

circuito principal.

F"-+#$ 11. -squema &ogeneraci!n

F+(. #uascor,0CC8

$e esta forma se consigue aprovecar el calor producido en el proceso decombusti!n y la energía mecánica. -l rendimiento de este sistema es realmentealto, aunque tiene limitaciones como antes se an indicado.

-l sistema de cogeneraci!n va a estar formado por varios circuitos, un circuitoprincipal, el circuito de camisas de los cilindros, un circuito de refrigeraci!n deemergencia, y tantos circuitos como elementos receptores de calor e*istan en lainstalaci!n.

$esde el punto de vista de la generaci!n de energía el)ctrica, el sistema no esmenos complejo. $ebido a la potencia generada, en torno a ;CC SW, el aparato

el)ctrico debe controlarse con precisi!n. /or esta ra"!n la sincroni"aci!n delgenerador con la red, incluyendo la apertura y cierre de los interruptores depotencia, tanto de los generadores como de la línea a la que alimentan tanto enB.. como en A..J, se reali"a mediante el control de un aut!mata.

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-ste, supervisa las características de la tensi!n generada ensi!n, frecuencia yfaseJ, comparándolas con las de la red, y regulando la velocidad del motor. -n elmomento en que las condiciones son las adecuadas, se cierra el circuito y secomien"a a inyectar potencia a la red. 1;

4.2 C&-#$" L$ I%+!(#"$

%os diferentes sectores industriales donde una instalaci!n de cogeneraci!n puederentabili"arse en un tiempo prudencial para acer viable la inversi!n, son todosaquellos que reNnan una serie de requisitos mínimos. Así pues, para pensar enuna instalaci!n de cogeneraci!n se debe tener en cuenta principalmente, lasoras de funcionamiento anual de la actividad. (in embargo este no es el Nnicoparámetro que interviene, ya que se requiere un consumo simultáneo de energíat)rmica y energía mecánica yMo el)ctrica y, además, debe darse de forma continuapues las instalaciones de cogeneraci!n no se adaptan muy bien a los cambios dedemanda de potencia.

-s necesario saber la curva de carga diaria, semanal, mensual y anual paradiseñar una instalaci!n adecuada de cogeneraci!n. (e puede resumir que losagentes socioecon!micos candidatos a poseer una instalaci!n de cogeneraci!nserán aquellos que cumplan las siguientes condicionesG18

• $emanda uniforme y paralela de energía t)rmica y energía el)ctrica yMomecánica.

• ener espacio suficiente para albergar la instalaci!n diseñada.• $isponer de un combustible apropiado y con garantías de suministro

/ara reali"ar un proyecto de cogeneraci!n es preciso acer un diagn!sticoadecuado de la situaci!n actual, para saber si esta instalaci!n será viable t)cnicay econ!micamente. -n principio se debe acer una curva de demanda de energíapara el dimensionamiento de los equipos que formarán la planta energ)tica. -stose ace necesario para saber, dentro de las ofertas del mercado, qu) equipos seadaptarán mejor a las necesidades de la empresa. 5ay que decir que las gamasde potencia, tanto de turbinas como de motores aunque sea bastante amplia nocubre todo el abanico de posibilidades.1@

1;*!id.+.15.

18BI%%AR-(, +/.&it.,p.2@@

1@#7A(&+R, &atálogos motores para sistemas de cogeneraci!n en Internet.

VVV.g u asc o r.c o mMcoge n eraci o n.

http://www.guascor.com/cogeneracion






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7. CARACTERIZACION DEL BIOGAS

-s necesario en esta investigaci!n conocer el porcentaje de cada uno de loscomponentes del biogás, en este caso los que resultan de la digesti!n anaerobiaen el reactor 7A(B. &omo primera medida se indag! m)todos de análisis en elI&+4-&, pero en este momento no se encuentra registrada alguna norma queindique el procedimiento para llevar a cabo la medici!n de biogás. Remiti)ndose ala -/A, se encuentra un m)todo para la evaluaci!n del biogás por medio decromatografía de gases. -ste m)todo resultaba complicado ya que para laobtenci!n del biogás se tenía que conseguir un globo especial para tomar lamuestra, esto vuelve costosa la obtenci!n de la muestra y su posterior análisis.

/ara la caracteri"aci!n se utili"aron aparatos para calidad de aire que seencuentran en el laboratorio de la universidad $e %a (alle. -stos equipos utili"anuna sonda o manguera para la obtenci!n del gas, que pasa a trav)s de lossensores para medir los diferentes componentes del biogás. %os datos aparecenen forma de H o de concentraci!n ppmJen la pantalla. %os equipos utili"ados semuestran en la tabla 21.

%a medici!n de los gases que componen el biogás fu) reali"ada en la planta detratamiento de agua residual de #aseosas $el llano. %as condiciones en el reactor resultaron normalesO con temperatura constante de 09 Q& y un caudal de 1 m6M.%os equipos fueron alquilados por la empresa a la 7niversidad $e la (alle y lasmediciones fueron llevadas a cabo por el autor. -n general las lecturas fueronclaras y el manejo sencillo de los equipos facilit! la caracteri"aci!n del biogás.

(e trato en lo posible que la sonda de los equipos entrara en el tubo de salida delos gases. (in embargo con el ini &+0 la medici!n se vio for"ada a acerla fueradel tubo, aunque esto preocupaba por un error en las mediciones, las lecturasestablecidas corroboraban que se estaba ejecutando el equipo de maneraefectiva.

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T$/)$ 14. -quipos caracteri"aci!n biogás

EUIO ESECIFICACIONES

/assport five (tarsarca

(A

(erial 89L006L'+1

edici!n &51 ,&+ ,+0

+bservacionesG

Indica resultados en Hini &+0

arca esto

(erial @9;6

edici!n&+0

+bservacionesGIndica resultados en H y ppmini 50(

arca (A

(erial B2L0;;28L5CC

edici!n 50(

+bservacionesG

Indica resultados en ppm

F+(. %aboratorio Ingeniería Ambiental 7niversidad $e la (alle,0CC8

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A diferencia de las mediciones comunes, esta en particular se tenía que reali"ar en la salida de un gas combustible. Aunque la planta de agua residual no es muygrande, sí se tenían que tomar medidas de precauci!n como el uso de mascarasprotectoras y un sitio indicado para llevar a cabo la medici!n. %a primera opci!n

fue en la salida alta de la tea por donde se quema el biogás para liberarlo. (eintento pero estaba muy alto y dificultaba la puesta de la sonda aun usandoescalera. -ntonces se opt! por una opci!n más sencilla. -n la instalaci!n para elbiogás despu)s de la trampa de condensaci!n abía una abertura para lamedici!n de presi!n manom)trica como se observa en la figura 20.

F"-+#$ 12. Abertura tubería de biogás

F+(. Autor,0CC8

%a soluci!n fue insertar la sonda por el orificio de la tubería, teniendo cuidado enregular el caudal con una válvula de seguridad que se encuentra en la salida delbiogás del reactor. Así se disminuía el caudal evitando la into*icaci!n por 50( yuna combusti!n accidental ya que el metano reacciona rápidamente con elo*ígeno.

-n primera instancia se reali"! la medici!n antes de la utili"aci!n de biogás. -nesta sencillamente se anali"! metano, di!*ido de &arbono y sulfuro de idr!geno.ambi)n se midi! la presi!n del biogás por medio de un man!metro. (e empe"!midiendo cada media ora durante ; oras en un día de muestreo.

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7.1 RODUCCIÓN TEORICA DE METANO

%a producci!n de metano en el reactor depende fundamentalmente de la cargaorgánica que entra al 7A(B. %a deducci!n del volumen de metano que se genera

es calculada por datos allados en la práctica, en donde relacionan el volumen demetano con la $=+ allada. /ara allar el metano generado en la planta detratamiento de #aseosas $el %lano es importante primero encontrar la &argaorgánica que entra. /ara estimar la producci!n te!rica del metano se deben tener datos de la entrada de carga contaminante y la carga en el efluente de la plantaen t)rminos de $=+, esto para conocer la carga removida de la planta, la cualcontribuye con la consecuci!n del volumen de metano que se genera <er Ane*o'J. /ara esto se encuentra la concentraci!n de entrada y el caudal promedio quese maneja en la /AR.

T$/)$ 17. &argas orgánicas en la planta de tratamiento

F+(. Autor,0CC8

-ntonces como se observa en la tabla 2; la carga contaminante removida esigual a 00.98 Sg $=+ M, Mdía funcionamiento de la plantaJ y de acuerdo a losdatos citados se calcula una eficiencia de 98 H.

ambi)n se puede estimar el destino de la $=+ en los productos que resultan dela actividad metanog)nica como vemos en la figura 26. (e muestra en la salida delreactor la cantidad apro*imada de $=+ en cada subproducto. -sta carga se allocon el porcentaje suministrado en la figura 6.

C&(#$"mg MlJ$=+

C$+%$)m6MJ

C$#-$Sg $=+ MJ

C$#-$Sg $=+ MdíaJ

Afluente 869C 1 0;.;8 0C1.1-fluente 00 1 C.920 @.098Remoci!ntratamiento/rimario

10C

-fluente

tratamientoprimario ;9@C 06. 216.0

Remoci!n ;@10 1 00.98 26.@-ficiencia 98H

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F"-+#$ 13. Balance de masa respecto a la $=+ en el Reactor Anaerobio

62.9; Sg $=+ Mdía

como metano

[email protected] $=+ Mdía 20.@Sg $=+Mdíaafluente

F+(. Autor,0CC8

REACTOR

UASBlodo

;@.;2Sg $=+Mdíaefluente

0;.;8Sg $=+Mdíadisuelto

/ara allar la producci!n de metano, primero se remiti! a un 'actor de conversi!nde $=+ para metano segNn resultados en e*periencias locales. %a $=+equivalente del gas metano, puede calcularse usando los factores normali"adosde conversi!n '.&J de g de $=+ a ml de &51, listados en la tabla ; paradiferentes temperaturas, asumiendo una elevaci!n al nivel del mar. (egNn esto setieneG

&audal etano Z .1;m6M <er ane*o AJ

%uego para comparar con el dato allado anteriormente se remiti! a la formula de%ettinga para la producci!n te!rica de metano como sigueG

&audal etano Z.68 m6M <er ane*o AJ

&omo se observa las dos propuestas para allar la producci!n te!rica de metano

se asemejan bastante, lo cual quiere decir que son datos id!neos para suaplicaci!n en el diseño de la utili"aci!n del biogás para la planta de #aseosas $el%lano.

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7.2 CARACTERIZACIÓN DE METANO

%a caracteri"aci!n arroj! datos que están dentro de los rangos establecidos enliteratura <er tabla 6J. &omo se ve en la figura 2; el metano oscilo entre 11 y

;;H, si bien ay una diferencia de 2CH, el pico se mantuvo durante la mitad de lacaracteri"aci!n.

F"-+#$ 14. edici!n etano

(itio deuestre

/assport 'ive(tars

F+(. Autor,0CC8

-l bajo porcentaje de metano en las Nltimas dos oras, se debe a que ubo unareducci!n en el caudal de agua residual y por ende una descenso en la entradade materia orgánica al reactor, generando una disminuci!n en la producci!n de

biogás.

F"-+#$ 17. /orcentaje de etano en el biogás

;8

;1

;0

;C

1A etano

18

11

10

1C

C 2 0 6 1 ;

T" '& >=&#$! ?

F+(. Autor,0CC8

H

% M ( $ , &

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7.3 CARACTERIZACIÓN DE DIÓ;IDO DE CARBONO

-l comportamiento del $i!*ido de carbono fue normal estando en un rango de 0CL08H, como se observa en la figura 2@. (i se mira la gráfica ay dos picos

elevados cuando la concentraci!n de metano tambi)n es alta.

F"-+#$ 16. edici!n &+0

(onda

esto &+0

F+(. Autor,0CC8

-sto nos indica que la producci!n de &+0 es directamente proporcional a laproducci!n de metano en el reactor.

F"-+#$ 19. /orcentaje de &+0 en el biogás

0@

0;

06

02 &+0

29

2@

2;

C 2 0 6 1 ;

T"'& >=&#$!?

F+(. Autor,0CC8

H > V ? C O 2

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7.4 CARACTERIZACIÓN SULFURO DE 8IDRÓGENO

%a concentraci!n de 50( estuvo en un rango de 29C ppm a 06Cppm

F"-+#$ 15. edici!n 50(

F+(. Autor,0CC8

-ini B2?

&omo se ve en la figura 2; sobresale un pico de 06C ppm de sulfuro deidr!geno, el cual es el más alto en las cinco oras de medici!n como se observaen la siguiente gráfica.

F"-+#$ 1:. &oncentraci!n de 50( en el biogás

01C

06C

00C

02C 50(

0CC

29C

2CC 2 0 6 1 ;

F+(. Autor,0CC8

T"'& >=&#$!?

.

C & , 1 , ( # $ 1 " , 8 2 S > ' ' ?

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(in embargo los niveles de 50( encontrados son altos y sobrepasan el valor límitede e*posici!n de ; ppm para el ser umano, así como el nivel de inmisi!n deC.CC; ppm para la norma de calidad de aire.1 -ste Nltimo valor se considera en elmomento en que el sulfuro de idr!geno se libera a la atm!sfera como se ace

asta el momento en la planta de tratamiento de agua residual de #aseosas $el%lano.

F"-+#$ 20. &oncentraci!n de 50( y /resi!n en funci!n del tiempo

01C

06C

00C

02C

0CC

29C

2AC C,; 2 2,; 0 0,; 6 6,; 1 1,; ;

T"'& >=&# $!?

50(

/resi!n

F+(. Autor,0CC8

(i se compara el pico de 06C ppm con la presi!n se observa que este se da enuna presi!n alta como se ve en la figura 29. (e puede afirmar que la presi!n delbiogás que sale del reactor de #aseosas $el %lano es suficiente para la utili"aci!ncomo fuente de energía, teniendo en cuenta, que la presi!n en este tipo desistemas no es muy alta y en la mayoría de los casos no sobrepasa los 2; cm.c.a.

%as primeras mediciones fueron muy parecidas. %a concentraci!n de metano y50( no variaban muco. Al final por un descenso en la presi!n se evidencio unadisminuci!n en los datos. /ara efecto del diseño de la remoci!n del ácido

sulfídrico se estim! conveniente tomar el pico más alto, ya que si se quiere unaremoci!n total del ácido sulfídrico es importante dimensionar el sistema deremoci!n con el má*imo valor obtenido en la caracteri"aci!n.

)(-inisterio de A7!iente Vi#ienda 6 "esarrollo. esolución ,01.ogot. P.).

6 # ! " , > 1 1 . $ ?

26

20

22

2C

9

@

8

;

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6. REMOCIÓN DEL SULFURO DE 8IDRÓGENO

/ara la elecci!n del tipo de tratamiento que se requería para la utili"aci!n debiogás que se genera en la planta de tratamiento de #aseosas $el llano, fuedeterminante saber la composici!n y el uso que se le daría a este. /or lo generalpara la utili"aci!n del biogás se busca eliminar el vapor de agua y el ácidosulfídrico. /ara el caso de la planta de tratamiento de #aseosas $el %lano laconducci!n del biogás encuentra un condensador 0 m antes de su salida, endonde se capta el mayor porcentaje de umedad del biogás como se observa enla figura 02. $ebido a que esta unidad ya esta en funcionamiento faltabaencaminarse en el diseño de la remoci!n del 50(.

