UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Unidad lztapalapa

División de Ciencias Básicas e Ingeniería

POTENCIAL NACIONAL DE GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA UTILIZANDO EL BIOGAS DE RELLENOS

SANITARIOS COMO COMBUSTIBLE.

PROYECTO TERMINAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN ENERGIA

PRESENTA:

MANUEL IVAN ANGLES

ASESOR:

M.I. ALBERTO VALDES PALAC

México, D.F., 1998.

DEDICATORIA

A MIS PADRES

Y

MI QUERIDO HERMANO, MIGUEL ANGEL

por su inspiración, estímulo y sustento.

Mis mayores gracias:

A Dios, por iluminarme y acompañarme en este camino.

A la UAM por complementar mis conocimientos para ser un ingeniero.

A mi asesor de proyecto:

M.I. Alberto Valdés Palacios

cuya orientación y valiosos consejos permitieron la realización de esta obra.

A mi familia por su apoyo en los momentos difíciles.

A mis amigos y compañeros con mi más sincero afecto.

INDICE

INTRODUCCION 1

CAPITULO 1. ASPECTOS BASICOS

1.1 Metanogénesis 1.2 Biodigestores y rellenos sanitarios 1.3 Parámetros de regulación 1.4 Composición y propiedades del biogás 1.5 Aplicaciones del biogás 1.6 Beneficios ambientales

CAPITULO II. PRODUCCION DE BIOGAS

2.1 Por substratos animales y vegetales 2.2 Por residuos sólidos municipales

11 13

CAPITULO 111. POTENCIAL DE GENERACION DE BIOGAS EN MEXICO

3.1 Tasa de disposición de desechos 15 3.2 Composición física de los residuos sólidos municipales 17 3.3 Material biodegradable en los residuos sólidos municipales 17 3.4 Tasas de producción de biogás 20 3.5 PC1 del biogás generado 21 3.6 Potencial energético del biogás generado 21

CAPITULO IV. TECNOLOGIA PARA LA COMBUSTION DE BlOGAS

4.1 Motores Otto 4.2 Modificación de un motor Otto para utilizar biogás 4.3 Motores diesel 4.4 Modificación de un motor diesel para utilizar biogás 4.5 Tratamientos de purificación del biogás

CAPITULO V. ANALISIS ECONOMICO

5.1 Parámetros utilizados en la evaluación económica 5.2 Análisis después de impuestos 5.3 Análisis de sensibilidad

23 25 27 29 32

34 36 37

5.4 Criterios utilizados para evaluar los beneficios del sistema de generación propuesto 37

5.5 Inversiones y costos 38

CAPITULO VI. ESTUDIO DE PREVlABlLlDAD EN SANTA CATARINA

6.1 Relleno sanitario Santa Catarina 6.2 Tasa de disposicón de los desechos 6.3 Vida útil estimada para la generación de biogás 6.4 Tecnología a emplear para este estudio 6.5 Análisis de capacidad y número de equipos a instalar

recomendables 6.6 Inversiones y costos 6.7 Criterios utilizados para la evaluación económica 6.8 Análisis económico

41 41 41 41

42 43 44 44

CONCLUSIONES 46

BlBLlOGRAFlA 47

ANEXOS

INTRODUCCION

Uno de los problemas que agobia a las grandes ciudades en la actualidad, es el manejo y disposición final de los residuos sólidos municipales ( RSM ) que generan sus habitantes. Según datos de la Secretaría de Desarrollo Social publicados en el Informe de la Situación General en Materia de Equilibrio Ecológico y Protección del Ambiente, 1991-1992, “ en la ciudad de México se producían 370 g de RSU percápita en 1950. En 1993 se estima que en el Distrito Federal se generarían cerca de 11,000 ton/día, de las cuales cada habitante fue responsable de producir más de 1 kg. Si se considera el total de la zona Metropolitana de la Ciudad de México, el volumen actual asciende a cerca de 19,000 ton/día y para el año 2,000 se calcula que se producirán 25 mil ton/día, de las cuales 48% corresponderán al DF y 52% a los municipios conurbados”. Esto conlleva a buscar alternativas de solución de la problemática de la disposición final de estos residuos.

Generalmente la disposición se ha hecho en tiraderos a cielo abierto, con todas las complicaciones ecológicas y sanitarias que esto implica.

Una alternativa a lo anterior, es la implementación de rellenos sanitarios diseñados cumpliendo todas las normas técnicas requeridas. Un relleno sanitario es un sitio previamente seleccionado, en el que se depositan los residuos sólidos urbanos, el cual debe cubrir, entre otros, los siguientes requisitos:

Debe localizarse en un sitio totalmente impermeabilizado, ya sea natural o artificialmente, para evitar que los lixiviados se filtren al manto freático. Las zonas de recarga de acuíferos o fuentes de abastecimiento de agua potable, deben encontrarse a una distancia mayor de 1,000 metros, aguas arriba del sitio elegido. El sitio deberá ubicarse fuera de zonas de inundación con taludes inestables y con asentamientos diferenciales y en el sitio debe existir suficiente material adecuado para realizar la cobertura diaria de los residuos depositados.

En un relleno sanitario en el que los residuos son confinados mediante el sellado del mismo, se presenta el fenómeno de la descomposición anaeróbica (en ausencia de oxígeno) de los residuos orgánicos biodegradables. Esto provoca la generación de gas metano junto con otros gases, que reciben el nombre de biogás. Este biogás, dependiendo de la cantidad de metano, puede contener un alto poder calorífico.

Su migración y la presencia de oxígeno (en concentraciones del orden de 14%) conlleva un riesgo de explosión, por lo tanto resulta peligroso si se acumula en lugares habitados y cerrados. Por lo anterior, en los rellenos sanitarios se debe diseñar un sistema de recuperación de biogás, que limite los peligros asociados a su fuga incontrolada.

1

El gran volumen de biogás producido por toda la masa de residuos biodegradables acumulados en los grandes rellenos hace económicamente atractiva su recuperación como un recurso energético. Este gas puede quemarse en calderas y generar vapor o utilizarse en turbinas de gas o motores de combustión interna para generar energía mecánica y subsecuentemente energía eléctrica.

En el presente estudio se determina el potencial de generación de energía eléctrica utilizando el biogás de los rellenos sanitarios como combustible en todo el territorio nacional y se espera que sirva como una guía para el desarrollo de estudios de factibilidad en rellenos sanitarios.

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CAPITULO I AsPectos Básicos

En el proceso de metanogénesis, desperdicios orgánicos o biomasa con alto contenido de humedad se alimentan a un recipiente llamado digestor biológico. Por la acción de microorganismos adecuados la materia orgánica se transforma en biogás, que puede aprovecharse como combustible reduciendo la contaminación ambiental producida por la disposición de desechos no tratados. Por lo tanto, un conocimiento de los procesos fundamentales envueltos en la generación de biogás es necesario para planear su utilización como energético, considerando al relleno sanitario como el biodigestor.

1 .I Metanogénesis

La biodigestión se realiza en tres procesos degenerativos:

0 Hidrólisis enzimática. Es el primer paso en el cual la materia orgánica es enzimolizada externamente por enzimas extracelulares (celulosa, amilasa, proteasa y lipasa) de microorganismos. Las bacterias descomponen las largas cadenas de carbohidratos complejos, proteínas y lípidos en pequeñas partes . Por ejemplo, los polisacáridos se convierten a monosacáridos; las proteínas se dividen en péptidos y aminoácidos.

0 Acidificación. La bacteria productora de ácidos convierte los productos de la hidrólisis en ácidos orgánicos volátiles, como el ácido acético (CH3COOH), butírico y propiónico, además de hidrógeno (Hz) y bióxido de carbono (Coz). Para producir ácido acético necesitan oxígeno y carbono; por lo que usan el oxigeno disuelto en la solución. Así se crea una condición anaerobia la cual es esencial para los microorganismos productores de metano. Además, ellas reducen los componentes con un bajo peso molecular en alcoholes, ácidos orgánicos, aminoácidos, bióxido de carbono, sulfur0 de hidrógeno y trazas de metano.

0 Metanación. La bacteria metanogénica, es decir, productora de metano, descompone los compuestos con un bajo peso molecular. Por ejemplo, ellas utilizan hidrógeno, bióxido de carbono y ácido acético para formar metano y bióxido de carbono. Son anaerobias y muy sensibles a los cambios ambientales.

3

1.2 Biodigestores y rellenos sanitarios

Según la forma de alimentación pueden distinguirse dos tipos diferentes de biodigestores: intermitentes y continuos. Cuando la alimentación es intermitente el digestor se llena y se cierra. La producción de biogás se manifiesta algún tiempo después, alcanza un máximo y vuelve a declinar. AI llegar a una producción muy pequeña de biogás el digestor se destapa, se limpia y se cierra nuevamente para repetir el ciclo. Esto ocurre típicamente cada 3 o 6 meses. En los digestores de alimentación continua, una vez establecidas las condiciones normales de operación, la materia orgánica se alimenta diariamente (una o dos veces por día) de acuerdo al volumen del digestor y al tiempo de retención de diseño.

Un relleno sanitario es un tipo de biodigestor intermitente que requiere planeación detallada, construcción cuidadosa y operación eficiente. En el relleno sanitario se depositan desechos sólidos cubriendo un área específica en capas delgadas, éstos inmediatamente después se compactan a volúmenes mucho más pequeños, cubriéndolos periódicamente con tierra o con un material sustituto de tal forma que minimice los problemas ambientales.

