4. CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL BIOGAS.

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1 83 4. CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL BIOGAS. En este capitulo se evaluará la cantidad de biogás que se puede recuperar teóricamente con el empleo del modelo de la EPA y se compara con datos medidos en campo, se analizan dos (2) escenarios el actual y el ideal, además se determina con las condiciones que imponen los entes reguladores (Ministerio de Minas y Energía). 4.1 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE BIOGÁS QUE PUEDE SUMINISTRAR EL RELLENO SANITARIO CURVA DE RODAS. Para estimar el caudal anual se utilizó el software Landfill Methane Outreach de la U. S. EPA y la USAID (anexo B), puesto que este utiliza un método que ya ha sido probado con éxito en diferentes países, es aplicable a rellenos sanitarios con profundidades mayores a 5 metros y se conoce la cantidad de residuos sólidos depositados. Para determinar que cantidad de biogás es posible extraer del relleno sanitario Curva de Rodas, se determinaron dos escenarios teóricos, uno ideal donde la eficiencia de extracción es del 60% (determinado por estudios anteriores por firmas de ingeniería) y otro real donde únicamente se alcanza una eficiencia del 15% Escenario ideal. Se ingresan al software las cantidades anuales reales de residuos sólidos dispuestas en el relleno sanitario, se utiliza el promedio de la precipitación anual (1500 mm) durante los 18 años que duró en operación el campo, y en caso de que el relleno funcionara idealmente, se garantiza como mínimo un 60% en la eficiencia del sistema de captación de biogás, asumiéndolo como el escenario más pesimista. k (Índice de Generación de Metano): Para una precipitación por año de 1500mm corresponde un valor de /año (Ver tabla 4).

2 84 L 0 (Generación Potencial de Metano): Para un índice de precipitación por año de 1500mm corresponde un valor de 84 m 3 /Ton. (Ver tabla 5). La tabla12 presenta la cantidad emitida por el relleno durante los años 1984 a 2000 que es igual para todos los escenarios puesto que hasta en ese momento el campo estaba en operación. Tabla 12. Biogás generado durante el tiempo de operación de RSCR. Eficiencia Índice de Toneladas Recuperación de biogás Generación de Biogás sistema de disposición acumuladas Sistema existente/planeado recolección Año (Ton/año) (Ton) (m 3 /min) (m 3 /h) (G J/año) (%) (m 3 /min) (m 3 /h) (GJ/año) , % 0, , % 0, , % 5, , % 10, , % 15, , % 21, , % 26, , % 32, , % 37, , % 44, , % 52, , % 61, , % 71, , % 81, , % 85, , % 97, , % 109, En la tabla13 se presenta la proyección de generación con un 60% de eficiencia en la recuperación de biogás.

3 85 Tabla 13. Proyección de generación de biogás ideal. Eficiencia Índice de Toneladas Recuperación de biogás Generación de Biogás sistema de disposición acumuladas Sistema existente/planeado recolección Año (Ton/año) (Ton) (m 3 /min) (m 3 /h) (G J/año) (%) (m 3 /min) (m 3 /h) (GJ/año) , % 120, , % 79, , % 86, , % 80, , % 73, , % 68, , % 63, , % 58, , % 53, , % 49, , % 45, , % 42, , % 39, , % 36, , % 33, , % 30, , % 28, , % 26, , % 24, , % 22, , % 20, Escenario actual. Tal como se puede observar en la tabla 2 Porcentaje de gas de relleno captado y la tabla 11 Resultados de las cromatografías, solo se puede recuperar biogás con un 15 % en la eficiencia de captación por el estado actual de los pozos, considerándolo como el escenario más optimista. En la tabla14 se presentan las proyecciones de generación y recuperación de biogás del Relleno Sanitario Curva de Rodas con un 15% de eficiencia en la recuperación.