F"-+#$ 21. &ondensador de biogás

F+(. Autor,0CC8

6.1 DISEO

/ara diseñar el tratamiento de retenci!n del sulfuro de idr!geno, se encontrarondiversas variables que afectan este tipo de sistema, aunque no se encontraron enliteratura parámetros con dimensiones recomendadas. %as opciones se remitíana informaci!n baga de la utili"aci!n de biogás en instalaciones caseras, sin

embargo, este tipo de sistemas dado su sencillo procedimiento se adapta muybien a lo requerido en la investigaci!n, ya que la generaci!n de biogás a utili"ar no es muy grande y es más sencillo manejar caudales bajos para unaobservaci!n eficiente de la purificaci!n del biogás.

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Al tener la concentraci!n del 50( Z 06Cppm muy por arriba del límite permitido de; ppm19, se vio necesario la instalaci!n de una unidad para la remoci!n de 50(,además de ser un agente t!*ico puede ser corrosivo al usarlo en ciertos equiposcomo en motores.

-ntonces se decidi! diseñar tres torres con leco fijo ya que lo que se quiere esque alla una reacci!n dentro de la unidad, no puede llamarse filtro debido a queocurre una reacci!n química y no una remoci!n físicas de partículas, (e observ!la eficiencia de cada una y así, utili"ar la que daría mejor eficiencia en el montajepara la utili"aci!n del biogás como combustible. %as torres contaron con unmedio absorbente como el !*ido de ierro, fácil de conseguir en comparaci!n conotros compuestos químicos que generan residuos adicionales y altos costos deadquisici!n. Además se defini! la forma geom)trica de las torres, en lo cual sepriori"! por la practicidad de los materiales y su construcci!n. (e tenían dosposibilidadesO la primera se ajustaba a una caja eca en ierro pero su

construcci!n resultaba muy costosa. -ntonces se opto por una forma cilíndrica yaque era más sencilla de construir.

6.1.1 D"!P& % L$ T&## % L=& F"& 7na ve" establecida la forma como sedebía tratar el biogás se comen"! por evaluar las variables que estabaninvolucradas en el paso del flujo por el medio absorbente. (e conocían laconcentraci!n de 50(, el caudal, flujo másico, temperatura y presi!n. -n el casode esta investigaci!n se tom! como parámetros fundamentales la velocidad delbiogás y la altura efectiva para la remoci!n del sulfuro de idr!geno ya que estosestán ligados con las dimensi!n requerida en las torres. -l seguimiento de lacapacidad de absorci!n del !*ido de ierro y su cin)tica no se tuvieron en cuentaya que este tema daría para una nueva investigaci!n, debido a lo e*tenso de sucontenido. %os parámetros tenidos en cuenta para el diseño se dan acontinuaci!nG

T$/)$ 16. /arámetros iniciales diseño

$#(#& U"%$%! V$)&# &audal %itro M 6CCemperatura & 09&oncentraci!n 50( ppm 06C

'lujo másico g 50(M 89/resi!n cm .c.a 20$ensidad efectiva dels!lido

g Mcm6 ;.0

F+(. Autor,0CC8

)' Air Liquid. +.8it.+.1

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/ara conocer las dimensiones que debería tener la torre de leco fijo se trabaj!con una velocidad adecuada para que el sulfuro de idr!geno contenido en elbiogás fuera asimilado eficientemente en el la torre. ambi)n se debe tener encuenta que al no ser un caudal muy alto, no se necesitaba una unidad de grandes

dimensiones, solamente que el comportamiento del flujo fuera lo suficientementedinámico para la absorci!n. %a estimaci!n de la cantidad de o*ido de ierro que sedebería instalar en la torre se formul! mediante estequiometría.

-l m)todo descrito arriba nos da el flujo másico de 50( y posteriormente lacantidad de gramos de 'e+ que se necesitan para o*idarlo.

'lujo ásico Z 89 g 50(M ver Ane*o AJ

g de 'e+ necesarios para o*idar el 50( Z 218 gr 'e+M

&abe destacar que el cálculo eco para asumir el peso del !*ido de ierro es unabase te!rica que entrega una primera apro*imaci!n al diseñoO no es un estudioconcien"udo, ya que como se dijo anteriormente, el conocer el comportamiento delgas en el medio es un tema complejo.

/ara allar el volumen del cilindro se estim! conveniente usar la densidad del!*ido de ierro como sigueG

<olumen Z 6.C cm6 'e+ <er Ane*o AJ

6.1.2 Á#$ T#$!#!$) -l área transversal es la medida por donde el flujo delbiogás se o*ida por efecto del !*ido de ierro, entonces es muy importante tener en cuenta la velocidad con la cual pasa este por la torre. &onforme se conocía elcaudal se estimaron velocidades con diferentes áreas transversales en la torre.Reali"ado el cálculo se observ! que las velocidades en un diámetro nominal de 6Uy 0U se mantenían en un nivel medio, conveniente para la reacci!n o*idativa del50(, ya que una velocidad alta no permitiría un buen contacto del gas con elmedio y una velocidad muy baja tendría problemas de bajas de presi!n en elsistema.

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Tabla 17. Velocidad +ara #arios di7etros

D"(#& &"$) G "(#& Á#$

C$+%$)L=

V)&"%$%"

2U 0.6cm 1.2; 6CClM;CCCcm6Mmin

20C1.20U 1.9 cm 2.; 08;.0;6U @.;cm 11.2@ 226.291U 9, @;.10 88.09

F+(. Autor,0CC8

-ntonces de la tabla anterior se decidi! optar por un diámetro nominal de 6U con lacual se estima una velocidad transversal moderada para que el gas tuviera unaretenci!n eficiente en el medio . (egNn esto el área para la torre seríaG

?rea Z 11 cm0

ver Ane*o AJ

6.1.3 A)(+#$ <("$ &onociendo el volumen del !*ido de ierro necesario, secálcularon las dimensiones de la torre asumiendo el área transversalanteriormente mencionada. ediante los cálculos se obtiene una altura efectivadeG

Altura Z @C cm <er ane*o AJ

(e estim! conveniente aplicar la altura allada al diseño, ya que es una alturaque esta dentro de las proporciones del caudal y se adecua a la construcci!nsencilla que se quería acer.

(e decidi! construir tres torres de leco fijo para acer un seguimiento de sucomportamiento y escoger el que se adecuara mejor a las condiciones del biogásgenerado en la planta de tratamiento. /ara su construcci!n se decidi! probar dosunidades con las medidas establecidas y otro con un área menor pero con lamisma altura efectiva. %a entrada del biogás a las torre fue de TU y la salida con

manguera para gas de 6MU.

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6.2 TORRE DE LEC8O FIO 1

/ara esta torre se adopt! la altura de @C cm, en posici!n vertical, la salida delbiogás se ubic! por el costado lateral del cilindro y su diámetro nominal de 6U.

-sta construido en tubería /<& para gas con accesorios en acero. -n la parteinferior de la torre se instal! una trampa de agua con su correspondiente válvula,para que el vapor no obstruya el paso del biogás por el medio absorbente , comose ve en la figura 00 <er plano en Ane*o 5J.

T$/)$ 15. $atos de diseño orre de leco fijo 2

$#(#& V$)&# Altura C.@Cm$iámetro @.; cm

?rea 11.2@ cm0

<elocidad 2.26 mMminr 6@ (eg

F+(G Autor,0CC8

F"-+#$ 22. 'oto orre de leco fijo2

-ntrada Biogás

(alida de Biogás

rampa de Agua

F+(. Autor,0CC8

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-sta torre tiene las mismas dimensiones que el primero, cambiando su diseño auna posici!n ori"ontal. $ada la baja presi!n que se maneja se vio necesario

probar una torre donde la caída de presi!n fuera menor. (e construyo en tubería/<& para gas. %a trayectoria del biogás es longitudinal entrando por un costado ysaliendo por el opuesto. (e instalo una trampa de agua que se ubico en la mitadde la torre, a diferencia de los dos anteriores. <er plano en Ane*o 5J

T$/)$ 1:. $atos de diseño orre de leco fijo 0

$#(#& V$)&# Altura C.@Cm

$iámetro @.; cm ?rea 11.2@ cm0

<elocidad 2.26 mMminr 2 (eg

F+(. Autor,0CC8

F"-+#$ 23. 'oto orre de leco fijo 0

-ntradaBiogás

F+(. Autor,0CC8(alida de Biogás

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Igual que con la torre 2 se diseñ! verticalmente, cambiando el diámetro de 6U a 0U,esto con el fin de generar una velocidad mayor teniendo la misma altura. (us

materiales fueron en /<& para gas y accesorios en acero. -l biogás entra por laparte superior del cilindro y salían por el costado lateral, quedando una trampa deagua en el fondo de la torre <er plano en Ane*o 5J.

T$/)$ 20. $atos de diseño orre de leco fijo 6

$#(#& V$)&# Altura C.@Cm$iámetro 1.9 cm

?rea 2.; cm0

<elocidad 0.8; mMminr 28 (eg

F+(G Autor,0CC8

F"-+#$ 24. 'oto torre de leco fijo 6

-ntrada Biogás

(alida de Biogás

rampa de Agua

F+(. Autor,0CC8

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6.7 CONDUCCIÓN DEL BIOGÁS

/ara el tratamiento del biogás no se tom! todo el caudal que se generaba en elreactor, ya que era más dispendioso la instalaci!n del modelo piloto y abría

demasiado biogás para la utili"aci!n como combustible. (e decidi! entoncesobtener el biogás por una abertura en el tubo de salida del mismo en la planta,instalando un collar de derivaci!n en la tubería de 0U a TUver figura 0;J.

F"-+#$ 27. Instalaci!n captaci!n biogás

4icle

&ollar de$erivaci!n

<álvula

F+(. Autor,0CC8

%a conducci!n inici! por un registro en la entrada y luego se llev! por unamanguera para gas de TU, que despu)s de 6 metros ingres! al filtro de 50(.%uego el biogás sale por una manguera de 6MU, la que va a dar a la segundaválvula en donde se encuentra la alimentaci!n de la estufa.

%a manguera tiene una longitud de 0Cm. 4o se uso tubería galvani"ada por sucosto y debido a que en una instalaci!n corta como esta, era viable el transportede biogás con manguera. %a instalaci!n se observa en la figura siguienteG

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F"-+#$ 26. Instalaci!n biogás

F+(. Autor,0CC8

%a torre qued! instalada en el espacio que se destina para la disposici!n delbiogás. (e observa en la figura 08 el condensador y la tubería por donde see*trajo el biogás que se conecta con la ea por donde sale el resto del biogás queno se utili"o para este ensayo. (e aprecia una manguera blanca que se conecta ala parte superior de la torre. -l biogás sale por una manguera amarilla la cualrecorre la estructura dispuesta para el sistema el)ctrico de la planta asta llegar ala válvula de seguridad, antes de la estufa, en donde se aprovec! el metano

como combustible.<er plano en Ane*o 5J. /ara una buena operaci!n del sistemainstalado en la planta de tratamiento de agua residual, se reali"! un manual deoperaci!n y mantenimiento donde se dan las pautas y los procedimientos básicospara operar y mantener las unidades que las conforman<er ane*o &J.

T$/)$ 21. Accesorios utili"ados en la Instalaci!n

A!&#"&! C$("%$% M$(#"$)<álvulas 0 Acero4icle 2 Acero

Abra"aderas ; Aceroanguera 6M 0C m /<&anguera TU 6m /lástico

Acoples ; Acero&ollar de$erivaci!n

2 /<&

F+(. Autor,0CC8

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6.6 BALANCE DE MATERIA REMOCION DE ÁCIDO SULF8ÍDRICO

-l diseño de las torre para el ensayo se i"o con base en la relaci!nestequiom)trica del sulfuro de idr!geno y el !*ido de ierro. -l balance de masa

indica los gramos resultantes de la reacci!n de estos dos compuestos <er Ane*o AJ.

T$/)$ 22. Balance de materia Remoci!n 50(

C&'&( - &)= -=

E(#$%$50( 0.C09 89'e+ 0.C09 218

T&($) 217S$)"%$'e( 0.C09 2@.;50+ 0.C09 68.;T&($) 217

F+(. Autor,0CC8

F"-+#$ 29. $iagrama Balance de ateria torre de ácido sulfídrico

,' gr B2? 0 gr B2?

146 gr !O

19( gr Fe?

3,.52 gr Bs

F+(. Autor,0CC8

93gr

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6.9 RESULTADOS REMOCIÓN DE 82S

%a remoci!n del (ulfuro de 5idr!geno por acci!n de los !*idos de ierro demostr!ser una t)cnica efica". -n las tres torres diseñados para este fin se encontr! un

comportamiento similar y satisfactorio en la remoci!n de ácido sulfídrico. %aobservaci!n fue eca durante ; oras para cada torre midiendo los parámetroscada media ora. &on esto se estableci! que la tercera torre tuvo una eficienciamás alta en el Nltimo intervalo de tiempo. [ A continuaci!n se observa laconcentraci!n de 50( en funci!n del tiempo para cada una de las torres.

F"-+#$ 25. Remoci!n de 50( para tres diferentes torres en funci!n del tiempo[[

01C

02C

2C

2;C orre 2

20C orre 0

9C orre 6

8C

6C

C

C 2 0 6 1 ;

T"'& >=&#$!?

F+(. Autor,0CC8

%a concentraci!n de 50( en ocasiones manifestaba picos altos, despu)s de salir con una concentraci!n bajaO esto se puede e*plicar debido a los descensos depresi!n que se dieron en la planta de tratamiento debido principalmente a lareducci!n en la alimentaci!n del reactor, lo cual generaba una disminuci!n en laproducci!n de biogás. %a concentraci!n inicial para cada torre no fue igual debidoa la variabilidad de los datos, sin embargo, el comportamiento del 50( descendi!paulatinamente en los tres casos, mostrando un comportamiento similar e*ceptopor variaciones en la mitad del muestreo.

[%a medici!n fue consecutiva para los tres gases

[[Resultados cada media ora

C & , 1 , ( # $ 1 " ,

8 2 S > '

' ?

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F"-+#$ 2:. Remoci!n de 50( para tres diferentes torres en funci!n del tiempo[

orre 2

orre 0

orre 6

T"'& >=&#$!?

F+(. Autor,0CC8

%a presi!n juega un papel importante en el funcionamiento de la purificaci!n delácido sulfídrico. $epende de esta, la velocidad con que el biogás atraviesa elmaterial absorbente ya que de acuerdo con el área de las torres se estima unamayor o menor velocidad . /or lo general durante el e*perimento y para el diseñode las torres la presi!n normal fue de 2C cm.c.a.

F"-+#$ 30. &oncentraci!n de 50( en funci!n de la presi!n para tres torres

02C

2AC

2;C

20C

9C

8C

6C

C 9 2C 22 20

#!" >1.1.$?

orre 2

orre 6

F+(. Autor,0CC8

[Resultados cada ora

01C

02C

2C

2;C

20C

9C

8C

6C

C

C 2 0 6 1 ;

C & , 1 , ( # $ 1 " , 8 2 S > '

' ?

C O , 1 , ( # $ 1 " ,

8 2 S > ' ' ?

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-n la figura 6C se observa como a una presi!n entre 2C y 22 cm de columna deagua se mantiene una remoci!n similar en las tres torres, mientras que en unpunto más alto de 20 se baja considerablemente la concentraci!n del 50(.