La vida activa de un relleno sanitario es muy larga aún después de que éste ya esté cerrado. La estabilización de los desechos comienza poco después de que se colocan en el relleno, pero termina mucho después de que el relleno se cierre. Es de suma importancia el diseño y construcción del relleno, para evitar fugas de lixiviados y gases que se forman durante el proceso de descomposición de los desechos orgánicos.

Las etapas del proceso de un relleno sanitario son: selección del lugar, diseño, construcción y operación, clausura y monitoreo durante un largo tiempo. El monitoreo del relleno sanitario se debe principalmente al biogás que se está liberando durante el proceso de estabilización de la basura.

Este gas si no es controlado puede resultar un grave peligro para la salud humana y el ambiente, por lo tanto se recupera mediante un equipo especial que debe instalarse adecuadamente para evitar fugas.

1.3 Parámetros de regulación

La actividad metabólica envuelta en la metanación microbiológica depende de los siguientes factores:

0 Temperatura del substrato

Nutrientes disponibles

4

O Tiempo de retención

O Nivel de pH

Inhibición de nitrógeno y relación C/N

O Contenido de sólidos y agitación

O Factores inhibidores

Debido al hecho de cada uno de los tipos de bacterias responsables de los tres pasos de la metanogénesis es afectada diferentemente por estos parámetros, y de que probablemente haya efectos interactivos entre varios de los factores, no existe un dato cuantitativo preciso de la producción de biogás como función de estos factores.

1.3.1 Temperatura del substrato

Rango de temperatura de la digestión anaeróbia

La fermentación anaerobia requiere una temperatura ambiente entre 3°C y aproximadamente 70°C. Generalmente se hace una diferenciación entre tres rangos de temperatura. Aunque existen diversos valores de estos rangos se puede considerar que el rango de temperatura sicrofílico esta situado por abajo de los 2OoC, el mesofílico entre 20°C y 40°C y el termofílico por arriba de los 40°C.

Temperatura promedio mínima

La actividad metabólica de las bacterias normalmente se incrementan con la temperatura. Sin embargo, la cantidad de amoníaco libre también se incrementa, inhibiendo o reduciendo el funcionamiento biodigestivo. En general, una diseminación de biogás es sólo factible cuando la temperatura media anual es alrededor de 20°C o cuando la temperatura diaria promedio es al menos 18°C. Dentro del rango de 20-28°C la producción de gas se incrementa proporcionalmente. Si la temperatura esta por abajo, la metanogénesis disminuirá lentamente.

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Cambios de temperatura

El proceso de biometanación es muy sensible a cambios de temperatura. El grado de sensibilidad depende del rango de temperatura. Breves fluctuaciones que no excedan los siguientes límites no afectan los procesos de fermentación:

0 sicrofílico: 2"C/h mesofílico: I"C/h

0 termofílico: 0.5"C/h

Las fluctuaciones de temperatura entre el día y la noche no son gran problema en los rellenos sanitarios, los cuales están construidos debajo de la tierra, porque la temperatura de la tierra a profundidades menores a un metro es prácticamente constante.

1.3.2 Nutrientes disponibles

Debido a su crecimiento, las bacterias requieren ciertos nutrientes salinos (nutrientes minerales). Además de carbono, oxígeno e hidrógeno, la generación de biogás requiere un adecuado suministro de nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio y ciertas trazas de hierro, manganeso, molibdeno, zinc, etc. Substratos normales como residuos agrícolas o aguas de desecho municipales usualmente contienen cantidades adecuadas de los elementos mencionados. Por otra parte, una excesiva concentración de alguna de estas substancias puede tener efectos inhibidores.

1.3.3 Tiempo de retención

El tiempo de retención solo puede ser definido exactamente para biodigestores de tipo intermitente, entre los cuales se encuentran los rellenos sanitarios. Para sistemas continuos, los cálculos están basados sobre un tiempo de retención medio, determinado por la división del volumen del digestor entre la tasa de efluente diaria. La selección de un adecuado tiempo de retención depende de la temperatura del proceso y del tipo de substrato usado.

1.3.4 Valor de pH

Las bacterias metanógenas viven mejor bajo condiciones neutrales o ligeramente alcalinas. Una vez que el proceso de biodigestión se ha estabilizado, bajo

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condiciones anaeróbias, el pH se normalizará tomando un valor entre 7 y 8.5. Si el pH cae por abajo de 6.2, el medio tendrá un efecto tóxico sobre la bacteria.

1.3.5 Inhibición de nitrógeno y relación CIN

Inhibición de nitrógeno

Todos los substratos contienen nitrógeno. Para altos valores de pH, aun concentraciones bajas de nitrógeno pueden inhibir el proceso de fermentación. Notablemente la inhibición ocurre a una concentración de nitrógeno de aproximadamente 1700 mg amonio-nitrógeno (NH4-N) por litro de substrato. No obstante, para un tiempo largo, las metanógenas son capaces de adaptar concentraciones de NH4-N del orden de 5000-7000 mg/l de substrato, el principal requisito sería que el nivel de amoníaco no excediera 200-300 mg NH3-N por litro de substrato. La tasa de disociación de amoníaco en agua depende de la temperatura del proceso y el valor de pH del substrato en cuestión.

Relación C/N

Los microorganismos necesitan nitrógeno y carbono para asimilar en sus estructuras celulares. Varios experimentos han mostrado que la actividad metabólica de la bacteria metanogénica pude ser optimizada para una relación C/N de aproximadamente 8-20, donde el punto óptimo varia dependiendo de la naturaleza del substrato.

1.3.6 Contenido de sólidos y agitación

Contenido de sólidos

La movilidad de las metanógenas dentro del substrato es gradualmente impedida por un incremento del contenido sólido, afectando la producción de biogás. Sin embargo, reportes de relativamente alta producción de biogás de rellenos sanitarios con alto contenido de sólidos han sido encontrados recientemente en la literatura, aunque no se pueden ofrecer guías validas para la producción específica de biogás para algún particular porcentaje de sólidos.

Agitación

Muchos substratos y varios modos de fermentación requieren de la agitación o mezclado para mantener la estabilidad del proceso dentro del digestor. Los más importantes objetivos de la agitación son:

0 remoción del gas producido por las metanógenas

7

0 mezclado de substratos frescos y población bacterial (inoculación)

0 imposibilitar la formación de natas y sedimentación

0 evitar gradientes pronunciados de temperatura dentro del digestor

proveer una densidad de población bacterial uniforme

0 prevenir la formación de espacios muertos que pudieran reducir el volumen de fermentación efectiva.

Hay que recalcar que en los rellenos sanitarios este proceso no es posible.

1.3.7 Factores inhibidores

La presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes pueden tener un efecto inhibidor sobre el proceso de biometanación. La Tabla 1 .I lista las concentraciones límite para varios inhibidores.

Tabla 1 .I Concentraciones para varios inhibidores de la biometanación. [I21

Substancia

2 , Cianuro 3000 Magnesio 200 Azufre 8000 Sodio

200 - 2000 Cromo 8000 Calcio 350 - 1000 Zinc 10 -250 Cobre

(mg/l) Substancia (mgll)

1.4 Composición y propiedades del biogás

El biogás es una mezcla de gases que está compuesta principalmente de:

0 metano (CH4): 40-70 % en volumen 0 bióxido de carbono (COZ): 30-60 % en volumen 0 otros gases: 1-5 % en volumen

incluyendo 0 hidrógeno (Hz): 0-1 % en volumen 0 sulfuro de hidrógeno (H2S): 0-3 % en volumen

Las propiedades del biogás dependen de la presión y temperatura, además del contenido de humedad. Los principales factores son:

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O cambio en el volumen como una función de la temperatura y presión,

0 cambio en el poder calorífico como una función de la temperatura, presión y contenido de vapor de agua, y

O cambio en el contenido de vapor de agua como una función de la temperatura y presión.

El poder calorífico del biogás es una función de su contenido de metano, dos valores conocidos son:

0 40% de metano: PC1 = 15,295.64 kJ/m3 0 60% de metano: PC1 = 22.464.00 kJ/m3

y de aquí se interpola para cualquier otro orcentaje de metano. La densidad del biogás con 60% de metano es de 1.2 kg/m . I:

1.5 Aplicaciones del biogás

El biogás es un gas que puede en principio, ser usado como cualquier otro gas para propósitos domésticos o industriales, especialmente como combustible para:

0 estufas O lamparas de biogás 0 calentadores 0 incubadores 0 refrigeradores O motores de combustión interna

Una de las más interesantes aplicaciones del biogás es producir electricidad mediante el uso de los motores de combustión.

1.6 Beneficios am bientales

La recuperación y utilización del biogás de los rellenos sanitarios previene la liberación de metano y otros compuestos orgánicos volátiles a la atmósfera. El metano es un gas causante del efecto invernadero; sobre un período de 100 años, una tonelada de metano emitida a la atmósfera es equivalente al impacto que sobre el calentamiento global tienen 24.5 toneladas de bióxido de carbono. Debido a que el biogás es típicamente 40 a 60% metano, la combustión del gas

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previene su emisión a la atmósfera, disminuyendo su impacto en el efecto invernadero. Además, el biogás contiene compuestos orgánicos, los cuales contribuyen al ozono a nivel de suelo ( el principal componente del smog urbano).

La estimación global para la emisión anual de metano a partir del biogás es de 10 a 70 millones de toneladas. Las emisiones totales de metano son estimadas entre 440 y 530 millones de toneladas [9]. Esto significa que la contribución a las emisiones totales de metano por parte del biogás es menor al 15 %.

