PROPUESTA PARA LA GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE BIOGAS

ESIME-IPN

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROPUESTA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA

ELÉCTRICA A PARTIR DE BIOGÁS

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO

ELECTRICISTA.

PRESENTAN:

COLÍN COLÍN RENE.

ENRÍQUEZ RUÍZ JONATAN.

LIMA HERNÁNDEZ ENRIQUE.

ASESORES:

INDICE Pág.

Relación de figuras

Objetivo

Justificación

Resumen

Introducción

CAPITULO 1 MARCO CONCEPTUAL Y CONTEXTUAL.

1.1- El medio ambiente en el mundo. 2

1.2.- La generación de energía eléctrica 2

1.3.- Energías alternas. 3

1.4.- energías renovables y no renovables. 6

1.5.- la biomasa: 6

1.5.1 ¿por qué es mejor elegir la biomasa? 6

1.5.2.- diferencias entre biomasa y combustibles fósiles (petróleo y derivados). 7

1.6.- biogás 8

1.7.- tipos de fermentación 8

1.8.- origen del biogás 9

1.9.- utilización del biogás. 10

1.10- usos del biogás 11

1.11.- la producción de biogás 12

1.12.- usos de la energía eléctrica a partir del biogás en México 13

CAPITULO II CARACTERISTICAS DEL EQUIPO

2.1.- elementos característicos para la producción del biogás 19

2.2.- diseño de los digestores 20

2.3- componentes de equipos de aprovechamiento de la energía del Biogás 24

2.4.- equipos de limpieza y filtrado del biogás 24

2.5.-características del equipo . 25

2.5.1.- sistema de conducción. 25

2.5.2.- sistema de quemado. 25

2.5.3.- sistema de limpieza. 26

2.5.4.- motores de combustión interna 27

2.5.5.- subestaciones compactas 30

2.5.6.- tableros 34

CAPITULO III UBICACIÓN DE LA PROPUESTA 3.1.- aplicación de la propuesta para la creación de una planta de Biogás en el tiradero del bordo poniente en la etapa IV 36

3.2.- ubicación de la propuesta en el bordo poniente etapa IV. 38

3.3.- diagnósticos de las etapas I, II y III del bordo Poniente. 39

3.3.1.- etapa I 40

3.3.2.- etapa II 40

3.3.3.- etapa III: 41

3.4.-ventajas y desventajas al utilizar el biogás como energía eléctrica 42

3.6.1.- ventajas: 42

CAPITULO IV NORMAS, ARTÍCULOS Y COSTOS PARA UN BUEN DESEMPEÑO DE UNA PLANTA DE BIOGÁS.

4.1.- plan de desarrollo en México 45

4.2.- acuerdos y normas para poder proyectar un plan de Recuperación del biogás para la generación de la energía eléctrica 46 4.3.- cambio climático y autoridad designada nacional. 47

4.4.- acuerdos de venta de energía eléctrica. 47

4.5.- promoción de la generación de energía 48

4.6.- artículos. 49

4.7.- evaluación de costos del proyecto 52

4.8.- costos presupuestales de construcción 52

4.8.1 costos anuales presupuestales de operación y Mantenimiento. 53

4.8.2 estimado presupuestal de la inscripción del proyecto, Monitoreo y Verificación. 54

4.9.- estimado presupuestal de los costos inicial de la planta. 55

4.9.1.- estimado presupuestal de la operación y mantenimiento anual 55

4.10.- capacidad de la planta

56

INDICE DE FIGURAS Pág.

Figura 1.1. Energía eléctrica 3

Figura 1.2. Las consecuencias de las energías alternas al utilizarlas 5

Figura 1.3 “Biomasa como recurso energético renovable para la producción de electricidad y calor 7

Figura 1.4. Contenedor de biogás 8

Figura 1.5. Método anaerobio Figura 1.6 Diferentes aplicaciones del biogás 11

Figura 1.7. Relleno sanitario “prados de la montaña 15

Figura 1.8 planta de San Nicolás en Aguascalientes 16

Figura 2.1 Digestor tipo Chino 22

Figura 2.2 Digestor tipo Hindú 23

Figura 2.3 Sistema de tuberías de conducción y conectadas a cabezales 25

Figura 2.4 Estación de quemado del biogás 26

Figura 2.5 Quemador abierto 26

Figura 2.6 separador de humedad 27

Figura 2.7 Renderizado de un motor de combustión interna alternativo 28

Figura 2.8.El funcionamiento de los pistones del MCI 28

Figura 2.9 Partes del motor de combustión interna 29

Figura 2.10 Subestación compacte 30

Figura 2.11 Modulo C equipado con eliminador de arco 31

Figura 2.12 Modulo de interruptor de línea 31

Figura 2.13 Vista superior de las barras exteriores 32

Figura 2.15 Protección del transformador 33

Figura 2.16 Transformador 34

Figura 2.17 Tableos 34

Figura 3.1: Presentación de “relleno sanitario, generador de biogás; fuente de energía alterna 37

Figura 3.2. “composta” 37

Figura 3.3. “Ubicación del borde poniente y sus etapas” 38

Figura 3.4 Localización de las etapas del relleno sanitario de bordo

Poniente 39

INDICE DE GRAFICAS Pág.

Grafica 1. Producción de las energías renovables 5

Grafica 1.1 Producción del biogás en Europa 10

Grafica 1.2. Composición del biogás 12

Grafica 3.1 Composición de los residuos en la etapa I del relleno Sanitario de bordo poniente de: “bordo poniente, un relleno sanitario

reutilizable” 40

Grafica 3.2 Composición de los residuos en la etapa II del relleno sanitario de bordo poniente de: “bordo poniente, un relleno sanitario

reutilizable” 41

Grafica 3.3 Composición de los residuos en la etapa III del relleno Sanitario de bordo poniente de “bordo poniente, un relleno

Sanitario reutilizable 41

INDICE DE TABLAS Pág.

Tabla 1 Energías alternas 4

Tabla 1.1 Diferencias entre biomasa y combustibles fósiles 7

Tabla 1.2 Rendimiento de los artefactos por medio de biogás 11

Tabla 1.3 Elementos que contiene el biogás 12

Tabla 1.4 Potencial de biomasa en los estados de la república mexicana 14

Tabla 1.5 Proyectos viables biomasa 17

Tabla 2.1 Equipo electro mecánico 24

Tabla 3.1 De la presentación de “La disposición de residuos sólidos Urbanos en la ciudad de México” 42 Tabla 4.1 Marco Legal para Manejo de Residuos Sólidos y Proyectos de Recuperación de Biogás 51

Tabla 4.2 costos presupuestales del sistema de colección y Control del biogás incluyendo quemador 53 Tabla4.3 costos de operación y mantenimiento del sistema de Colección y combustión y de expansiones/reemplazos 54

Tabla 4.5 costos presupuestales para la inscripción del proyecto, Monitoreo, y verificación 54

Tabla 4.6resumen de costos presupuestales para la planta de energía Con generadores ic 55 Tabla 4.7 Resumen de costos presupuestales del mantenimiento De planta de energía 56

INDICE DE DIAGRAMAS Pág. Diagrama 1.1 Esquema básico de la central eléctrica 38

OBJETIVO:

El objetivo es proponer una planta generación de energía eléctrica a partir de biogás en el relleno sanitario del borde poniente y reducir los índices de contaminación

JUSTIFICACION

Hasta ahora, el aprovechamiento energético del biogás generado por la basura enterrada en rellenos sanitarios no deja de ser una tecnología viable que tendrá que ser demostrada en nuestro país, pero para ello tendrán que eliminarse las resistencias naturales a la innovación que se ha probado con éxito en otros países.

Implementando una planta de biogás en el relleno sanitario del bordo poniente se reduciría focos de infección y de roedores y el efecto invernadero, captando los residuos sólidos urbanos del relleno sanitario, se podrá obtener el biogás con el cual se generaría energía eléctrica.

