Una Empresa dedicada al Medio Ambiente Una Empresa dedicada al Medio Ambiente PROYECTO DEMOSTRATIVO DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DEL RELLENO SANITARIO DE LAS ROSAS, MALDONADO URUGUAY Foro Foro Latinoamericano del Carbono Lima Perú, Setiembre Lima Perú2007 Setiembre de 2007
PROYECTO DEMOSTRATIVO DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DEL RELLENO SANITARIO DE LAS ROSAS MALDONADO URUGUAY Participantes: GEF (FMAM) BANCO MUNDIAL PNUD UCC / MVOTMA - URUGUAY INTENDENCIA MUNICIPAL DE MALDONADO ABORGAMA DUCELIT S.A.
Relleno Sanitario Población atendida 130.000 personas en baja temporada (de Abril a Noviembre) 280.000 personas en Enero 220.000 personas en Diciembre, Febrero y Marzo Año de inicio de la operación: 1997 Año de cierre proyectado: 2011 Pluviometría: 1300 mm/año Tonelaje anual de residuos Valores en los últimos 10 años: Promedio 50.826 tons/año Alta influencia de la condición macroeconómica regional Tasa promedio de crecimiento de 0,65%
Características constructivas del Relleno Fondo de celda arcilloso, permeabilidad inferior a 10-7 cm/seg. Profundidad de celda promedio 13 mt. Área cubierta: 9 Hás. Compactación mediante Bulldozer D6 o compactador tipo pata de cabra. Tapada diaria con arcilla o film de polietileno en caso de lluvia. Tapada final de 0,8 mt de arcilla y 20 cm de tierra negra. Sistema de drenaje de lixiviado mixto, por gravedad y por bombeo desde los pozos de captación de biogás. Planta de tratamiento de lixiviado de lagunas anaerobias, aerobia y facultativa. Monitoreo trimestral de las aguas subterráneas.
Características de los Residuos Tipo de residuo 98% Doméstico 2% Biológico Composición aproximada de los residuos 70% Orgánico 57% Alta velocidad de degradación 10% Media velocidad de degradación 3% Baja velocidad de degradación No hay residuos industriales y provenientes de obras civiles No existe separación / clasificación / compostaje Residuos sometidos a captación de biogás: 355.000 ton
Esquema de la instalación de captación
Planta de Desgasificación y Generación de Energía Eléctrica La planta cuenta con capacidad de procesamiento de 1000 Nm 3 /h y dos motogeneradores de 500 kw cada uno, así como los sistemas de monitoreo y control que permiten la exportación de la energía a la red pública
Componentes de campo 9 pozos verticales en el módulo 1 11 pozos verticales en el módulo 2 1 dren horizontal en módulo intermedio Cabezales de pozo con toma para medición de la calidad del biogás por medio de un analizador portátil Bombas de lixiviado en cada pozo, de accionamiento neumático Válvulas de regulación de caudal en cada pozo, tipo mariposa, manuales Tubería de 90 mm PEAD 80 PN6 a la salida de cada pozo, sobre el relleno 3 160 mm PEAD 80 PN6 colectores principales, sobre el relleno Tomas para medición de caudal, temperatura y presión en cada línea de pozo y colectores principales Purgas de condensado en puntos bajos de las líneas. El condensado retorna a los pozos en algunos casos Purga de condensado principal al final de cada colector Compresor de aire e instalación neumática para las bombas de lixiviado
Central de Desgasificación Manifold que recibe los colectores principales Válvulas automáticas en la llegada de cada colector principal (modulan el caudal en función de los contenidos de metano y oxigeno del biogás) Enfriador de biogás con purga de condensado Válvula que mantiene constante la depresión en el manifold Caudalímetros de placa orificio para el caudal total y el caudal enviado a motores 2 bombas centrífugas, de 500 Nm 3 /h de capacidad cada una, una en operación, la otra stand by Filtros cortallamas, medidores de temperatura, presión, etc.
