DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA REGIONAL SANTA ANA
TÉCNICO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
MATERIA: ENERGÍAS RENOVABLES
TEMA: ENERGÍA BIOMASA
GRUPO EE1MC4-B ALUMNOS: ELMER ALBERTO, BAÑOS QUINTANILLA. HÉCTOR WILFREDO CARIAS ROJAS. MIGUEL ÁNGEL CARPIO.
Fecha: martes 11 de septiembre 2012
TABLA DE CONTENIDO Pág. Introducción………………………………………………………3 Objetivos…………………………………………………………..4 Energía biomasa………………………………………………5---6 Aplicaciones energéticas……………………………………7---8 Tipos de biomasa………………………………………………..9 Transformacion de biomasa a energia…………………..9---10 Centrales de biomasa…………………………………..…11---13 Caracteristicas d la bioenergia………………………………..14 Anexos……………………………………………………..…15---20 Conclusión………………………………………………………..21 Bibliografia………………………………………………………..22
INTRODUCCIÓN.
En el proceso de generación de energía eléctrica en la actualidad se ha obtenido mediante la utilización de gases fósiles tales como el carbón, el petróleo y el gas combustibles altamente contaminantes y principales causantes del efecto invernadero en el planeta, y en la parte económica tienden sus precios a alzas. La energía biomasa es un recurso renovable, por su origen prácticamente inagotable, su aprovechamiento en la generación de la energía renovable representa una alternativa económica y ambiental de fácil acceso a comunidades rurales (como su aprovechamiento para la cocción de alimentos mediante cocinas que funcionas con mínimas cantidades de leña) pero este recurso también es aprovechado en la industria cafetalera y cañera maximizando así la capacidad eléctrica instalada esta puede ser privada o inyectada a la red eléctrica. Además mediante las formas de generación de esta energía renovables se contribuye en gran manera a disminuir la contaminación ambiental reduciendo la emisión de gases fósiles, sin embargo la falta de conocimiento de este recurso, que tipo de tecnologías usar y la poca gestión institucional que hay en el país son razones muy fuerte que se oponen impidiendo la implementación de esta energía de fuente originalmente natural como lo es el sol. Las fuentes principales de la biomasa como, leña, carbón de leño, cascarilla de arroz, caña de azúcar, la madera, pulpa de café, dan un gran porcentaje de energía consumida a nivel mundial, teniendo aun para brindar más. También los centros urbanos producen altos niveles de basura compuestas en gran parte, por materia orgánica que bien puede ser convertida en energía, procesándola adecuadamente. En el presente trabajo se define la biomasa, como también las aplicaciones energéticas que tiene, los tipos de biomasa existentes, y el proceso para transformar la biomasa a energía eléctrica.
OBJETIVOS.
Explicar la Biomasa como una fuente Energía Renovable, que aunque no es muy utilizada en el país, tienen un gran impacto a nivel mundial.
Entender el ciclo de la biomasa desde su punto de origen.
Conocer las aplicaciones energéticas de la Biomasa.
Diferenciar los procesos de transformación de la biomasa a energía eléctrica según el método utilizado.
Conocer las partes y el funcionamiento de una Central de Biomasa
Energía Biomasa. Biomasa: Según el Diccionario de la Real Academia Española, tiene dos acepciones: 1. f. Biol. Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen. 2. f. Biol. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.
La primera acepción se utiliza habitualmente en Ecología. La segunda acepción, más restringida, se refiere a la biomasa 'útil' en términos energéticos formales: las plantas transforman la energía radiante del Sol en energía química a través de la fotosíntesis, y parte de esa energía química queda almacenada en forma de materia orgánica; la energía química de la biomasa puede recuperarse quemándola directamente o transformándola en combustible.