Para ello, las autoridades competentes deben ser los principales promotores y ofrecer las condiciones legales, administrativas y financieras apropiadas para que dentro de un periodo razonable se demuestren los beneficios de la tecnología, de tal manera que se cuente con los elementos necesarios para apoyarla o desecharla.

El interés por el aprovechamiento energético del biogás de los rellenos en nuestro país data de al menos 10 o 12 años, pero dados los cambios cíclicos administrativos no se han podido establecer programas y proyectos a largo plazo para el manejo y disposición de la basura, que no deben ser de largo plazo, sino para siempre.

Además, en los proyectos de biogás de relleno sanitarios, no sólo tiene que ver el sector energético, también el ecológico, el de desarrollo social y el financiero, así como un gran número de especialistas y funcionarios interesados en el tema. Bajo este panorama, sería adecuado que existiera un organismo con la suficiente autoridad, para coordinar tales esfuerzos que en primera instancia, conduzcan a la implementación de un proyecto demostrativo que no necesariamente significa instalar una sola planta de generación con biogás de relleno, que permita disponer de los elementos de juicio necesarios para impulsar la tecnología en los ámbitos donde demuestre sus beneficios.

RESUMEN

Lo que se trata de abarcar en esta pequeña presentación de tesis es lo siguiente:

- Conocer como se almacena y se produce el Biogás en los rellenos sanitarios así como la problemática que producen los desechos sólidos por medio de la descomposición anaerobia.

- Conocer los diferentes equipos Eléctricos para poder obtener de manera optima el Biogás.

- Saber si es factible el uso de suelo y obtención de Biogás en el Tiradero Bordo Poniente de la Ciudad de México y área conurbana, para eso ay que tener en cuenta un estudio de suelo y de la producción de biogás que actualmente se produce en áreas, mejor llamadas “etapas” ya clausuradas del Bordo Poniente.

- Conocer las ventajas y desventajas de Generación de Energía Eléctrica a partir del Biogás en la Ciudad de México, y comparar diferentes plantas que actualmente están en operación en algunas ciudades de la Republica Mexicana

- Conocer las diferentes Normas, Artículos y Dispociones por Parte del Gobierno de la Ciudad de México así como la operación, monitoreo y recolección del biogás a partir de la Norma Oficial Mexicana [NOM-083-SEMARNAT-2003].

- saber los costos aproximados comparados con las plantas que actualmente existen

INTRODUCCION.

Identificar al relleno sanitario Bordo Poniente como candidato para un proyecto de uso del biogás por varias razones, incluyendo:

- Tamaño (Volumen) del relleno, profundidad de los residuos, edad y la futura capacidad.

- Métodos modernos de disposición, incluyendo el uso de un recubrimiento inferior con materia arcilloso y sistema de colección de lixiviados y la instalación de un sistema de capa de baja permeabilidad.

- El interés y apoyo expresado por parte la Ciudad de México y zona conurbana, así como el apoyo del propietario y operador del relleno sanitario.

- La disposición continúa y capacidad futura del relleno sanitario resulta en un potencial de recuperación de biogás significativo. El uso del biogás como combustible en un proyecto puede resultar en la reducción neta de emisiones de carbón directas por la combustión del metano e indirectas por el desplazamiento de otros combustibles fósiles.

- El uso adecuado para la generación de Energía Eléctrica para abastecer ya sea a empresas nacionales, fabricas, etc.

PROBLEMÁTICA.

La basura ha sido, es y será un problema ha resolver en todo el mundo y sobre todo en las grandes urbes como lo es la ciudad de México; el problema parece complejo pero no difícil de resolver. Aunque encontramos una gran cantidad de basura orgánica e inorgánica en todas partes; La basura no solo contamina el ambiente y da mal aspecto y produce malos olores, son también verdaderos focos de infección y lugares de reproducción no solo de bacterias, hongos y otros microorganismos son también las fuentes alimenticias y de reproducción para cientos de roedores los cuales son portadores de otros organismos los cuales son a su vez portadores de vectores para ciertas enfermedades perjudiciales para el hombre.

El bordo poniente, causan problemas ambientales que afectan el suelo, el agua y el aire y contamina a la atmósfera con materiales inertes y microorganismos. con el tiempo, alguna parte de ellos se irá descomponiendo y darán lugar a nuevos componentes químicos que provocarán la contaminación del medio, que provocarán el suelo pierda muchas de sus propiedades originales, como su textura, porosidad, permeabilidad, y todo esto provoca varios gases que hacen que se produzca el efecto invernadero, esto causan un paulatino incremento de la temperatura terrestre, el llamado cambio climático o calentamiento global.

CAPITULO I

1.1- EL MEDIO AMBIENTE EN EL MUNDO.

En la actualidad la contaminación y la destrucción de los recursos naturales han suscitado una creciente preocupación en la sociedad, y su debate alcanza a todos los sectores de la comunidad. Ello ha obedecido, fundamentalmente, a la paulatina toma de conciencia acerca de los peligros que la degradación del ambiente entraña para el presente y el futuro de la humanidad, ya que en definitiva, lo que esta en juego es la propia supervivencia de la especie humana.

La degradación ambiental por la emisión de bióxido de carbono a la atmósfera, pues se ha demostrado que sus moléculas generan el efecto invernadero al atrapar calor en la atmósfera, causando el recalentamiento de la tierra. Resultados de modelos numéricos indican que el incremento de dióxido de carbono podría ocasionar condiciones atmosféricas extremas, destrozos en la agricultura y el comercio, inundaciones de los terrenos mas bajos y áreas costeras, así como de propagación de enfermedades.

Los límites de los recursos naturales (petróleo, madera, minerales, biodiversidad, etc.) indican que el modo actual de vida es insostenible. El consumo en constante expansión somete a tensión al medio ambiente, con emisiones que contaminan la tierra y destruyen los ecosistemas. Se produce un agotamiento y la degradación en aumento de los recursos, la quema de combustibles fósiles se ha casi quintuplicado desde 1950; el consumo de agua dulce se ha casi duplicado desde 1960; la captura marina se ha cuadruplicado; el consumo de madera es ahora 40% superior a lo que era hace 25 años. Entre 1960 y 1998 mientras la población mundial se ha duplicado, las emisiones de bióxido de carbono por tres, el consumo de fertilizantes por cinco y la producción de energía por seis. Además, este nivel de consumo no repercute sólo en la naturaleza, sino también en la mayor parte de las personas de este planeta, puesto que sufren directamente los efectos de este irracional modelo de vida.

1.2.-

LA

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

La generación, en términos generales, consiste en transformar alguna clase de energía no eléctrica, sea ésta química, mecánica, térmica o luminosa.

Figura 1.1. Energía eléctrica

Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras de energía eléctrica se clasifican en termoeléctricas, hidroeléctricas, nucleares, eólicas, solares, geotérmicas, biomasa y mareomotrices.

1.3.- ENERGÍAS ALTERNAS.

Una energía alternativa, o más precisamente una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener dicha energía. Estas son las energías alternativas.

En la actualidad se siguen buscando soluciones para resolver esta crisis inminente. Las energías renovables en las que se trabaja actualmente son:

• Energía eólica

• Energía hidroeléctrica • Energía mareomotriz • Energía solar

Energía Eólica

Es la energía obtenida del viento, o sea, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en energía.

Energía

Hidroeléctrica

Se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los

generadores.

Energía

mareomotriz Esta se obtiene de las mareas y a través de la energía de las olas.