4 86 Tabla 14. Proyección de generación de biogás actual. Eficiencia Índice de Toneladas Recuperación de biogás Generación de Biogás sistema de disposición acumuladas Sistema existente/planeado recolección Año (Ton/año) (Ton) (m 3 /min) (m 3 /hr) (G J/año) (%) (m 3 /min) (m 3 /h) (GJ/año) , % 120, , % 19, , % 21, , % 20, , % 18, , % 17, , % 15, , % 14, , % 13, , % 12, , % 11, , % 10, , % 9, , % 9, , % 8, , % 7, , % 7, , % 6, , % 6, , % 5, Curvas de tendencia de producción teórica de biogás. Las gráficas que se presentan a continuación muestran la tendencia de generación de biogás del relleno sanitario Curva de Rodas, con eficiencias en la recuperación del 60% y del 15% respectivamente. En cada una de las graficas se presentan las curvas de generación al 100% y al porcentaje de análisis.

5 Generación Recuperación Biogás Eficiencia 60% Flujo [m3/h] Año Eficiencia Recuperación 60% Generación Biogás Generación Recuperación Biogás Eficiencia 15% Flujo [m3/h] Año Eficiencia Recuperación 15% Generación Biogás Figura 19. Curvas de tendencia de generación de biogás Análisis de las curvas de tendencia. Con el panorama actual se puede observar lo siguiente: El máximo pico de producción de biogás se dio en el año 2004, aproximadamente un año después de finalizada la operación. Si el relleno presentara las condiciones de escenario ideal (eficiencia de recolección cercana a la capacidad de generación 100%) con el biogás generado se obtendrían unos

6 88 máximos de 6826 m 3 /h para el año 2006 hasta obtener 2227 m 3 /h para el año 2020 (Ver tabla 15 y 16). En las condiciones actuales se pueden obtener teóricamente dos posibilidades de recolección de biogás del campo, la primera una eficiencia del 15% (estado actual real) y la segunda una eficiencia del 60% (probable si se ejecutan las reformas propuestas en otros estudios) 63, bajo la ultima se podrían obtener para el año 2006 un caudal de biogás de 4096 m 3 /h y para el año 2020 un caudal de 1113 m 3 /h. 4.2 CARACTERIZACIÓN DEL BIOGÁS A PARTIR DE LAS MEDICIONES EFECTUADAS. Con base en las muestras tomadas de los pozos: 64 y recuperado plataforma 5 (ver tabla 11), se puede definir que la composición volumétrica del biogás es de 54%, 40%, 0.001% y 5.999% de metano [CH 4 ], Dióxido de Carbono [CO 2 ], Sulfuro de Hidrogeno [H 2 S] y Vapor de agua respectivamente. 4.3 COMPARACIÓN ENTRE LOS CÁLCULOS TEÓRICOS VS MEDICIONES DE CAMPO. En este numeral se realizan las comparaciones de las mediciones en campo contra el programa de la EPA (modelo mexicano de biogás) siendo la capacidad teórica. De la tabla 9 numeral 3.4.2, Se toma como referencia para el proyecto el caudal que produce el pozo de desfogue número 64 [caudal m 3 /h], asumiéndose que la cantidad de pozos viables para reparar y regenerar son como mínimo 100, con una eficiencia en la captación por pozo del 50% con respecto al de referencia dando lugar a un caudal de 4334 m 3 /h, este valor es superior al calculado teóricamente (4096 m 3 /h para el año 2006) con una eficiencia en la recolección del biogás del 60% (ver tabla 13). 63 ZOREDA INTERNACIONAL S.A. Informe final del proyecto : estudio previo para el aprovechamiento del biogás generado en el relleno sanitario "Curva de Rodas"(Medellín, Colombia). Bogotá : EE.VV, p.15