F"-+#$ 31. &oncentraci!n de 50( y presi!n en funci!n del tiempo

/resi!n

50(

T"'& >=&#$!?

F+(. Autor,0CC8

%a comparaci!n de la presi!n y la remoci!n de 50( se i"o para la torre 0 ya quetuvo la mejor remoci!n. (e observa en la figura 62 que ubo una presi!nconstante de 2C a 20 cm.c.a. lo que procuro una buena adaptaci!n del medioabsorbente dado su completa remoci!n.

F"-+#$ 32. -ficiencia de remoci!n para cada torre en funci!n del tiempo

2CC

9C

AC

@C

8C

;C

1C

6C

0C

2C

C C 2 0 6 1 ; 8

T"'& >=&#$!?

orre 2

orre 0

orre 6

F+(. Autor,0CC8

26 0;C

20 0CC

22 2;C

2C 2CC

9 ;C

CC,; 2 2,; 0 0,; 6 6,; 1 1,; ;

6 # ! " , > 1 . 1 . $ ?

C & , 1 , ( # $ 1 " ,

8 2 S > ' ' ?

E < " 1 " , 1 " $ H

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Aunque solo un filtro alcan"! la remoci!n de asta 0 ppm del 50(, la eficiencia dela primera y segunda torre es buena, mostrando que el medio absorbente retieneuna gran cantidad de (ulfuro de idr!geno y que el diseño de la torre basado en laestequiometría de la reacci!n, puede ser una forma sencilla para la apro*imaci!n

de la remoci!n del sulfuro de idr!geno.

F"-+#$ 33. -ficiencia de remoci!n de las tres torres en funci!n de la concentraci!nde 50(

2CC,C9C,CC,C@C,C8C,C orre 2

;C,C orre 01C,C orre 66C,C0C,C2C,C

C,C

C ;C 2CC 2;C 0CC 0;C

C&(#$" 82S >''.?

F+(. Autor,0CC8

%as eficiencias de las tres torres estuvieron por arriba del 9CH despu)s de cuatrooras y media de remoci!n como se observa en al figura 66. %a primera torre conuna eficiencia de 92H lleg! a una concentraci!n de 0Cppm de 50(. -sto se debeprincipalmente a que tenía una mayor baja de presi!n por su volumen. %a segundatorre tuvo una eficiencia de 99H removiendo completamente el 50(, lo cual laace la mejor torre para la remoci!n de sulfuro de idr!geno en este ensayo. %atercera torre lleg! a una eficiencia de 9;H removiendo asta 22 ppm de 50(. -statorre gracias a su posici!n ori"ontal tuvo una mejor eficiencia que el primerodebido en gran parte a una menor caída de presi!n.

(in embargo cabe resaltar, que la eficiencia de la tercera torre se debeprincipalmente a la menor área transversal de su diseño y por ende una mayor velocidad del biogás dentro de la torre. (i bien los cálculos de diseñosuministraban un área mayor como las de las otras torres, se tom! una menor,debido a la incertidumbre que podría tener el diseño. &on esto se puede decir queel criterio para escoger las dimensiones de las torres además de unafundamentaci!n te!rica es cuesti!n de preveer el comportamiento del biogás y detener presente el caudal que se maneje.

E

< " 1 " , 1 " $ H

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-l comportamiento del metano en el tratamiento del biogás no se ve muy afectadoya que la variaci!n de este depende más de la digesti!n anaerobia en el reactor.(e observa en la figura 61 un pico bajo de 1;H, aunque solo ocurri! en el ensayodel primer filtro, se cree que no es causa del tratamiento sino un bace en la

alimentaci!n del reactor en ese momento.

F"-+#$ 34. H<J de metano en funci!n del tiempo para cada torre

;8

;1

;C

1A

18

1110

1C

C 0 1 8

T"'& >=&#$!?

orre2

orre 0

orre 6

F+(. Autor,0CC8

-l rango del di!*ido de carbono estuvo dentro de sus límites normales, aunqueay picos de 08 H como se observa en al figura 6;, es un indicio de que cuando

se produce más metano la concentraci!n de &+0 disminuye.

F"-+#$ 37. H<J de &+0 en funci!n del tiempo para cada uno de las torres

orre 2

orre 0

orre 6

T"'&>=&# $!?

F+(. Autor,0CC8

H V % M ( $ , &

0@

08

0;

01

06

00

02

0C

2 0 6 1 ;

H V C O 2

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6.5 ARÁMETROS DE DISEO ESECÍFICOS

Al principio del diseño se establecieron parámetros con variables conocidas. (inembargo en el planteamiento del funcionamiento de la torre se llega a la

conclusi!n que las dimensiones de la unidad cumplían un papel fundamental en laremoci!n. $e aí entonces, el racionamiento del diseño. %as variables comocaudal y temperatura se obtuvieron como el mayor flujo en una manguera deTU6CClMJ para gas y la temperatura se tomo del reactor, la cual no variabamuco.

-ntonces se tiene que para un flujo másico de 89g 50(M el diseño de la torre trescumpli! con una remoci!n del 99H de eficiencia. -sto indica que en el transcursodel tiempo y del uso de la torre seguiría una tendencia e*ponencial como las ;oras de medici!n asta tender a una linealidad. Aora, si se tiene en cuenta loanterior, para establecer parámetros que ayuden en el diseño de una torre deremoci!n de sulfuro de idr!geno, se llega a la conclusi!n que la torre funcionaríacon concentraciones más altas de ácido sulfídrico. Aunque esto es unasuposici!n se puede ampliar los rangos de remoci!n para que los parámetrossean funcionales.

T$/)$ 23. /arámetros conocidos para diseño de las torres

$#(#& U"%$%! V$)&# &audal %itroM 2;CL 1CCemperatura & 09

&oncentraci!n 50( ppm 2L;CC'lujo másico g 50(M C.2;L20C/resi!n cm .c.a 20$ensidad efectiva dels!lido

gMcm6 ;.0

F+(. Autor,0CC8

-ntonces conociendo el flujo másico y remiti)ndose a la siguiente formulaG

<olumen 'e+ Z M : 2.11

H FeO$onde G

Z 'lujo másicog 50(MJP 'e+ Z ;.0 gMcm6

&onstante estequiom)trica Z 0.22 -s la relaci!n molar entre el 50( y 'e+J

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+bteniendo con esto, el volumen del cilindro y remiti)ndose a la siguiente tabladonde se encuentra como constante la altura efectiva con la cual se pueden allar los demás parámetros, se 5alla el diámetro, luego se calcula el tiempo deretenci!n y la velocidad para saber si están dentro del rango establecido.

T$/)$ 24. /arámetros de diseño para torres de leco fijo de remoci!n de 5 0(

$#(#& U"%$% V$)&# <elocidad mMmin 2.1L0.1@$iámetro cm ;L@.;

Altura -fectiva m C.@CL2.@iempo de retenci!n (egundos 2L6C

F+(. Autor,0CC8

6.: U"%$% % R&" % 82S '$#$ ) $'#&=$"(& %) /"&-!

/ara el aprovecamiento del biogás en la industria de gaseosas se debepreviamente diseñar el sistema de remoci!n del 50( con el caudal total quegenera el reactor. (i bien la producci!n te!rica de metano es .1 m6M<er numeral;.2J, este, segNn los resultados de la caracteri"aci!n pasa a ser un ;; H delvolumen total de biogás generado, lo que representa un valor de 2;.0@m6M debiogás total. /ara esto se aplican los parámetros de diseño alladosanteriormente.

&audal biogás Z2;.0@m6

M&oncentraci!nG 06Cppm

Z6;20 g 'e+M <er ane*o AJ

%a planta de tratamiento opera en promedio ; oras al día con carga orgánicapermanente. -l resto del turno 6orasJ se recircula el agua residual en el reactor anaerobio.

-n la prueba eca para la remoci!n del 50(, se diseñaron los filtros con relaci!na los 00 días de actividad en la planta de producci!n al mes 6C días, menos 1domingos y 1 días de saneamientoJ. /ara el diseño de la planta de tratamiento debiogás y para el caudal total de la /AR, se tomará como base de cálculo untiempo de operaci!n de dos semanas de producci!n, dado que esto ayuda a ladisminuci!n de infraestructura del sistema del tratamiento y por ende los costosque esto implica.

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<olumen Z @20;; cm6 'e+ <er ane*o AJ

/ara allar el área y la altura se opt! por reproducir lo eco en el ensayo. (e

estimaron velocidades transversales con diámetros arriba de 0U y se escogierondos diámetros arriba de la salida del biogás ya que funcion! eficientemente en laprueba.

T$/)$ 27. <elocidades transversales para varios diámetros

$iámetro nominal G interno ?rea cm0 &audal <elocidadm Mmin

0U 1.9 cm 2.;2;.0@m6M

0.0;6U @.;cm 11.2@ C.98

1U 9, @;.10 C.;88U 22.0 9.;0 C.16F+(. Autor,0CC8

Altura Z @.06 m <er ane*o AJ

&on la altura allada, se estima que para aplicar el diseño se deben acer variastorres en línea para la remoci!n del 50(, ya que el caudal es muco mayor al quese trabajo anteriormente. -ntonces tomando un diámetro nominal de 8U setendrían que instalar ; torres de leco fijo, cada uno de 2.;Cm de altura efectiva

en forma vertical. (e instalarán en serie y la entrada será por arriba de las torres yla salida por la parte inferior lateral <er plano en Ane*o &J. /ara saber si elsistema de remoci!n será eficiente, se deben tener en cuenta los parámetros dediseño establecidos en el numeral anterior.

/ara esto se tieneG

iempo de Retenci!n Z 2 (eg ver ane*o AJ

<elocidad Z ;.28 mMmin

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6.:.1 I!($)$" R&" 82S %a instalaci!n del tratamiento del biogás sellevará a cabo en cercanía a la planta de tratamiento de agua residual. %aalimentaci!n del sistema de remoci!n viene por tubería de acero galvani"ado./ara esto son necesarios los materiales e*puestos en la tabla 08.

T$/)$ 26. ateriales Instalaci!n Remoci!n 50(

M$(#"$) C$("%$% C&!(&+"($#"&

Q

C&!(& T&($)Q

%ámina de Acero 6C1 &al 22.8m * 2m

; 0C;.CCC 2C0;CCC

7ni!n Acero 1Y2 6;CCC 2@;CCC

Bases de 5ierro ; 1CCCC 0CCCCCubería &onducci!n Acero galvani"ado 0U

2;m 2;;6C * 8m 60@C

ubería Acero #alvani"ado 0U @.; m 2;;6C 29126;<álvula $e #lobo /olo 6 282CCC 16CCC&odos Acero 20 ;68 81860edio 'iltrante 6;1[ 0CC * 20 7ni 1CCCan!metro baja presi!n 0 ;CCC 2@CCCCT&($) Q2.954.039

F+(. Autor,0CC8

6.10 M%"& A/!&#/(

/ara la remoci!n del sulfuro de idr!geno se utili"aron 0 tipos de esponjilla unametálica y otra de comNn uso . (e ubicaron dentro de las torres de tal forma que elmetálico envolviera a la esponjilla<er figura 68J. &on esto se quería conseguir a lolargo de cada torre una omog)nea repartici!n del !*ido de ierro y así tener unamejor eficiencia de remoci!n.

[%a cantidad corresponde al volumen que ocupa el medio filtrante como se ve en la figura 60.

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F"-+#$ 36. edio absorbente Remoci!n 50(

F+(. Autor,0CC8

%a retenci!n del 50( mediante este tipo de !*ido de ierro como se vio en los

resultados de las torres fue satisfactoria. (in embargo se not! un deterioro en lasesponjillas, las cuales perdían su porosidad quedando aderidas por efecto de lareacci!n química.

/ara saber la capacidad de remoci!n del medio absorbente se resolvi! comparar los datos que arroj! el balance de materia, con el pesaje de las dos esponjillasantes y despu)s de una ora de utili"aci!n en el sistema de tratamiento. (epesaron 9 esponjillas, 1 metálicas y ; normales<er figura 6@J en el laboratorio dela 7niversidad $e la (alle y los resultados se e*ponen en la tabla 06.

F"-+#$ 39. /esaje del medio absorbente

F+(. Autor,0CC8

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T$/)$ 29. /eso edio absorbente

M%"& <")(#$( !& """$)-#

!& <"$)-#

-sponjilla metálica @.; 26.1-sponjilla .0 29.0otal @2 286-sponjilla * 9 @6. 2@0.

F+(. Autor,0CC8

-l peso total del medio despu)s de su utili"aci!n, no dio muy cercano al estimadoen el balance de masa. -sto pudo ser ocasionado a que la esponjilla metálica notubo la suficiente remoci!n en comparaci!n con la normal. (i tomamos 9esponjillas normales y las pesamos nos dará 2@0gr, un valor cercano al te!rico.&abe resaltar que la cantidad de esponjilla que dio el cálculo era muy alta para el

volumen de las torres, entonces se instalaron de acuerdo al volumen de la torre 6que tuvo una eficiencia mayor. $e acuerdo al volumen de esta, se tiene que 26esponjillas son ideales para colocar como medio absorbente.

/ara una mejor comprensi!n de la eficiencia del medio absorbente se muestra enla figura 6 una comparaci!n de cada una de las esponjillas.

F"-+#$ 35. &omparaci!n entre esponjillas antes y despu)s de su uso

D!"#$%" A&'!"

s+on/illa

Nor7al

s+on/illa

-etlica

F+(. Autor,0CC8

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$espu)s del pesaje se observ! que la esponjilla normal fue la que tuvo mayor eficiencia en la remoci!n de 50(, esta peso más del doble de su peso luego deoperar el sistema de tratamiento. %a esponjilla metálica no tuvo la mismaremoci!n, debido a que esta quedaba instalada en el perímetro de la torre,

mientras la esponjilla normal quedaba en el centro donde se supone que pasabala mayor cantidad de flujo de biogás. (in embargo esto no significa que se debeabstener de usar la esponjilla metálica ya que esto se basa en el criterio deldiseñador el cual elige la manera de disponer el medio absorbente.

6.10.1 D"!'&!"" D) M%"& A/!&#/( -l medio absorbente utili"ado en laremoci!n de sulfuro de idr!geno es susceptible de ser reutili"ado mediante lao*idaci!n de sulfuro f)rrico con aire.

0 'e( Y +0

0 'e+ Y 0(

(i bien esta es una buena alternativa para la regeneraci!n del !*ido de ierro, laliberaci!n de a"ufre elemental puede ocasionar contaminaci!n en la atm!sfera./ara saber la cantidad de a"ufre que puede ser liberado por esta reacci!n procedea calcularse<er ane*o AJ.

-misi!n de ( Z C.02;1 mg Ml

/ara emisiones de a"ufre no se tiene norma de concentraci!n, e*isten norma deinmisi!n del 50( para calidad de aire. -l nivel má*imo permitido es de C.CC; ppmpara condiciones de referencia. /ara aplicarla a la ciudad de <illavicencio se debecalcular la norma local <er ane*o &J.

4 localZC.CC1ppm 50(

/ara poder comparar la norma con la producci!n de a"ufre que podría tener lao*idaci!n de 'e( se tiene que acer una valoraci!n por retroceso. -sto consisteen utili"ar estequiometría para estimar por reacci!n química la concentraci!nequivalente a la norma conocida.

