UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDAS FACULTAD
TECNOLGICAFSICA AMBIENTAL
ENERGA DE BIOMASA
JUAN CARLOS MANRIQUE . 20141579032 DIEGO ALBERTO PEZ B.
20142579074 LIZETH PREZ GARCA 20101079001
FISICA AMBIENTAL
HUMERTO GARCES
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDASFACULTAD
TECNOLOGICAINGENIERIA CIVIL2015BOGOTA D.CContenidoENERGA DE
BIOMASA1TABLAS3ILUSTRACIONES3OBJETIVOS4INTRODUCCIN5ENERGA
BIOMASA6FUENTES DE BIOMASA7LA BIOMASA COMO RECURSO
ENERGTICO8TRATAMIENTO DE LA BIOMASA8Procesos Fsicos8Procesos
Termoqumicos8Procesos Bioqumicos8Procesos Qumicos8RESIDUOS SOLIDOS
URBANOS9USO ELCTRICO DE LA BIOMASA9USO TRMICO DE LA BIOMASA10USO
MIXTO SIMULTNEO
TRMICO-ELCTRICO11Cogeneracin11Trigeneracin11VENTAJAS11INCONVENIENTES12ENERGA
DE BIOMASA EN COLOMBIA13GASIFICACIN DE LA BIOMASA14FASES DE LA
GASIFICACIN:15Esquema del proceso de gasificacin:15TIPOS DE
REACTORES EN EL PROCESO DE GASIFICACIN:15Lecho fijo:16Lecho
fluido:16APLICACIONES DE LA GASIFICACIN DE LA
BIOMASA17CONCLUSIONES17BIBLIOGRAFIA18
TABLAS
Tabla 1. Composicin residuos slidos urbanos9Tabla 2. Distribucin
residuos slidos urbanos9
ILUSTRACIONES
Ilustracin 1. Biomasa6Ilustracin 2. Planta de
combustin10Ilustracin 3. Produccin energa trmica con
biomasa11Ilustracin 4. Ciclo ideal del CO212Ilustracin 5. Mapa
biomasa de Colombia13Ilustracin 6. Procesos de extraccin y
transformacin de la Biomasa14Ilustracin 7. Char15Ilustracin 8
Esquema del proceso de gasificacin15Ilustracin 9. Reactores en la
gasificacin16Ilustracin 10 Planta gasificadora16
OBJETIVOS
Identificar como se trata la biomasa para generar energa, los
mtodos o procesos para tratarla. Reconocer como se trata la energa
de biomasa en Colombia. Conocer que es la energa Biomasa y la
importancia de la misma para as identificar por qu se debe
implementar o no. Conocer las principales ventajas y beneficios que
trae el uso de la energa biomas al planeta, y as mismo conocer que
desventajas e inconvenientes presenta. Comprender las principales
caractersticas del proceso de gasificacin de la biomasa,
clasificacin, usos y tecnologas para el aprovechamiento de este
mtodo de obtencin de energa.
INTRODUCCINEn la actualidad se han venido implementando
diferentes alternativas para la generacin de energa como
herramienta para el desarrollo sostenible de una sociedad,
obteniendo para este fin energas renovables, que aprovechan
diferentes recursos naturales, unas presentan mayor afeccin al
medio ambiente que otras, aportando ms gases con efecto
invernadero, o causan dao a la naturaleza, a especies de aves, y
muchos factores ms. Dentro de estas energas se ha venido
implementando la energa Biomasa que aprovecha la energa acumulada
en compuestos orgnicos, como los desechos o residuos, las plantas,
los animales, entre otros, obteniendo energa por medio de procesos
ecolgicos, algo importantsimos para la planta ya que se le estn
agotando los recursos energticos. Actualmente se utilizan en gran
cantidad los compuestos fsiles para obtener energa, siendo estos de
gran afeccin al medio ambiente, sin embargo deben ser reemplazados
por procesos de obtencin de energa que presenten mejores
condiciones para el medio ambiente y que incluyan recursos
naturales que no sean limitados, y que as mismo sea rentable su
implementacin.De esta manera como se ver en este trabajo la biomasa
podra llegar a reemplazar el uso de combustibles fsiles, ya que las
plantas utilizan los mismos componentes fundamentales de hidrgeno y
carbono que los combustibles fsiles, sin embargo, la biomasa sigue
siendo un recurso renovable sin explotar la mximo. As mismo se
mostraran las caractersticas principales de esta energa y de sus
usos, mostrando las ventajas y desventajas de implementarla.