Sala de Control Analizador de metano (tipo infrarrojo) Analizador de oxigeno (tipo paramagnético) Transductores de presión PLC de desgasificación Sistema Scada Equipamiento auxiliar
Utilización del Biogás Generación 2 generadores de 0,5 MW de capacidad cada uno, sincrónicos, 380 Volt, energizados por motores 4 tiempos, 12 cilindros, 36 litros Antorcha 500 Nm3/h de capacidad, tipo cerrada. Sólo funciona cuando la generación está fuera de operación.
Modelo de cálculo A través de la investigación del caso Maldonado, y aplicando la metodología de cálculo de la EPA modificada, se ha desarrollado un software de cálculo de generación de biogás, inversión asociada y rentabilidad a largo plazo. Éste ha sido calibrado en función de datos reales y estadísticas de producción.
Basado en el Modelo U.S. EPA n Q = Σ 2 k L 0 M i e -kti i=1 Parámetros Principales: L 0, k h, k m, k l Eficiencia de captación Capacidad instalada Parámetros económicos
Resultados del modelo con el sistema instalado actualmente Año Tons/año Tons Acum Producción Biogás (Nm 3 /hr) Eficiencia de extracción (%) Extracción de Biogás (Nm 3 /hr) 1997 11.699 11.699 1998 50.312 62.011 33 1999 55.182 117.193 166 2000 52.869 170.062 281 2001 54.592 224.654 363 2002 45.866 270.520 430 2003 42.100 312.620 459 2004 23.000 335.620 470 2005 20.000 355.620 426 70% 298 2006 355.620 385 60% 231 2007 355.620 298 70% 209 2008 355.620 232 70% 162 2009 355.620 182 70% 127 2010 355.620 143 70% 100
Resultados del modelo con ampliación del sistema de captación de biogás Año Tons/año Tons Acum Producción Biogás (Nm 3 /hr) Eficiencia de extracción (%) Extracción de Biogás (Nm 3 /hr) 1997 11.699 11.699 1998 50.312 62.011 33 1999 55.182 117.193 166 2000 52.869 170.062 281 2001 54.592 224.654 363 2002 45.866 270.520 430 2003 42.100 312.620 459 2004 49.162 361.782 470 2005 54.029 415.811 499 70% 350 2006 57.603 473.414 536 70% 375 2007 57.603 531.017 574 70% 402 2008 57.603 588.620 605 70% 423 2009 57.603 646.223 628 70% 440 2010 57.603 703.826 647 70% 453 2011 57.603 761.429 662 70% 463
Datos de Producción 2005 Mes 1.000 Nm 3 Biogás extraído (base 50% CH 4) Nm 3 LFG / ton / Año Ton CH 4 extracted Precipitación (mm) % CH 4 % O 2 % CO 2 Ene 165 5.9 55.1 152 NA NA Feb 188 6.7 63.0 46 NA NA Mar 203 7.3 68.0 36 51.8 0.9 Abr 231 8.3 77.5 229 53.3 1.1 May 251 9.0 84.2 223 54.6 0.6 Jun 246 8.8 82.5 218 54.4 0.6 Jul 258 9.2 86.4 138 54.6 0.3 NA Ago 243 8.7 81.3 36 54.3 0.4 Set 193 6.9 64.7 97 54.1 0.4 Oct 176 6.3 59.0 72 50.7 0.5 Nov 129 4.6 43.3 34 50.1 0.8 Dic 95 3.4 32.0 15 51.4 0.7
Datos de Producción 2006 Mes 1.000 Nm 3 Biogás extraído (base 50% CH 4) Nm 3 LFG / ton / Año Ton CH 4 extracted Precipitación (mm) % CH 4 % O 2 % CO 2 Ene 101 3.5 33.8 135 52.8 0.5 Feb 112 3.9 37.5 75 53.1 0.6 Mar 130 4.5 43.6 105 53.8 0.6 Abr 128 4.4 42.9 73 52.9 0.3 May 124 4.3 41.4 40 52.4 0.6 Jun 133 4.6 44.6 274 54.5 0.5 Jul 131 4.5 43.9 121 53.5 0.4 NA Ago 139 4.8 46.6 55 52.7 0.6 Set 143 5.0 47.9 63 53.1 0.3 Oct 129 4.5 43.2 84 51.8 0.7 Nov 121 4.2 40.5 67 51.8 0.8 Dic 105 3.6 35.2 137 51.7 0.6
Comparación Modelo vs. Producción Real Año Estimación de extracción de Biogás (10 3 Nm 3 /año) Producción Real (10 3 Nm 3 /año) Diferencia (10 3 Nm 3 /año) Diferencia (%) 2005 2.535 2.379-156 -6,2% 2006 1.963 1.496-467 -23,8% Explicación de las diferencias Dos períodos prolongados de sequía afectaron la impermeabilidad de la tapada superior. La planta operó un período sin analizador de gases portátil, combinado con un período de sequía. Limitación de potencia mínima a generar por los generadores eléctricos.