Energía De Biomasa. La bioenergía o energía de biomasa en un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos. No se considera como energía de la biomasa, aunque podría incluirse en un sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales y personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un porcentaje elevado, en el proceso de la respiración celular. En su más estricto sentido es un sinónimo de biocombustibles (combustibles derivados de fuentes biológicas). En su sentido más amplio abarca también la biomasa, el material biológico utilizado como biocombustible, así como la situación social, económica, científica y técnica relacionada con la utilización de fuentes de energía biológica. Hay una ligera tendencia a favor de la bioenergía en Europa, en comparación con los biocarburantes en América del Norte. Una parte de la energía que llega a la Tierra procedente del Sol es absorbida por las plantas, a través de la fotosíntesis, y convertida en materia orgánica con un mayor contenido energético que las sustancias minerales. De este modo, cada año se producen 2·1011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de energía equivalente a 68000 millones de tep (toneladas equivalentes de petróleo), que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial. A pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte de la misma. Entre las formas de biomasa más destacables por su aprovechamiento energético destacan los combustibles energéticos (caña de azúcar, remolacha, etc.) y los residuos (agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos, lodos de depuradora y computadoras, plantas, etc.) En términos generales la biomasa es una forma de energía renovable que se origina a partir de la fijación de la energía solar en la fotosíntesis y comprende toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluidos los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.
Las aplicaciones energéticas en las que puede participar son: Generación de electricidad, en plantas de vapor en ciclo simple o mediante procesos de gasificación o biodigestión de la biomasa. También a través de sistemas híbridos con otras energías renovables (como la solar térmica) y convencionales (principalmente gas natural). La electricidad obtenida puede ser para autoconsumo o bien se puede inyectar a la red. Aplicaciones térmicas, donde la biomasa se emplea como combustible para calefacción o la obtención de agua caliente en el ámbito doméstico individual (chimeneas) o colectivo (redes de calefacción centralizada en centros públicos o comunidades de vecinos) y en el industrial (secaderos, calderas, hornos cerámicos, etc). Cogeneración, que consiste en la producción simultánea de calor y electricidad. Elaboración de biocarburantes, combustibles líquidos sustitutivos de la gasolina o el gasóleo como el biodiesel y el bioalcohol.
El Ciclo De Vida Del Carbono En La Biomasa La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.
El carbono se acumula, reciclado como biomasa, en los cultivos agrícolas y forestales y se consume en una central eléctrica, con lo cual no hay emisiones netas de dióxido de carbono por la combustión de biomasa; el ciclo es el siguiente: a) El dióxido de carbono (CO2) es captado por los cultivos agrícolas y forestales durante su desarrollo; mediante la fotosíntesis se libera oxígeno (O2) y el carbono se almacena en la biomasa de las plantas. b) Una vez cosechada la biomasa, se transporta a la central eléctrica; la central eléctrica quema la biomasa, devolviendo a la atmósfera el CO2 que captaron las plantas. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles. Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2 empleada en la fotosíntesis. En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc. En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios. Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire. Nota: Hay otra característica que diferencia a la biomasa de otros recursos energéticos, y es el hecho de que es un recurso potencialmente renovable. El carbón, el gas, el petróleo y otros combustibles fósiles, no se consideran biomasa, aunque deriven de material vivo. El tiempo necesario para la formación de estos combustibles (millones de años) hacen que no puedan ser considerados como renovables.
Biomasa vegetal La fuente original de la energía presente en la biomasa es el sol. Los cloroplastos (pequeñas "factorías" presentes en las plantas) usan la energía solar (en forma de energía luminosa, o fotones), el CO2 presente en el aire, y el agua del suelo para fabricar carbohidratos (azúcar, celulosa, etc.). La energía original proveniente del sol, se almacena ahora en todos estos componentes. Alguna de esta energía almacenada se traspasará a los animales en la cadena alimenticia. A su vez, los restos de las plantas, los excrementos animales, etc., pueden ser vistos como almacenes de energía solar.
Tipos de biomasa La biomasa como fuente para la producción de energía renovable puede clasificarse en:
Biomasa natural. Se produce de forma espontánea en la naturaleza, sin intervención humana. Por ejemplo, las podas naturales de los bosques.