Un dato más preciso se muestra en la Tabla 1.2, la cual muestra las emisiones contaminantes del biogás resultado de un estudio realizado en 27 países europeos (CORINAIRSO) [IO]. En este caso la participación del biogás es del 17.5% para el metano y en cuanto al COZ sólo 0.4 %.

Tabla 1.2 Contribución del biogás de rellenos sanitarios a las emisiones totales de contaminantes. [9]

Contaminantes 1.3 - 0.4 0.4 17.5 0.2 0.2 o Emisiones (%) NH3 N20 C02 CO CH4 VOC* NOx S02

Notas: O = emisiones reportadas, pero el valor exacto está por debajo del 0.1 por ciento. - = emisiones no reportadas. * = componentes orgánicos volátiles.

En cuanto al otro contaminante causante del efecto invernadero, el COZ, en la Tabla 1.3 se muestra un comparativo con otros combustibles.

Tabla 1.3 Emisión típica de contaminantes por kg. de petróleo equivalente (kg. De contaminantes). Modificada de [I 11

I Combustibles I Gasolina I Diesel I Combustóleo 1 Gas I Gas LP I Biogás* I Natural

co2 3.686 2.657 2.347 3.268 2.979 3.088

* 60% de metano, el cálculo se muestra en el Anexo 5.

De la tabla anterior se observa que el biogás emite una mayor cantidad de C02 que los otros combustibles, pero como se observa en la Tabla 1.2 estas emisiones representan un muy bajo porcentaje del total. Es por eso que el beneficio de quemar el biogás se encuentra en la desaparición del metano.

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CAPITULO II Producción de biogás

La composición de la materia orgánica proporcionada a los biodigestores puede ser de dos tipos: alimentando únicamente un tipo de substrato, ya sea animal o vegetal; o alimentando una mezcla de substratos, como Io son los residuos sólidos municipales. La determinación de la producción de biogas es diferente para cada caso.

2.1 Por substratos animales y vegetales

En principio, todos los materiales orgánicos pueden ser fermentados o digeridos, sin embargo, sólo substratos líquidos y homogéneos pueden ser considerados para biodigestores sencillos de biogás: heces y orina de ganado vacuno, cerdos y posiblemente de aves de corral y el agua de desecho de inodoros. Cuando el biodigestor es rellenado, el excremento tiene que ser diluido con cierta cantidad de agua, de preferencia orina. Los desechos de industrias procesadoras de comida se pueden utilizar si se encuentran en forma líquida y homogénea. La máxima cantidad de producción de biogás para una cierta cantidad de material crudo depende del tipo de substrato.

Si la cantidad diaria de estiércol disponible (peso fresco) es conocida, la producción de gas será aproximadamente correspondiente a los siguientes valores:

O 1 kg de estiércol de ganado vacuno: 40 litros de biogás

O 1 kg de estiércol de búfalo. 30 litros de biogás

0 1 kg de estiércol de cerdo: 60 litros de biogás

O 1 kg de gallinas caídas: 70 litros de biogás

Si el peso vivo de todos los animales cuyo estiércol es utilizado en una planta de biogás es conocido , la producción diaria de gas corresponderá a los siguientes valores:

0 ganado vacuno, búfalo y gallinas: 1.5 litros de biogás por día por kg de peso vivo

O cerdos: 30 litros de biogás por día por kg de peso vivo.

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La Tabla 2.1 muestra los rangos de producción y contenido de metano para 30 diferentes substratos, incluyendo materiales vegetales y residuos, al final de un tiempo de retención de 10 a 20 días y con una temperatura de alrededor de 30" C.

Tabla 2.1 Producción de gas y contenido de metano de varios substratos. [I21

Su bstrato Contenido de metano Producción de gas (I I kg sólidos volátiles)

200 - 300 Estiércol de caballo 60 310 - 620 Excremento de aves 65 90 - 310 Estiércol de vaca

65 - 70 340 -550 Estiércol de cerdo ("/O)

Estiércol de oveja

200 - 300 Paja de centeno 50 - 60 200 - 300 Paja de trigo

175 - 280 Estiércol de aves de corral 90 - 310

59 250 - 300 Paia de cebada 59

Paja de avena

200 Paia de col 59 380 -460 Paja de maíz 59 290 - 310

Paja de arroz Cáscara de semilla de arroz

170 - 280

360 Cáñamo 59 360 Lino

105

70 280 -550 Pasto 59

Desecho de caña (bagazo)

280 - 490 Papas 330 - 360 Residuos vegetales 430 - 490 Trébol

170 Caña 405 Retama 165

59 300 Pétalos de girasol Desechos agrícolas 310 - 430 60 - 70 Semillas 620 Cáscara de cacahuate 365 Hojas caídas 210 - 290 58 Jacinto de aaua 375

Y I

Algas 420 - 500 ~-

63

12

2.2 Por residuos sólidos municipales

Para determinar la generación de biogás producida por la biodegradación de residuos sólidos municipales depositados en rellenos sanitarios, se necesita determinar los kg secos de desechos biodegradables por tonelada de desechos, lo cual se hace utilizando los factores característicos que se muestran en la Tabla 2.2.

El Instituto de Investigaciones Eléctricas [4] ha desarrollado un Modelo de Predicción y Producción de Metano para determinar la generación posible de biogás. Este modelo requiere de información tal como el por ciento de biodegradabilidad del material dispuesto en el relleno, la producción máxima de biogás por unidad de masa del material (concepto que depende de la producción de metano: 0.415 m3 de metanolkg de desechos biodegradables secos), la cantidad de material depositado en el relleno, la edad del material, el contenido de metano en el biogás y la temperatura y la humedad del relleno sanitario.

Tabla 2.2 Características de residuos sólidos municipales. [4]

La curva de predicción de producción de biogás para desechos similares producidos y dispuestos en el Distrito Federal indica que el ochenta por ciento del potencial se emitirá en un período de quince años. Este período está en función de la fecha de depósito de los diferentes estratos de que consta el relleno, por lo que se tendrán diferentes estados de biodegradabilidad de los residuos con respecto al tiempo. La Tabla 2.3 presenta estas tasas de generación de biogás a partir de un año después de depositados los residuos en el relleno.

El modelo también requiere de información concerniente al por ciento de recuperación de biogás del relleno sanitario, parámetro que depende exclusivamente de las técnicas empleadas para la construcción del relleno sanitario. Conservadoramente se puede considerar que el 40% del biogás generado por el relleno sanitario es recuperable y aprovechable. La utilización de éste método se muestra en el capítulo 3.

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Tabla 2.3 Tasas de producción de biogás. [4]

Año Tasa de producción d e biogás (%) 1

6. O 2 3.8

3 9.1 4 8.0

5 9.2 6 9.3

7

8.6 9 8.8 8 9. I

10 6.0 11 7.7

12 3.8 13 5.1

3.1 I

14

CAPITULO 111 Potencial de generación de biogás en México

Para calcular la generación de biogás en rellenos sanitarios en México es necesario determinar cuantos rellenos sanitarios existen y en que parte del país se localizan. Desgraciadamente no existen datos actualizados sobre las características de los rellenos sanitarios que hay en México en las dependencias del gobierno federal ( Inegi, Sedesol, Sedemun, INE); la información más reciente es la que se encuentra en el Informe de la Situación General en Materia de Equilibrio Ecológico y Protección al Medio Ambiente 1993-1994 [8], en la cual se basan los indicadores ambientales en materia de residuos sólidos municipales (RSM) del Instituto Nacional de Ecología [13]. Estas dos fuentes son las que utilizaremos para determinar el potencial de generación de biogás a nivel nacional. En el Anexo1 se muestran los rellenos sanitarios existentes en el país hasta 1994.

3.1 Tasa de disposición de desechos

El sistema de recolección es una parte importante del manejo de los RSM. En algunas ocasiones llega a representar hasta un 80 %de los costos totales que el municipio destina para resolver el problema. En general, en México, la recolección abarca un 70% del total de RSM, pero, sólo un bajo porcentaje de ese total, poco más del 17%, se dispone en rellenos sanitarios; el resto (83 %) se deposita en tiraderos a cielo abierto [14].

Consideraremos la disposición de desechos durante 10 años, de 1995 hasta el 2005 mediante el uso de las estimaciones que se muestran en la Fig. 3.1 para 10s RSM generados.

En México, el volumen y la composición de los RSM no es homogénea en todo el territorio nacional, sino que responde a la distribución, hábitos y costumbres alimenticias, al nivel del consumo y al poder adquisitivo de la población distribuidas en las diferentes regiones en que la Dirección General de Normatividad Ambiental dividió a la República Mexicana (ver Fig. 3.2).

El porcentaje de generación de RSM por zona para 1994 se muestra en la Tabla 3.1 y se considerará constante para los 10 años del estudio. Así, la disposición de desechos por zona de 1995 a 2005 se muestra en la Tabla 3.2.

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Fig. 3.1 Tendencias en la generación de RSM (1992-2000) [13].

T.6703 5059 5236 5454 sanitario] -. 0 1

y=-927.571n(x]+6358

1992 1994 1995 1996

Fig. 3.2 Regionalización de la República Mexicana [13].

2000

16

Tabla 3.1 Porcentaje estimado de generación de RSM por zona [8].

Sureste I 15.42 Total 100.00 I

Tabla 3.2 RSM dispuestos en rellenos sanitarios por región.

3.2 Composición física de los residuos sólidos municipales

La composición física promedio de los residuos no es homogénea tal y como se comentó anteriormente; en la Tabla 3.3 se presenta la composición de los residuos por zona geográfica.

