“DISEÑO Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A
PARTIR DE ESTIÉRCOL
DE GANADO” a. Ubicación de Planta -
-
Departamento: Arequipa Provincia: Caylloma Distrito: El Pedregal – Majes Ubicación: A 95 Km de la ciudad de Arequipa Coordenadas del terreno: Latitud Sur: 16°20'35.44"S Longitud Oeste: 72° 9'9.26"W” Extensión Territorial: 67 Ha Altitud: 1270 m.s.n.m. Clima: Árido Vías de Comunicación: Terrestre
Grafico 1. Fotografía que muestra las características geográficas del Pedregal (Fuente Satelital. Google Earth, 2010)
Grafico 2. Fotografía que muestra la localización de la planta de Biogás (Fuente Satelital Google Earth 2010) Características del Terreno •
Dimensiones: - 127.76 m
-
115.4 m Área total: 14,743.504 m2 Área construida: 6,540 m2 Área libre: 8,203.504 m2
b. Datos Meteorológicos Altura: 1270 m.s.n.m. Suelos: Llanura desértica de relieve uniforme ligeramente ondulado, con inclinación de este a oeste inferior al 3%.Textura arenosa o arenosa gravosa, con escasez de limo y ausencia casi total de arcilla. Recurso hídrico e infraestructura: El agua de riego proviene actualmente de la cuenca alta y media del río Colca, las cuales son reguladas en la represa de Condoroma y conducidas a través de la infraestructura hidráulica del Proyecto Especial Majes -Siguas. El recurso hídrico recorre 88 km por túneles y 40 km por canales revestidos. Verano: Temperatura media anual de 19°C Radiación solar de 3,396.7 hrs/año Promedio de Precipitación Anual (mm): 7 Velocidad del Viento (km/h): 0,9 Dirección del Viento: SN Promedio de Humedad Relativa (%): Relativa máxima de 81.3% y mínima de 36.4%. Evaporación media de 2,129.8 mm/año.
c. Datos Zona sísmica A continuación se muestran los sismos que presentaron mayor relevancia durante los últimos seis meses del año en curso. Fecha
Tiempo
27/06/2010 26/06/2010 21/06/2010 19/06/2010
6:28:21 23:38:39 0:54:31 2:54:26
16/06/2010 08/06/2010 05/06/2010 27/05/2010 26/02/2010
14:48:17 6:32:20 4:20:00 04-13-29 7:36:41
Localidad Caravelí Tacna Ica AticoChala Arequipa Camana Camana Vitor Pisco
Coordenadas Latitud
Longitud
Profundidad (km)
Escalas de Ritcher
15.84 19.02 14.72 16.09
73.64 69.26 75.92 73.85
58 81 44 64
4.0 4.9 4.0 4.2
16.11 17.39 16.73 16.62 13.63
72.85 72.81 72.76 71.56 76.30
88 37 40 62 55
4.2 4.7 3.9 3.9 4.3
22/04/2010
23:20:32
Caraveli
15.55
73.75
83
4.2
d. Diseño del Producto El producto final consiste en una mezcla de gases conocido como BIOGAS el cual está compuesto de la siguiente manera: Metano (CH4) Dióxido de carbono (CO2) Hidrogeno Gases diversos
55 a 70 % 30 a 40 % 1a3% 1a5%
Entre sus atributos encontramos: -
Permite una combustión completa Fuente de energía renovable Puede ser empelado para la producción de electricidad o como energía calorífica Ayuda a reducir la contaminación a la atmosfera por la producción de metano de las heces. El biogás es extremadamente inflamable debajo de los 25°C. 25 °C.
Grafico 3. Aplicación del Rombo NFPA para el estiércol y biogás (en su mayoría metano) Lesión grave que requiere atención inmediata. - Muy irritante o con efectos irreversibles en piel o córnea (opacidad). - Inhalación: CL50mayor que 0.2 hasta 2 mg/l o mayor que 20 hasta 200 ppm - Causan daños serios o permanentes bajo condiciones de emergencia. - Sustancias corrosivas para ojos, piel y aparato respiratorio. Sustancias que vaporizan rápida o completamente a presión atmosférica y a temperatura ambiente normal, o que se dispersan con facilidad en el aire y que arden fácilmente. - Gases inflamables - Sustancias criogénicas inflamables. - Punto de ignición < 22.8°C - Punto de ebullición < 37.8°C - Sustancias que arden espontáneamente o cuando se exponen al aire. Sustancias que son estables normalmente, aún bajo condiciones condici ones de fuego. - Sustancias que no reaccionan con el agua. - Sustancias que no exhiben una reacción exotérmica a temperaturas menores o iguales a 500°C cuando son probadas por calorimetría diferencial.