ENERGA BIOMASA
Se llama energa Biomasa a toda aquella energa proveniente de
compuestos orgnicos (residuos orgnicos), generados por actividades
agrcolas, pesqueras, industrias madereras, papeleras, residuos
orgnicos de la ciudad y la industria, en si toda materia orgnica de
origen vegetal y animal, que posee energa y es aprovechada mediante
procesos naturales o artificiales.La Biomasa hace referencia a la
energa solar, convertida en materia orgnica por la vegetacin, que
se puede recuperar por combustin directa o transformando esa
materia en otros combustibles, como alcohol, metanol o aceite.
Tambin se puede obtener biogs, de composicin parecida al gas
natural, a partir de desechos orgnicos. De esta manera el
combustible de biomasa utiliza la energa de las plantas u otros
residuos y la convierte de manera que se pueda usar para generar
energa o para alimentar un automvil.Las plantas, y los animales,
almacenan energa gracias a la fotosntesis, que tiene lugar en
presencia de la luz solar en combinacin con agua, sales minerales y
dixido de carbono. Siendo as una de las principales fuentes de
energa las plantas, las cuales durante la fotosntesis, generan
carbohidratos: azcares y almidones. Estos compuestos almacenan
energa en los enlaces que los mantienen unidos. Esta energa
almacenada es aprovechada y se libera cuando se queman estas
plantas. El oxgeno del aire se combina con el carbono de las
plantas y libera energa, agua y dixido de carbono (CO2).
Ilustracin 1. BiomasaLas principales caractersticas de la
Biomasa como recurso energtico son: Es un recurso renovable que
puede ser desarrollado sosteniblemente en el futuro. Posee
excelentes caractersticas desde el punto de vista medioambiental.
Puede tener un potencial econmico significativo, teniendo en cuenta
el progresivo aumento del precio de los combustibles fsiles
Podemos decir que la biomasa es una energa con una gran
versatilidad, ya que existen muchos tipos de residuos que se pueden
aprovechar para la obtencin de energa, siendo as una energa
renovable desde que se realice adecuadamente
FUENTES DE BIOMASA
Existe gran variedad de residuos y compuestos que se pueden
utilizar para la obtencin de energa, entre ellos se encuentran:
Residuos agrarios: Se transforman para obtener combustibles
lquidos. Residuos animales: estircol, purines, camas o, tambin,
descomposicin de animales muertos o restos de mataderos. Se
transforman para obtener biogs del tipo metano, que se usa como
combustible para producir electricidad. Residuos forestales
Residuos industriales: Provienen de la industria maderera y
papelera, siendo utilizados como combustible dentro del mismo
sector que los produce, de la agrcola y agroalimentaria: frutos
secos, aceite de oliva, etc. Cultivos vegetales concretos para este
fin: Cultivos tradicionales: cultivos clsicos que se utilizan con
fines alimenticios o industriales y se emplean para obtener energa
con plantaciones del tipo leoso: eucaliptos, lamos, sauces,...