3.3 Material biodegradable en los residuos sólidos municipales

Para poder calcular la cantidad de desechos biodegradables que se encuentra en los RSM es necesario aplicar los factores de la Tabla 2.2 a la composición física de los residuos, la cual es agrupada en 7 clases:

0 Desechos de comida: residuos alimenticios. 0 Desechos de jardinería: residuos de jardín. 0 Desechos de papel: papel y cartón. 0 Desechos de plástico: hule, plástico de película y plástico rígido.

Desechos textiles: trapos.

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Desechos de madera: madera Desechos inorgánicos: residuos finos, hueso, lata, material ferroso, materlas no ferroso, pañal desechable, vidrio, otros.

Las tablas 3.4 a 3.8 muestran los desechos biodegradables para cada una de las regiones, y como se observa en la Tabla 3.3 no hay datos acerca de los desechos de madera. Para el caso del D. F. en el subproducto de papel consideraremos el 11.47 % que es el valor para el relleno sanitario de Santa Catarina [2].

Tabla 3.3 Composición porcentual por zonas de los RSM [8].

ND: no disponible *: no totaliza el 100% por incluir otros subproductos

Tabla 3.4 Contenido de material biodegradable de los RSM en la región Fronteriza.

18

Tabla 3.5 Contenido de material biodegradable de los RSM en la región Norte.

Tabla 3.6 Contenido de material biodegradable de los RSM en la región Centro.

Tabla 3.7 Contenido de material biodegradable de los RSM en la región Sureste

Componente biodegradables dabilidad secos I Ton (Desechos kg de desechos 'IÓ Biodegra- % Volatiles kg de sólidos % Humedad % RSM

da\ secos I Ton de RSM de RSM ""I " . "" ~

Comida

84.51 70 92 131.22 6 13.96 Papel 84.54 70 80 150.96 60 37.74 Jardinería 31.74 80 80 49.59 70 16.53

Textiles 0.9 10 8.10 2.24 30 92 Plástico 3.86 5 92 83.90 4 8.74

Inorgánicos I 22.13 I I I I I Total 1 O0 I I 423.778 I 206.88

Tabla 3.8 Contenido de material biodegradable de los RSM en el D.F.

19

3.4 Tasas de producción de biogas

Como se mencionó en el capítulo anterior, de acuerdo al modelo cinético teórico empleado para predecir el comportamiento de los rellenos sanitarios, el ochenta porciento del potencial de producción del biogás se emitirá en un período de quince años ( esto es cierto para el D.F., pero se utilizará de forma general para todo el país ). Este período esta en función de la fecha de depósito de los diferentes estratos de que constan los rellenos, por lo que se tendrán diferentes estados de biodegradabilidad de los residuos con respecto al tiempo. Las tasas de generación son las que se mostraron en la Tabla 2.3.

Lo anterior indica que debido a los años que abarca el estudio, se tendrán residuos que se encuentran en diferente grado de biodegradabilidad, por lo que la producción de biogás, estará en función de esta tasa y la fecha de disposición de los residuos. El resultado de esta aplicación es que se tienen curvas de generación para cada estrato, que se integran para formar la curva de comportamiento general; en la Figura 3.3 se observa el caso del Distrito Federal (para más detalles ver el Anexo 2).

La Tabla 3.9 muestra la generación de biogás en función de la edad de los residuos sólidos depositados (para el cálculo de la generación de biogás por zona ver el Anexo 2).

Fig 3.3 Curva de comportamiento general del biogás generado ( m3 ).

L

120000000

100000000

80000000

60000000

40000000

20000000

O

0 - Ario de disposici6n

- 1995

1996

1997

1998 ~ - I 1999

~ \ - 2000

i- ~ , i , 2003

I 2001

" 2002

I 1 2004

j 2005 ~

I ~ generado ~

20

Tabla 3.9 Generación de biogás a nivel nacional.

3.5 PC1 del biogás generado

El poder calorífico del biogás con 40 % de metano es de 15, 295.64 kJ/m3 y con un contenido del 60 Oh de metano es de 22, 464 kJ/m3 , interpolando entre estos valores para un contenido supuesto de 50 % de metano en el biogás, se tiene un poder calorífico de 18,879.82 kJ/m3 .

3.6 Potencial energético del biogás generado

En la Tabla 3.10 se presentan las estimaciones correspondientes a la producción de biogás y energía (sea térmica o eléctrica), derivadas de aplicar las tasas de generación del modelo para cada uno de los estratos de disposición de desechos y considerando la edad de los mismos.

21

En la elaboración de la Tabla 3.10 de acuerdo al modelo empleado por el IIE, consideró conservadoramente que el 40% del biogás generado se recuperaría equipo de conversión empleado será un motor de combustión interna (ver capíi IV ) con una eficiencia del 36 % y un generador eléctrico con una eficiencia 95%.

Tabla 3.10 Producción de biogás y electricidad estimada por el modelo.

se ,, el tul0 del

De la Tabla 3.10 observamos que la máxima energía térmica obtenida a lo largo de 25 años es de 21 17.94 MWt para un contenido de metano del 50% y 40 Oh de recuperación del biogás. Esto es equivalente a una potencia eléctrica de 724.33 MWe para 10 años de disposición de residuos sólidos municipales.

22

CAPITULO IV Tecnología para la combustión de biogás

En principio todas las máquinas de combustión interna pueden operar con combustibles líquidos o gaseosos; sin embargo hay ciertas restricciones para algunas máquinas:

0 Motores de dos tiempos. Su lubricación utiliza una mezcla con el combustible líquido, lo que excluye el uso del combustible gaseoso.

Turbinas de gas. Son comparativamente más caras y requieren una operación y mantenimiento delicado.

Motores de pistón rotatorio ( Wankel ). En general tienen mala reputación en confiabilidad y tiempo de vida.

0 Motores turbocargados. Tienen sistemas de control relativamente sofisticados.

Por 10 tanto sólo se consideraran las modificaciones, para utilizar biogás como combustible, de los siguientes motores:

Motor Otto (de gasolina), cuatro tiempos

0 Motor diesel, cuatro tiempos

En el Anexo 3 se encuentra un glosario de definiciones básicas de motores de combustión.

4.1 Motores Otto

El motor Otto y su proceso se muestran en la figuras 4.1 y 4.2.

Las características de los motores Otto son las siguientes:

a) Formación de la mezcla en el exterior del cilindro. El combustible y el aire se mezclan fuera del cilindro al realizarse la aspiración, es decir, en el carburador, ( la excepción es únicamente en los motores que tienen inyección directa de gasolina, pero cuya inyección tiene lugar al comienzo del proceso de compresión, de tal manera que, en contra de lo que pasa en los motores diesel, es la propia mezcla la que es aquí comprimida).

23

Fig. 4.1 Motor Otto, parcialmente abierto ( BMW ) [5]

Datos: 1 pistón, 2 válvula de entrada, 3 cilindro, 4 cámara de combustión, 5 biela, 6 árbol de levas, 7 cojinete del cigüeñal, 8 volante, 9 distribuidor, 10 aspiración del filtro de aire, 11 distribuidor de la aspiración, 12 carburador, 13 motor de arranque, 14 generador, 15 filtro de aceite.

Fig. 4.2 Diagrama pV simplificado de un proceso Otto real. [5]

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b) Producción externa de la corriente de encendido. El encendido de la mezcla comprimida, combustible - aire, se realiza (controlado en el tiempo) por medio de una chispa eléctrica producida desde una instalación auxiliar, en el momento antes de que el pistón llegue al PMS para un óptimo desempeño.

c) Combustión a volumen constante. El suministro de calor tiene lugar a volumen aproximadamente constante de la mezcla comprimida.

La relación de compresión de los motores Otto actuales está comprendida entre E = 6 y E = 9 y está limitada por el autoencendido de la mezcla combustible - aire ( perjudicial en motores Otto) al final del tiempo de compresión, que es lo que produce la llamada detonación.

El control de potencia y velocidad del motor es efectuado a través de una válvula de mariposa integrada dentro del carburador, la cual produce la variación del flujo de entrada de la mezcla mediante su grado de apertura. Esta válvula produce una caída de presión que causa una subsecuente caída de la presión media efectiva y por lo tanto disminuye la potencia y la eficiencia.

4.2 Modificación de un motor Otto para utilizar biogás

La modificación básica consiste en proveer un mezclador gas-aire en lugar del carburador. El control del motor se hace mediante la variación de la mezcla suministrada.

Desde el punto de vista termodinámico un aumento en la relación de compresión parece deseable para incrementar la eficiencia del proceso; ya que se puede esperar un bajo consumo específico de combustible y una alta potencia de salida. Sin embargo la modificación es permanente e impide operar con el combustible original en casos de escasez de biogás. En la Tabla 4.1 se muestran las modificaciones en las características del motor.

En realidad la potencia de un motor modificado es menor a la del original (ver Fig. 4.3 ). La razón es el decremento en la eficiencia volumétrica ya que un combustible gaseoso ocupa una mayor porción del volumen de la mezcla aspirada por el motor que uno líquido.

