Tecnología de Madera INIA - AECI Montevideo Uruguay julio Dendroenergía. Ing. Ftal. Martín Sánchez Acosta. Instituto Nacional de

Transcripción

1 Tecnología de Madera INIA - AECI Montevideo Uruguay julio 2010 Dendroenergía Ing. Ftal. Martín Sánchez Acosta Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Estación Exp. Concordia ER

2 INTA :Estación Experimental Concordia Entre Ríos Entre Ríos Concordia

3 I.N.T.A. Desde 1956 en el País 12 Centros de investigación 47 Estaciones Experimentales 320 Agencias de Extensión 7000 empleados

4 Biomasas: - Lignocelulósicas - Amiláceas - Azucaradas - Energéticas: no alimenticias

5 Lignocelulosicas: productos - Energía térmica (agua-vapor-aceite,etc) - Energía eléctrica ( vapor- turbina ) - Energía mecánica (biogas - motores)

6 Porqué dendroenergía Más del 50 % del consumo mundial de madera es para energía De millones de m3, se utilizan como combustible para millones de personas : FAO 2007

7 Porqué dendroenergía - Es renovable - El CO2 fue fijado previamente - Efecto neutro en el efecto invernadero - Contenidos casi nulos SO2 : no lluvia ácida - Sustitución de fósiles : bonos de C - Independencia estratégica: no depend.

8 Problemas de la dendroenergia - Rendimientos en calderas menores - Menor densidad energética- mas volumen - Posible contenido de humedad - Posible exportación de nutrientes - Comercialización mas dificultosa - Lejanía de centros de consumo

9 Problemas operativos - Heterogeneidad - Baja densidad alta humedad - Tamaños de granulometría - Dificultad movimiento dosificación - Presencia de impurezas - Fermentaciones -(esto se disminuye con residuos de industrias o el chipeo)

10 Materia prima - Leña - Chips - Residuos - Densificados - Carbón

11 Procedencia - Residuos de industrias - Residuos de cosechas - Residuos de monte - Ramas - Hojas? - Plantaciones energéticas??

12 Residuos de industrias En aserrado de eucalipto: - 45 % de rinde en tablas - 25 % de costaneros - 15 % de aserrín - 10 % de corteza - 5 % de despuntes - recortes

13 Residuos de cosechas - Troncos finos - Ramas - Madera torcida rota - recortes - Cortezas? - Hojas? -Eucalipto 5 a 20 tn/ha

14 Tipo de biocombustibles: Generalidades Los biocombustibles de primera generación son producidos a partir de cereales (maíz, trigo), oleaginosas (colza, aceite de palma) y cultivos de alto % de azúcar (cana de azúcar) usando tecnología ya establecida y funcionando a gran escala. En contraste, los combustibles de segunda generación son producidos a partir de material lignocelulósico (pastos perennes, rastrojo, residuos forestales) Los combustibles líquidos de primera generación tuvieron un gran debate en el ámbito internacional ya que compiten con el uso de alimentos y de recursos para generación de alimentos.

15 Procesos de conversión de biocombustibles

16 Lignocelulosicas: procesos - Químicos: furfural ésteres - alcoholes - Termoquímicos combustión : C con O2 pirólisis : 200 a 1500 C sin O2 gasificación : 600 a 1500 C poco O2 - Bioquímicos (biogas - motores)

17 Biodiesel a partir de biomasa: Objetivos El termino BTL (Biomass-to-liquid) es aplicado a los combustibles sintéticos producidos a partir de biomasa, a través de rutas de conversión termoquímicas. El objetivo es producir combustibles que sean similares a los actuales, de origen fósil, como la nafta y el diesel y que puedan ser utilizados en sistemas de distribución existentes y motores standards. El proceso Fischer-Tropsch es el usado como tecnología en la conversión

18 El proceso conocido como Fischer-Tropsch (FT) es usado para convertir gas de síntesis en combustible para automóviles. El proceso FT es una tecnología conocida y fue aplicada en escala industrial usando carbón mineral o gas natural para la síntesis de combustibles líquidos. Fue desarrollado a fines de 1920, en Alemania, y usada en la segunda Guerra

19 Combustión: - Almacenamiento-transporte - Cámara de combustión - Caldera (vapor-agua caliente-aceite) - Depuradores de gases (biogas - motores)

20 Calidades energéticas - Madera - Astillas - Pellets - Briquetas - Carbón CERTIFICACION.

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22 Calidad de madera - Composición elemental H O C - Densidad humedad - Volátiles - Carbono fijo - Cenizas - minerales - Poder calorífico