Biomasa residual seca. Procede de recursos generados en las actividades agrícolas, forestales. También se produce este tipo de biomasa en procesos de la industria agroalimentaria y de la industria de transformación de la madera. Dentro de este tipo de biomasa, se puede diferenciar la de origen forestal y la de origen agrícola.
Biomasa residual húmeda. Procede de vertidos biodegradables formados por aguas residuales urbanas e industriales y también de los residuos ganaderos.
Cultivos energéticos tanto forestales como agrícolas. Son aquellos cultivos realizados tanto en terrenos agrícolas como forestales y que están dedicados a la producción de biomasa con fines no alimentarios.
Transformación De La Biomasa En Energía Eléctrica. ¿Cómo se transforma la biomasa en energía? Hay varios métodos para transformar la biomasa en energía, los más utilizados son los métodos termoquímicos y los biológicos. Métodos Termoquímicos Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están muy desarrollados para la biomasa seca. Hay tres tipos de procesos que dependen de la cantidad de oxígeno presente en la transformación:
Combustión. Se somete a la biomasa a altas temperaturas con exceso de oxígeno. Es el método tradicional para la obtención de calor en entornos domésticos, para la producción de calor industrial o para la generación de energía eléctrica.
Pirólisis. Se somete a la biomasa altas temperaturas (alrededor de 500ºC) sin presencia de oxigeno. Se utiliza para producir carbón vegetal y también para obtener combustibles líquidos semejantes a los hidrocarburos.
Gasificación. Se somete a la biomasa a muy altas temperaturas en presencia de cantidades limitadas de oxígeno, las necesarias para conseguir así una combustión completa. Según se utilice aire u oxígeno puro, se obtienen dos productos distintos, en el primer caso se obtiene gasógeno o gas pobre, este gas puede utilizarse para obtener electricidad y vapor, en el segundo caso, se opera en un gasificador con oxígeno y vapor de agua y lo que se obtiene es gas de síntesis. La importancia del gas de síntesis radica en que puede ser transformado en combustible líquido.
Métodos Biológicos Se basan en la utilización de diversos tipos de microorganismos que degradan las moléculas a compuestos más simples de alta densidad energéticas. Son métodos adecuados para biomasa de alto contenido en humedad, los más conocidos son la fermentación alcohólica para producir etanol y la digestión anaerobia, para producir metano. La digestión anaerobia de la biomasa por bacterias, se puede utilizar en explotaciones de ganadería intensiva, con la instalación de digestores o fermentadores, en donde la celulosa procedente de los excrementos animales se degrada en un gas que contiene cerca del 60% de metano.
NOTA: Según un estudio de AEBIOM (Asociación Europea para la Biomasa) la biomasa podría cubrir el 15% del consumo energético de los países industrializados para el 2020 sin necesidad de incrementar de forma significativa los costes de la energía.
Centrales Generadoras De Bioenergía. Una central de biomasa se ocupa de obtener energía eléctrica mediante diferentes procesos de transformación de la materia orgánica. Básicamente el funcionamiento de una central es el siguiente: La biomasa recogida se quema en calderas. El calor de esta combustión se usa para hervir agua y obtener vapor. Los gases se evacúan por conductos y chimeneas. El vapor mueve una turbina conectada a un generador (al igual que en las centrales tradicionales). El generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El voltaje de la electricidad generada se eleva para su distribución a través de la red. Centrales De Bioenergía En El País (Ingenios Azucareros En El Salvador.) El bagazo tiene un alto poder calorífico para producir energía, pues cada libra con un 50% de humedad alcanza las 3,000 btu. Al usarlo como combustible en un ingenio, les permite ahorrar cada mes trescientos veinte mil dólares. Central Izalco. Se destina a las calderas el 80% del bagazo; del resto se vende una parte al sector ganadero y la otra se guarda para generar energía durante un mes después de la zafra. Durante la zafra la quema del bagazo genera 8,700 kilovatios hora diariamente, de los cuales 1,500 venden a la Central Eléctrica de Sonsonate (CLESA), cantidad que aumenta a 5,000 fuera de la temporada. La Central Izalco, la más grande procesadora de caña en el país, extrae energía eléctrica a partir de la quema del bagazo desde muchas décadas atrás. Por eso nadie lo desecha. Mientras la mayor parte alimenta las calderas, afuera de las instalaciones se acumulan montañas de este desecho molido, a la espera para ser quemado al final de la zafra o ser vendido como alimento para el ganado.