25

Tabla 4.1 Comparación de las características de un motor Otto original y modificado. [5]

Característica

1 .- Datos de diseño

Relación de compresión E

Presión después de la zompresión sin ignición Temperatura después de la zompresión sin ignición Relación de exceso de aire h Eficiencia Consumo específico de zombustible Eficiencia volumétrica

Temperatura de gases de salida Relación de velocidad B estacionario D vehículo Tipo de ignición

2. Principio de control

nodo manual

nodo automático

Motor Otto original

6. . .9.5 gasolina 6. . .12 alcohol 15 ... 20 bar

400 ... 600 "C

0.7 ... 1.2 0.2 ... 0.35 300 . . . 400 g/kWh

0.3 ... 0.9 (bajos valores para válvula reguladora parcialmente cerrada) 500 ... 900 "C

1300 . . . 2500 (gas) 1300 . . . 7000 Ignición de chispa por bujía poco antes de que el pistón alcance el PMS

Variación de la admisión de la mezcla aire/combustible por una válvula reguladora entre el dispositivo de mezclado (carburador) y la entrada del motor. La regulación reduce la presión de aspiración actual del motor, así como compresión absoluta y la eficiencia.

Mediante la palanca de la válvula reguladora en el carburador; variaciones de carga/velocidad requieren una apropiada regulación de la válvula. Usando un gobernador montado separadamente para operar la válvula reguladora Usando un sensor electrónico de velocidad con unidad de control para operar la válvula

Motor Otto modificado

10 ... 12

Igual

Igual

0.9 ... 1.3 Igual 0.65 ... 1 .O m3/kWh

Igual

Igual

Igual Igual Igual

Igual

Igual. El carburador e: reemplazado por un mezclado venturi o una válvula dc mezclado de gas.

Igual

26

Fig. 4.3 Diagrama de desempeño de un motor Otto usando combustible líquido (-) y metano (- . -). [5]

r(-1 Potencia

L I

“-””

I Velocidad (min”) I

Consumo específico de combustible (g/HPh)

Datos: 1 potencia, 2 torca, 3 consumo específico de combustible.

4.3 Motores diesel

El motor diesel y su proceso se muestran en las figuras 4.4 y 4.5.

Las características distintivas de un motor diesel son las siguientes:

a) Formación de la mezcla en el interior. Es aspirado aire puro y comprimido no siendo inyectado el combustible, en forma de finas gotas, hasta el final del tiempo de compresión; la formación de la mezcla se verifica de una manera más o menos continua, durante el proceso de inyección;

b) Autoencendido. La temperatura del aire aspirado, al final del período de compresión, está por encima de la temperatura de ignición del combustible, de tal manera que éste se inflama, inmediatamente después de la inyección, por sí mismo ( la bujía que puede existir sirve, en su caso, para ayudar a la puesta en marcha);

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Fig. 4.4 Motor diesel de 6 cilindros, parcialmente abierto ( MAN ). [5]

-1

7"""

I7

Datos: 1 pistón, 2 válvula de entrada, 3 cilindro, 4 cámara de combustión, 5 biela, 6 tobera de inyección, 7 distribuidor de la aspiración, 8 filtro de aceite, 9 válvula de salida, 1 O bomba de inyección, 11 alternador, 12 filtro de combustible, 13 bomba agua de enfriamiento.

Fig. 4.5 Diagrama pV simplificado de un proceso diesel. [5]

28

c) Combustión a presión constante. El suministro de calor se realiza a una presión de los gases aproximadamente constante, ya que el aumento de presión por la adición de calor es relativamente compensado por la expansión de los gases (descenso del pistón) de la combustión que se produce paralelamente a aquella adición.

La relación de compresión de los motores diesel es mayor que la de los motores Otto. Está comprendida entre E = 14 y E = 20 a causa de la elevada temperatura que se necesita al final de la compresión. Con eso se consigue un mayor rendimiento que en los motores Otto. Los mayores esfuerzos mecánicos sobre las piezas del motor, a consecuencia de las mayores compresiones, exigen en cambio una estructura más pesada que en los motores Otto.

Es de gran influencia, para la obtención de pequeños retrasos en el encendido, la existencia de una abundante cantidad de oxígeno del aire ( gran exceso de aire), así como una buena mezcla interior entre el combustible inyectado y el aire comprimido ( buena formación de torbellinos). Por esto en los motores diesel puede quemarse cualquier cantidad de combustible pequeña que se desee, sin variación de la cantidad de aire, ya que en la zona donde se va difuminando el chorro del combustible inyectado se produce siempre una mezcla inflamable.

4.4 Modificación de un motor diesel para utilizar biogás

Un motor diesel se puede modificar de dos formas para utilizar combustibles gaseosos:

0 operando mediante un sistema dual de combustible

convirtiéndolo en un motor Otto

4.4.1 El motor dual

En la operación dual de combustible el sistema de inyección suministra una cierta cantidad de diesel; por su parte, el motor aspira y comprime una mezcla de aire y combustible gaseoso la cual ha sido preparada en un dispositivo de mezclado externo. La mezcla es entonces encendida junto con el diesel rociado en él.

La cantidad de diesel necesaria para la ignición está entre 10 y 20 % de la cantidad necesaria para operar con diesel solamente. Esto varía con el punto de operación y los parámetros de diseño del motor.

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La operación del motor a carga parcial requiere la reducción del gas suministrado por medio de una válvula de control de gas. Una reducción simultánea del aire suministrado podría disminuir la aspiración y por lo tanto la presión de compresión y la presión media efectiva, lo que conduciría a una caída en la potencia y eficiencia. Por lo tanto los motores duales no se controlan mediante el lado del aire.

Todos los otros parámetros y elementos del motor permanecen sin cambio, tales como la relación de compresión, el ángulo de inyección, etc. La Tabla 4.2 muestra las modificaciones en sus características del motor diesel.

La modificaciones del motor diesel tiene las siguientes ventajas:

O la operación con únicamente diesel es posible cuando el suministro de biogás sea poco.

0 una contribución de O a 85 % de biogás puede substituir una parte correspondiente de diesel, mientras su desempeño permanece como si estuviera trabajando con 100% diesel.

Pero también tiene sus limitaciones:

O el motor dual no puede operar sin un suministro de diesel para la ignición

o el sistema de inyección se puede sobrecalentar cuando el suministro de diesel se reduce al 10 o 15 % del flujo nominal.

4.4.2 Conversión de un motor diesel a un motor Otto

La modificación de un motor diesel a un motor Otto, es decir , un motor con ignición de chispa, implica una mayor operación sobre el motor y la disponibilidad de ciertas partes las cuales serán cambiadas. Los principales cambios son:

O remover el sistema de inyección

O reducir la relación de compresión a E = 1 O .. . 12

0 montura de un sistema de ignición con distribuidor, carrete de ignición, bujías y suministro eléctrico (alternador).

0 proveer un dispositivo de mezclado para el suministro de una mezcla aire/combustible con relación aire/combustible constante (mezclador venturi o válvula de control neumática).

30

Tabla 4.2 Comparación de las características de un motor diesel original y modificado. [5]

Característica 1 .- Datos de diseño Relación de compresión E

Presión después de la compresión sin ignición Temperatura después de la compresión sin ignición Relación de exceso de aire h Eficiencia Consumo específico de combustible Eficiencia volumétrica Temperatura de gases de salida Relación de velocidad 0 estacionario 0 vehículo

~______

Motor diesel original

15 ... 21 35 ... 60 bar

600 ... 900 "C

1.3 ... 4.0 0.3 ... 0.4 230 ... 350 glkWh

0.7 ... 0.9 400 ... 600 "C

1300 ... 2500 1300 ... 5000 Autoignición por inyección del combustible a un aire caliente comprimido, poco antes de que el pistón llegue al PMS.

Variación de la cantidad de combustible inyectado. El flujc de aire no es controlado, ¡.e., la compresión completa siempre se lleva a cabo. La variación de la cantidad de combustible se hace por el mecanismc centrífugo del regulador con el fin de mantener fija la velocidad escogida mediante la posiciór de la palanca de control. Mediante la posición de la palanca de control del regulador, para la velocidad requerida, la cual permanece constante dentro de pequeños límites, independiente de la actual demanda de potencia. Los cambios de velocidad se llevan a cabo colocando la palanca a diferentes posiciones. Usando el mecanismo de arriba.

"

I !

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I

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I

I I I

I I I !

1

I

!

I

!

-

Motor diesel modificado ~~

15 ... 18 Igual

Igual

Igual Igual 0.55 ... 0.75 m3/kWh (más diesel inicial) Igual 500 ... 700 "C

Igual Igual Autoignición del diesel inicia inyectado dentro de una mezcla comprimida caliente de aire )I biogás , la cual se enciende despues de la autoignición.

Una pequeña cantidad de diese es inyectada para facilitar 12 ignición. Variaciones de la cantidad de biogás suministrado se utilizan para variar la potencia de salida. E flujo de aire no es controladc para mantener una alta presiór y temperatura de encendido.

El sistema regulador/inyectol suministra el diesel inicia solamente. La válvula de gas er la cámara de mezclado esta preparada para llevar acabo los requerimientos de salida velocidad/potencia.

Usando el mecanismo de arriba. La válvula de gas opera por un regulador o un activado1 de un sistema de control electrónico.

31

4.5 Tratamientos de purificación del biogás

Algunas veces el biogás deberá ser tratado antes de su utilización. Las formas predominantes de tratamiento apuntan a la remoción de agua, ácido sulfhídrico y bióxido de carbono del biogás crudo.

4.5.1 Reducción del contenido de humedad

El biogás está usualmente saturado con vapor de agua. Esto provoca el enfriamiento del gas; por ejemplo, si se conduce este gas a través de un tubo subterráneo, el exceso de vapor de agua condensa a la temperatura más baja. Cuando el gas se calienta nuevamente, su contenido de vapor relativo disminuye. El “secado” del biogás es útil especialmente en conexión con el uso de medidores de secado de gas el cual de otra forma se llenarían eventualmente con agua condensada.