/ara 0 moles de producci!n de a"ufre esG <er ane*o AJC.CCppm

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-n el cálculo eco, se observa que se está e*cediendo la norma de inmisi!n. Aunque el a"ufre se libera a la atm!sfera en la concentraci!n estimada, este sepuede diluir con facilidad en el aire. %o cual dice que no es muy representativa lacontaminaci!n que pudiera causar y por esto no es motivo de preocupaci!n. (in

embargo en el sentido que la empresa quiera prever algNn tipo de riesgo se puedeaplicar una metodología sin afectar el ambiente, instalando una cámara queretenga los gases resultantes de la o*idaci!n del sulfuro de ierro. -stafuncionaría de tal manera que el material filtrante se sitNe en una plataforma planay que por los costados, le entre aire para su o*idaci!n. -ncima de esta plataforma,se ubicaría una cubierta semicircular de plástico rígido, transparente para permitir la entrada de lu" solar como se observa en la figura 69.

-sto para aprovecar la umedad producida en la reacci!n del filtro, reteniendolos gases, que junto con el vapor de agua bajarían por la cubierta a dos canaletas,las cuales al estar colmatadas se retirarían de la cámara para disponerlas en uncontenedor.

(g$ra 39. &ámara de o*idaci!n de 'e(

$!&'!. Autor200,

+tra alternativa es la de acer un leco de secado en forma vertical. -ntonces el(ulfuro f)rrico se colocaría dentro de este y el aire entraría por orificios a lo alto dela estructura, como se observa en la figura 1C. -sto ayudaría a que el a"ufre

producto de la o*idaci!n del medio filtrante se retenga a lo largo del leco y asíprevenir la contaminaci!n atmosf)rica.

&abe resaltar que estas alternativas son una apro*imaci!n a los diseños que sepodrían acer en un estudio más profundo. (in embargo se mencionan ya que laprioridad de nuestra ingeniería es prevenir el impacto ambiental.

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F"-+#$ 40. %eco de (ecado <ertical

F+(. Autor,0CC8%a reutili"aci!n del !*ido de ierro se podría aplicar las veces que se considerenecesario, teniendo en cuenta, que la eficiencia de remoci!n del sulfuro deidr!geno no disminuya.. -n tal caso si al usar el biogás se detecta olores quemanifiesten la presencia del 50( se debe cambiar el medio absorbente deinmediato. %a disposici!n del !*ido de ierro con tra"as de a"ufre, se remitiría aalmacenarlo en contenedores cerrados para evitar la presencia de aire y por endela eventual volatili"aci!n del a"ufre. -l contenedor que se observa en la figura 1Cse llevaría al cuarto de residuos peligrosos evitando el contacto con sustanciasquímicamente compatibles que puedan producir reacciones peligrosas.

F"-+#$ 41 &ontenedor Residuo edio absorbente

F+(. Autor,0CC8

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9. DEMANDA DE ENERGÍA

%a demanda de energía en la empresa es debida básicamente al suministro dedos clases de energíaO el)ctrica y t)rmica. %a energía el)ctrica se usa en toda laempresa teniendo un consumo de 01 oras debido al alumbrado nocturno. -l turnolaboral en la planta de producci!n comien"a a las 8 de la mañana y termina a las 8de la tarde. /or lo general la producci!n de gaseosas lleva un tiempo de oras.%as oficinas y demás dependencias tienen un orario de trabajo diferente,comien"an a las @G6C A y terminan a las ;GCC /. %a energía t)rmica se utili"ae*clusivamente en el periodo de oras en que la planta de producci!n está enactividad.

9.1 S+""!(#&

%a planta de producci!n está alimentada a trav)s de la red de distribuci!n de 26S< proveniente de la subestaci!n #orgon"ola a 61 S< propiedad de -#-(A(.A. %a línea llega a un transformador de distribuci!n que se encuentra dentro dela empresa, el cual convierte el voltaje a 00C <. /or otro lado el suministro degas lo ace la empresa #as 4atural

9.2 D$%$ % E#-*$

%a demanda de energía en la empresa esta representada por servicios comooficinas, alleres, (istemas y lumínica y en segundo lugar en el procesoproductivo donde más se consume. /ara ablar de la demanda se toma en cuentael programa de producci!n y los turnos de trabajo en la planta.

9.2.1 D$%$ % #-*$ $)&#*<"$

-sta demanda se evalu! mediante los datos obtenidos del registro de la planta deproducci!n de gaseosas durante el ejercicio de 0CC;, referida a la facturaci!n degas combustible consumido durante este año. (e puede ver desglosada en mesesen la siguiente tabla.

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T$/)$ 25. &onsumo de #as 4atural

M! C&!+&>3 !?

M! C&!+&>3 !?

-nero 9A9C :ulio @;C0'ebrero AA01 Agosto @1C;

ar"o 9CC6 (eptiembre A028

Abril 9C21 +ctubre 9120

ayo @9A@ 4oviembre A;@6

:unio A9;0 $iciembre 9C2C

F+(. #aseosas $e %lano,0CC;

-l volumen total facturado de combustible resulta ser de 2C6@ m6 al año.eniendo en cuenta que el combustible consumido es gas natural, con un /&I de

2@9 ScalMm6 se tiene que el calor total facturado de 10.C; calMaño. -lcosto por m6 es de 696 para enero del 0CC8. %a capacidad global de la calderainstalada es de 60C calM, con un rendimiento que se estima en C.9. [

9.2.2 D$%$ % #-*$ )(#"$ %a empresa tiene una demanda promediomensual que oscila entre 2C6,CCC SVM y 2;@,CCC. -l consumo de energíael)ctrica promedio mes es de 202,8; SVM. %a planta cuenta con un consumopromedio de 226 SV y consumos má*imos de 6@ SV. a 181 SV.[[

-sta demanda al igual que la anterior se evaluará teniendo en cuenta los datos del

registro de la empresa pero referente a los consumos de energía el)ctrica,desglosado igualmente por meses. %os datos se visuali"an en la tabla siguiente enSVM facturados.

T$/)$ 2:.&onsumos de energía el)ctrica

M! = ! M! = M!-nero 22C@82 :ulio 20099;'ebrero 222C20 Agosto 226686ar"o 2C;.2;9 (eptiembre 2288@2

Abril 2C62; +ctubre 22@086ayo 2C;619 4oviembre 202@@1:unio 2C9018 $iciembre 2;@86

F+(. #aseosas $e %lano,0CC;

>*nfor7ación su7inistrada +or aseosas "el Llano

>>Ver eci!o de nerga AneIo

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%a compañía posee una planta de autogeneraci!n tipo diesel que solo suple lademanda en caso de bajas de carga, o en ciertas ocasiones de emergencia. -lcosto por SVM es de 289.@;. -n la tabla 6C se muestran las máquinas que seutili"an en el proceso de producci!n de gaseosas.

T$/)$ 30. áquinas utili"adas en la planta de producci!n

MK+"$ C$#$(#*!("$!T"'& %#-*$

#K+#"%$

C&!+&%

#-*$

T$#"<$'#&%"&

otoLReductores

arca $arsalotor (iemensipoG $A 9C5/G 2.;R/G 2CCL8C

R-% G 6CG2

-nergíael)ctrica

289.@;M SV

&ompresor

R/ G 1CCotorG5/G 8CR/G 2@9C<oltsG 06CM18C

A/G 269.M89.9

-nergíael)ctrica 1;SVM 289.@; M

SV

#enerador

&aterpilar

odelo (R1R/G 2CC

5ert" G 8CS<AG 8;CSW G 00;5/G 6CC

A&/ 6CgM 1;91M#al

&aldera

&apacidad 0CC5/4o (erieG AL0@C/ies $iseñoG 2;C/(I

#as 4atural ;;m6M 696 M m6

F+(. #aseosas $el %lano,0CC8

/ara corroborar los datos suministrados de la demanda de energía y para efectosde tener valores confiables a la ora de calcular el beneficio econ!mico quegenera la utili"aci!n del biogás, es importante compararlos con las curvas deenergía que se allan segNn el consumo de energía que se ace en diferentesdías.

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-s decir, como no todos los días de la semana se consume la misma cantidad deenergía se puede estimar la demanda de energía por medio de datos diariosobtenidos. ;C

9.3 CURVAS DE DEMANDA ENERGTICA

/ara reali"ar las curvas de demanda se tuvo en cuenta los datos de consumo quese dan en el apartado anterior, donde se dan los datos de consumo desglosadoen meses tanto de energía el)ctrica como t)rmica de la planta. /ara reali"ar lascurvas de demanda debemos fijar los días tipo [ de la instalaci!n, que nos serviráncomo referencia para dilucidar el funcionamiento de la planta de gaseosas./odemos verlos en la siguiente tabla<er Ane*o AJ.

T$/)$ 31.$ías ipo

D*$! ("'& 2 0 6 1 ;N %*$!$P&

1 8 62 288 ;0

F+(. Autor,0CC8

• $ía ipo 2G $ías de igieni"aci!n de los equiposG1 días por mes [20Z 1• $ía ipo 0G 'ines de semana domingosJ Y festivosG ;6 Y 2; Z8 días.• $ía ipo 6Gemporada de mayor actividad de la plantaG diciembre con 62

días.• $ía ipo 1G$ías laborables normales con un total de 288 días.• $ía ipo ;G(ábados se trabaja medio día con ;0 días

9.3.1 C+#$! % %$%$ % #-*$ )(#"$ /ara comen"ar con el cálculo,se desarroll! la tabla de demanda de potencia el)ctrica en H por intervalo detiempo.[[ (e calcula la demanda energ)tica con relaci!n a la energía el)ctrica,tanto diaria como anual para cada día tipo <er tabla 60J.

;C%I4AR-(./lanta de depuraci!n y cogeneraci!n a partir de biogás. )*ico. 0CCC./.01.

[&inco $ías en que la demanda de energía es diferente

[[<er las tablas de demanda de potencia el)ctrica en ane*os

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T$/)$ 32. $emanda -nerg)tica #aseosas $el %lano

D*$ ("'& D$%$ #-("$D"$#"$ >=? A+$) >M=?

$2$0$6$1$;

6C1C681C11C680C688C

21;.9001@.;026.8CC.9029C.60

TOTALG2606.;8

F+(. Autor,0CC8

/ara reali"ar las operaciones se utili"! la siguiente e*presi!nG

E i

; h : JK Nij

; h : Nec

: JKMij

e

/ara finali"ar se obtiene el coeficiente de correcci!n de la demanda de energíael)ctrica por medio de la e*presi!nG

E f

fe

; E

c

;13').3(

; 1.0531323.5,

$onde -f es la energía facturada y -e es la energía estimada. &omo vemos seobtiene un factor de correcci!n pr!*imo a la unidad por lo que se puede aceptar lademanda relativa estimada. %a curva de demanda se presenta en la figura 12.

F"-+#$ 42. &urva de demanda de energía el)ctrica

6CC

0;C

0CC

2;C

2CC

;C

C

C 0CCC 1CCC 8CCC CCC 2CCCC

F#+"$ A++)$%$ >=&#$!%*$?

F+(. Autor,0CC8

6 & ( , 1 " $ ! > N L = ?

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9.3.2 C+#$! % %$%$ % #-*$ (#"$ /ara el cálculo de estas curvasse procede de igual forma que en las anteriores. (e debe recordar que elrendimiento global del equipo instalado es C.9.+btenemos la tabla de demanda depotencia t)rmica en H por intervalo de tiempo. (e calcula la demanda energ)tica

respecto a la energía t)rmica tanto diaria como anual para cada día tipo, mediantela siguiente tabla.

T$/)$ 33. $emanda )rmica #aseosas $el %lano

D*$ ("'& D$%$ T#"$D"$#"$ >M$)? A+$) >M$)?

$2$0$6

$1$;

06C10;0201

6C1C0C

8;;200@6C01226C

91016;90C

+A%G1898

F+(. Autor, 0CC8

$e donde se obtiene el factor de correcci!n para validar la estimaci!nG E

f f

e;

E c

;()(((2

; 1.002(),',(

&on los datos que obtenidos de la tabla de frecuencias acumuladas se plotea la

gráfica que aparece en la figura 16.

F"-+#$ 43 &urva de demanda de energía t)rmica

2AC

28C

21C

20C

2CC

AC

8C

1C0C

C C 2CCC 0CCC 6CCC 1CCC ;CCC 8CCC @CCC CCC 9CCC

F#+"$ A++)$%$ >=&#$!L%"$?

F+(. Autor, 0CC8

6 & ( , 1 " $ ! > N L = ?

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5. AROVEC8AMIENTO DEL BIOGAS

7na de las ventajas más importantes del biogás es su valor como combustiblepara diferentes actividades. %as opciones para la utili"aci!n del biogás sonvariadas ajustándose a las necesidades de la empresa. /ara dar un primer pasoen el proveco de este gas combustible, se reali"! una instalaci!n piloto para lacombusti!n controlada del biogás previamente purificado. -sto permiti! conocer elalcance energ)tico del biogás que se genera en la /AR de #aseosas $el %lano yuna idea de las posibles alternativas para su aprovecamiento industrial

5.1 C&/+!(" %) /"&-! %"$( +$ "!($)$" '")&(&

%uego de llevar a cabo el tratamiento piloto del biogás, se dispuso a utili"arlo comofuente de energía en un quemador. -n el laboratorio de la planta de agua residualse necesitaba una estufa para allar lo ácidos grasos volátiles, puesto que eloperario se tenía que despla"ar acia el laboratorio de producci!n, perdiendotiempo y e*poniendo la muestra a agentes e*ternos, lo cual llevo a la decisi!n deaprovecar el biogás de esta forma.

/ara esto, se instalo una manguera de TU despu)s del filtro del 50( paratransportar el biogás asta el laboratorio. Antes de la cone*i!n a la estufa seinstal! una válvula de TU para gas, con el fin de tener mayor seguridad en elmomento de su utili"aci!n como se ve en la figura 16./ara que la instalaci!n tengaun buen funcionamiento y en aras de prevenir cualquier contratiempo se reali"! unmanual de operaci!n y mantenimiento en donde se definen las soluciones paraposibles problemas de la instalaci!n y el procedimiento normal de operaci!n delsistema <er Ane*o &J.

F"-+#$ 44.<álvula de seguridad alimentaci!n de biogás

Vl#ula

F+(. Autor,0CC8

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Antes de esto, se calcul! el aire mínimo necesario para la combusti!n y elcoeficiente de e*ceso de aire, para allar así el aire real a utili"ar.

Aire ínimo para la combusti!nG

AmZ ;.06 lt +0 Mlt de biogás <er numeral 6.8.2.0J

&oeficiente de e*ceso de aireG

-l aire que sería necesario introducir, o aire real seráG

Ar Z;.@;6ltMlt biogás

%a estufa que se instal! era alimentada con gas propano<er figura 11J, por consiguiente se tuvo que aumentar el suministro de aire para que ubiera unacombusti!n completa del metano ya que estequiom)tricamente por una mol demetano se requieren dos de aire. ambi)n fue necesario aumentar el diámetro dela boquilla de entrada del biogás de .2.8mm a 0mmJ debido, a que un diámetroangosto puede generar una baja de presi!n al alimentar la estufa.