Energía solar

recolectada de forma directa en forma de calor a alta temperatura en centrales solares o a baja temperatura mediante paneles térmicos domésticos, o bien en forma de electricidad mediante el efecto fotoeléctrico mediante paneles foto voltaicos

Energía geotérmica

Es la energía en forma de calor que se produce en el centro de la tierra, liberándose en erupciones volcánicas. El calor del magma terrestre actúa sobre los mantos acuíferos subterráneos, por lo que al elevarse la temperatura del agua se eleva su presión tendiendo a escapar hacia la superficie. los géiseres pueden aprovechar el vapor que mueve turbinas y generar así electricidades

E N E R G I A S A L T E R N A S La biomasa

Es la energía acumulada en la madera, carbón de leña, bagazo de caña, basura y deshechos urbanos de tipo orgánico que al quemarse producen energía calorífica que eventualmente se puede transformar también en energía eléctrica. Por descomposición de residuos orgánicos o bien por su quema directa como combustible.

Grafica 1. Producción de las energías renovables

Present ación de la CRE "Las Energías Renovables En México" de Francisco Barnés de Cast ro

Dado el elevado costo de la energía renovable, su inserción en el mercado es lenta. Día a día, sin embargo, a medida que el costo de la energía convencional incrementa y los yacimientos se agotan, las energías renovables. Las ventajas en el uso de este tipo de recursos es sustancial:

A) Mínimo impacto sobre el medio ambiente.

B) No generan residuos difíciles de tratar, ni gases contaminantes como lo hacen los combustibles fósiles.

Figura 1.2. Las consecuencias de las energías alternas al utilizarlas

1.4.- ENERGÍAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES.

Una fuente de energía es renovable cuando se convierte en inagotable, aunque sea intermitente, y su aprovechamiento no causa alteraciones graves al medio ambiente. Las fuentes de energía renovable son la radiación solar, el viento, el movimiento de las olas y las mareas, el desnivel del agua de los ríos, el calor de subsuelo terrestre y la energía acumulada por los seres vivos (biomasa).

La energía no renovable son aquellas fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y que, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción viable.

Fuentes de energía no renovables son:

Las termoeléctricas, las de combustibles fósiles y nucleares.

1.5.- LA BIOMASA:

La biomasa es un combustible de origen biológico, natural, totalmente respetuoso con el medio ambiente.

Tenemos diferentes tipos de biomasa, como pueden ser las de origen:

Forestal:

• Residuos de explotaciones forestales.

• Residuos industriales (fábricas de muebles, carpinterías, etc.) • Cultivos energéticos (cardos, chopos, etc.)

Agrícola:

• Residuos de cultivos agrícolas (cardos, paja, etc.)

• Residuos industriales (cáscaras de almendras, piñas, huesos de oliva, etc.)

•

1.5.1 ¿POR QUÉ ES MEJOR ELEGIR LA BIOMASA?

• Evita la dependencia energética del exterior.

• Tenemos gran excedente de biomasa en nuestro país. • Ayuda a evitar los incendios.

1.5.2.- DIFERENCIAS ENTRE BIOMASA Y COMBUSTIBLES

FÓSILES (PETRÓLEO Y DERIVADOS).

Hay diferentes tipos de diferencias entre producir una buena producción de biomasa comparado con combustibles fósiles en este caso en especial se da una comparación entre el petróleo que es lo que actualmente es la base de la economía mundial. A continuación se mencionaran algunos aspectos los cuales son:

Tabla 1.1 Diferencias entre biomasa y combustibles fósiles

Figura 1.3 “Biomasa como recurso energético renovable para la producción de electricidad y calor ” Lic. Constanza Gual e I ng. José St rólogo

1.6.- BIOGÁS

El biogás es un gas combustible y su principal componente es el metano, que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos, (bacterias), y otros factores, en ausencia de aire. Cuando la materia orgánica se descompone en ausencia de oxígeno, actúa este tipo de bacteria El biogás con su alto contenido de metano, es una fuente de energía que puede usarse para cocinar, iluminar, generar calor y electricidad generando biogás.

Figura 1.4. Contenedor de biogás

1.7.- TIPOS DE FERMENTACIÓN

Las transformaciones biológicas de la materia orgánica la convierten en un producto final estable y útil como fertilizante. Estas transformaciones o reacciones se producen principalmente dentro de dos contextos; en presencia de oxígeno o aerobias y en ausencia de oxígeno o anaerobias. En determinadas ocasiones, pueden presentarse condiciones mixtas en un mismo medio: interior de reactores, piscinas, etc. donde conviven ambas condiciones en zonas bien diferenciadas.

La transformación aerobia, o fermentación aerobia, de la materia orgánica consiste en su degradación en presencia de oxígeno por medio de bacterias, produciendo principalmente dióxido de carbono.

Figura 1.5. Método anaerobio

1.8.- ORIGEN DEL BIOGÁS

La creación y utilización del biogás de manera artificial se remonta a la segunda guerra árabe-israelí, a mediados de los años setenta del siglo XX, cuando el precio del petróleo subió al ser utilizado como arma política, lo que hizo que se investigasen otras posibilidades de producir energía. Es entonces cuando se experimentó con reactores, los llamados de alta carga, capaces de retener los microorganismos anaerobios y de tratar las aguas residuales mediante este proceso. En este último caso, se tienen en cuenta las características de composición del agua y siempre que sea ventajoso frente a otras alternativas de tratamiento también se utiliza, aplicándose a los vertidos de la industria agroalimentaria, bebidas, papeleras, farmacéuticas, textiles, etc.

El aprovechamiento de los residuos agrícolas se practica desde hace años en instalaciones individuales de tamaño medio que utilizan el biogás para cocinar o como fuente de iluminación. Esta manera de tratar los residuos es más efectiva, controlada y ecológica que las soluciones tradicionales de tratamiento, el vertido incontrolado. No obstante, el biogás también tiene sus inconvenientes porque, además del metano y dióxido de carbono, pueden aparecer otros componentes minoritarios como el ácido sulfhídrico que es necesario eliminar. Por otra parte, si el residuo queda almacenado en condiciones de ausencia de aire, como ocurre en los estercoleros, se forma metano que escapa a la atmósfera, produciendo efecto invernadero y destrucción de la capa de ozono sin que se aproveche su energía.

Los residuos orgánicos, son un problema del que hay que solucionar. Esta idea se lleva practicando desde hace años con el denominado biogás.

1.9.- UTILIZACIÓN DEL BIOGAS.

En el mundo el uso de biogás es utilizado en Asia es el continente que más instalaciones de biogás ha construido. En 1973 se creó la Oficina de Difusión del Biogás y posteriormente el Centro Regional de Investigación en Biogás para Asia y el Pacífico

• En China, el 70% del combustible para uso doméstico en las zonas rurales proviene de la descomposición de la paja y los tallos de cultivos. • En la India, más de medio millón de personas se han servido de plantas

de biogás como combustible doméstico, y hoy en día existen plantas demostrativas multifamiliares donde el gas se hace llegar por tuberías a cada vivienda por un precio módico.

• En Estados Unidos, existen incluso algunas plantas de biogás de gran tamaño, mientras que en América Latina se hacen esfuerzos aislados en distintos países.

• En Japón, presentaban el año pasado un sistema que consigue fermentar también el hidrógeno, además del metano, separadamente, lo que amplía los residuos a utilizar para la obtención de biogás, como los desechos de las cocinas, por ejemplo.

• En Europa, existen más de 500 instalaciones productoras de este gas biológico, Holanda y Dinamarca son los países que marcan la pauta. industrial dependerá de las exigencias medioambientales y de los precios del costo de la energía.

1.10- USOS DEL BIOGAS

En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso con gas natural. El gráfico que se encuentra a continuación resume las posibles aplicaciones.

Figura 1.6 Diferentes aplicaciones del biogás

En el cuadro se han listado los principales artefactos que utilizan biogás juntamente a su consumo medio y su eficiencia.