Cultivos poco frecuentes: aquellos que han empezado a desarrollarse
de forma masiva por su inters energtico: cardos, helechos, girasol,
piteras,... Cultivos acuticos: Algas y jacintos de agua
Combustibles lquidos: Plantas leosas que son transformadas en
combustibles alternativos semejantes a la gasolina, pero que apenas
producen impacto ambiental: palma, caucho,... Residuos slidos
urbanos: Generados como consecuencia de la actividad humana: RSU y
ARU (aguas residuales urbanas). Se tratan con varias tcnicas:
eliminacin por vertedero: reciclaje-compostaje, e incineracin con
recuperacin de energa. LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGTICO
La energa de biomasa tiene tres aplicaciones para ser utilizada,
estas son, como calefaccin, para generar energa elctrica o como
combustible de vehculos. Para lograr dichas aplicaciones, la
biomasa debe ser tratada de diferentes maneras.
TRATAMIENTO DE LA BIOMASA
La Biomasa puede ser sometida a diferentes tipos de procesos,
segn sea el producto que queremos obtener, siendo as, dichos
tratamientos pueden ser:Procesos Fsicos Compactacin: Reduccin de
volumen para su tratamiento directo como combustible. Secado: para
realizar posteriormente un tratamiento trmico.Procesos Termoqumicos
Combustin directa de la biomasa con aire: Al quemar la biomasa, se
obtiene calor que se puede utilizar como calefaccin, o para
producir vapor que mueve una turbina para producir electricidad.
Pirolisis: Consiste en el calentamiento de la biomasa sin presencia
de oxgeno, as la materia orgnica se descompone obteniendo productos
finales mas energticos. Gasificacin: Oxigenacin parcial o
hidrogenacin, que permite la obtencin de hidrocarburos.Procesos
Bioqumicos Fermentacin alcohlica (aerobia): se transforma la
glucosa en etanol, resulta bioalcohol, el cual es un combustible
para vehculos. Fermentacin anaerobia: Se fermenta la biomasa por
largo tiempo y con ausencia de oxgeno, origina productos gaseosos
(biogs), los cuales son principalmente metano y dixido de carbono,
estos se utilizan para activar motores de combustin o
calefaccin.Procesos Qumicos Transformacin de cidos grasos: Se
transforman aceites vegetales y grasas animales en una mezcla de
hidrocarburos mediante procesos qumicos no biolgicos para crear un
producto llamado Biodiesel, que sirve de combustible. Tanto el
Bioalcohol, el biogs y el biodiesel se llaman biocombustibles.
RESIDUOS SOLIDOS URBANOS
Son aquellos residuos slidos generados por la actividad domstica
en los ncleos de poblacin o zonas de influencia. Para tratar estos
residuos, existen 4 mtodos: Incineracin: Se queman los
combustibles, para obtener energa elctrica o trmica, o fermentar
los residuos para obtener biogs. Vertido controlado: Se entierran
los residuos para evitar la contaminacin del medio ambiente.
Compostaje: Se fermentan los residuos orgnicos para obtener biogs o
emplearlo como abono. Reciclado: Se separan y clasifican los
materiales que puedan ser utilizados como materia prima para
producir otros productos.La composicin de los residuos slidos
urbanos estn distribuidos de la siguiente manera.Tabla 1.
Composicin residuos slidos urbanos
A continuacin se presenta la forma como se distribuyen los
residuos slidos urbanos.Tabla 2. Distribucin residuos slidos
urbanos
USO ELCTRICO DE LA BIOMASA
Para la obtencin de energa elctrica a travs de la energa de
biomasa, se necesitan de instalaciones que requieren una gran
inversin econmica, de hecho, los rendimientos son mayores, cuanto
mayor sea la potencia, y para mayor potencia se necesitan de
plantas mayores.El proceso de generacin de energa elctrica comienza
por recibir la biomasa en forma de alpacas que son depositadas en
una banda transportadora, que a su vez las lleva a la caldera. En
la caldera caen en una parrilla vibratoria que favorece la
combustin y la evacuacin de inquemados, dicha combustin el agua que
circula por las tuberas convirtindola en vapor. El vapor resultante
mueve la turbina que se encuentra conectada al generador que
produce electricidad a una tensin, y que posteriormente se
transforma a una mayor tensin para su incorporacin a la red.Por
ltimo, los inquemados acumulados en el fondo de la caldera son
evacuados a un vertedero autorizado, y las cenizas volantes son
retenidas en un filtro y utilizadas como fertilizantes
agrcolas.