4.5.2 Reducción del contenido de ácido sulfhídrico

El H2S en el biogás se combina con el agua condensada para formar ácidos corrosivos, siendo los dispositivos para calentar agua, artefactos y refrigeradores los que corren mayor riesgo.

La reducción del contenido de H2S se hace necesaria si el biogás es usado como combustible y posee una cantidad excesiva de este compuesto, por ejemplo, más del 2% de H2S; algunos fabricantes de motores especifican un valor máximo permitido de 0.15 % en volumen. Debido a que la mayoría del biogás contiene menos del 1% de HzS, normalmente no se hace necesaria una desulfuración, especialmente si se utiliza para un motor estacionario.

Para sistemas de pequeño a mediano tamaño la desulfuración puede efectuarse por absorción sobre hidrato de fierro (Fe(OH)3), una forma porosa de limonita. La masa porosa y granular purificante se puede regenerar por exposición al aire. La capacidad de absorción de la masa purificante depende de su contenido de hidrato de fierro. Cabe ser notar el hecho de que muchos tipos de suelos tropicales son naturalmente ferríferos y por ende son apropiados para su uso como masa purificante.

32

4.5.3 Reducción del contenido de bióxido de carbono

La reducción del contenido de CO2 es muy complicada y cara. En principio el bióxido de carbono se puede resolver por absorción sobre cal lechosa, pero esta práctica produce capas de pasta de cal y debe entonces ser regulado, particularmente en conexión con plantas de gran escala, para lo cual sólo procesos de alta tecnología como micro mallas son merecedoras de consideración. El COZ lavado es raramente conveniente, excepto para incrementar la capacidad embotelladora individual para almacenar a alta presión.

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CAPITULO V Análisis económico

El propósito de evaluar la factibilidad económica de las opciones de un proyecto es para asegurar que el proyecto satisface una cierta eficiencia de costo. Hay varios objetivos de un sistema de recuperación de gas: lucrativo, suministro de energía o reducción de emisiones contaminantes ( o una combinación de las tres). Si un costo neto puede ser determinado por reducir las emisiones de metano y encontrar otros objetivos ambientales, es recomendable evaluar en términos del costo por tonelada de emisiones evitadas ( por ejemplo, 2$USD / ton de emisiones equivalentes de COZ evitadas). Alternativamente, si el objetivo del proyecto es satisfacer demandas de energía de la comunidad, es recomendable evaluar en terminos de costo por unidad de energía suministrada (por ejemplo, 0.07$USD/kWh).

5.1 Parámetros utilizados en la evaluación económica

El aprovechamiento del biogás de los rellenos sanitarios para la generación de energía eléctrica, presenta características muy particulares, entre otras que el combustible que se empleará no representa costo de operación, es decir;el costo del combusatible es cero.

Los parámetros básicos empleados en la evaluación económica son:

Inversión

Operación y mantenimiento

Tasa de descuento

Generación de energía eléctrica

Período de vida útil

Valor de rescate

Tasa $/USD

Costo por transmisión

Precio de venta de la energía eléctrica

34

y se definen como:

Inversión. El costo de inversión lo componen varios factores, entre los que se incluyen generador y equipo mecánico, obra civil, equipo de control, instalaciones eléctricas internas, equipo para extracción de gas, estudios de ingeniería y administración, contingencias e intereses durante la construcción. Los costos por estos conceptos normalmente son proporcionados por los fabricantes, excepto los cuatro últimos, los servicos de ingeniería, administración y contingencias se estiman en un porcentaje sobre el costo del equipo. Los intereses durante la construcción se calculan en función del costo del capital y el período de construcción de la planta de generación eléctrica.

Operación y mantenimiento. Los costos de operación y mantenimiento se basan únicamente en los costos de personal para prestar mantenimiento y operar la planta de generación eléctrica y el control y manejo de los datos obtenidos.

Tasa de descuento. El valor de la tasa real se estima tomando como referencia las tasas de interés CPP o CETES a 28 días, la que resulte mayor. Por ejemplo, durante 1996 fue CETES la tasa de interés más alta, 36.15 %, la inflación en ese mismo año, 27.7 %. Por tanto, la tasa real es 6.53 %. A este valor se le suman 5 puntos porcentuales por apertura de crédito, administración crediticia y beneficios bancarios.

Generación de energía. La generación de energía depende de la capacidad del relleno, de la composición de los residuos sólidos y de la vida útil del relleno sanitario. La generación de energía dada por el modelo no es la considerada en la evaluación económica, ya que la energía aprovechada dependerá de la capacidad de los equipos de combustión.

Período de vida útil. El período de vida útil para una planta eléctrica que opera con biogás de rellenos sanitarios se estima entre 1 O y 15 años.

Valor de rescate. Este parámetro se estima en 10 % sobre el costo de inversión.

Tasa $/USD. Por lo general el precio de los equipos siempre está dado en dólares, por lo tanto es necesario determinar la tasa de cambio de esta divisa a moneda nacional. En nuestro país este parámetro es uno de los que más fluctuaciones puede tener y por lo tanto se toma mucho en cuenta en el análisis de sensibilidad.

Costo por transmisión. Es el costo por la transmisión de la energía eléctrica, se puede considerar como un 3% de la energía generada.

Precio de venta de la energía eléctrica. Es el precio al cual será vendida la energía eléctrica generada. En nuestro país sería principalmente a la Comisión

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Federal de Electricidad o Luz y Fuerza del Centro. La venta de la energía producida se reflejará en lo que el gobierno municipal dejaría de pagar por servicios de las compañías eléctricas, por ejemplo, alumbrado público y bombeo de aguas.

5.2 Análisis después de impuestos

El análisis después de impuestos incluye otra serie de parámetros que deben considerarse para determinar si el proyecto será o no rentable en un país conocido. Estos parámetros varían mucho en cada país, por eso no es recomendable incluirlos al determinar el costo de generación, sobre todo si los resultados se va a comparar con indicadores internacionales.

Los parámetros adicionales que deben considerarse para el análisis financiero de un proyecto son:

Tasa de descuento. El valor de la tasa de descuento en este análisis, debe cubrir el costo del capital, el rendimiento esperado y los riesgos a que se expone el proyecto. Normalmente cuando los créditos se manejan en dólares, se toma como referencia la tasa Prime Rate de Estados Unidos, cuyo valor promedio en los últimos 6 años fue alrededor de 8%. A este valor se le adiciona una sobretasa que cubra el rendimiento esperado y los riesgos, normalmente arriba de 5 %.

El valor de la tasa de descuento debe ser valorado cuidadosamente ya que es uno de los parámetros que más impactan sobre el costo de generación de la energía. No obstante, considerando que este parámetro es de alta incertidumbre, se debe considerar el desarrollo del análisis de sensibilidad.

Depreciación fiscal. La ley fiscal permite depreciar los equipos de apoyo ecológico en un período de dos años. La amortización de este concepto es básico para el análisis financiero y el cálculo de los impuestos.

Condiciones de financiamiento. Los créditos bancarios normalmente cubren entre el 80 % y el 50 % del importe de la inversión, el crédito que otorgue un banco esta relacionado con el riesgo del proyecto. Normalmente para fines de cálculo en estos estudios se toma de 70 % a una tasa de interés de 11.5 % a pagar en 7 años; el 30 % restante deberá cubrirse con capital propio (equity). Para análisis más precisos se debe solicitar información directamente en la institución bancaria que otorgue el financiamiento.

Tasa de impuesto sobre la renta y reparto de utilidades. La tasa impositiva máxima que actualmente se aplica a personas morales es 34 % y 10 % de reparto de utilidades. La cantidad a pagar en un año por impuestos y reparto de utilidades, depende del ingreso gravable resultante de los flujos de efectivo. El

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ingreso gravable es el resultado de las utilidades brutas, la depreciación fiscal del equipo y de los intereses sobre el capital.

5.3 Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad, se aplica cuando es alta la incertidumbre de uno o varios parámetros base del proyecto. Este análisis nos muestra una visión más amplia referente a la rentabilidad sobre algunos o todos los parámetros, sobre algunos o varios indicadores de rentabilidad. Para el caso de generación eléctrica, se establece la sensibilidad del costo nivelado de generación, ante la variación de: la tasa $/USD y tasa de descuento entre otros.

5.4 Criterios utilizados para evaluar los beneficios del sistema de generación propuesto

Período real de Recuperación (PR). Es el tiempo en el cual se recuperará la inversión requerida para el proyecto mediante los ahorros e ingresos actualizados que éste produzca.

Valor Presente Neto (VPN). Consiste en valorar a la fecha de inversión inicial, vía una tasa de actualización, todos los componentes del flujo de fondos del proyecto. La tasa de actualización utilizada debe ser superior a la Tasa de Rendimiento Mínima Atractiva, es decir la TREMA, afín de satisfacer el costo de oportunidad del inversionista. Si el valor presente neto es positivo significa que el proyecto debe realizarse. Cuando en un proyecto de inversión se obtiene un VPN negativo, es debido a que la TIR no alcanza a satisfacer la tasa de descuento propuesta, sin embargo esto no significa que no se obtengan ganancias en el proyecto, sino que las ganancias o ahorros no cubren el “PREMIO” que el empresario quiere obtener por el riesgo de invertir su dinero.

Tasa Interna de Retorno (TIR). La tasa interna de retorno (TIR) es un índice de rentabilidad que representa el porcentaje o tasa de interés que se gana sobre el saldo no recuperado de una inversión, en forma tal que al final de la vida del proyecto, el saldo no recuperado sea igual a cero.