ARTEFACTO CONSUMO RENDIMIENTO (%)

Quemador de cocina 300 - 600 l/h 50 - 60 Lámpara a mantilla (60W) 120 - 170 l/h 30 - 50 Heladera de 100 L -30 - 75 l/h 20 - 30 quemador de 10 Kw. 2 m 3 /h 80 - 90 Infrarrojo de 200 W 30 l/h 95 - 99

Tabla 1.2 Rendimiento de los artefactos por medio de biogás. Sistem as de Energía I nt ernacional S.A. de C.V.Aprovecham ient o de los desechos sólidos m unicipal es para la generación de Energía Eléct rica

Las cocinas y calentadores son fácilmente modificables, agrandando el paso del gas de los quemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace promisoria e interesante su utilización a gran escala.

Las lámparas a gas tienen una muy baja eficiencia y el ambiente donde se las utilice debe estar adecuadamente ventilado para disipar el calor que generan.

Las heladeras domésticas constituyen un interesante campo de aplicación directo del biogás debido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24 horas del día lo cual minimiza la necesidad de almacenaje del gas. Recientemente se han desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas lo que abre un importante campo de aplicación directa y rentable del mismo.

La difusión de estos sistemas estará condicionada por la rentabilidad final. Sin embargo representa la utilización más racional del biogás ya que se obtiene una forma de energía extremadamente dúctil como la electricidad al mismo tiempo que una fuente de calor muy necesaria para la calefacción de digestores en zonas frías

1.11.- LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS

La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible.

El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 4.500 a 5.600 (cinco mil seiscientos) kilocalorías por metro cúbico. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. Se llama biogás a la mezcla constituida por metano en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono, conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y sulfuro de hidrógeno.

COMPONENTE CONCENTRACION

POR VOLUMEN CARACTERISTICA

METANO (CH4) 55% EXPLOSIVO

BIOXIDO DE CARBONO

(CO2) 35% ACIDEZ

HIDROGENO (H2) <5% EXPLOSIVO

OXIGENO (O2) <5% INOCUO

MERCAPTANOS (CHS) 1.1% MAL OLOR

ACIDO SULFHIDRICO (H2S) <2% MAL OLOR

Tabla 1.3 Elementos que contiene el biogás 

Sist em as de Energía I nt ernacional S.A. de C.V.Aprovecham ient o de los desechos sólidos m unicipales para la generación de Energía Eléct rica

Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaerobia (en ausencia de oxigeno) de las bacterias que ya habitan en el para transformar este en biogás y fertilizante.

1.12.- USOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DEL

BIOGÁS EN MÉXICO

En México se generan alrededor de 170 metros cúbicos por segundo de agua residual y según las cifras de SEDESOL, existe la infraestructura para tratar del 20 al 30 por ciento aproximadamente, o sea que en ese campo existe una gran oportunidad de combinar procesos aerobios y anaerobios para abatir consumo de energía y generación y de lodos y lógicamente para tratar esa agua y bueno no hablemos de las aguas industriales que en algunos casos específicos se pueden utilizar con ventaja estos procesos.

Por el lado de la basura urbana, se conocen los rellenos sanitarios, en 1990 el IIE realizó un estudio en los que hay aquí en el D.F. Había 6 clausurados y 3 en operación y muchos de ellos ya tenían 40 años, entre ellos el de Santa Fe y el de Santa Cruz Meyehualco, donde ya la recuperación de gas que se genera no es factible. Sin embargo, en los que estaban en operación en este tiempo están produciendo gran cantidad de gas y una muestra es el que está en Prados de la Montaña, el cual se encuentra en condiciones operativas.

En México se comienza a tener una mayor conciencia del potencial que ofrece el aprovechamiento de residuos, principalmente urbanos, dados los volúmenes que se manejan en las grandes ciudades del país. Estos residuos y los desechos de animales, desde hace tiempo se han venido utilizando en instalaciones a nivel de prototipo en el Instituto de Investigaciones Eléctricas y en el Instituto de Ingeniería de la UNAM.

POTENCI AL DE BI OMASA EN LOS ESTADOS DE LA REPÚBLI CA MEXI CANA

ESTAD O BI OM ASA

Aguascalient es MUY BUENO 3

Baj a California POBRE Baj a California Sur POBRE

Cam peche POBRE Chiapas BUENO

Chihuahua MUY BUENO 3

Coahuila MUY BUENO 3

Colim a POBRE

Durango MUY BUENO 3

Hidalgo MUY BUENO 3

Guanaj uat o POBRE Guerrero POBRE

Jalisco MUY BUENO 1,3

Edo. de México y D.F. MUY BUENO 2,3

Michoacán MUY BUENO 3

Morelos MUY BUENO 2

Nayarit POBRE

Nuevo León MUY BUENO 1,3

Oaxaca POBRE Puebla POBRE Querét aro POBRE Quintana Roo MUY BUENO 2

San Luis Pot osí BUENO 1

Sinaloa POBRE Sonora POBRE Tabasco POBRE

Tam aulipas MUY BUENO 3

Tlaxcala POBRE

Veracruz MUY BUENO 1,3

Yucat án POBRE Zacat ecas POBRE

Tabla 1.4 Potencial de biomasa en los estados de la república mexicana Datos

proporcionados por: Dirección General de I nfraest ruct ura y Equipam ient o, Dirección de

Residuos Sólidos. Secret aria de Desarrollo Social ( SEDESOL) .

1.13.- PROYECTOS VIABLES EN MÉXICO A PARTIR DEL

BIOGAS

1996 Estudio de previabilidad para el relleno sanitario Prados de la Montaña (Cd. de México)

Está ubicado en el extremo noreste de la Delegación Álvaro Obregón del DF, muy próximo al límite con la Delegación de Cuajimalpa, en terrenos que ahora forman parte del desarrollo controlado conocido como ZEDEC Santa Fé, entre la calle Coral, Prolongación Tamaulipas y avenida Prados de la Montaña. Potencia para 1998, 5.84 MW y promedio, 3.01 MW.

Figura 1.7. Relleno sanitario “prados de la montaña”

1997 Estudio de previabilidad para el relleno sanitario Santa Catarina (Cd. de México)

Está ubicado en el oriente de la Ciudad de México, en el Municipio de Los Reyes; La Paz, Estado de México, en la zona translacustre de, los antiguos lagos de Texcoco y Chalco, en el km. 19.5 de la carretera México-Puebla.

Aguascalientes

El Relleno Sanitario "San Nicolás" está ubicado a 14 km al Noreste de la ciudad de Aguascalientes en la localidad de San Nicolás de Arriba a borde de la carretera que ve de las Cumbres a la localidad de José María Morelos, De acuerdo a los registros y la capacidad de las celdas próximas a construirse, se puede estimar que el ingreso total de residuos sólidos municipales en el sitio será de 2 millones 670 mil 420 toneladas durante su operación (1994-2007).

Como consecuencia del aprovechamiento del biogás en la generación de energía eléctrica, se tendría la reducción de la facturación eléctrica de la Ciudad, por concepto de alumbrado público y bombeo de aguas. Esto mediante la bonificación en la factura, por la energía que el sistema de generación inyecte a la red de distribución de CFE, así como también se evitarían los riesgos de migración y explosividad (con un mínimo de 14 % de oxígeno) hacia los asentamientos habitacionales

Figura 1.8 planta de San Nicolás en Aguascalientes de la present ación de” m odelo int egral del m anej o y aprovecham ient o de los residuos sólidos” . Secret aría de