Beneficio De Café La Cooperativa ATAISI De R. L. Se ha estimado que los cafetales tienen un alto valor energético, comenzando por la madera que de ellos se extrae. Solo la poda anual de árboles de sombra y cafetos genera unos dos millones de metros cúbicos de leña, lo que satisface la demanda energética total o parcial del 77.3% de la población salvadoreña. Pero además de la leña, la cascarilla del café pergamino tiene, además de su virtud como abono orgánico porque ayuda al reciclaje de nutrientes del suelo, un alto valor energético. Se ha determinado que cada año el beneficiado del café genera unos seis millones de quintales de pulpa y 0.7 millones de quintales de cascarilla, cuyo alto poder de combustión ahorraría la utilización de petróleo durante el secado del grano. En el beneficio de café la cooperativa ATAISI de R. L., del cantón San Isidro, en Sonsonate, conocen ese poder, pero se reconoce que no se le saca el provecho necesario. En vista de que los precios internacionales del café siguen inestables no se ha tenido que echar a andar las calderas para apresurar el secado del grano, proceso que dura unas treinta horas. Mientras este proceso no llega, una bodega alberga enormes cantidades de cascarilla. Los beneficios de café y los ingenios azucareros son apenas dos ejemplos de empresas con potencial de biomasa para generar energía eléctrica. Pero la biomasa no es aprovechada para producir energía en El Salvador, según afirma el Programa Iberoamericano para la Ciencia, la Tecnología y el Desarrollo (CYTED), que a través del CONACYT impulsa en el país un subprograma de "Biomasa como fuente de productos químicos y energía". Alternativa para producir Electricidad a partir de Biomasa. En el Regimiento de Caballería, en el cantón Sitio del Niño de San Juan Opico se está autoabasteciendo de electricidad a partir de madera y cáscara de coco, a través de una máquina que estadounidenses (incluyendo la Universidad Internacional de Miami, Florida) han desarrollado y ha sido traída al país desde hace un año y medio, pero se comenzó a utilizar desde septiembre de 2006. El nombre de la máquina es BioMax 50 y posee la capacidad de producir 50 KW de electricidad por hora. Lo novedoso del aparato radica en la fermentación natural de determinados materiales que generan un gas, el cual es canalizado hasta una central donde se filtra y luego transformado en energía eléctrica y, a su vez, puede conectarse a la red local. Para alimentar la máquina se necesitan entre seis y ocho barriles con madera y cinco o seis con cáscara de coco para obtener medio barril de carbón en un lapso de una semana. La cáscara de coco y la madera son reducidas de tamaño a través de una picadora agrícola de zacate. Se separan los pedazos más grandes de madera paraque no provoquen atascamiento de la ceniza. La biomasa es llevada a bodegas donde se deposita por separado
En el interior de los cuartos se ha construido un piso alambrado para que la máquina traslade el aire caliente que se produce, para mantener la biomasa con un mínimo de 17% de humedad. En el primer módulo, el equipo tiene un alimentador o góndola, mediante el cual la biomasa es llevada por un canal y depositada en el gasificador. Las dimensiones de la máquina son de siete metros de largo por dos de alto y 1.5 de ancho. Dentro del gasificador se produce carbón y gas llamado "impuro" o "pobre". La composición de este gas es de 21.4 de CO, 16% de H2, 1.1% de metano, 6.7% de CO2, 9.1% de agua y 45.7% de nitrógeno.