F"-+#$ 47.-stufa de gas propano adaptada a biogás

F+(. Autor,0CC8

%a instalaci!n de la estufa fue ubicada en el laboratorio de la planta de aguaresidual. -n un primer ensayo se abri! totalmente la válvula del combustible y laentrada de aireO no ubo una combusti!n completa del combustible, lo que se

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verific! por la presencia de una llama amarilla como se observa en la siguientefigura.

F"-+#$ 46 &ombusti!n de biogás

F+(. Autor,0CC8

(in embargo, en una segunda prueba y dado que no se necesitaba una llama altasino una llama a"ul que corresponda a una mejor combusti!n del metano, seobserv! que se lograba una buena combusti!n con una menor entrada de biogásy una apertura total de la entrada de aire, logrando así el objetivo propuesto <er figura 18J.

F"-+#$ 49. &ombusti!n con menor alimentaci!n de biogás

F+(. Autor,0CC8

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F"-+#$ 45. edici!n gases de salida de combusti!n

F+(. Autor

(e llevo a cabo una medici!n de &+0 y de 50( a la salida de la llama en lacombusti!n teniendo los siguientes resultadosG

T$/)$ 34. #ases de salida de combusti!n

G$! V$)&# U"%$%&+0 8; ppm50( C ppm

F+(. Autor,0CC8

%as mediciones se icieron con los mismos equipos utili"ados en el sistema detratamiento. (e vio una presencia nula del sulfuro de idr!geno, demostrandouna remoci!n eficiente del filtro instalado en la línea de conducci!n. /or otro ladocon el valor obtenido el &+0 se all! el flujo másico del di!*ido de carbono asíG

,(5mg:

300lt; 205.5 Kg h

lt h

5ay que tener en cuenta que el biogás se quem! con una composici!n de 00H endi!*ido de carbono dando lugar a un aumento en la salida de este gas en lacombusti!n.

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5.1.1 B$)$ % M$(#"$ &/+!(" B"&-! /ara establecer unacomparaci!n con el ensayo eco en practica, fue necesario tener una basete!rica que indicara el comportamiento de los componentes del biogás en elmomento de la combusti!n. -l balance de masa y energía proporcion!

informaci!n fundamental para comprender de una forma cuantitativa lasreacciones que se generan en la combusti!n del metano <er ane*o A para ver loscálculosJ.

/resi!n Z2.2@SpaemperaturaG6C0 S&audalG6CClM

T$/)$ 37. -ntrada Balance de ateria

C&'&( - &)= -=

B"&-!&51 @ 220&+0 6.62 21;.

A"#+0 21 1140 ;0.@2 21@;T&($) 2150

F+(. Autor,0CC8

T$/)$ 36. (alida Balance de ateria

C&'&( -&) = -=

+0 C C&+0 @ Y6.62 6C.6Y21;.50+ 21 0;0.40 ;0.@2 21@;T&($) 2150

F+(. Autor,0CC8

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F"-+#$ 4:.Balance de materia &ombusti!n de biogás

2.0 g &51M

2.1 g &+0M)UEMADOR

1.9 g &+0M

6.6@g [email protected] g 40 M

F+(. Autor

1.9 g [email protected] g 40M

5.1.2 B$)$ % E#-*$ Inicialmente se calcula el /&I/oder calorífico inferiorJ y

el /&(/oder &alorífico (uperiorJ del biogás. <er Ane*o AJ

/&( Z021C.; SjMm6

/&I Z 29;; SjMm6

T$/)$ 39. Balance de -nergía

- -&)= 8 $)=&+0 @ L8;9.89

50+ 21 L9;@.69&51 @ L20;.006+0 21 C

= otal L2192.;F+(. Autor,0CC8

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F"-+#$ 70. Balance de -nergía

&51 1892.; ScalMm

6

)UEMADOR L8;ScalM &+0L9;@.6 ScalM 50+=t Z L2192.; Scal M

40 +0

5.2 ALTERNATIVAS DE AROVEC8AMIENTO DEL BIOGÁS EN GASEOSASDEL LLANO

&on el objetivo de definir alternativas para el aprovecamiento del biogás en laplanta de de #aseosas $el %lano se determin! su factibilidad desde el punto devista t)cnico, econ!mico y ambiental. Aunque todos los aspectos se consideranmuy importantes en el objetivo de encontrar una alternativa viable, cabe resaltar que el factor econ!mico es un condicionante fundamental en el proyecto debido alos altos costos de las tecnologías necesarias, sin embargo será el análisisdetallado el que determinará la viabilidad de cada una.

/ara la consecuci!n de alternativas es importante conocer a fondo el procesoproductivo de la planta de gaseosas ya que de acuerdo a esto se observan lasnecesidades de energía de la empresa.. -l proceso de producci!n de bebidasgaseosas es sencillo y fue e*plicado detenidamente en el marco te!rico. %asetapas del proceso donde se requiere más energía es en la lavadora, el &arboL&ooler y la llenadora ya que necesitan presiones altas y elevadas temperaturas./ara generar este tipo de condiciones la planta de producci!n utili"a una caldera yun compresor, tambi)n en ocasiones cuando se va el suministro de energíael)ctrica se utili"a un motor de generaci!n de energía.

$e acuerdo a la informaci!n suministrada por la empresa se utili"a #as natural,$iesel y energía el)ctrica. -l mayor gasto econ!mico se genera en la utili"aci!n dela tercera, en su mayoría por un compresor que produce aire a presi!n para laembotelladora. -ste compresor consume el 1CH de la energía utili"ada en laplanta. (eguido a esto se sitNa el costo del gas 4atural que e*clusivamente seutili"a para la caldera, la cual da vapor a la lavadora de los envases retornables.

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&on la informaci!n anterior se anali"! el proveco que podría darle el biogás a laempresa. (i bien la producci!n de biogás es de alrededor de 2;.0m6M, el caudalno es suficiente para abastecer toda la demanda de energía. -ntonces la utilidaddel biogás se enfoca a la sustituci!n de un porcentaje del total de energía

demandada. /ara esto es necesario recurrir a un dispositivo de almacenamientodel biogás, el cual contenga, en un intervalo de tiempo, un caudal mayor para suutili"aci!n

5.2.1 A)(#$("$ 1@ G#$" % E#-*$ E)(#"$ -*iste en la empresauna planta de generaci!n de energía el)ctrica que es accionada en el momento enque ay una baja de carga por parte del suministro municipal. Xa que elfuncionamiento de esta planta no es continuo, es viable usar el biogás para estoscasos especiales. /ara esto se tendría que almacenar el biogás suficiente parasuplir en parte el combustible que se utili"a.

-l sistema que se aplicaría sería un sistema $7A%, el cual, permita alimentar elmotor con dos combustibles al mismo tiempo A&/ y biogásJ en una proporci!nescogida. %a ventaja de este sistema es el bajo costo de la adaptaci!n y su granversatilidad la planta el)ctrica puede pasar en unos pocos segundos delfuncionamiento $7A% al funcionamiento normal A&/J. ;2

-l motor de la planta de generaci!n de energía corresponde a un motor decombusti!n interna en un ciclo $iesel de encendido por compresi!nver figura ;CJ,en el cual, la me"cla de combustible y comburente se ace por medio de unabomba de inyecci!n y el comburente aire, por aspiraci!n del pist!n en cu carreraacia los puntos inferiores de los cilindros. 4ormalmente un 2; a 0C H de A&/es suficiente, lo que significa que casi el CH de combustible es rempla"ado por biogás.;0

;2'undaci!n &I/A<. 7tili"aci!n del biogás para generaci!n de electricidad. 299./.21.

;0#A- _ #. -ngines for biogas.Alemania.29./.8;.

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F"-+#$ 71. /lanta de generaci!n de energía el)ctrica

F+(. Autor,0CC8

A continuaci!n se muestran los aditamentos que se deben acer para laconversi!n del motor a un sistema $7A%G

5.2.1.1 D#"$" /ara el suministro del biogás en el motor se requiere de unaderivaci!n en el conducto que une el filtro de aire con el mNltiple de admisi!n. -l

biogás es succionado junto con el aire de combusti!n acia el cilindro. 7na ve" elbiogás es introducido con el aire se me"cla en los cilindros para generar lacombusti!n. %os gases resultantes salen por el ducto de escape que originalmentetrae el motor. -sta es la Nnica modificaci!n que se le debe acer al motor paraconvertirlo a un sistema dual <er plano Ane*o 5J.

5.2.1.2 R-+)$%&# % '#!" -$! % (#$%$ (erá muy Ntil en este caso, yaque el poder calorífico del biogás es variable depende de la concentraci!n demetanoJ. -ste regulador mantiene la presi!n de entrada al carburador, alcan"andoun nivel que depende del poder calorífico del biogás entrante. (e encarga de

reducir la presi!n de la línea de biogás asta una presi!n ligeramente superior a ladel aire de admisi!n.

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5.2.1.3 E!$&! /ara la evaluaci!n del nivel de reempla"o de A&/, se debenacer pruebas de la siguiente maneraG

•

$urante 6C minutos se determina el consumo de A&/ con el motor alimentado Nnicamente con este combustible.• (e abre la válvula para permitir que el motor sea alimentado con biogásL

A&/.• ratando de mantener una carga estable, se determina el consumo de

A&/ en el sistema biogásLA&/ durante 6C minutos.• Reali"ar mediciones del consumo de A&/ y de la potencia generada cada

; minutos.• %os datos obtenidos permiten determinar el consumo de A&/ de cada

motor bajo el sistema biogásLacpm y compararlo con soloLacpm.;6

&omo este tipo de plantas es un conjunto de motorLalternador los cálculos sebasaron en la potencia del motor para saber la cantidad de biogás que senecesitaba, supliendo un CH el combustible utili"ado. &abe resaltar que no sepudo rempla"ar en un 2CCH el A&/, debido a que se debe dejar el combustiblelíquido para acer ignici!n por compresi!n en este tipo de motores.

(e tiene entonces que para 6CC5/ y con un consumo de 1;CltM por caballo defuer"a en un sistema dual de suministro de combustible;1 G

26;m6 biogásM <er ane*o AJ

(egNn informaci!n de la empresa, en el mes de enero se consumieron 0;1galones de A&/. -n el año 0CC; el consumo más alto fue de 1C galones de

A&/ en el mes de agosto. %as bajas de carga generalmente duran 6C minutos,lo cual bajaría el consumo de biogás a 8@.;m6. eniendo esta informaci!n encuenta, podemos deducir el volumen de almacenamiento.

@Cm

6

biogásMdía <er ane*o AJ

53*!id.+.1).

5)Fundación Pesenca. +.cit.+3,

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105

-ntonces el almacenamiento sería de @Cm6 para rempla"ar en un CH el A&/.-l cálculo eco define que en un día se tiene que almacenar el volumen debiogás indicado, y no almacenar continuamente esta cantidad. Al instalar eldispositivo de almacenamiento, se debe abastecer durante un día, esto con un

tiempo de operaci!n de ; oras diarias de la /AR y un caudal de 2;.0m

6

M. (ibien el cálculo no manej! e*actamente 2 día, se dejo un margen de tiempopreviniendo bajas de carga en la planta de tratamiento de agua residual o unadisminuci!n en la producci!n de gaseosas. &ada ve" que aya bajas de energía yse consuma el biogás almacenado, se debe alimentar de biogás nuevamente paraestar listos en caso de que alla una baja de energía seguida a la anterior.

5.2.1.4 C&%+" %) /"&-! -l tubo de salida de la planta de tratamiento seune por medio de tubería de acero galvani"ado de una longitud de 2; m paraconducir el biogás asta el tratamiento del sulfuro de idr!geno.. $esde estepunto se instala una tubería de Acero de 0 pulgadas de diámetro y 68 m delongitud para conducir el biogás al sitio de almacenamiento. A partir del reservoriocon la misma tubería de acero y con una longitud de 9m se conduce el biogásasta el cuarto de máquinas donde se encuentra el motor a utili"ar.ver plano

Ane*o 5J

5.2.1.7 R!#&#"& &omo reservorio se instal! una bolsa de material plástico de2.; de alto por ;. de anco y m de longitud, para una capacidad dealmacenamiento de @C m6.

-l dep!sito se calcul! para un día de trabajo con una presi!n má*ima de ;C mmbar, siendo de geomembrana calibre 8C, de forma esf)rica. -l tanque se enterrarápara evitar accidentes <er tabla 6J..

F"-+#$ 72. Reservorio de #eomembrana

F+(. &-4BI+, 0CC1

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-l Reservorio cuenta con un sistema de seguridad contra sobrecarga que constade una electro válvula de salida, comandada desde el motor de cogeneraci!nsegNn las necesidades de caudal de combustible que )ste tenga, y dos válvulasde bola de accionamiento manual, y un cierre idráulico de seguridad.<er plano

en Ane*o 5J.

T$/)$ 35. ateriales Instalaci!n Reservorio

aterial &antidad &osto7nitario

&osto otal

#eomembrana ermo sellada&alibre 8C 2.;mm

18m0 20CCCMm0 ;;0CCC

<álvula de Bola /olo 0 282CCC 600CCC

ubería Acero #alvani"ado 0U 68m 2;;6C * 8m 9621ubería Acero #alvani"ado 0U 9m 0008C2&ierre 5idráulico 2 2@CCCC 2@CCCC-lectro válvula de salida 2 20CCCCC 20CCCCCan!metro baja presi!n 2 ;CCC ;CCC&odos 1 ;68 02;11T&($) ;,;C,1@6

F+(. Autor,0CC8

5.2.2 A)(#$("$ D&!@ C&-#$" %a cogeneraci!n es una de las

erramientas más completas en el uso eficiente de la energía en el ámbitoindustrial. Además de poder usar un combustible como el biogás se puedengenerar dos tipos de energía simultáneamente.

&omo primera medida se usa el biogás para quemarlo como combustible en elmotor que a su ve" le entrega energía mecánica al alternador para generar energía el)ctrica . -stos motores funcionan segNn un ciclo +tto. (u ignici!n no sereali"a por compresi!n, dado que se requerirían la utili"aci!n de relaciones decompresi!n muy elevadas con el consiguiente aumento en la dure"a del r)gimendel funcionamiento del motor.

%uego de esto, los gases de escape que presentan temperaturas en el entorno delos 1CC Q& son utili"ados para generar calor en forma de agua caliente o vapor.

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Actualmente es frecuente encontrar en el mercado los llamados equiposmodulares de cogeneraci!n-&J que son conjuntos compactos, montados yprobados en fábrica y que incorporan el motor alternativo con su generador el)ctrico así como el sistema de recuperaci!n de calor.

%a empresa de gaseosas utili"a estos dos tipos de energía en gran escala y seríaconveniente instalar esta alternativa como una erramienta práctica además deutili"ar el biogás que actualmente se está desperdiciando.

5.2.2.1 E)" %) K+"'& /ara la elecci!n del equipo de cogeneraci!n seanali"aron las necesidades primarias de energía de la empresa, así, como el tipode energía que más costo genera. %a energía el)ctrica cuesta el doble que lo quese paga por el gas natural. -sto indica que el principal objetivo es reducir lademanda de energía el)ctrica. ambi)n, es importante tener en cuenta laproducci!n de biogás que se tiene, para suplir estas necesidades.