Relación Beneficio - Costo (BIC). La relación beneficio/costo expresa los beneficios como una proporción de los costos, en donde los beneficios y los costos pueden ser descontados tanto al valor presente como a una anualidad equivalente.

37

5.5 Inversiones y costos

La inversión de una central de generación con motor reciprocante es a igualdad de potencia, ligeramente inferior a una central con turbina de gas. Para análisis económicos en base a datos estadísticos, se puede tomar como cifra orientativa, para instalaciones de media potencia (1 a 6 MW) el valor de 1,000 USD/kW instalado, incluyendo los siguientes equipos y sistemas.

0 Moto-generador reciprocante completo, incluyendo sistemas eléctricos de mando, control y sincronismo.

O Sistema de captación, deshidratación, filtrado y compresión del biogás.

0 Sistema eléctrico de interconexión con la red, incluyendo transformador de potencia.

0 Interconexiones mecánicas (tuberías)

0 Obra civil y estructuras.

0 Sistemas auxiliares (ventilación, baja tensión, contraincendios, iluminación, etc.).

0 Ingeniería

O Aranceles, permisos y legalizaciones en México.

En la inversión no se han considerado los gastos originados por modificaciones en la línea eléctrica de acometida.

5.5.1 Costo del equipo propuesto de generación

De acuerdo a la descripción del equipo mencionado, la cotización del mismo por los fabricantes de este tipo de motores, arroja cifras de 720 USD/kW para un sistema que incluye:

O Sistema motor-generador, con sus accesorios de protección y control.

O Sistema de captación, deshidratación, filtrado y compresión del biogás.

O Subestación eléctrica con transformador elevador de tensión y sistema de interconexión con la red de la compañía de luz.

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Como se observa en estas cotizaciones no se incluye todos los parámetros económicos a considerar de este proyecto, por lo que se debe estimar el costo por los siguientes rubros: ingeniería, obra civil, aranceles y permisos entre otros.

5.5.2 Costo de instalación del equipo de generación

Los costos totales de inversión para este tipo de proyectos, deben considerar los costos de diseño e instalación, formados básicamente por los siguientes rubros:

0 Ingeniería de detalle

0 Obra civil

0 Obras mecánica

0 Obra eléctrica

De acuerdo a lo anterior, se considera que el costo de la ingeniería de detalle es de aproximadamente 60 USD/kW y el costo por obra civil, mecánica y eléctrica, es de 160 USD/kW.

Incluyendo estos indicadores, obtenemos un costo de 940 USD/kW, al cual le agregaremos un 10% para imprevistos, lo cual arroja finalmente 1,034 USD/kW que es lo que se considera en los cálculos económicos del proyecto.

5.5.3 Costo de operación y mantenimiento del sistema propuesto

Para asegurar la continuidad de operación de los equipos y por consecuencia el suministro de energía eléctrica, el mantenimiento tiene una importancia decisiva en los sistemas de generación eléctrica.

Generalmente es el fabricante del equipo el que ofrece un contrato de mantenimiento para sus equipos, incluyendo un seguimiento de la operación y un mantenimiento preventivo y en su caso una reparación anual.

El seguimiento de operación del sistema lo realizará el personal de operación de la planta, el cual deberá llevar un control de los principales parámetros a medir.

De datos de fabricantes, se considera que el costo de mano de obra para operación y mantenimiento para motores alternativos a gas, es de 0.84 USD/MWh.

39

En cuanto al costo de las refacciones para mantenimiento de motores alternativos a gas, se estima de 4.34 USD/MWh.

Por lo que el costo total por operación y mantenimiento a considerar para el análisis económico para este proyecto es de 5.18 USD/MWh.

5.5.4 Costo por el servicio de transmisión

La determinación del costo de transmisión, requiere de un estudio, que será propuesto por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y aprobado por la Comisión Reguladora de Energía, por lo que para este análisis preliminar, se consideró el importe del 3% de la energía generada como el costo por la transmisión.

40

CAPITULO VI Estudio de Previabilidad en Santa Catarina

En este capítulo se muestra un estudio de previabilidad para utilizar el biogás de un relleno sanitario como combustible para generar energía eléctrica. Se hace un análisis económico sencillo donde se utilizan algunos de los conceptos del capítulo anterior.

6.1. Relleno sanitario Santa Catarina

El relleno sanitario Santa Catarina está ubicado al oriente de la Ciudad de México, en el municipio de Los Reyes, La Paz, Edo. de México ; en la zona de los antiguos Lagos de Texcoco y Chalco; en el km. 19.5 de la carretera México - Puebla.

6.2 Tasa de disposición de los desechos

El relleno operó por alrededor de 10 años, iniciando sus operaciones en Diciembre de 1982. El terreno tiene una superficie de 34 ha. El ingreso total de residuos sólidos municipales en el sitio fue de 6 millones 537 mil 150 toneladas aproximadamente.

6.3 Vida útil estimada para la generación de biogás

En la Tabla 6.1 se presentan las estimaciones correspondientes a la producción de biogás y electricidad, derivadas de aplicar los factores de biodegradabilidad del modelo cinético teórico presentado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas, para cada uno de los estratos de que consta el relleno sanitario y considerando la edad de los mismos (un desarrollo más amplio de este modelo se observa en el capítulo 3). El resultado de esta aplicación es que se tienen curvas de generación para cada estrato, que se integran para formar la curva de comportamiento general. La curva de comportamiento general, resulta con un período que inicia en el año de 1983, año de disposición de los primeros residuos y termina en el año 2006, año en el cual la producción de biogás pasaría a ser insignificante para este proyecto.

6.4 Tecnología a emplear para este estudio

Debido a lo mencionado en el capitulo 4 la tecnología seleccionada son motores de combustión interna trabajando en el ciclo Otto.

41

Tabla 6.1 Producción de biogás y electricidad estimada a partir de la composición y edad de los desechos sólidos urbanos depositados en el relleno sanitario de Santa Catarina. [2]

ANO ELECTRICIDAD POT. ELECT. CALOR BIOGAS ANOS BIOGAS BIOGAS GENERADO

"lIAÑ0 Nmot=%% MVVT 40% PROYECTO M 3 M N M3IAÑO DISPONIBLE DISP. (M) DISPONIBLE RECUPERADO DEL GENERADO

6.5 Análisis de capacidad y número de equipos a instalar recomendables.

Con base en la curva de generación de biogás para los años del proyecto se pueden considerar varias alternativas desde el punto de vista técnico y luego depurarlas haciendo las consideraciones económicas pertinentes, seleccionando la alternativa más rentable.

Alternativas consideradas:

Alternativa A)

Instalar inicialmente 3 motores de 650 kW, al final del año 5 retirar uno y trabajar con 2 hasta el final del año 6, al final de este año retirar uno más quedando el sistema trabajando con uno hasta el final del año 8, al final del cual se habrá agotado la generación del biogás técnicamente aprovechable.

42

Alternativa B)

Instalar inicialmente 2 motores de 650 kW, al final del año 6 retirar uno y se deja trabajando el otro dos años más, hasta el final del año 8.

Alternativa C)

Esta alternativa considera utilizar motores de 1,080 y 650 kW. Instalar inicialmente dos motores, uno de 1,080 kW y el otro de 650 kW; al final del año 6 retirar el motor de 650 kW y se deja trabajando el motor de 1,080 kW hasta el final del año 7, al final del cual se habrá agotado la generación del biogás técnicamente aprovechable.

Alternativa D)

Instalar inicialmente 2 motores de 1,080 kW, al final del año 5 retirar 1 y se deja trabajando el otro hasta el final del año 7.

En la siguiente tabla se observa cual sería la generación de energía eléctrica para cada una de las alternativas propuestas.

Tabla 6.2 Generación de energía eléctrica considerando cuatro alternativas de instalación de motores reciprocantes y la curva de generación del biogás. [2]

]Alternativa A !Alternativa B ]Alternativa C IAlternativa D ANO IG. E. (MWh) IG. E. (MWh) IG. E. (MWh) IG. E. (MWh)

6.6 Inversiones y costos

Son los considerados en la sección 5.5 del capítulo anterior.

43

6.7 Criterios utilizados para la evaluación económica

En la siguiente tabla se presentan los parámetros básicos empleados para la evaluación económica.

Tabla 6.3 Parámetros para la evaluación económica.

Tasa de descuento

9 años Período de análisis

8.0 Tasa $/USD

14%

Precios constantes

50% de la tarifa 6 50% de la tarifa 5 Precio de venta de la energía a LYFC

3% de la energía generada Costo por transmisión

1996

6.8 Análisis económico.

La Tabla 6.4 presenta los resultados obtenidos para cada alternativa considerando autoabastecimiento de energía eléctrica, con 50% de la tarifa 5 y 50% de la tarifa 6.

La alterativa B tiene la mayor tasa interna de retorno de las cuatro alternativas, sin embargo la alternativa D aprovecha mejor que las otras el biogás generado. Un nivel intermedio lo representa la alternativa C la cual tiene un mejor aprovechamiento del biogás que la alternativa A y una tasa interna de retorno mayor que la de la alternativa D.

44

Tabla 6.4 Resultados obtenidos al 100% de la inversión inicial. [2]

El análisis económico desarrollado de las cuatro alternativas se muestra en el Anexo 4. Como se puede observar todas las alternativas indican que es viable implementar un sistema de generación eléctrica en el relleno sanitario de Santa Catarina.

45

CONCLUSIONES

El presente estudio indica que es viable técnica y económicamente implementar sistemas de generación eléctrica en los rellenos sanitarios del país, esencialmente por los siguientes aspectos:

Existe un Modelo de Predicción y Producción de Metano, desarrollado por investigadores mexicanos, que permite determinar la generación posible de biogás en un relleno sanitario.