PROYECTOS V I ABLES BI OM ASA

LOCALI DAD

Vida út il

est im ada Generación Generación t ot al

años TON/ día al t érm ino de su vida

Aguascalient es, Ags. 12 366.92 1607109.60

Manzanillo, Col. 12 76.04 333055.20

Cd. Juárez, Chih. 12 560.02 2452887.60

Chihuahua, Chih. 12 384.4 1683672.00

M on t e r r e y y 1 3

loca lida de s, 1 2 1 8 2 8 .6 5 8 0 0 9 4 8 7 .0 0 Con u r ba da s y 1 2

m un icipios

Corregidora. Qro. 10 26.53 96834.50

San Juan del Río,

Qro. 10 88.53 323134.50

Tequisquiapan, Qro. 10 23.56 85994.00

Cancún, Qro. 12 160.38 702464.40

Nuevo Laredo,

Tam ps. 12 148.27 649422.60

Nogales, Son. 12 103.6 453768.00

Mexicali, B.C. 12 1105.01 4839943.80

Piedras Negras,

Coah. 10 48.56 177244.00

Tapachula, Chis. 10 160.12 584438.00

Celaya, Gt o. 10 268.82 981193.00

I rapuat o, Gt o. 10 297.1 1084415.00

León, Gt o. 12 788.08 3451790.40

Pachuca, Hgo. 12 137.78 603476.40

San Luis Río

Colorado, Son. 10 75.47 275465.50

Puert o Vallart a, Jal. 10 125.3 457345.00

Cuernavaca, Mor. 10 261.77 955460.50

Córdoba, Fort ín y

Am at lan, Ver. 10 171.73 626814.50

Durango, Dgo. 12 505.24 2212951.20

Mazat lán, Sin. 12 269.03 1178351.40

Cd. del Carm en,

Cam p. 10 296.82 1083393.00

Torreón, Coah. 10 317.07 1157305.50

Chiaut em pan y 5

m pios, Tlax. 10 84.79 309483.50

Tabla 1.5 Proyectos viables biomasa

CAPITULO II

2.1.- ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS PARA LA

PRODUCCIÓN DEL BIOGAS

La extracción de biogás de un vertedero presenta muchos problemas específicos ya que cada vertedero tiene unas características propias, tanto por su ubicación como por la composición de los residuos sólidos de sus basuras.

Para la a extracción del biogás se perforan una serie de pozos que conduzcan el biogás desde el vertedero a la planta de tratamiento a través de un sistema de líneas de PEAD, (polietileno de alta densidad). Cada línea PEAD dispondrá de un sistema de regulación del caudal de biogás en función de la composición y del consumo del mismo necesario para el funcionamiento del motor. En cada línea se controla el caudal y la composición del biogás.

Instalación del sistema extracción

La instalación del sistema de extracción se compone de una serie de pasos, una vez realizada la perforación del pozo.

• Construcción interior del pozo. El pozo se compone de una parte ranurada por donde se capta el biogás y otra ciega, en la zona cercana a la superficie, por donde no va a entrar el biogás, impidiendo de este modo su fuga y la entrada de oxígeno.

• Instalación de la tubería de captación. El material empleado para esta tubería suele ser de polietileno, con la parte inferior ranurada o perforada como mínimo un 8% de su superficie una parte ciega en lo más alto, introducida en el pozo.

• Relleno del espacio existente entre la tubería y la pared del pozo con material granular detrítico de 30-40 mm. En ningún caso el material de relleno debe ser de naturaleza calcárea ya que se disolvería por el conjunto biogás-condesados-lixiviados.

• Relleno de los últimos metros del pozo, donde la tubería es ciega, con bentonia, u otro material arcilloso que actúe de aislante evitando la entrada de oxígeno al pozo.

• Material de separación entre la capa de relleno detrítica y la arcillosa (junta de plástico, caucho, etc) para impedir la entrada de oxígeno a los conductos de transporte del biogás.

• Unión flexible entre el pozo y la tubería de transporte de biogás que admita los movimientos del propio vertedero con el paso del tiempo.

Control extracción

2.2.- DISEÑO DE LOS DIGESTORES

Los digestores se pueden diseñar para la alimentación en:

- lotes. - continua.

Con los digestores en lotes, se pone una carga completa de materias primas en el digestor que se sella y se deja que fermente, en tanto se produzca gas. Cuando la producción de gas se haya terminado, se vacía el digestor y se vuelve a llenar con un nuevo lote de materias primas.

Los digestores en lotes son ventajosos donde la disponibilidad de materias primas sea esporádica o se limite a desechos gruesos de plantan (que contienen materiales no digeribles que se pueden retirar de manera conveniente cuando se recargan los digestores alimentados en lotes). Por otra parte los digestores en lotes requieren poca atención diaria. Sin embargo, los digestores en lotes tienen desventajas debido a que se requiere gran cantidad de energía para vaciarlos y cargarlos; por otra parte la producción de gas y sedimentos tiende a ser esporádica. Se puede solventar este problema construyendo varios digestores en lotes conectándolos al mismo depósito de almacenamiento de gas. De este modo los digestores individuales se pueden rellenar en secuencia escalonada para asegurar un suministro relativamente constante de gas. La mayoría de los digestores antiguos eran del tipo en lotes.

En el caso de los digestores de carga continua se agrega al digestor una pequeña cantidad de materias primas cada día, poco más o menos. De este modo, el índice de producción, tanto de gas como sedimentos, es más o menos continuo y digno de confianza. Los digestores de carga continua son especialmente eficientes cuando las materias primas consisten en un suministro regular de desechos fácilmente digeribles, procedentes de fuentes, tales como estiércol de animales, plantas marinas, vegetación, o algas de estanques de producción. Parece que el primer digestor de carga continúa construido por Patel, en la India, en 1950.

Los digestores de alimentación continua pueden ser de dos diseños básicos:

- de mezcla vertical - desplazamiento.

Los digestores de desplazamiento consisten en un cilindro alargado acostado paralelamente al suelo(o sea, tubos internos, barriles de petróleo soldados extremo con extremo, cisternas de camiones, etc.)

Conforme se digiere, la lechada se ve desplazada gradualmente al extremo del digestor, pasando en su camino por un punto de máxima fermentación.

El diseño de los digestores redesplazamiento parece tener ventajas claras sobre los diseños de mezcla vertical, popularizados en la India:

a) en los digestores de mezcla vertical, las materias primas se ven sometidas a un movimiento de bombeo vertical y a menudo escapan de la acción localizada de las bacterias digestivas. La lechada introducida en un momento dado se puede retirar con facilidad, poco después, en la forma de material parcialmente digerido. En los digestores de desplazamiento la lechada debe pasar por una zona de máxima actividad de fermentación, de modo de que todas las materias primas se digieren eficientemente (en gran parte como los intestinos de un animal.

b) Desde un punto de vista práctico, los digestores de desplazamiento son más difíciles de manejar. Si el contenido del digestor comienza a echarse a perder por una u otra razón, se puede recircular eficientemente el material muy estabilizado del extremo más alejado, invirtiendo simplemente el flujo del material a lo largo de la línea del cilindro. Además, las materias primas se pueden digerir en cualquier grado deseado, sin necesidad de construir digestores o cámaras adicionales.

c) Cualquier digestor de carga continua acumulara eventualmente suficiente espuma y partículas sólidas no digeridas para que sea preciso limpiarlo. El “lavado” periódico de los digestores de desplazamiento resulta considerablemente más fácil que el de los digestores de mezcla vertical.

Digestor tipo chino.

La Republica Popular de China tiene una gran experiencia en la producción de biogás. La construcción de 8, 000, 000 de digestores de biogás la han colocado a la vanguardia de la tecnología de biogás para el medio rural.

Estos digestores consisten de:

Una entrada recta para alimentación sin atoros.

Una salida a la altura media del tanque principal para que huevos y parásitos conjuntamente con sólidos no digeribles se depositen en el fondo.

Una cubierta removible, sumergida en agua para detectar fugas.

Un tanque principal de paredes circulares con techo y fondo cónico, que cumple la función de tanque de fermentación y cámara de gas.

Cuando el gas es producido el nivel del liquido en el tanque será forzado a bajar, mientras que en la salida subirá, la diferencia de altura H, del nivel de liquido variara con la presión del gas, la cual se lee en un manómetro conectado a la salida del digestor.