(i bien el caudal de biogás no alcan"a a cubrir completamente la demanda deenergía el)ctrica, si puede aportar un porcentaje en el suministro. %a mejor manera de aprovecar el biogás es supliendo la demanda de energía delcompresor que consume 1;SVM. (e calcula la cantidad necesaria de biogásG

)5 Kw h :3,00 Kj

; 1,2000 Kj

1 Kw h h31,2000 Kj

:h

m

1'55( Kj

; (.2(m3

h

Xa que la producci!n de biogás es de 2;.0m6M y el funcionamiento de la plantade tratamiento es de ; oras diarias se ve la necesidad de tener un reservoriopara suplir las oras en que no ay biogás. Además es importante elalmacenamiento ya que este permite dosificar a una !ptima presi!n el suministrode biogás requerido por el motor.

&omo se ilustraba antes, los fabricantes de este tipo de tecnología sacan al

mercado equipos modulares de cogeneraci!n, que se encargan conjuntamente degenerar energía el)ctrica y aprovecar los gases de escape para suministrar vapor. &omo el reempla"o que se va acer de energía es de medianaenvergadura, la opci!n más acertada es la de un modulo I&+#-4L(cmittLenertec&on una potencia el)ctrica de ;CSW y una potencia t)rmica de 88SW, ya quetrabaja con biogás <er &atálogo en ane*o $J. -l calor generado por el agua derefrigeraci!n y de los gases de escape se transfiere por medio de losintercambiadores de calor a los sistemas de calefacci!n.

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%a electricidad producida es directamente usada en el sitio o se puede proveer a lared nacional. %os m!dulos de calor y electricidad de (cmittLenertec permiten eluso de varios combustibles. (e utili"an motores que trabajan con el ciclo +tto,que funcionan con gas natural, biogás, gas de vertedero o incluso gas de pirolisis

en ve" de gasolina. %a unidad de cogeneraci!n puede trabajar en paralelo con lared el)ctrica.;; %os m!dulos están formados porG

5.2.2.2 M&(&# otores (cmittLenertec basados en Iveco y 7 así comoercedes +1CC en el caso del uso de gas de pirolisis como combustible. 7tili"andesde tres asta doce cilindros dependiendo de la potencia con un rendimientoque va desde el H al 9;H.

5.2.2.3 G#$%&# %os generadores síncronos refrigerados por aire acoplados almotor de forma fle*ible para aislar los esfuer"os del arranque. %as potenciasel)ctricas nominales se producen con un rendimiento entorno al 98H.

5.2.2.4 M%+)& $/"$%& -l sistema esta equipado con una cabina deaislamiento acNstico, con puertas de inspecci!n a ambos lados y ventilaci!nel)ctrica. -l nivel de sonido a 2m es apro*imadamente de @; dBAJ. /ara evitar transmisiones de ruido estructural se utili"an soportes antivibratorios entre el motor y el generador.

5.2.2.7 E) &(#&)$%&# oda la informaci!n como potencia, temperatura,presiones, está monitori"ado por el sistema de control. %as diferencias entrevalores nominales mas allá de los límites provocará el apagado del sistema.&ualquier fallo será mostrado en el monitor indicando día y ora.

5.2.2.6 M$(""(& -n general s!lo se requiere reali"ar un servicio demantenimiento incluye cambio de aceite, filtros, bujías, revisi!n de losintercambiadores y de las válvulasJ cada 0.CCC oras, aunque en funci!n delcombustible utili"ado el plan de mantenimiento puede variar ligeramente. 4o esnecesario de un operario de planta ni de personal especiali"ado para elfuncionamiento de estos equipos.

5.2.2.9 E"!"&! %a temperatura de los gases de escape es de 20C & debidoal uso de un intercambiador de calor de gases de escape fabricado con aceroino*idable integrado al circuito por camisa de agua.

55*8N!dulos de cogeneraci!n en Internet. VVV .ico g en.com Mmodul os co ge ner a c io nMbio g as.

http://www.icogen.com/moduloscogeneracion/biogas







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;8Ibid.,p.;

109

5.2.2.5 E) (&#& %a cogeneraci!n por medio de m!dulos fabricados por I&+#-4L(cmittLenertec ace posible utili"ar el calor residual que normalmentees eliminado a la atm!sfera para convertirlo en procesos de calor y electricidad. %ageneraci!n de electricidad y calor de manera simultanea aproveca la materia

prima asta el 2CCH, permite el aorro de asta un 6@H de dica materia prima yreduce considerablemente las emisiones de &+0. Además el catali"ador de trespasos reduce las emisiones de 4+* e idrocarburos no deseados. ;8

5.2.2.: C&%+" %) B"&-! %a conducci!n del biogás para esta alternativaes la misma que para la alternativa uno dado que el cuarto de máquinas tiene elsuficiente espacio para instalar el modulo de cogeneraci!n.

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>4nidad de +laneación -inero energtica

110

:. EVALUACIÓN ECONOMICA

-l alcance del estudio comprende una proyecci!n de un flujo de 2C años y ladeterminaci!n de los estudios correspondientes de rentabilidad financiera talescomo <alor /resente 4eto</4J, asa Interna de RetornoIRJ y Relaci!n costobeneficioBM&J, así como la evaluaci!n de parámetros críticos como costos deinversi!n, precio del gas, precio combustible utili"ado por la planta A.&./.J.

:.1 BASES DE LA EVALUACIÓN ECONÓMICA

/ara reali"ar el estudio econ!mico se deben tener en cuenta ciertos parámetros yelementos que complementan y definen el ori"onte de la evaluaci!nG

• %a evaluaci!n financiera se trabaj! en pesos constantes y costos iniciales a Agosto de 0CC8.

• /ara reali"ar el flujo de fondos se tom! un periodo de estudio de 2C años,esto debido a la proyecci!n eca por la 7/- [ para el combustible.

•

%os costos de energía el)ctrica y gas natural se toman con base en la tarifasuministrada por la empresa prestadora del servicio y la demanda anual.

• %a $epreciaci!n está eca a ; años, con el m)todo lineal y se reali"asobre el CH del costo total de la inversi!n, no incluye valor de salvamento.

• /ara el costo del combustible se tomaron proyecciones a 2C años,suministrados por la 7/-, para los dos casos gas y A&/J.

• %a tasa interna de oportunidad utili"a flujos de costos e ingresos a preciosconstantes y requiere por lo tanto la aplicaci!n de una tasa de descuentoreal. /ara calcular la tasa de descuento real, requerida para la mayoría delos análisis financieros, se puede utili"ar la siguiente f!rmulaG

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111

asa real Z 2Y tasa nominalJ M 2Y tasa de inflaci!nJJ 2. (iendo 2J unaconstanteJ

asa nominal Z29.H

asa de Inflaci!n Z1.60Hasa Real Z 21H[

• -l precio de los equipos fue adquirido como coti"aci!n en cada una de lasempresas distribuidoras.

• %os costos de operaci!n y mantenimiento serán asumidos como el 0;H delcosto total del combustible.

• /ara la alternativa dos, los intereses del cr)dito se tomaron como el 2CH yse cancelarán como saldos. Incluyendo prima por concesi!n de cr)dito.

eniendo en cuenta los supuestos básicos se procede a elaborar el flujo defondos.

:.2 INVERSIÓN INICIAL

/ara la determinaci!n de los costos de inversi!n inicial es fundamental conocer lasnecesidades de cada alternativa. Además se debe tener en cuanta otros costoscomoG Ingeniería, montaje, instalaci!n e imprevistos.

:.2.1 A)(#$("$ 1

• Instalaci!n Remoci!n de 50(• edidor de flujo• Instalaci!n Remoci!n &+0

• Almacenamiento•

Adaptaci!n del motor de la planta generadora de energía al sistema$7A%A&/LBiogásJ• &ostos de Inversi!n

[Inflaci!n y tasa nominal a :ulio del 0CC8

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T$/)$ 3:. Inversi!n inicial alternativa 2

C$'"($) K+"'&! V$)&# U"%$%Instalaci!n Remoci!n de

50(

0@1C6@ /esos

edidor de flujo[ 0;CCCCC /esos Almacenamiento 1969C2C /esos Adaptaci!n sistema $7A% 2CCCCCC /esos 'lete 0;CCCC /esos ano de +bra 0CCCCCIngeniería 6CCCCCC /esos ontaje 0CCCCC /esos Imprevistos 0 HC&!(& (&($) "#!" 2;,2@C,;C@ /esos

F+(. Autor,0CC8

:.2.2 A)(#$("$ 2

• &onducci!n del Biogás• Instalaci!n Remoci!n 50(• Almacenamiento• odulo cogeneraci!n

T$/)$ 40. Inversi!n inicial alternativa 0

C$'"($) K+"'&! V$)&# U"%$%

Remoci!n de 50( 0@1C6@ /esos edidor de 'lujo 2CCCCC

Almacenamiento 1969C2C /esos odulo &ogeneraci!n ;0CCC[[

2298CCCCC7(

/esos 'lete 0;CCCC /esos Ingeniería 2CCCCCC /esos

ontaje 0CC.CCC /esos Imprevistos 0 H&osto total inversi!n 266,@8;,68C /esos

F+(. Autor,0CC8

[ <er &atálogo Ane*o $[[

asa de cambio igual a 06CC pesos por d!lar al 1 de Agosto $el 0CC8

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:.3 CRDITO RECIBIDO

%os cr)ditos recibidos y los demás parámetros que componen la financiaci!n delproyecto sonG

T$/)$ 41. &aracterísticas del &r)dito del /royecto

V$#"$/) V$)&# $euda C

&apital propio 0C Activos despreciables ;

Activos no despreciables 2;<alor de (alvamento HJ C

$epreciaci!n %ineal

añosJ

;

'inanciaci!n Amorti"aci!n constanteJ/la"o añosJ

Inter)s (obre saldos HJ 2C

+tros costos(eguros HJ 0

Impuesto de renta HJ 6;F+(. Autor,0CC8

:.4 INGRESOS

/ara determinar los ingresos en el proyecto, se deben tener en cuenta los costoscausados por la utili"aci!n del biogás en las dos alternativas, a estos costos sedeben deducir los costos por compra de energía el)ctrica a la red, más los costosdel combustible y la operaci!n y mantenimiento de los motores como se muestraen la siguiente tabla.

:.4.1 A)(#$("$ 1 &ostos causados por uso del biogás deduciendo los costospor compra de A&/ al distribuidor.

:.4.2 A)(#$("$ 2 (e deben tener en cuenta &ostos causados por generaci!nde energía con cogeneraci!nJ deduciendo los costos por compra de energíael)ctrica a la red, más los costos por compra de gas natural y el mantenimientodel modulo de cogeneraci!n.

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T$/)$ 42. Ingresos causados por aorro de energía

C&!(&! % G#$" % #-*$

C& /"&-! S" B"&-!

+O fijo &ompras de -nergía+O variables &osto de &ombustible

/ersonal +O fijo&onsumibles y materiales +O variables

otal operaci!n y mantenimiento /ersonal&ompras de -nergía &onsumibles y materiales

&+(+ +A% &+4 BI+#?( &+(+ +A% (I4 BI+#?(F+(. Autor,0CC8

:.7 COSTOS DE OERACIÓN

%os costos causados por la planta implementando el sistema de utili"aci!n delbiogás sonG

:.7.1 C&!(& % C&/+!("/) /ara el caso del A.&./. se all! el costo con lasproyecciones que se ven en la tabla 16. -n los precios con la utili"aci!n de biogásse multiplico el precio normal por el porcentaje de sustituci!n del combustible quees del CH.

T$/)$ 43. /royecci!n precios A&/

AP& #"&>!&! &##"(!-$)?

0CC8 1;910CC@ 1910CC ;0C0CC9 ;@60C2C 8C610C22 82910C20 8610

0C26 81C0C21 886;0C2; 8260C28 891

F+(. 7/-,0CC8

>Para los #alores corres+ondientes a los ingresos re7itirse al aneIo

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&ombustible Z ca[$pc$ondeG caZ /recio del combustible anual$pc Z $emanda promedio de combustible

/ara el consumo de gas natural se remiti! a la proyecci!n de precios. &aberesaltar que los precios indicados en la tabla 10 ay que sumarle otros recargosa la tarifa. -l poder calorífico del gas natural de &usiana es de 221C BtuM pie6. %osprecios empie"an a ser constantes a partir del segundo semestre del 0C22.%osprecios con la utili"aci!n del biogás para la alternativa dos se allo de acuerdo a lapotencia t)rmica instalada en el m!dulo de cogeneraci!n.

T$/)$ 44. /royecci!n precios gas natural

AP&!'#&"

T$#"<$ %(#$!'&#(

#"& B&$ &&USQ M/(+

0CC8M0 2.12; 1.0;20CC@M2 2.12; 1.26@0CC@M0 2.12; 1.C280CCM2 2.12; 6.96@0CCM0 2.12; 6.9110CC9M2 2.12; 6.8C0CC9M0 2.12; 6.00C2CM2 2.12; 6.@61

0C2CM0 2.12; 6.8680C22M2 2.12; 6.;0C22M0 2.12; 6.CC8

F+(. 7/-,0CC8

:.7.2 C&!(&! % &'#$" $(""(& -l costo de operaci!n ymantenimiento son iguales al 0;H del costo del combustible. -stá compuesto por el costo fijo y costo variable, así la operaci!n y mantenimiento fijo son iguales al;CH de la operaci!n y mantenimiento total.

%os costos de operaci!n y mantenimiento variables están compuestos por loscostos de personal, materiales y suministros, los cuales se encuentran distribuidosasíG operaci!n y mantenimiento variable personal Z 0CH de la operaci!n ymantenimiento total, operaci!n y mantenimiento variable insumos Z 6CHoperaci!n y mantenimiento total.

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:.7.3 C&'#$! % #-*$

T$/)$ 47. &osto arginal de &olombia escenario sistema e*pansionista

AP&! '#&" USQ M=0CC8 6;0CC@ 110CC 1;0CC9 100C2C 180C22 110C20 120C26 160C21 11

0C2; ;80C28 ;0

F+(. 7/-,0CC8

-- Z -ea $emanda anual-- Z &osto total de energía--a Z arifa de energía

/ara la alternativa uno las compras de energía son cero, puesto que la utili"aci!n

del biogás sustituye solo el uso de A.&./..

:.7.4 C&!(&! (&($)! (e obtiene como la suma de los costos de energía, el costode combustible y operaci!n y mantenimiento.

:.6 GANANCIAS

:.6.1 G$$"$! G#$$/)! (e allan con los ingresos por aorro de energíamenos la depreciaci!n. Al reali"ar las ganancias gravables para el caso con

financiamiento se deben tener en cuenta la adici!n de los intereses del montoanterior.

:.6.2 G$$"$! N($! C&($/)! (e determina las ganancias gravables y aestas se le aplica el valor del impuesto de renta 6;HJ.

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:.9 FLUO DE FONDOS NETO

-s el resultado final de la evaluaci!n teniendo en cuenta las ganancias netascontable más la depreciaci!n. %os ingresos y costos del proyecto, definidos en los

numerales anteriores, se evaluaron en un periodo de 2C años, el tiempodeterminado y asignado a la planta de cogeneraci!n como vida Ntil fue de 0C añospara la alternativa dos.