Se cuenta con la tecnología para la combustión del biogás, basada principalmente en los motores Otto y en los motores diesel de cuatro tiempos, considerando leves cambios en su estructura básica.

En este estudio se determinó el potencial de generación de biogás a nivel nacional y consecuentemente el potencial de generación de energía eléctrica a partir de este tipo de combustible. Este potencial se calculó considerando que un 17% de los residuos sólidos municipales son depositados en rellenos sanitarios, lo que indica que si una mayor cantidad de residuos se colocaran en los rellenos, el potencial aumentaría sustancialmente.

Además, una de las insuficiencias más importantes en materia y disposición final de los residuos sólidos municipales es el desconocimiento que existe sobre el fenómeno, tanto en términos conceptuales como factuales. En la mayoría de las ciudades del país, por ejemplo, no se tiene identificada la cantidad ni la composición del total de la basura que se genera y, por tanto, se dificulta la toma de decisiones. Esto no permite hacer un buen análisis del potencial de generación de biogás en el territorio nacional.

Con base en lo anterior es lógico recomendar la aplicación de una política a nivel nacional para que la disposición de los desechos recolectados se haga en rellenos sanitarios, llevándose un control de los mismos.

Por otra parte, desde el punto de vista económico se mostró para un caso práctico, el relleno sanitario Santa Catarina, que es viable implementar este tipo de proyectos, obteniéndose un aspecto muy importante, la disminución del pago que los gobiernos municipales hacen a las compañías de luz por concepto de alumbrado público y bombeo.

46

BIBLIOGRAFIA

[I] Alonso Concheiro Antonio, Rodriguez Viqueira Luis. Alternativas Enerqéticas. Conacyt, 1985.

[2] Angles Domínguez Manuel lván. Estudio de previabilidad para el relleno sanitario Santa Catarina. Servicio Social, CONAE, UAM; 1997.

[3] Environmental Agency Protection. A guide for Methane Mitiqation Projects; Gas to enerqv at Landfills and Open Dumps. EPA, 1996.

[4] Instituto de Investigaciones Eléctricas. Estudio de Evaluación de las Emisiones de Biogás v Caracterización de la Potencia Energética que se puede obtener del Relleno Prados de la Montaña del Departamento del Distrito Federal. IIE, 1996.

[5] Klaus von Mitzlaff. Engines for Biogas. Deutsches Zentrum für Entwicklungstechnologien - GATE, Vieweg, 1988.

[6] Medrano Vaca Consolación. Estudio de Mercado de los Rellenos Sanitarios; Informe 1lE/01/14/10820/1-3/97. Instituto de Investigaciones Eléctricas, 1997.

[7] Subdirección de Gas Natural. Fascículo Gas Natural. Pemex Gas y Petroquímica Básica.

[8] Sedesol, INE. Informe de la Situación General en Materia de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente 1993-1 994. Sedesol, 1994.

Páginas Internet:

[9] http://www.eea.dMaegb/capO9/b9 104.htm

[ I O] http://www.eea.dk/Locate/Databases/AirEmis/

[I I] http://www.energía.gpb.mx/gnat24.html

[I 21 http://gate.gtz.de/isat/at info/biogas

[I 31 http://www.ine.gob.mx/indicadores/espanol/ind amb.htm

[I41 http://www.ine.gob.mx/programas/prog-nma/pma067.htm

47

ANEXO I

Rellenos sanitarios existentes en el país en 1994 (habitantes con el servicio, según la etapa indicada)

Nanacamilpa de M. 57 094 Arista y dos municipios Tlax. Panotla y seis 188 675 municipios, Tdax. Tetla y cinco 119 288 municipios, Tlax. (cinco) Coatzintla, Ver. 37 656 Córdoba, Fortin y 250 957 Amatlán, Ver.

I Veracruz-Boca del río,^"] I I 525 189 I Ver. Yanga, Ver.

7 448 052 1 446 974 13 988 085 Totales 18 334

* Población determinada con base en los resultados del Censo de 1990 y las tasa de crecimiento establecidas en el Programa Nacional de desarrollo urbano 1990. Fuente: Informe de la Situación General en Materia de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente, 1993-1994; página 239, Cuadro 1 1 l.

ANEXO 2

i

C

c

ANEXO 3

Definiciones básicas sobre motores de combustión interna

Volúmenes del motor, Vd, Vc, Vtot

El “volumen desplazado” de un cilindro v d c (cm3) es el volumen desplazado por el pistón entre su posición más baja, el “punto muerto inferior”, PMI, y su posición más alta, el “punto muerto superior”, PMS. El volumen desplazado total por un motor multicilindro, Vdm , es el volumen de un cilindro multiplicado por el número de cilindros, i: Vdm = v d c x i . El volumen de la cámara de combustión o compresión V, es el volumen en el cual el aire o la mezcla combustible/aire es comprimida cuando el pistón alcanza el PMS. El volumen total del cilindro Vtot es la suma del volumen desplazado y el volumen de la cámara de combustión de un cilindro: Vtot = v d c + Vc .

Velocidad del motor, n

La velocidad del motor se describe por el número de revoluciones totales (360”) del cigüeñal en un cierto período de tiempo, usualmente por un minuto, ¡.e. min” o rpm (revoluciones por minuto)

Potencia, P

En muchos casos la potencia especificada para un motor es la potencia mecánica, la cual es la energía mecánica (o sea “torca”) transmitida por el cigüeñal o el volante dentro de un período de tiempo:

P = torca (kJ) = torca x velocidad (kW) tiempo (S)

Con un cambio en la velocidad del motor, ¡.e. el tiempo de un ciclo, la potencia de salida del motor cambia también.

Relación de compresión, E

La relación de compresión da la relación entre el volumen total del cilindro en el PMI (Vdc + Vc) y el volumen de compresión de la mezcla aire/combustible al PMS (VC) .

Presión después de la compresión, pc (sin ignición)

PC = P, x 2 La presión de succión p, es la presión actual en el cilindro al PMI y no es equivalente a la presión ambiente pa debido a la pérdida de presión en el carburador, canles de entrada y válvulas. Como un valor medio se usa:

ps = 0.9 x pa _+ 0.05 bar

Temperatura como un resultado de la compresión, Tc ( sin ignición)

Tc = Ts X E""

La temperatura de succión T, no es igual a la temperatura ambiente. La temperatura del aire o mezcla aire/combustible se incrementa como resultado de la transferencia de calor desde el canal de entrada, paredes del cilindro y el mezclado con el remanente de los gases del previo ciclo. Como un valor medio:

T, = T, + 50 K

Eficiencia del proceso, q

La eficiencia de un proceso está dada por la relación entre el resultado útil y el esfuerzo hecho. En el caso de un motor el resultado es la potencia mecánica, y el esfuerzo es la energía del combustible consumida por el motor.

'1= Potencia mecánica Consumo de energía del combustible

Consumo especifico de com bustible, cec

Otra manera de describir la eficiencia de un motor es el consumo especifico de combustible:

cec = 3 (en k) P x t

donde

m, : masa del combustible P : potencia del motor t : tiempo

El consumo especifico de combustible es usado en las especificaciones de los motores más que la eficiencia para mostrar la economía del combustible del motor. Esta difiere entre distintos tipos de motores y el punto de operación.

Presión Media Efectiva, pme

La presión media efectiva es un valor teórico, usado para describir y comparar el desempeño y economia de los motores. Es la presión teórica necesaria sobre los pistones en su camino del PMS al PMI para producir la actual potencia mecánica del motor:

pme = P (kW) x 1200 (en bar) CVd (dm3)x n (min")

ANEXO 4

(v ' 2

3 5

2 3

Z

v)

3 3

3 z O v)

3 3 z 2 -

- N C D b a o b D N

m .m

2 2

z z

3 2

3 3 3 v)

z z

O 0 0 o o o o

a a z

1

1

G

E H > a: O

3

3 5

3 5

v)

I

z W 3

% w n W n

o

m In w W

O 0 o o o o

8

. ( v u ) m d o O No)

, o o m O 5

ANEXO 5

Determinación de las emisiones de COZ por parte del biogás

Consideraremos una composición de 60% de CH4 y 40% de C02 para el biogás.

Ecuación estequiométrica:

0.6CH4 + 0.4c02 + a(O2 + 3.76N2) "b bC02 +cH20 + dN2

Balance molar:

C: 0.6 + 0.4 = b b = l H: (0.6)(4) = 2c c = 1 O: (0.4)(2) + 2a = 2b + c a = 1.2 N: (2)(3.76)(a) = 2d d = 4.152

Por lo tanto:

1 mol de biogás produce 1 mol de COZ

6 considerando el peso molecular Mbioges = 27.2286 y Mco2 = 44.01 tenemos

De acuerdo al Balance Nacional de Energía 1996 pág. 41 el poder calorífico del petróleo es de 581 1 MJ/Barril, por lo tanto

MJ k;l 1 BI 1 It kJ Bl MJ 159 It 0.856 kg kg

58ll-xlooo-x"x" = 42695.29 ~

El poder calorifico del biogás con 60 % de metano es 18720 kJ/kg, por lo tanto

18720 k;l

kgbiogas kgpetroleo = 0.4384

kgbiogas 42695.29 kgpetroleo

lo que significa que

0.4384 kg equivalente de petróleo producen 1.61 6 kg de C 0 2 o sea

1 kg de petróleo equivalente produce 3.686 kg COZ.