Estos digestores de (6 a 12 m3 de capacidad) son apropiados para uso domestico en casas rurales dispersas o comunidades campesinas, su forma circular y cónica le da un mejor comportamiento estructural, reduciendo el uso de materiales. Todo el digestor esta bajo tierra, la cual actúa como un aislante térmico y como soporte, permitiendo combinarlo con letrinas y porquerizas y desechos sólidos desde la superficie.

La construcción de estos digestores se realiza mediante técnicas de construcción de albañilería, con ladrillos o bloques prefabricados, o la técnica de vaciado integral de concreto de bajo grado sobre la armazón de tierra.

Digestor tipo Hindú.

El digestor tiene una pileta de carga conectada al fondo del digestor por un conducto y una pared central que determina el movimiento de la materia orgánica desde la iniciación de la digestión hasta que se consume la parte volátil de dicha materia.

Su descarga se realiza por otro ducto que sale desde el fondo del digestor al otro lado de la división central, el gas es captado en un recipiente o campana en la parte superior del digestor, balanceando con contrapesas.

Figura 2.2 Digestor tipo hindú

La operación.

Es de alimentación periódica, diaria y además de mezclar y alimentar, virtualmente no necesita ninguna atención.

Captación del biogás.

La captación del biogás es efectuado en un gasómetro flotante, que es el techo del propio digestor.

La altura del gasómetro muestra el volumen del biogás.

Presión del biogás.

2.3- COMPONENTES DE EQUIPOS DE APROVECHAMIENTO DE

LA ENERGÍA DEL BIOGAS

En la siguiente tabla se presentan los principales componentes de uso del biogás como energético, propuestos para la depreciación acelerada, en ella se presenta básicamente el equipo electromecánico.

Geomembrana para la captación del biogás.

Equipos de limpieza y filtrado del biogás de rellenos sanitarios. Sistemas de extracción del biogás de rellenos sanitarios. Sistema de quemado.

Sistemas de tuberías de conducción y cabezales.

Motores de combustión interna adaptados para utilizar el biogás de rellenos sanitarios.

Subestación compacta. Tableros de Fuerza. Tableros de control.

Equipos de control y medición.

Tabla 2.1 Equipo electro mecánico

Elaborado por el ing. Enríquez Ruiz Jonatan

2.5.- EQUIPOS DE LIMPIEZA Y FILTRADO DEL BIOGÁS

Los equipos de limpieza y filtrado se aplica en la enseñanza primaria y secundaria de fermentación con el objetivo de producir Biogás a través de digestiones anaerobia de los lodos.

Gracias a sus propiedades, los equipos de limpieza realizan:

- Una continua y controlada la mezcla de los lodos La uniformidad del proceso de la digestión en el interior de la digestores

- La uniformidad de la temperatura (T) de los lodos a ser tratados - La eliminación de la estratificación térmica

- La ausencia de cualquier depósito en el interior de la digestores

- La optimización de las condiciones del proceso, tales como el contacto íntimo, de digestión rápida, no la corteza superficial ...

Estas ejecuciones mejorar una mejora de el proceso de la digestión que dispone lo siguiente:

- Un aumento de los lodos tratados de flujo - Una disminución del tiempo de residencia (R.T.) - Una mayor flexibilidad de trabajo

- Un aumento de Biogás de producción

2.5.1.- SISTEMA DE CONDUCCIÓN.

El sistema de conducción consiste en la construcción de una red de tuberías de HDPE para transportar el biogás desde los pozos de captación hasta la planta de extracción.

El sistema de tuberías de conducción incluye lo siguiente:

• Tubería de diámetro de 4, 6, 8, 10, 12, 14, y 18 pulgadas, los cuales conectan los pozos.

• Subcabezales que conectan a grupos de pozos.

• Cabezales que transportan el biogás desde los subcabezales hasta la planta de extracción.

Los arreglos de la red de tuberías deberán facilitar el drenado de los líquidos para el manejo de condensados.

Las líneas de cabezales y las líneas laterales constituyen el sistema de conducción de biogás, el cual es transportado posteriormente hasta los sistemas de tratamiento.

Figura 2.3 Sistema de tuberías de conducción y conectadas a cabezales

Present ación en pdf relleno sanit ario generación de biogás, fuent es de energías alt ernas

2.5.2.- SISTEMA DE QUEMADO.

Se considera localizar a los quemadores de biogás, en la planta de extracción de biogás. Los sistemas de control también son incorporados dentro de las instalaciones de la planta de extracción.

Figura 2.4 Estación de quemado del biogás present ación en pdf relleno sanit ario generación de biogás, fuent es de energías alt ernas

Figura 2.5 Quemador abierto

Present ación en pdf relleno sanit ario generación de biogás, fuent es de energías alt ernas

2.5.3.- SISTEMA DE LIMPIEZA.

El biogás contienen metano, bióxido de carbono, trazas de acido sulfhídrico e hidrocarburos clorados y generalmente se encuentran saturados de vapor de agua.

En los resultados de los análisis de monitoreo que deben ser realizados la biogás, es importante determinar las concentraciones de acido sulfhídrico presentes en la mezcla, puesto que solo en el caso de que este sea muy baja, es posible eliminar el sistema de tratamiento o limpieza, dejando únicamente un equipo para eliminar la humedad presente en el biogás.

El sistema de tratamiento del biogás incluirá remoción de humedad y de partículas.

Figura 2.6 separador de humedad

Present ación de pdf relleno sanit ario generación de biogás, fuent es de energías alt ernas

2.5.4.- MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

El motor de combustión interna es un mecanismo destinado a transformar la energía calorífica en trabajo.

en el cual se sincronizara con un generador el cual generara la energía eléctrica para su uso.

Figura 2.7 Renderizado de un motor de combustión interna alternativo.

Figura 2.9 Partes del Motor de combustión interna

Ventajas al utilizar motores de combustión interna.

• solo es necesario eliminar el contenido de acido sulfúrico

• el costo de inversión es relativamente bajo, pues además del equipo y dispositivos básicos solo se requiere del motor de combustión interna • el uso para la generación de electricidad puede ayudar al abastecimiento

de energía a localidades cercanas, o bien para las mismas instalaciones que se proyectan construir en el sitio de disposición final.

• el costo de producción y mantenimiento es bajo comparado con otras posibilidades de uso como la producción de metanol o de combustibles para automóviles

desventajas al utilizar motores de combustión interna

• el motor de combustión interna debe sufrir variaciones en el sistema de carburación.

• el motor también debe estar diseñado para funcionar en forma dual en cuanto a quemado de combustible, para cubrir las fluctuaciones tanto de suministro como poder calorífico.

2.5.5.- SUBESTACION COMPACTA.

La subestación compacta ofrece una alternativa para las necesidades de energía eléctrica, la subestación ocupa la mitad del espacio usado por una subestación convencional, reduce el problema del mantenimiento y es mas fácil su operación, a continuación se hace mención de las partes que lo constituyen.

Tapa frontal superior 1. Manómetro

2. Placa de características 3. Indicador de cortocircuito 4. Indicador capacitivo de tensión 5. Posición del interruptor-seccionador 6. Posición del seccionador de tierra 7. Pulsadores de mando abrir/cerrar 8. Indicador de resortes cargados 9. Relé de protección autoalimentado 10. Posición del interruptor automático Tapa frontal inferior

11. Indicador de fusible fundido

12. Posición del interruptor-seccionador 13. Posición del seccionador de tierra 14. Indicador capacitivo de tensión Tapa compartimento de cables

15. Tapa estándar del compartimento de cables 16. Tapa del compartimento de cables con ventana 17. Travesaño soporte (amovible)

18. Gancho de elevación

El interruptor de línea (Módulo C) es un interruptor seccionador y seccionador de tierra de 3 posiciones, que utiliza el gas SF6 como medio extintor del arco. Las posiciones del interruptor son: cerrado - abierto – a tierra. El interruptor-seccionador satisface los requerimientos de seccionamiento en su posición de Abierto, con capacidad de 13.8 KV

Figura 2.11 Módulo C equipado con eliminador de arco

Módulos de Interruptor de Línea y de Seccionamiento de Barras con Interruptor-Seccionador (Mecanismo 'C')

El mecanismo (3PKE) tiene dos ejes de maniobra: superior para el interruptor e inferior para el seccionador de puesta a tierra. Ambos mandos son operados por resorte simple y actúan sobre un eje común, el cual está directamente conectado al interruptor-seccionador de 3 posiciones (CFE-C), dentro del tanque de SF6. Cuando ambos mandos de interruptor y seccionador de tierra están abiertos, el interruptor-seccionador satisface las especificaciones de seccionamiento del circuito.