T$/)$ 46. -squema de 'lujo de 'ondos del proyecto

ALTERNATIVA UNORENTABILIDAD DEL ROYECTO

ALTERNATIVA DOSRENTABILIDAD DEL ROYECTO

&ostos $e #eneraci!n de energía &ostos $e #eneraci!n de energía&+4 BI+#?( &+4 BI+#?(

&osto de combustible &osto de combustible+ fijo + fijo+ variable + variable

/ersonal /ersonal&onsumibles y ateriales +peraci!n y antenimiento

+peraci!n y antenimiento &onsumibles y ateriales&ompras de -nergía &ompras de -nergía

&osto otal con Biogás &osto otal con Biogás(I4 BI+#A( (I4 BI+#A(

LLLLLL &ompra de -nergía&osto de &ombustible &osto de &ombustible

+ fijo + fijo+ variable + variable

/ersonal /ersonal&onsumibles y ateriales &onsumibles y ateriales

+peraci!n y antenimiento +peraci!n y antenimiento&osto total sin biogás &osto total sin biogás

$epreciaci!n $epreciaci!nLLLLLLL Intereses &r)dito recibido

#A4A4&IA( 4-A( #RA<AB%-( #A4A4&IA( 4-A( #RA<AB%-(Impuestos Impuestos

7I%I$A$ 4-A 7I%I$A$ 4-A$epreciaci!n $epreciaci!n

Inversi!n Inversi!nLLLLLLL &r)dito RecibidoLLLLLLL Amorti"aciones

FLUO DE FONDOS NETO FLUO DE FONDOS NETOF+(. Autor,0CC8

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:.5 INDICES DE RENTABILIDAD FINANCIERA

-n las siguientes tablas de calcul! la tasa interna de retornoIRJ y el valor presente neto</4J de las dos alternativas planteadas en el proyecto.

T$/)$ 49. Indicadores financieros Alternativa 2

I%"$%&#! % #($/")"%$%A)(#$("$ 1

Indicador 7nidad <alor <alor presente neto 68.16.69

asa Interna de+portunidad

H 21

asa interna de retorno H ;0

BeneficioM&osto 0.61F+(. Autor,0CC8

%a alternativa 2 que es el aprovecamiento del biogás en una planta degeneraci!n el)ctrica tiene una tasa interna de retorno mayor que la I+, queriendodecir que es una inversi!n rentable. ambi)n se observa que el valor presenteneto es bastante representativo aciendo de esta alternativa viable paraimplementar en la empresa #aseosas $el %lano.

T$/)$ 45. Indicadores financieros Alternativa 0

I%"$%&#! % #($/")"%$%A)(#$("$ 2

Indicador 7nidad <alor <alor presente neto 8;6.02@

asa Interna de+portunidad

H 21

asa interna de retorno H 21Beneficio &osto C.C61

F+(. Autor,0CC8

/ara la alternativa dos que es la utili"aci!n del biogás como cogeneraci!n , seaplic! una financiaci!n del CH de la inversi!n inicial. -l flujo de fondos mostr!que el valor presente neto resultante es positivo pero menor al de la alternativados. -n el otro índice de rentabilidad la IR es igual a la tasa de oportunidad, locual indica que resulta indiferente a una rentabilidad representativa.

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10.CONCLUSIONES

-l biogás es susceptible de ser utili"ado como energía alternativa en el sector industrial. /ara esto se debe previamente eliminar sus impure"as logrando suproveco de manera más eficiente y viable. -sto se logr! en el modelo piloto quese instal! en la planta de tratamiento de agua residual de #aseosas $el llano. &onel diseño de 6 torres de leco fijo, usando !*ido de ierro como material filtrante,se consigui! remover asta un 99H de la concentraci!n de ácido sulfídrico. (edetermin! ,para el caso de este proyecto, que la velocidad y el tiempo de retenci!nson los parámetros de diseño específicos que pueden servir como base para laconstrucci!n de sistemas de remoci!n de ácido sulfídrico.

%as dimensiones seleccionadas para los filtros cumplen un papel importante en laeficiencia de remoci!n del ácido sulfídrico. (e demostr! que por medio deestequiometria se puede deducir el volumen que requiere la reducci!n de estegas, sin embargo el diseño final es definitivamente criterio del ingeniero que debetener en cuenta las características y el comportamiento del biogás de donde seest) generando.

-l !*ido de ierro como material filtrante tuvo una buena eficiencia de remoci!n alfinal de las mediciones, esto debido a la adecuaci!n que se le di! dentro de lostres filtros instalados. -l tercer filtro con un diámetro menor fue el más eficiente yel que se instal! permanentemente en la planta de tratamiento de #aseosas $el%lano. -l comportamiento del metano y di!*ido de carbono no se vieron afectadospor el paso del biogás a trav)s de las esponjillas Bon Bril, contrario a esto se vioun aumento en la calidad del biogás.

-l poder calorífico del biogás se puede comparar con el de otros combustibles, sibien, no alcan"a sus valores, puede suplir a la mayoría en cualquier destinoenerg)tico. -l proveco como combustible es uno de los principales usos que sele da al biogás, solo se tiene que asegurar una completa ermeticidad en suconducci!n. %a estufa instalada en la planta de tratamiento de agua residual tieneun buen desempeño, al utili"arla, la reacci!n de los análisis de laboratorio es lamisma que usando una estufa el)ctrica, es más tiene la ventaja de aportar calor inmediatamente.

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%a utili"aci!n del biogás depende fundamentalmente de la producci!n que se

tenga y de la demanda energ)tica de la empresa, además del conocimiento de lasmáquinas que consumen la mayor parte de la energía en el proceso deproducci!n. -l estudio de los consumos de energía t)rmica y el)ctrica dan valorescon los cuales se puede obtener equivalencias en unidades energ)ticas,permitiendo diseñar su instalaci!n y su proveco industrial.

-l A&/ utili"ado como combustible para la planta de generaci!n de energía esposible rempla"arlo por biogás. /reviamente purificado y almacenado se lepueden dar las características necesarias para un reempla"o del CH. (e estim!que, con unas modificaciones en la entrada del combustible y en el filtro de aire,se logra una me"cla de A&/ y biogás que ace posible una combusti!n por compresi!n en los cilindros del motor que ace parte de la planta de generaci!nde energía.

/ara tener una presi!n adecuada en la utili"aci!n del biogás es necesario lainstalaci!n de un reservorio capa" de soportar sus condiciones físicas. -l uso deplástico de alta densidad es ampliamente reconocido en almacenamientos paradigestores de residuos s!lidos. ienen un buen desempeño, son sencillos dediseñar y su costo no es tan elevado como tanques de concreto o de acero.

%a cogeneraci!n es una erramienta importante e interesante que promete undesarrollo más amplio en nuestro país, permitiendo aorros considerables deenergía. -l uso de esta tecnología es viable en plantas que generen grandescaudales de biogás dado que la inversi!n inicial es alta. -n el caso de la empresa#aseosas del %lano esta alternativa no es viable ya que el estudio financieromostr! una baja rentabilidad y p)rdidas en los primeros años. Además de esto, seve necesario recurrir a pr)stamos lo cual incurre en mayores gastos ycomplicaciones para la empresa.

-l estudio financiero del proyecto demostr! que la alternativa del reempla"o del A&/ por el biogás es la más rentable. %os indicadores financieros así loindicaron , teniendo valores de IR Z;0H y </4 Z 68. 16. 69. -sto demuestraque el manejo $ual de combustible es una opci!n rentable sustituyendo uncombustible costoso que en las proyecciones de precios tiende a un al"aconsiderable. Además es importante rescatar que la inversi!n inicial para estecaso es muy llevadera y que sí se puede financiar un acondicionamiento delbiogás sin obtener p)rdida alguna.

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11. RECOMENDACIONES

%a purificaci!n del biogás en &olombia no está muy desarrollada debido al pococonocimiento que se tiene en el tema y al desperdicio de una alternativaenerg)tica importante. (e puede considerar que si estas t)cnicas se investiganprofundamente podrían e*pandir el concepto de la viabilidad econ!mica que tieneuna instalaci!n como esta y la utili"aci!n del biogás. /ara generar datos,específicamente para el m)todo utili"ado en esta tesis, es importante estudiar lacin)tica del medio filtrante cuando entra en contacto con el gas. ambi)n esimportante manejar otro tipo de medios filtrantes que puedan de una formara"onable remover impure"as del biogás.

%a utili"aci!n del biogás a nivel piloto es importante llevarla a cabo en espaciosdonde se puedan medir variables que afecten su comportamiento. /or ejemplollevar a laboratorio instalaciones para generar energía el)ctrica, lumínica paracomparar su desempeño con combustibles convencionales. -stas investigacionesayudarían a tener datos que comprueben el verdadero potencial del biogás,además de comprobar su alto poder calorífico.

/ara una mejor calidad del biogás es importante empe"ar a diseñar t)cnicas parala remoci!n del di!*ido de carbono que sean viables econ!micamente, ya queeste gas ocupa un espacio considerable. %as t)cnicas asta aora remitidas enliteratura son complejas y requieren de bastantes cantidades de agua para suremoci!n. -s posible utili"ar otros compuestos químicos que retengan este gas.

Adicionalmente previniendo la generaci!n de residuos peligrosos que se puedangenerar. -stos sistemas se podrían considerar en plantas que generen altoscaudales de biogás y que para su utili"aci!n requieran de su almacenamiento.

(e deberá continuar el perfeccionamiento del diseño del filtro de remoci!n del50(, mediante un estudio más profundo de su cin)tica y definici!n de cámaras defiltraci!n antes de su regeneraci!n. -sto podría desarrollarse con un diseñoestadístico confiable y buscando una financiaci!n certera.

-s importante considerar esta investigaci!n como base para instalar dispositivosde utili"aci!n del biogás en las plantas piloto que tiene la 7niversidad $e %a (alle,en los laboratorios de Ingeniería Ambiental. /artiendo de los parámetros de diseñoestipulados se puede considerar una aplicaci!n acad)mica interesante y uncomien"o a la iniciativa de nuevos proyectos en relaci!n con el biogás.

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/ara prevenir contaminaci!n atmosf)rica en el momento que se quiera renovar elmedio filtrante y utili"arlo nuevamente, es conveniente diseñar unidades medianteun estudio más profundo, ya que en el presente proyecto solo se mencionaron

algunas alternativas que eventualmente funcionarían. -ste tema daría para unainvestigaci!n, la cual debe tener en cuenta las diferentes variables que afectaneste tipo de o*idaci!n, así como las dimensiones adecuadas para que el a"ufre nose libere a la atm!sfera causando impacto a la comunidad circundante.

%a utili"aci!n del biogás en un motor $I-(-% es viable t)cnica y econ!micamente.(i bien se diseño la instalaci!n de esta alternativa es importante reali"ar losensayos sugeridos en el proyecto. -ntonces si se quiere aplicar un sistema $7A%de combustible, antes de ponerlo en marca, se debe prever la cantidad de A&/que se puede sustituir, para tener un mejor control en el suministro metano.

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A4-D+(

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ANE;O A. MEMORIA DE CÁLCULO

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MEMORIA DE CALCULO

#&%+" (#"$ % M($&

8orreción +or ele#ación

le#ación Villa#icencio & ),97

@e7+eratura Pro7edio & 298

P! ; 92177Bg

3((7l 8B) :

921mmHg

9,0mmHg

; 3,(mlCH)

3,(lCH)

: 22.', KgDQO ; ())'lCH h KgDQO

)

(.)5m3 h

F#+)$ L(("-$

250 :22.)@

;1.2( @ 8B)

. ;1.2( : 300Q C

;

3()lCH

KgDQO

293 :1, Cg "D KgDQO)

3()lCH)

:921mmHg

9,0mmHg

; 3,)mlCH)

3,)mlCH)

: 22.', KgDQO ; (3,).20mlCH h KgDQO

)

(.3,m3CH h)

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D"!P& F")(#& R&" 82S

'e+ Y50( LLL 'e( Y50+@0g Y 61g g Y 2g

g de 'e+ necesarios para o*idar el 50(

230mgH2S

>300l

; ,'000mgH

2

S ; ,'

gH2S

l h h h

,' grH S :

92 gFeO

; 0.1), grFeO h3) gH2S

1),.11 grFeO h

<olumen

1), grFeO

:h

5h

1 dia:

22dia; 1,0,0 gr me

1 me3

1,0,0 grFeO :cm

5.2 grFeO

; 30((.),cm3 FeO

?rea

R D2

);

R : J9.5

)

; )).19cm2

Altura -fectiva

5 Z30'0.' cm

)).19cm2

; 90cm

2

2

3

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R&" % 82S $#$ A'#&=$"(& %) /"&-!

Z 15.29mh :

230 g; 3512 gFeO h

m3

3512 gFeO

:h

5h

1 dia:

10dia; 195,05 gFeO

2 em

<olumen 'e+

M : 2.11;

H FeO

195,05 g

5.2 g cm3: 2.11 ; 91255cm

3

Altura

91255c73; 923.25cm ; 9.23m

'(.52c72

Vol!men Filtro &

'(.52cm2

: 155cm ; 15290cm3

; 0.015m3

Tiem"o de etención &

0.01573:

h

3.05)m3 :

3,00 eg

1h

; 1( ?eg

Velocidad &

1.557:

,0 eg ; 5.1,m 7in

1(seg 7in

3

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B$)$ % $(#"$ R&" 82S

ase "e clculo & ,'grh

,' grH S :1 gmolH

2

S ; 2.02' gmolH S

23) grH S

2

2.02' gmolH S :1 gmolFeO

; 2.02' gmolFeO1 gmolH

2S

2.02' gmolFeO :92 gFeO

1 gmolFeO

; 1),.0( gFeO

Salida Fe? &

2.02'g7olB2S :

32 gS

1 gmolH 2 S ; ,).') grS

,).') grS :1 gmolFeS

:32 gS

(( gFeS

1 gmolFeS

; 19(.5 grFeS

Salida B2

O &

2.02' gmolH2S :

2 gH 2

1 gmolH2S

; ).05( gH

).05( grH :1 gmolH

2O

:2 gH

1( gH2O

1 gmolH2O

; 3,.52 gH2O

2

2

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D"!'&!"" M%"& A/!&#/(

0 'e( Y +0 'e+ Y 0(

2@&antidad de 'e( que resultan de la reacci!n

19(mgFeS :1mgmolFeS

((mgFeS

; 2.02mgmolFeS

A#!fre &

2.02mgmolFeS :32mgS

1mgmolFeS ; ,).,)mgS h

,).,)mgS :h

h300l

; 0.215)mgS l

Norma$ocal ; 0.005 :921mmHg

:2'(Q

K

; 0.00) ""m

9,0mmHg

Por estequio7etria se tiene &

300Q K

2 FeS = O2

S 2 FeO = 2S

H2

= S S H2S ; 2 = 32 S 3)

3) gH2S

: ,) gS ; ,( gH S 32 gS

2

,( gH 2S : 0.00)

3) gH2S

; 0.00( ""m

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B$)$ % M$(#"$ &/+!(" B"&-!