-
Sustancias que son estables normalmente, pero que pueden convertirse en i nestables a ciertas temperaturas y presiones. Sustancias que reaccionan vigorosamente con el agua, ag ua, pero no violentamente. Sustancias que cambian o se descomponen al exponerse al aire, la luz o la humedad.
Composición y características Se llama biogás a la mezcla constituida por metano CH 4 en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Sus características han sido resumidas en él. CARACTERISTICAS
CH4
CO2
H2-H2S
OTROS
Proporciones % Volumen Valor Calórico MJ/m 3 Valor Calórico kCal/m 3 Ignición % en aire Temp. ignición en ºC Presión crítica en Mpa g/l Densidad relativa Inflamabilidad Vol. en % aire
55-70 35,8 8600 5-15 650-750 4,7 0,7 0,55 5-15
27-44 7,5 1,9 2,5 -
1 10,8 2581 1,2 0,08 0,07 -
3 22 5258 8,9 1,2 -
BIOGAS 60/40 100 21,5 5140 6-12 650-750 7,5-8,9 1,2 0,83 6-12
Características metano
Generales Formula química Peso atómico Densidad Otras denominaciones Numero CAS Cambios de fase Puntos de fusión Punto de ebullición Punto triple Punto critico ΔfusH
vapH Propiedades del gas fH° gas fG° gas S° gas Cm Seguridad Efectos agudos
Limite explosivos
CH4 16.043 uma 0.717 kg/m3 (gas) Hidruro de metilo 74-82-8 90.6 K (-182.5°C) 111.55 K (-161.6°C) 90.67 K (-182.48°C) 0.117 bar 190.6 K (-82.6°C) 46 bar 1.1 kj/mol 8.17 kj/mol -74.87 kj/mol -50.828 kj/mol 188 J/(mol . K) 35.69 J/(mol . K) - Asfixia en algunos casos - Inconsciencia ataque cardiaco o lesiones cerebrales. - El compuesto se transporta como liquido criogénico Su exposición causara obviamente la congelación. 5 a 15 %
e. Diseño del Proceso •
Recolección
Se obtiene la materia prima, recolectándola de los establos vacunos situados alrededor de la planta, en el distrito de pedregal. Y el agua es tomada de los canales de regadío.
•
Esterilización de la materia prima
Se realiza utilizando un caldero para calentar el agua y luego agregarla al tanque de mezcla donde esterilizara la materia prima, la cual será triturada y transportada por tornillos sinfín. •
Biorreacción
Se realiza dentro del biodigestor en condiciones anaeróbicas. De tal manera que se produzca biogás, el cual será almacenado en una cúpula cúpula elástica para su posterior extracción. •
Compresión del biogás.
Extraemos el biogás de la cúpula, para luego comprimirlo para que obtenga determinada presión para pasar por los siguientes procesos. •
Filtración del Biogás.
El biogás pasa a través de filtros para poder purificar el metano a partir de este. •
Almacenamiento del metano.
El metano es almacenado en tanques especiales a altas presión, a partir de los cuales será utilizado. •
Combustión del metano.
El metano es inyectado a motores electrógenos, de tal manera que a partir de estos obtengamos electricidad para luego enviarla al transformador y finalmente inyectarla en el sistema de electricidad. f.
Diseño del Equipo Camiones de recolección: camiones diseñados para la recolección y compactado de la materia prima, estos vehículos están debidamente señalizados y pintados según los estándares de seguridad, la coordinación con los propietarios del establo para el vaciado del contenedor por camiones especiales de la planta de biogás.
Grafico 4. Camiones compactadores de materia prima. Tanques de recolección: son pequeños tanques de recolección los cuales están ubicados en los diferentes establos, estos tanques son de polietileno de alta densidad, debidamente marcados y señalizados, una vez llenados con la materia prima los tanques de recolección son recogidos por los camiones.