Gracias al enclavamiento mecánico entre los ejes de maniobra superior e inferior, se impide la maniobra del interruptor a seccionador de tierra cerrado, impidiendo también la maniobra del seccionador de tierra a interruptor cerrado.

Barras externas

En la parte superior de todas las celdas SafeRing y SafePlus se pueden disponer, como opción, pasa tapas para conexión de barras externas, sobre el último módulo de la izquierda y/o el último de la derecha.

Figura 2.13 Vista superior de las barras exteriores

Las operaciones de cierre y apertura de los interruptores-seccionadores, carga de resortes de los mecanismos del interruptor automático y del interruptor-fusibles, pueden ser motorizadas.

1. Regleta terminal de circuitos auxiliares

2. Microrruptor auxiliar S7, posición interruptor-seccionador 3. Microrruptor auxiliar S10, posición seccionador de tierra 4. Bobina de apertura Y1

8. Bobina de disparo por relé Y3 / Y5 /Y6 * 9. Bobina de disparo por relé Y4 *

10. Microrruptor auxiliar S9, interruptor automático disparado 11. Microrruptor auxiliar S5, posición interruptor automático 12. Microrruptor auxiliar S6, mecanismo retenido

13. Microrruptor auxiliar S8, resortes cargados 14. Microrruptor auxiliar S14, palanca maniobra, IA

15. Microrruptor auxiliar S15, palanca maniobra, seccionador 16. Microrruptor auxiliar S7, posición seccionador

17. Microrruptor auxiliar S13, tapa compartimento de cables 18. Microrruptor auxiliar S20, eliminador de arco

19. Microrruptor auxiliar S19, presión gas SF6

Figura 2.14 Modulos C,F,V equipados con varios microrruptores auxiliares, bobinas de operación y disparo y mando motorizado.

SafeRing y SafePlus ofrecen dos posibilidades para la protección de transformador: interruptor-seccionador con fusibles asociados o interruptor automático con relés de protección.

El interruptor-fusibles facilita una óptima protección contra cortocircuito, mientras que el interruptor automático con relés presenta una mejor protección ante las sobrecargas. El interruptor automático con relés está recomendado para los transformadores de mayor potencia, 200 A asignados para SafeRing, mientras que para SafePlus existen dos opciones: 200 A o 630 A.

Figura 2.16 Transformador

Transformador elevador 380/34500v de 34.5kv

2.5.6.- TABLERO.

El tablero tiene la función de conectar todas las unidades generadoras a una barra común, por medio del proceso de sincronización, a fin de que la energía eléctrica generada sea entonces conectarse a la red de eléctrica de CFE.

Figura 2.17 Tableros

CAPITULO III

3.1.- APLICACION DE LA PROPUESTA PARALA CREACION DE

UNA PLANTA DE BIOGÁS EN EL TIRADERO DEL BORDO

PONIENTE EN LA ETAPA IV.

Para empezar, tenemos como dato mundial que un metro cúbico de Biogás totalmente en combustión es suficiente para:

- Generar 6 horas de luz equivalente a una lámpara incandescente de 60 watts.

- Poner a funcionar un refrigerador de 1 metro cúbico de capacidad durante 1 hora.

- Hacer funcionar una incubadora de 1 metro cúbico de capacidad durante 30 minutos.

- Hacer funcionar un motor de 1 hp durante dos horas

Lo anterior es particularmente importante si tomamos en cuenta, el déficit de energía presente en algunas regiones de México, ya que gran parte de la electricidad es generada a partir de combustibles no renovables, siendo la tendencia en el futuro próximo poco halagadora.

Es por ello que lo planteamos en este capitulo, se tiene que los datos proporcionados en las primeras etapas del Bordo Poniente en las etapas I, II y III son adecuadas, así como también la demanda que tiene en base a los Residuos Sólidos Urbanos, esto es a la entrada de desperdicios que en si se generan diariamente y llegan al deposito de almacenamiento de la Basura.

Por medio de este relleno sanitario, se podrá obtener el biogás, el cual será por el método anaerobio, captado por una geomembrana, para con ello, obtener una presión constante de biogás, una vez captado el biogás, se extraerá por medio de tuberías, el la cual pasara por un proceso de limpieza y filtrado del biogás, de ahí esas tuberías se conectaran a tres motores de combustión interna con capacidad de generar una potencia de 3Mw, las cuales aran el proceso de generar la energía eléctrica, estos motores de combustión interna se conectaran a tres subestaciones compactas de 13.8Kv, y estas a su vez se conectaran a unos tableros, todo este proceso se observa en el diagrama 1.1, después de los tableros se conectara a las redes de C.F.E, y poder suministrar la energía eléctrica generada, ya sea para la buena producción de la empresa o fabrica que se alimente, o a una pequeña comunidad cercana al relleno sanitario o abastecer a la gente con una red de gas natural.

Figura 3.1: Presentación de “RELLENO SANITARIO, GENERADOR DE BIOGAS; FUENTE DE ENERGIA ALTERNA” de Leovigildo Soriano Bonilla

Además se puede utilizar los sedimentos del Relleno Sanitario como composta

- Composta (fertilizante agrícola para el buen cultivo de los productos alimenticios).

En si lo que buscamos recuperar dentro de la propuesta de nuestra tesis es la de abastecer o contribuir a un buen desarrollo de la energía eléctrica a partir del biogás en el sector publico ya sea dentro de las grandes compañías suministradoras de energía eléctrica de nuestro país como son CFE y LYF.

Con ello se pretende contribuir con un pequeño abastecimiento de energía eléctrica hacia la generación para la utilización y distribución de la misma.

Diagrama 1.1 Esquema básico de la central eléctrica

Present ación de pdf relleno sanit ario generación de biogás, fuentes de energías alt ernas

3.2.- UBICACIÓN DE LA PROPUESTA EN EL BORDO PONIENTE

ETAPA IV.

El Distrito Federal cuenta con el Relleno Sanitario Bordo Poniente, operando en su Etapa IV, con 472 hectáreas de superficie y un área de disposición de 320 hectáreas.

La vida útil de las primeras 3 etapas transcurrió de 1985 a 1995, momento en el cual entró en operación la IV Etapa

Figura 3.3. “Ubicación del borde poniente y sus etapas”

Tom ado del “ I NVENTARI O DE RESI DUOS SÓLI DOS DEL DI STRI TO FEDERAL, 2006” del gobierno del DF

3.3.- DIAGNÓSTICOS DE LAS ETAPAS I, II Y III DEL BORDO

PONIENTE.

Figura 3.2 Localización de las etapas del relleno sanitario de bordo poniente

“BORDO PONI ENTE, UN RELLENO SANI TARI O REUTI LI ZABLE” Heribert o Bárcenas Ram írez,

3.3.1.- ETAPA I

En la Etapa I se determinó que los residuos confinados en esta zona tienen al alrededor del 50 5 % de materiales con posibilidades de recuperación: un 34.28 % como materiales reciclables y 16.29 % como material combustible. En lo relativo a los materiales reciclables, se tiene un alto contenido de plástico, lo cual es razonable sí se tienen en consideración dos factores: el primero, que en el periodo de operación no se contaba con infraestructura para la recuperación eficiente; y por otra parte que el mercado de los plásticos no había tenido la demanda que existe actualmente. Ahora bien, es importante puntualizar que en este periodo de operación del sitio en su primera etapa, las delegaciones depositantes fueron aquellas que generaban residuos con bajo contenido en materiales reciclables y por el contrario las delegaciones con residuos ricos en materiales de éste tipo.