Posteriormente el fluido es conducido junto con los residuos de ceniza por una tubería de acero a altas temperaturas hacia otro módulo compuesto por tres cilindros o barriles de regular tamaño. Cada uno tiene en su interior una bolsa (filtro), parecida a la de una aspiradora, la cual limpia el gas, para que después este pase a otros filtros exteriores, donde también se retiene ceniza, la cual es desviada por otra tubería hasta un depósito. Es en esta etapa en la que el generador envía el aire caliente a las bodegas para mantener seca la biomasa, y el gas va al generador para producir energía. La limpieza del aparato debe ser cuidadosa porque tanto la ceniza como los restos del gas podrían quedar almacenados en las tuberías y provocar obturaciones. Los dos procesos con los que trabaja la máquina son la pirolisis (proceso que se lleva a cabo cuando una llama consume la biomasa) y la oxidación (conversión de la madera en carbón). La ceniza sobrante se utiliza como abono y podría utilizarse
NOTA: Las plantas procesadoras cogeneran energía eléctrica a partir del bagazo de caña de azúcar. La capacidad de generación de energía eléctrica de Central Izalco es de 45MW y de Ingenio Chaparrastique de 16MW. Durante el 2011 el 61% de la producción de electricidad fue inyectada al Mercado Eléctrico Nacional, con lo cual contribuyo a suplir el 2% de la demanda del país.
CARACTERISTIAS DE LA ENERGIA BIOMASA.
La biomasa tiene el potencial de reducir las emisiones de gases causantes del efecto invernadero. El uso de la energía de la biomasa puede reducir la dependencia del petróleo extranjero, porque los biocombustibles son el único combustible liquido renovable disponible Es una fuente de energia renovable: leña, Carbón, Material Vegetal, Residuos Agrícolas y Forestales, Desechos humanos y animales Clave para convertir residuos de otras actividades en recursos y para diversificar portafolio agropecuario e industrial Versátil–se puede aplicar para generar Combustibles sólidos (leña y carbón), líquidos (etanol), gaseosos (biogás)Calor, Electricidad, Energía Mecánica
ANEXOS.
CICLO DE LA BIOMASA.
PROCESO DE BIOMASA A BIOENERGÍA.
PROCESO DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LA CAÑA.
MAPA CONCEPTUAL BIOMASA A BIOENERGÍA.
CONCLUSIÓN.
La Biomasa, es un término genérico que se refiere a la cantidad de materia viva producida por plantas, animales, hongos o bacterias, en un área determinada. Comúnmente se utiliza para hacer referencia al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de estos recursos biológicos, como también al aprovechamiento de recursos netamente naturales y que no ocasionan ningún tipo de contaminación a la atmosfera. Este tipo de energía en el salvador no es muy utilizada debió a la falta de tecnología para producirla, sin embargo tiene grandes niveles de incidencia en países altamente industrializados como argentina, Brasil, Alemania entre otros. La biomasa como otras fuentes energías renovales es una alternativa para el desarrollo de el país, sin embargo esta debe ser utilizada inteligentemente y racionalmente, con un conocimiento amplio en tecnologías adecuadas, con análisis muy minuciosos para la implementación de centrales eléctricas a partir de biomasa. El poder aprovechar esta fuente de energía renovable es todo un reto para las instituciones del país como el Ministerio de Media Ambiente, las gestiones deben estar enfocadas en recuperar los desperdicios de biomasa que se han desperdiciado generando grandes pérdidas de este recurso, esto lleva a la conclusión que el aprovechar la energía de biomasa es de gran beneficio y de provecho al país. .
BIBLIOGRAFÍA.
http://ses2.wordpress.com/2012/03/19/fuentes-de-energias-alternas/
http://www.wwf.es/que_hacemos/cambio_climatico/nuestras_soluciones/e nergias_renovables/biomasa/
http://es.wikipedia.org/wiki/Bioenerg%C3%ADa
http://ecologiavirtual09.blogspot.com/2009/11/ciclos-biogeoquimicos.html
http://www.opex-energy.com/biomasa/index.html
http://4dlab.info/energia/energia-energia-renovable-la-biomasa.pdf