8on#ertir el 7etano ali7entado a Cg7olh

N ; %V

;1.19 K"a : 0.3m

3

h; 1.3' :10

< ) Kgmol h

&T (.31) Kj Kgmol : 302 K

Como el !iogas tiene una co7+osició n de 55T en 7etano 6 2,T en 8 2 entonces se tiene &

U5

12.9) > 0.55 ; 9.,( :10 Cg7ol8B)h

9.,( :10U5

Cg7ol8B) h : 1,Cg

1Cg7ol8B)

; 0.0012 KgCH ) h ; 1.2 gCH ) h

3.,1:10U5

Cg7ol8 h)) Kg

1 KgmolCO 2

; 0.001) KgCO 2 h ; 1.) gCO 2 h

-oles de 2 '!e reacionan con el 8B ) de la corriente de ali7entación +ara una co7!ustión co7+leta sin

eIceso de aire &

9.,( :10U5Cg7ol8B ) h : 2 KgmolO 2

1 KgmolCH)

; 0.00015 KgmolO 2 h

0.00015 KgmolO 2 :32 gO

1 gmolO 2

; 0.00)' KgO 2 ; ).' gO2 h

0.9': 0.00015 KgmolO

0.212

; 5.,)2 :10< )

KgmolN h

-oles totales de aire & 9.1)2 :10U)

Cg7olh de aire

(ae de ?alida &

8 2 &

9.,( :10U5

Cg7ol8B) h :

12 KgC

1 KgmolCH)

; '.21:10< )

KgC h

'.21:10< )

KgC : 1 KgmolCO2

12 KgC

:)) KgCO

2

1 KgmolCO 2

; 3.39' :<3 gCO

2; 3.39' gCO

2 h

H 2 OJco7o #a+or de agua &

9.,( :10U5

Cg7ol8B) h : ) KgH

1 KgmolCH)

; 03092 gH h

0.3092 gH :1 gmolH

2O

2 gH :

1( gH2O

1 gmolH 2 O

; 2.9, gH 2 O h

2

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B$)$ D E#-*$ C&/+!(" %) /"&-!

/oder &aloríficoG

&51 Z9.;CC Scal Z 69.@2CSjResulta que el poder calorífico superior de este compuesto será e*presado AsíG

/.&.( Z ^ScalMm6JZ9.;CC[ <&51J/.&.(Z 9;CC[C.;;Z;00; ScalMm6

69@2C SjMm6 * C.;;Z021C.; SjMm6

X teniendo en cuenta la formaci!n de aguaG/.&.I ^ScalMm6J Z.;6C[ C.;;Z1892.; ScalMm6

6;88C SjMm6[C.;;Z

&51 Y 0+0 &+0 Y 050+ Y &alor

H = E c

= E "

; Q = )

H ; Q ; W Mi H

i< W M

i H

i al ent

H ; n H f H

2O = n H

fCO

2< n H

fCH

)< n H

fO

2

H B O ;

,(.319 Kcal

: 1).01) gmol ; '59.3' Kcal 2 gmol

H 82

H 8B)

;').152 Kcal

: 9 gmol ;,5'.,' Kcal gmol

;19.((' Kcal

: 9 gmol ;125.223 Kcal gmol

H ; J'59.3' Kcal = ,5'.,' Kcal L < J125.223 Kcal = 0L

H ; <1)'1.(5 Kcal

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C+#$! % D$%$ % E#-*$ E)(#"$

I(#$)&

=&#$#"&

DT1

>D*$ T"'&?

DT2 DT3 DT4 DT7

CL0 1; 1; C 1; 1;0L1 ;C ;C C 1; 1;1L8 ;C ;C C ;C ;C8L @C 2CC 2CC 2CC 2CCL2C 8C 9C 2CC @C C2CL20 9C 2CC 9C 21C C20L21 9C 2CC 21C 2CC 9C21L28 9C 9C 21C 2CC 2CC28L2 8C 2CC 2CC 2CC 21C

2L0C 8C 9C C 9C C0CL00 ;C ;C @C @C 8C00L01 1; 1; 8C 1; 1;otal @8C 92C 220C 9;; 92;

&onstruimos la tabla de potencia el)ctrica media para cada intervalo de tiempoG

I(#$)&=&#$#"&

DT1>D*$ T"'&?

DT2 DT3 DT4 DT7

CL0 9C 9C 28C 9C 9C0L1 2CC 2CC 28C 9C 9C1L8 2CC 2CC 28C 2CC 2CC8L 21C 0CC 0CC 0CC 0CCL2C 20C 2C 0CC 21C 28C2CL20 2C 0CC 2C 0C 28C20L21 2C 0CC 0C 0CC 2C21L28 2C 2C 0C 0CC 0CC28L2 20C 0CC 0CC 0CC 0C2L0C 20C 2C 28C 2C 28C

0CL00 2CC 2CC 21C 21C 20C00L01 9C 9C 20C 9C 9C

G

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%as tablas de frecuencia simple

&("$

%"$

F#+"$

>=&#$!$P&?

0C ;8C0CC 00882C 229128C ;8C21C 0020C 1;12CC 22609C 2@@0

%a tabla de frecuencias acumuladas

&("$!

8&#$! A++)$%$!

0C0CC2C28C21C20C2CC9C

;8C0081C0C1;C;1C0;;889@8C

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C+#$! D D$%$ % E#-*$ T#"$

Intervalo

orario

$2 $0 $6 $1 $;

CL0 6C 6C 00.; 6C 6;0L1 6C 6C 00.; 6C 6;1L8 6C 6C 00.; 6C 6;8L 6; 1C 0; 1C 1CL2C 6; 1C 0; ;C 1C2CL20 6; 1C 0; 8C ;C20L21 6C 6; 0; ;C ;C21L28 6C 6; 0; ;C 1C28L2 6C 6; 6C 1; 6;

2L0C 0; 6C 00.; 6C 6C0CL00 0; 0; 00.; 6C 6C00L01 0; 0; 00.; 6C 6Cotales 68C 69; 0; 1@; 1;C

&onstruimos la tabla de potencia media demandada para cada intervalo detiempo.

Intervalo

orario

$2 $0 $6 $1 $;

CL0 98 98 @0 98 2200L1 98 98 @0 98 2201L8 98 98 @0 98 2208L 220 20 C 20 20L2C 220 20 C 28C 202CL20 220 20 C 290 28C20L21 98 220 C 28C 28C21L28 98 220 C 28C 2028L2 98 220 98 211 220

2L0C C 98 @0 98 980CL00 C C @0 98 9800L01 C C @0 98 98

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%as tablas de frecuencia simpleG

&("$! 8&#$! $P&

29028C2112022098

C@0

80@0080

2;21201;0

200C80C

%a tabla de frecuencias acumuladas

&("$! F#+"$$++)$%$

29028C211

2022098C@0

80@118

068C1018@CC@90C;1C

C*&"$+* b(*g," #r(+!ra Al'!r&a'(-a

300 H%)50l h

; 135m3*iog+ h

1 H%

)0(al A8P-:

me

1me

2,d,a; 15.,'

(al d,a

15.9(al:

d,a

h

30(al 3

; 0.523h d,a Jfunciona7iento +ro7edio de la +lanta de

generación

0.523h:

135m

da Me tan o

; 90m3 -iog+

d,a h

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ANE;O B. DATOS DE GRÁFICOS

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edici!n biogás

iempoorasJ Hetano

C,; ;;2 ;62,; ;;0 ;6

0,; ;;6 ;;

6,; ;;1 ;6

1,; 1; 1;

iempoorasJ H &+0

C,; 002 06

2,; 000 08

0,; 006 00

6,; 081 0C

1,; 02; 00

iempoorasJ H 50(

C,; 0CC2 02C

2,; 06C0 0CC

0,; 296 0CC

6,; 29;1 29C

1,; 296; 296

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iempoorasJ 50( ppm

/resi!n cmca

C,; 0CC 222 02C 22

2,; 06C 220 0CC 2C0,; 29 226 0CC 20

6,; 29; 2C1 29C 9

1,; 296 ; 296 9

edici!n Remoci!n ?cido (ulfídrico

iempoorasJ 'iltro 2

'iltro 0 'iltro 6

C,; 02C 02; 0262 2; 29; 0CC

2,; 2;C 2@6 2900 260 210 2C

0,; 26; 206 2C66 C 26C @C

6,; 80 0 661 6; 1; 00

1,; 01 6; 20; 0C 22 2

iempoorasJ

'iltro 0 'iltro 6

C,; 20 0062 20 006

2,; 20 0260 20 0CC

0,; 2C 2906 2C 2C

6,; 22 2C61 2C @C

1,; 22 66; 20 00

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-ficiencia

iempoorasJ 'iltro 2

'iltro 0 'iltro 6

C,; ,@ 8,; @,12 29,8 2;,0 26,C2,; 61, 01, 28,;

0 10,8 02,@ 02,@0,; 12,6 18,; ;0,0

6 ;8,; 16,; 89,86,; @6,C ;8,; 86,;

1 @8,2 82,6 @6,C1,; 9,8 1, 91,

; 92,6 9;,0 99,8

edici!n metano salida 'iltros

iempoorasJ 'iltro 2

'iltro 0 'iltro 6

2 ;; ;; ;;0 1 ;6 ;06 1; ;C ;61 ;; 1 ;C; ;C ;6 ;C

edici!n di!*ido de &arbono salida filtros

iempoorasJ 'iltro 2

'iltro 0 'iltro 6

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ANE;O C. MANUAL DE OERACIÓN Y

MANTENIMIENTO

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MANUAL DE OERACIÓN Y MANTENIMIENTO

-l presente manual provee las pautas y los procedimientos básicos para operar ymantener las unidades que conforman el sistema de aprovecamiento del biogás.%as pautas a seguir para la puesta en funcionamiento de los equipos se resumenen la tabla 2.

A continuaci!n se describe la operaci!n y el mantenimiento de cada uno de losequipos del sistema

1. A##$K+

/ara el arranque de este sistema, se debe verificar que el reactor anaerobio7A(BJ este en funcionamiento y que este operando eficientemente. %uego sedebe observar si el biogás esta saliendo normalmente por la tubería de gas y quese est) quemando en la tea de manera completa. Xa verificando estascondiciones se procederá a abrir la válvula tipo bola que se encuentra al principiode la instalaci!n que se reali"!. -sta válvula permite utili"ar el sistema cuando seanecesaria la combusti!n del biogás en el laboratorio de la planta de tratamiento,en caso contrario se deja cerrada para que el gas siga su curso normal.

-n la figura 2 se observa la ubicaci!n de las válvulas y el esquema del sistema.

2. O'#$"

$urante la operaci!n del sistema se debe supervisar su correcto funcionamiento.4o deben e*istir fugas en la conducci!n del biogás que va de la captaci!n en latubería asta la estufa del laboratorio de la planta de tratamiento. -n la unidad deretenci!n del ácido sulfídrico se debe verificar que el medio absorbente no est)colmatado y que alla un flujo normal de biogás a trav)s de la torre de leco fijo.

Además se debe purgar la unidad para e*traer el agua que este represada en laparte inferior./ara la combusti!n del biogás en la estufa que se encuentra en el laboratorio sedebe abrir la válvula de seguridad que está tres metros antes, esta sirve comoprevenci!n de un escape cuando el biogás entra a su alimentaci!n.

-n la tabla 2 se aprecia las operaciones a seguir y las medidas de seguridad en laoperaci!n.

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(g$ra 1. sque7a *nstalación 4tiliXación iogs

CONENCIONES

1 @u!era de iogs P@A ,. -anguera YZ2. 8ollar de "eri#ación 9. A!rasadera

3. Nicle (. Vl#ula +urga Agua). Vl#ula A+ertura YZ '. Vl#ula ?eguridad YZ

5. Aco+le 10. stufa

T$/)$ 1. /autas a seguir para la puesta en funcionamiento de la planta

N&O'#$" N&/# TAREA

M%"%$! %S-+#"%$% )$

O'#$"

2<erificaci!ndel estado

de lasunidades

Revisar que las unidades seencuentren en buenestado, que no e*istanelementos e*traños.

0/reparaci!nde la unidadde remoci!n

+bservar que el materialabsorbente esteomog)neamente ubicado en latorre y que no este colmatadodel residuo ya que estogeneraría una baja en laeficiencia de la unidad

=ue no allan fugasen la estructura del%a torre y que tantola entrada como lasalida del biogásest)n erm)ticamenteselladas./urga de agua

6/uesta enarca del

(istema

Abrir la válvula que está alcomien"o de la combusti!n delbiogás. %uego de 0 minutosabrir la válvula que seencuentra antes de la estufapara que el biogás en ese lapsode tiempo alcance a llegar aeste punto.

Abrir el suministro de aire de laestufa para generar combusti!n.

-vitar el uso deventiladores y Aislar la instrumentaci!n devidrio y los aparatosel)ctricos mientras seest) quemando elbiogás.

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3. M$(""(&

-l mantenimiento, tal como renovaci!n del medio absorbente y limpie"a de latorre, debe ser reali"ado en lo posible por el operario de la planta de tratamiento.

-l mantenimiento de la torre se reduce a la limpie"a del mismo, pues es factibleque luego de su operaci!n puedan quedar residuos aderidos a las paredesinternas. %a renovaci!n del medio absorbente se debe acer en un leco o cámarade secado las cuales se e*pusieron en el capítulo 8. %as esponjillas que acen demedio absorbente deben ser dispuestas en la parte plana de la cámara para queel aire entre y estas se puedan o*idar y volver a utili"ar en el filtro. (in embargoeste procedimiento debe acerse asta que el material este ya gastado y sin lascondiciones dadas para la retenci!n del ácido sulfídrico, esto se logra observar porque a pesar de la o*idaci!n persiste un color caf) u oscuro en las esponjillas.-n la tabla 0 se da la lista de verificaci!n de mantenimiento.

T$/)$ 2. %ista de verificaci!n de mantenimiento preventivo del sistema dealimentaci!n.

C&'&( S+-#"$ I(!"%$%D"$#"$ S$$) M!+$)

&aptaci!n debiogás

Revisar fugasRevisar válvula deaperturaRevisar presi!n

&onducci!nbiogás

Revisar fugasRevisar válvula deseguridad

7nidad deRemoci!n 50(

Revisar fugasRenovaci!n delmedio filtrante/urga de agua%impie"a interiordel filtroRevisar flujo

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4. M%"%$! D &("-"$

-l sistema instalado en la planta de tratamiento, es susceptible de averías y deproblemas de operaci!n. %a mayor preocupaci!n en esta instalaci!n es la que

e*istan fugas tanto en la conducci!n como en la torre de remoci!n el ácidosulfídrico. -s importante revisar la instalaci!n y prevenir accidentes, ya que elmetano es altamente e*plosivo con el o*ígeno. /ara evitar esto, en la tabla 6 seproveen situaciones en las cuales puede ocurrir la e*plosi!n natural del metanofuera del sistema instalado.

T$/)$ 3. /osibles problemas en el sistema de utili"aci!n de biogás

#&/)$ C$+!$ S&)+"

-l sistema no arranca

2. -l reactor no está enfuncionamiento.

0. 5ay obstrucci!n en laválvula de apertura

2. -sperar a que allasuficiente vertimientopara poner a funcionar elreactor.0. $esarmar la captaci!ndel biogás, desajustandoel collar de derivaci!npara verificar si ayobjetos e*traños.

-l biogás no llega a laestufa del laboratorio

2. 5ay poca /resi!n enel sistema.

0. 5ay presencia defugas

2. -l operario deberásubir el caudal delreactor asta tener como

mínimo 20 cm.c.a.

0. Identificar la fuga ysellarla con líquido paratubería a gas

5ay olores ofensivoscuando se utili"a laestufa

2. -l medio del filtro estásaturado.

0. 5ay presencia defugas en la entrada o en

la salida del filtro.

2. -*traer el mediofiltrante y llevarlo a lacámara de o*idaci!n,limpiar el interior del filtro.

0. Identificar la fuga y

sellarla con líquido paratubería a gas

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ANE;O D. CATALOGOS

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ANE;O E. FACTURA DE ENERGÍA

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ANE;O F. ANALISIS DELABORATORIO

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