Grafica 3.1 Composición de los residuos en la etapa I del relleno sanitario de bordo poniente de: “BORDO PONIENTE, UN RELLENO SANITARIO REUTILIZABLE”Heriberto

Bárcenas Ram írez, José Juan Morales Reyes,

3.3.2.- ETAPA II

En términos globales, si restamos de los materiales aprovechables la parte combustible se puede apreciar que existe un decremento en la composición de los materiales reciclables, es decir que la primera etapa se tiene un 34.29 % contra un 26.24%. Este decremento, se puede deber al incremento de la comercialización de estos productos, principalmente los plásticos.

Grafica 3.2 Composición de los residuos en la etapa II del relleno sanitario de bordo poniente de: “BORDO PONIENTE, UN RELLENO SANITARIO REUTILIZABLE” Heribert o

Bárcenas Ram írez, José Juan Morales Reyes,

3.3.3.- ETAPA III:

Por ultimo, en lo que respecta a la Etapa III, prácticamente se aprecia una composición similar ala etapa II, pero se tiene una cantidad menor en los plásticos y por tanto, una disminución en los materiales reciclables, en este caso, se tiene un porcentaje del 22.38%, lo cual viene a demostrar que las plantas de selección de subproductos han contribuido a disminuir esta proporción en el relleno sanitario.

Grafica 3.3 Composición de los residuos en la etapa III del relleno sanitario de bordo poniente de “BORDO PONIENTE, UN RELLENO SANITARIO REUTILIZABLE”Heribert o

Dentro de las etapas se comprobaron las siguientes entradas de residuos sólidos urbanos desde su apertura hasta la fecha como se muestra a continuación:

Tabla 3.1 de la presentación de “LA DISPOSICIÓN DE RSU EN LA CIUDAD DE MÉXICO”

elaborado por el Ing. Juan Manuel Muñoz Mesa.

3.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS AL UTILIZAR EL BIOGÁS

COMO ENERGÍA ELÉCTRICA

Dentro de la propuesta planteada que es creación de energía eléctrica a partir del biogás hay que tomar en cuenta algunas consideraciones óptimas para el buen funcionamiento del biogás tales como ventajas y desventajas, las cuales se describen a continuación:

3.4.1.- VENTAJAS:

- Produce mucha energía, de forma continua y a un precio razonable.

- Todos los biocombustibles producen mayor cantidad de dióxido de carbono por unidad de energía producida que los equivalentes fósiles.

- Los biogases producidos de la digestión anaerobia tienen un número de aplicaciones. Pueden ser utilizados en motores de combustión interna para accionar turbinas para la producción eléctrica, puede utilizarse para producir calor para necesidades comerciales y domésticas, y en vehículos especialmente modificados como un combustible.

eléctrica, utilizarse como calor de proceso en una fábrica o planta de procesamiento, o utilizarse para mantener un flujo de agua caliente.

- La electricidad puede ser generada a partir de un número de fuentes de biomasa y al ser una forma de energía renovable se la puede clasificar como "energía verde". La producción de electricidad a partir de fuentes renovables de biomasa no contribuye al efecto invernadero ya que el dióxido de carbono liberado por la biomasa cuando es quemado, (directa o indirectamente después de que se produzca un biocombustible) es igual al dióxido de carbono absorbido por el material de la biomasa durante su crecimiento.

- No genera emisiones de gases de efecto invernadero

- Los combustibles de biomasa tienen un contenido insignificante de azufre y por lo tanto no contribuyen a las emisiones de dióxido de azufre que causan la lluvia ácida. La combustión de la biomasa produce generalmente menos ceniza que la combustión del carbón, y la ceniza producida se puede utilizar como complemento del suelo en granjas para reciclar compuestos tales como fósforo y potasio.

- La producción de biocombustibles tales como el etanol y el biodiesel tiene el potencial de sustituir cantidades significativas de combustibles fósiles en varias aplicaciones de transporte. El uso extenso del etanol en Brasil ha demostrado que los biocombustibles son técnicamente factibles en gran escala.

3.4.2.- DESVENTAJAS:

- La biomasa no es realmente inagotable, aun siendo renovable. Su uso solamente puede hacerse en casos limitados.

- En naturaleza, la biomasa tiene relativamente baja densidad de energía y su transporte aumenta los costes y reduce la producción energética neta. La biomasa tiene una densidad a granel baja (grandes volúmenes son necesarios en comparación con los combustibles fósiles), lo que hace el transporte y su administración difíciles y costosos. La clave para superar este inconveniente está en localizar el proceso de conversión de energía cerca de una fuente concentrada de biomasa, tal como una serrería, un molino de azúcar o un molino de pulpa.

- A menudo existen restricciones políticas e institucionales al uso de biomasa, tales como políticas energéticas, impuestos y subsidios que animan el uso de combustibles fósiles. Los costos de la energía no reflejan a menudo las ventajas ambientales de la biomasa o de otros recursos energéticos renovables.

- Produce menos energía por unidad de volumen y plantea dificultades de almacenamiento y distribución

CAPITULO IV

NORMAS, ARTÍCULOS Y COSTOS

PARA UN BUEN DESEMPEÑO DE UNA

4.1.- PLAN DE DESARROLLO EN MÉXICO

De acuerdo con el Departamento de Energía de Los Estados Unidos (DOE), el consumo neto de energía en México era de 190 billones kilovatios-hora (kWhr) en el 2002. Esta demanda esta proyectada a incrementar a 379 billones kWhr para el 2025. La mayor parte de la generación de energía depende de comestibles fósiles, tomando petróleo a 50 por ciento, gas natural a 23 por ciento, y carbón en una cantidad muy pequeña. Es esperado que los combustibles fósiles se mantengan dominantes en el futuro, con una conversión continua de petróleo a gas natural. Las plantas hidroeléctricas de México tienen la capacidad de generar aproximadamente 10,000 MW, con otros 750 MW de capacidad hidroeléctrica en. Existen dos plantas nucleares de 680 MW de capacidad.

La generación de energía en México esta controlada en su mayoría por el gobierno federal y esta dominada por la Comisión Federal de Electricidad (CFE), la cual genera aproximadamente el 90 por ciento de la energía del país. Luz y Fuerza Centro (LFC), propiedad federal, genera aproximadamente el 2 por ciento, y Petróleos Mexicanos (PEMEX), compañía de petróleo federal, genera aproximadamente 4 por ciento. El 4 por ciento restante de la energía en México es generada por compañías privadas.

El Plan de Desarrollo Nacional del 2001-2006 es el instrumento político que define los objetivos y actividades necesarias para alcanzar estos durante el gobierno del Presidente Vicente Fox Quesada. Este plan hace un llamado al establecimiento de un sector eléctrico con regulación moderna y transparente que garantice servicio de buena calidad y precios competitivos mientras se mantiene la demanda energética de México. Con base a esto, el Programa del Sector Eléctrico ha sido desarrollado por la Secretaria de Energía con la colaboración de las compañías de energía descentralizadas: PEMEX, CFE y LFC, y esta sujeto a consulta publica, antes de su publicación. El programa se establece por un periodo de seis años.

La prioridades del Sector Eléctrico son: cumplir con la demanda energética con una visión con rango medio y largo, protección ambiental y altos niveles de eficiencia de operación y administrativa; desarrollo de un sistema confiable y seguro con participación de capital privado y promover la aplicación de políticas de ahorro de energía con altos niveles de responsabilidad social.