Ilustracin 2. Planta de combustin
USO TRMICO DE LA BIOMASA
La idea es la quema de la biomasa para generar energa trmica.
Sus aplicaciones son de producir calor, calentar agua sanitaria y
en casos excepcionales se produce frio. En los lugares en donde se
trata para producir energa trmica son: Instalaciones industriales.
Instalaciones de sector domstico y de servicios con alta
centralizacin. Edificios pblicos teles como colegios, hospitales,
centros administrativos, etc. Edificios de viviendas con servicios
de calefaccin y agua caliente centralizados. Sistemas de redes
urbanas, centralizadas o de distrito.
Ilustracin 3. Produccin energa trmica con biomasa
USO MIXTO SIMULTNEO TRMICO-ELCTRICO
Para aprovechar la biomasa en la generacin de energa elctrica y
trmica simultneamente, se utilizan los procesos de cogeneracin o
trigeneracin.CogeneracinProceso en el cual se genera energa
elctrica y trmica simultneamente, y que adems aumenta el
rendimiento de produccin de estas. La explicacin del aumento de
rendimiento en este proceso, es debido a que en otros procesos la
generacin de energa elctrica solo se aprovecha entre el 25% al 46%
del calor y el resto va a parar a la atmosfera, a diferencia, de
que en el proceso de cogeneracin, ese calor sobrante se aprovecha
para la generacin de energa trmica.TrigeneracinEs el mismo proceso
de Cogeneracin, a diferencia de que en este se produce a dems frio.
Dicho fro se obtiene a partir de calor por medio de sistemas de
refrigeracin por absorcin, en el cual se utilizan las sustancias
que absorben calor al cambiar de estado de lquido a gaseoso; en un
sistema de refrigeracin por absorcin, se necesita una temperatura
mnima de 80C para funcionar, y se obtiene agua de descarga a unos
40C a 50C, y agua de refrigeracin a unos 0C a 4C.
VENTAJAS Soluciona los problemas que acarrea la destruccin
incontrolada de los residuos Disminuye el riesgo de incendios en
los bosques Su uso significa una reduccin en el consumo de otras
fuentes de energa no renovables, tales como el carbn o el petrleo
Disminucin de las emisiones de azufre. Disminucin de las emisiones
de partculas. Emisiones reducidas de contaminantes como CO, HC y
NOX. Ciclo neutro de CO2, sin contribucin al efecto invernadero.
Reduccin del mantenimiento y de los peligros derivados del escape
de gases txicos y combustibles en las casas. Reduccin de riesgos de
incendios forestales y de plagas de insectos Aprovechamiento de
residuos agrcolas, evitando su quema en el terreno. Posibilidad de
utilizacin de tierras de barbecho con cultivos energticos. Mejora
socioeconmica de las reas rurales. INCONVENIENTES Se corre el
riesgo de que, por una falta de control, se lleven a cabo talas
excesivas que agoten la masa vegetal de una zona Rendimiento neto
muy pequeo, 3 kg de biocombustible equivalen a 1kg de gasolina El
alto grado de dispersin de la biomasa da lugar a que su
aprovechamiento no resulte, en ocasiones, econmicamente rentable.
Al emplearse cereales para producir biocombustibles, ha aumentado
la demanda de stos, con lo cual sube el precio de los alimentos,
perjudicando principalmente a los pases menos desarrollados se
libera CO2en la atmsfera aunque en menor cantidad que usando
compuestos fosiles. El CO2liberado por la combustin de la biomasa
es absorbido por las plantas cultivadas para producirlo. Por
consiguiente, el combustible de biomasa se considera "carbono
neutral". Sin embargo, se usan compuestos fsiles para los
diferentes procesos, se utilizan en todas las etapas de la
produccin de biomasa: crecimiento, cultivo, embarque y
procesamiento de la planta. De esta manera la biomasa no producir
100% carbono neutral hasta que todas las fases del proceso no usen
combustible renovable.