7 89 Para efectos de la evaluación técnica y económica, se toma el valor de 4000 m 3 /h de biogás para el año 2006 y para los subsiguientes los que se presentan en la tabla 13. Se analizará como sitio posible el km del gasoducto de distribución del valle de Aburrá para evaluación del caudal de inyección del gas enriquecido, se utilizarán valores aproximados (de índole académico) de consumo de gas natural del año CUMPLIMIENTO DE REQUISITOS EXIGIDOS POR LA COMISIÓN DE REGULACION DE ENERGÍA Y GAS (CREG). Para poder determinar el caudal de inyección de biogás tratado en el gasoducto de distribución urbano, se requiere: Las composiciones de los gases de Ballenas y Cusiana, las concentraciones máximas de gases (fluidos y sólidos nocivos) permitidos por la CREG y el caudal de gas natural que pasa por el gasoducto de distribución urbano en el punto de inyección. (Ver anexos D y E). A continuación se muestra en la tabla 15 las composiciones de los gases de los pozos de Cusiana y Ballenas y la tabla 16 que corresponde a las especificaciones del Registro Único de Transporte Colombiano (RUT) (ver anexo D). Tabla 15. Componentes del Gas de Cusiana y de Ballenas GAS DE CUSIANA GAS DE BALLENAS COMPONENTES FORMULA FRACCIÓN MOLAR FRACCIÓN MOLAR Dióxido de carbono CO 2 0, ,020 Sulfuro de Hidrogeno H 2 S 0,00 0,000 Oxigeno O 2 0,00 0,000 Nitrogeno N 2 0, ,006 Metano CH 4 0, ,817 Etano C 2 H 6 0, ,107 Propano C 3 H 8 0, ,037

8 90 GAS DE CUSIANA GAS DE BALLENAS COMPONENTES FORMULA FRACCIÓN MOLAR FRACCIÓN MOLAR i Butano C 4 H 10 0, ,005 n Butano C 4 H 10 0, ,006 i Pentano C 5 H 12 0, ,001 n Pentano C 5 H 12 0, ,001 n Hexano C 6 H 14 0, ,000 Benceno C 6 H 6 0,000 0,000 Tolueno C 6 H 5 CH 3 0,000 0,000 p Xyleno C 6 H 4 (CH 3 ) 2 0,000 0,000 C7 10* 0,000 0,000 C11 14* 0,000 0,000 C15 20* 0,000 0,000 C21 29* 0,000 0,000 C30+* 0,000 0,000 Agua H 2 O 0,000 0,000 EGlicol 0,000 0,000 Total 1,000 1,000 Tabla 16. Especificaciones de calidad del Gas Natural exigidas por la CREG (RUT) Componentes Sistema Internacional Sistema Inglés Máximo poder calorífico bruto (GHV) (Nota 1) 42.8 MJ/m BTU/ft 3 Mínimo poder calorífico bruto (GHV) (Nota 1) 35.4 MJ/m BTU/ft 3 Contenido líquido(nota 2) Libre de líquidos Libre de líquidos Contenido total de H 2 S máximo 6 mg/m grano/100pcs Contenido total de azufre máximo 23 mg/m grano/100pcs Contenido CO 2, máximo en % volumen 2% 2% Contenido de N 2, máximo en % volumen 3% 3 Contenido de inertes máximo en % volumen (Nota 3) 5% 5% Contenido de oxígeno máximo en % volumen 0.1% 0.1% Contenido de agua máximo 97 mg/m Lb/MPCS Temperatura de entrega máximo 49 C 120 F

9 91 Componentes Sistema Internacional Sistema Inglés Temperatura de entrega mínimo 4.5 C 40 F Contenido máximo de polvos y material en suspensión (Nota 4) 1.6 mg/m³ 0.7 grano/1000 pc Nota 1: Todos los datos referidos a metro cúbico ó pie cúbico de gas se referencia a Condiciones Estándar. Nota 2: El Gas Natural deberá entregarse con una calidad tal que no forme líquido, a las condiciones críticas de operación del Sistema de Transporte. Nota 3: Se considera como contenido de inertes la suma de los contenidos de CO2, N 2 y O 2. Nota 4: El máximo tamaño de las partículas debe ser 15 micrones Cálculos de caudal de gas natural en el punto de inyección. Un valor aproximado de consumo de los ramales aguas arriba del km del gasoducto de distribución del Valle de Aburrá (Año 2005) (ver anexo E, medio magnético) a diciembre de 2005, corresponde a: m 3 /h. Consumo de los ramales aguas arriba del punto de inyección = m 3 /h El caudal aproximado en el punto de inyección de biogás es: m 3 /h m 3 /h = m 3 /h, Si se fueran a inyectar 1500 m 3 /h de CH 4 del biogás el máximo permitido de CO 2 (2%) sería: Con gas de Cusiana = 1500 x 0.02 = 30 m 3 /h Con gas de Ballenas ( %) = ( )m 3 /h x = m 3 /h.