LFG extraído / Precipitación 300 250 1.000 Nm3 LFG extracted 200 150 100 50 0 Mes
LFG extraído / CH4 300 250 1.000 Nm3 LFG extracted Ton CH4 extracted 200 150 100 50 0 Mes
Principales dificultades encontradas 1. Durante el diseño Distancia excesiva entre pozos. 2. Durante la construcción Excesiva presencia de lodos dentro de los pozos 3. Durante la operación a) Excesivo lixiviado dentro del relleno que afectó seriamente la extracción de biogás. b) Condensado en las líneas de conducción debido a un mal diseño de las purgas. c) Dificultad en la regulación de la generación eléctrica, debido a problemas del diseño original. d) Antorcha diseñada para operación continua, aún cuando los generadores estuvieran en operación. Esto causó pérdidas de generación. e) Largos períodos de sequía.
Cómo fueron resueltas 1. Durante el diseño Se modificó la distancia media entre pozos a 45 metros promedio. 2. Durante la construcción El lodo fue extraído con un equipamiento muy simple, y el nivel de lodos no recreció sensiblemente en el tiempo. 3. Durante la operación a) Adicionalmente a las tres bombas suministradas originalmente, Aborgama diseño fabricó e instaló bombas neumáticas en todos los pozos. b) Se cambió la ubicación de las válvulas manuales de regulación de los pozos y se reperfilaron las pendientes de los caños. c) Se instalaron válvulas reguladoras de presión aguas arriba del tren de válvulas de cada generador. d) La antorcha pasó a trabajar sólo cuando la generación eléctrica está fuera de operación. e) Se instaló un sistema de riego con agua de la napa subterránea.
Soluciones en implementación Construcción de pozos verticales adicionales en la masa de residuos dispuesta en el Módulo 2 posteriormente a la instalación original. Construcción de dren horizontal adicional en la masa de residuos dispuesta en la continuación del módulo intermedio. Extensión de la instalación de riego. Análisis de las principales variables (presión, calidad del biogás) en distintas ubicaciones dentro del relleno sanitario, utilizando para ello una lanza especialmente diseñada para tal fin.
Algunas lecciones aprendidas a nivel general Sería deseable una mayor estandarización en algunos aspectos: Modelos de cálculo de las proyecciones de generación de metano Valores típicos de los principales parámetros que intervienen en el modelo Metodología de las pruebas de bombeo Metodologías de operación de las planta de desgasificación (depresión aplicada en los cabezales de los pozos, niveles de metano y oxigeno aceptables, manejo de lixiviados, manejo de condensados, impermeabilización de la tapada, ) Es escencial que los propietarios de los rellenos sanitarios (Municipios) tomen conciencia para gestionar los rellenos y las plantas de biogás en forma eficiente y sostenida en el tiempo.
Ing. Pablo Zamonsky pablo@aborgama.com +598 99 908500