Lo ideal de la biomasa es que todo el CO2 sea absorbido
nuevamente por las plantas, sin embargo esto no ocurre al 100% ya
que se siguen utilizando fsiles en los procesos utilizados para la
transformacin de la biomasa.
Ilustracin 4. Ciclo ideal del CO2ENERGA DE BIOMASA EN
COLOMBIA
Aunque se sabe que de todas las energas renovables, la mejor
utilizada es la de biomasa, que representa el 14% del consumo
energtico global, en Colombia solamente se tienen estudios
preliminares, de los cuales los ms representativos son: Bagazo de
la caa: Se estima una produccin anual cercana a los 7.5 millones de
toneladas de bagazo, gran parte se emplea en actividades de
produccin de calor. La capacidad instalada de sistemas (calderas
cogeneracin) que aprovechan el bagazo de caa.
Cascarilla de arroz: Se producen ms de 457.00 toneladas al ao;
los principales productores son los Santanderes, los Llanos
Orientales y la Costa Atlntica.
Hacen falta estudios del potencial de los cultivos y de
produccin de residuos vegetales, y conocer censos sobre la poblacin
animal que permitan saber los lugares en donde seria posible
implementar los sistemas para el aprovechamiento de este recurso.
Se han realizado mapas de biomasa en Colombia, en 1987 el IGAC
realiz una aproximacin del mapa de cobertura vegetal en el pas, y
clasific la vegetacin en: Bajo: pastos, pajonales, pramos y nieves
perpetuas, vegetacin xeroftica, pantanos y cinagas, arbustos,
ciudades, ridos. Medio: pastos densos, pastos con cobertura rala,
cultivos, rastrojos, miscelneos, banano, caf, palma africana,
frutales. Alto: bosques primarios, intervenidos, plantado y
caa.
Ilustracin 5. Mapa biomasa de ColombiaEn la ilustracin anterior
los lugares ms oscuros hacen relacin a alta densidad de materia de
biomasa, y los ms claros, se refieren a los de menor densidad de
materia de biomasa. El potencial energtico de la biomasa anual de
Colombia est estimado cerca de los 16 GWh, mucho menos que el 0.1%
de la produccin elctrica actual. El potencial est distribuido como
sigue: 11,828 MWh/ao de residuos agrcolas. 2,649 MWh/ao de
bioetanol. 698 MWh/ao de los residuos de las zonas forestales
naturales. 658 MWh/ao de biodiesel. 442 MWh/ao de los residuos de
bosques plantados.
GASIFICACIN DE LA BIOMASA
La gasificacin de la biomasa radica fundamentalmente en el
concepto de convertir a partir de procesos trmicos la biomasa, en
un gas combustible. Por lo general este tipo de gas no tiene mucho
poder calorfico ya que viene de un aprovechamiento indirecto de la
biomasa , pero sus aplicaciones energticas son diversas, como a
travs de su combustin obtener energa elctrica o trmica.
(Calefaccin, electricidad, productos qumicos etc.)
Ilustracin 6. Procesos de extraccin y transformacin de la
Biomasa
Teniendo una cantidad de biomasa a la cual se le realiza un
proceso de gasificacin se generan 3 componentes: gas combustible,
Hidrocarburos pesados y residuos slidos.
FASES DE LA GASIFICACIN: Fase de secado: Biomasa + calor ->
biomasa seca + vapor de agua Fase de Pirolisis: Biomasa seca +calor
-> Char+Co+Co2+C2H4+ Alquitran Fase de oxidacin: gasificacin de
la Char
Ilustracin 7.