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27 Importancia de la humedad en el rendimiento

28 Calidad de astillas - Tamaño - forma - Densidad - humedad - Poder calorífico

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30 Briquetas 200 Mpa/cm2 100 a 150 C 8-15 % H 0,5 a 1 cm wh/t 200 a 2500 kg/h

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35 Calidad de briquetas Caracteristica buena aceptable mala % mat mineral < > 20 Densidad kg/m3 > < 800 Humedad % < > 30 Friabilidad Hc > < 50 Incandescen Hc > < 10 Según Centre de Reserches Agronomiques de Gembloux Belgica

36 Pellets 8-15 % H 0,5 cm 800 kg/m3 granel (1200) kg/h

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42 Calidad del Carbón - Densidad - Granulometría - Carbono fijo - Poder calorífico - Cenizas

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44 Producción de electricidad en baja escala Ejemplos de casos 10 y 5 MW

45 Composición química de Eucalyptus grandis de 7 años (Brito, J) Celulosa : 55.0 % Hemicelulosas: 17.3 % Lignina : 26.2 % Extractivos : 2.6 % Para madera de Eucalyptus grandis Densidad a kg/m3 Densidad real: kg/m3 Cenizas: 0.5 a 1 % Poder calorífico superior: 4600 a 4276 kcal/kg PCI: 4400 a 4000 kcal/kg Lignina: 27 a 26,2 % Rendimiento en carbón: 31%.

46 Producción energía eléctrica: caso Argentina 10 MW -Depósito de la biomasa silo de 3500 m3 - Caldera 55 ton/h 45 kgf/cm2, 450 ºC - Consumo de biomasa = 15,67 ton/h - Turbina múltiple etapa de condensación Vapor Generado: 55 m3/h - Generador - Paneles eléctricos - Estructura física para la operación

47 DISCRIMINACIÓN DE LAS INVERSIONES (U$S) 1. Patio de biomasa Caldera, generación de vapor Turbo reductor Generador sincrónico Sistema eléctrico Construcción civil Proyecto ejecutivo Transporte de los equipos TOTAL U$S millones de u$s/mw

48 COSTO DE LA ENERGIA VENDIDA 1) Tiempo de amortización 10 años 2) Intereses reales crédito en 10 años 50% 3) Tarifa de compra por ton. U$S 10,00 4) Combustible comprado por año ton. 5) Costo anual del comb.( 3 x 4) U$S ) Costo anual de mantenimiento U$S ) Costo anual del personal U$S ) Costo anual de oper.( ) U$S ) Valor total de la inversión U$S ) Valor total a amortizar con intereses U$S ) Valor anual a amortizar con intereses U$S ) Energía total vendida anualmente : ) Costo anual ( amortización + operación ) : U$S ) Costo final de la energía por MWh (13/12) U$S 69 15) Costo final de la energía sin amortización U$S 24

49 Producción energía eléctrica: caso Argentina 5 MW - Caldera flamotubular p/ residuos de madera, 30 t/h, 24 bar, 315 -Turboreductor de Condensación en vacío 5 -Generador Sincrono Trifásico 6,25 MVA 13,2 kv 50 Hz -Patio de biomasa cubierto de m3, -Transformador elevador trifásico 6.25 MVA 13,2/33 kv -Estación de tratamiento de agua (clarificación) c/capacidad de -30 m3/h y Reservorio de agua clarificada de 2 x 100 m3 -Integración (servicios): Proyecto

50 COSTO DE LA INSTALACIÓN DE LA CENTRAL POR kw Potencia instalada: kw Costo total de la inversión, promedio U$S Costo pot kw instalado U$S 1.325,00

51 FACTOR DE UTILIZACION 2tn de biomasa generan 1 MW/h factor de utilización del 70% para oper. de la Central. La energía producida anualmente, será: 1. Potencia disponible kw 2. N de horas por año Factor de utilización 0,7 4. Energía vendida por año (1x2x3) MWh 5. Consumo de biomasa x hora 10,3 ton/h 5. Consumo de biomasa x año ton/año Costo final de la energía por MWh (13/12) U$S 108 Costo final de la energía sin amortización U$S 43

52 Los productos forestales que se cosechen de manera sostenible y los combustibles derivados de la madera pueden reducir las emisiones de gases de invernadero si sustituyen materiales de alta emisión por materiales neutros o de baja Congreso Forestal Mundial, Argentina 2009

53 APLAUSOS

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