Grafico 5. Tanques de recolección de materia prima Tornillo sin fin de Arquímedes: está diseñado para que cumpla doble función, una es la homogenizar la materia prima, para aumentar el área superficial y la otra función en la de transporte, esta equipo viene con un motor el cual mueve todo el tornillo, las revoluciones son controladas y varían desacuerdo al flujo que uno desee. El material de construcción es de acero inoxidable reforzado con acero al carbón.
Grafico 6. Tornillos sin fin de Arquímedes Caldero industrial: Caldero industrial destinado a calentar el agua para esterilizar la materia prima, este caldero está está construido a base de acero inoxidable.
Grafico 7. Caldero industrial Tanque de mezclado: está diseñado para el mezclado de la materia prima y el agua caliente, construido a base de material noble (cemento), presenta una hélice de acero inoxidable el cual mezcla ambos componentes.
Grafico 8. Tanques de mezcla Biodigestor: está diseñado para llevar a cabo la digestión anaeróbica, construido a base de material noble, presenta una cubierta de de polipropileno flexible la cual se va expandiendo mientras se de la fermentación.
Grafico 9 Biodigestor anaeróbico
Compresor: está diseñado para comprimir los gases que salen del tanque de fermentación, estos gases son conducidos por tuberías, este compresor consta de válvulas especiales para evitar cualquier fuga, presenta un recubrimiento especial de acero fino.
Grafico 10 Compresor de biogás Biofiltro de biogás: diseñado para la purificación de biogás, biogás, construido a base de acero inoxidable, con depósitos de filtro de polietileno , el biofiltro está compuesto de corteza de pino, remueve gases que son contaminantes para el medioambiente.
Grafico 11. Biofiltro Grupo eléctrico: equipo encargado de transformar el gas energía eléctrica, está construido de aluminio, grupo electrógeno trifásico y monofásico, reparte trifásico a la planta, y monofásico para la venta.
Grafico 12. Grupo electrógeno
S-113 S-105 P-4/C-101 Caldero
S-102
S-104
S-101
S-106 S-103 P-2/Tr-101 Tanque de recoleccion
P-1/Truck
P-6/Tsa-102 Tornillo transportador
P-5/Tk-101 Tanque de mezcla
P-3/Tsa-101 Tornillo transportador
S-107
S-111 S-108
S-110
P-9/F-101 Filtro
c
P-7/BR-101 Biodigestor
S-109
S-112
P-10/C-101 c c Compresor
P-8/C-101 Compresor
S-114
P-12/Ta-101 Tanque de almacenamiento P-13/M-101 Motor
Grafico 13: DSP PARA EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE BIOGAS
P-11/Ta-101 Tanque de almacenamiento
g. Superficie de Planta La planta está compuesta por diferentes estructuras y equipos, los cuales están descritos en la tabla 1. Y a partir de la área requerida, de desenvolvimiento y de almacenamiento de cada una es que llegamos a un área total construida de 2784 m 2 y un área libre de 4000 m 2, lo cual suma el área total del terreno que es de 6780 m 2.
Infraestructura Estacionamiento Oficinas Banos de oficina Cafetería Banos planta Laboratorios control calidad Vestidores Area no construida Biodigestor anaeróbico Tanque de mezcla Tanque de almacenamiento Caldero Sedimentador Tornillo sin fin A Tornillo sin fin B Grupo electrogeno Compresor AyB Filtro Tanque de gas Antorcha
Infraestructura (m2) 2000 m2 15m2 9 m2 200 m2 20 m2 36 m2
Área Desenvolvimiento (m2)
Área de Almacenamiento (m2)
Área total (m2) 2000 m2 23 m2 12 m2 206 m2 24 m2 44 m2
4 m2 2m2 2m2 2m2 3m2
4 m2 1 m2 4 m2 2 m2 5 m2
3m2
5 m2
17 m2 4000 m2
EQUIPO 15 m2
30 m2
124 m2
17 m2
5 m2
10 m2
32 m2
8 m2
5 m2
10 m2
23 m2
2 m2 20 m2 3 m2 3 m2 22 m2
10 m2 10 m2 2 m2 2 m2 5 m2
5 m2 3 m2
17 m2 33 m2 5 m2 5 m2 30 m2
20 m2 90 m2 10 m2 1 m2
3 m2 15 m2 30 m2 1 m2
2 m2 2 m2 15 m2
9 m2 4000 m2
2
79 m
3 m2
TOTAL
25 m2 107 m2 55 m2 2 m2 6784 m2
Grafico 14: Dibujo de distribución en planta.