CharChar+O2+H2O(v)->CO2+CalorChar+CO2+Calor->2COChar
+H2O(v)+Calor->CO+H2
Esquema del proceso de gasificacin:
Ilustracin 8 Esquema del proceso de gasificacin
TIPOS DE REACTORES EN EL PROCESO DE GASIFICACIN:
Durante el proceso de gasificacin podemos encontrar diferentes
tipos de agentes reactores. En funcin del agente gasificante
tenemos al aire, oxgeno y vapor. Respecto al los procesos de presin
tenemos reactores atmosfricos y presurizados. Tambin existe un
aporte trmico y estos reactores son directos (aportados por el
material ) e indirectos (energa externa). Como punto final tenemos
reactores en funcin del diseo , como lo son lecho fijo y
fluido.Lecho fijo: Las tecnologas ms utilizadas son el updraft y el
downdraft. En un gasificadorupdraftel aire y la biomasa van a
contracorriente, a diferencia de este, la tecnologadowndraft, o de
corriente descendente, los flujos de biomasa y agente gasificante
van en la misma direccinLecho fluido: En el lecho fluido
encontramos como las tecnologas mas utilizadas la gasificacin :
burbujeante circulante. En un gasificador de lecho fluido
burbujeante, el combustible es alimentado por la parte superior o
lateral, el agente gasificante (aire, oxgeno, vapor de agua, dixido
de carbono o una mezcla de ellos) es adems el gas de fluidizacin y
es introducido por la parte inferior del reactor.
Ilustracin 9. Reactores en la gasificacin
Ilustracin 10 Planta gasificadoraAPLICACIONES DE LA GASIFICACIN
DE LA BIOMASA
Gasificar la biomasa presenta muchas ventajas y versatilidades
de uso. Desde proporcionarle energa a calderas, motores y turbinas
para la produccin de calor y electricidad, hasta la sntesis de
combustibles lquidos, petroqumicos y fertilizantes. Adems vale
aadir que la biomasa es de fcil almacenamiento, genera un bajo
impacto ambiental y se reduce notablemente la produccin de gases de
efecto invernadero.Tambin Las dificultades asociadas al empleo de
biomasa se trasladan al gasificador, ms flexible que la caldera y
que admite variaciones en las caractersticas de la biomasa, Adems
de que comercialmente hablando se podran ofertar los derechos de
Co2.
CONCLUSIONES
Se conoci La biomasa considerada como una energa renovable y de
explotacin viable para el paneta, ya que convierte los residuos en
recursos energticos, ayudando en gran parte al medio ambiente
liberndolo de estos desechos, y aprovechndolos para obtener energa,
teniendo una gran versatilidad como recurso energtico dada la
variedad de materiales que pueden ser transformados en combustibles
slidos, lquidos y gaseosos, utilizando procesos biolgicos y
termoqumicos de conversin. Se identifica que el principal motivo
para usar la biomasa como fuente energtica es su condicin de
combustible renovable, que adems no emite CO2, sin embargo en este
momento esto no es del todo cierto ya que no se usa combustible
renovable en todos los procesos de obtencin de energa, y se sigue
emitiendo CO2 a la atmosfera, claro que en menor cantidad comparada
a la emitida usando compuestos fsiles. Se identificaron los mtodos
en los cuales se trata la biomasa para producir energa elctrica,
trmica o combustibles. Los mtodos o procesos a utilizar dependen de
la energa que se desea obtener. Los mtodos ms eficaces son el de
cogeneracin y el de trigeneracin, debido a que son los de mayores
rendimientos y son los que aprovechan ms los recursos de biomasa.
En Colombia actualmente existe un gran potencial de biomasa que
podra ser utilizada para la generacin de energa, pero
desgraciadamente, actualmente tan solo se tienen estudios acerca
del trabajo de esta. EL proceso de gasificacin ha demostrado ser un
mtodo til del aprovechamiento de la biomasa, y su eficiencia radica
en la calidad de los procesos de calentamiento y control de flujo
del material para obtener energa limpia. A pesar de esto, los
componentes resultantes de este proceso no proporcionan la cantidad
de energa comparable con el obtenido del uso de combustibles de
origen fsil.
BIBLIOGRAFIA
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