4. CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL BIOGAS.

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%. 4.1.1 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 0.080 1/año (Ver tabla 4).

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) 1984 14.426 14.426 0,0 0 0 100% 0,0 0 0 1985 185.756 200.182 0,4 22 3.654 100% 0,4 22 3.654 1986 217.684 417.865 5,1 305 50.421 100% 5,1 305 50.421 1987 234.170 652.036 10,3 616 101.680 100% 10,3 616 101.680 1988 264.570 916.605 15,5 927 153.174 100% 15,5 927 153.174 1989 284.858 1.201.463 21,0 1262 208.408 100% 21,0 1.262 208.408 1990 287.479 1.488.942 26,7 1602 264.534 100% 26,7 1.602 264.534 1991 317.690 1.806.632 32,0 1919 317.009 100% 32,0 1.919 317.009 1992 372.784 2.179.416 37,7 2259 373.101 100% 37,7 2.259 373.101 1993 434.856 2.614.272 44,3 2657 438.835 100% 44,3 2.657 438.835 1994 533.767 3.148.039 52,0 3120 515.237 100% 52,0 3.120 515.237 1995 581.110 3.729.149 61,6 3698 610.817 100% 61,6 3.698 610.817 1996 598.516 4.327.666 71,8 4305 711.040 100% 71,8 4.305 711.040 1997 412.698 4.740.364 81,5 4892 807.966 100% 81,5 4.892 807.966 1998 713.422 5.453.786 85,8 5149 850.376 100% 85,8 5.149 850.376 1999 749.093 6.202.879 97,5 5847 965.693 100% 97,5 5.847 965.693 2000 786.548 6.989.427 109,1 6547 1.081.179 100% 109,1 6.547 1.081.179 En la tabla13 se presenta la proyección de generación con un 60% de eficiencia en la recuperación de biogás.

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) 2001 825.875 7.815.302 120,8 7249 1.197.272 100% 120,8 7.249 1.197.272 2002 867.169 8.682.471 132,6 7959 1.314.401 60% 79,6 4.775 788.640 2003 0 8.682.471 144,6 8677 1.432.983 60% 86,8 5.206 859.790 2004 0 8.682.471 133,5 8010 1.322.810 60% 80,1 4.806 793.686 2005 0 8.682.471 123,2 7394 1.221.107 60% 73,9 4.436 732.664 2006 0 8.682.471 113,8 6825 1.127.224 60% 68,3 4.096 676.335 2007 0 8.682.471 105,0 6301 1.040.559 60% 63,0 3.780 624.335 2008 0 8.682.471 96,9 5816 960.557 60% 58,2 3.490 576.334 2009 0 8.682.471 89,5 5369 886.706 60% 53,7 3.221 532.024 2010 0 8.682.471 82,6 4956 818.533 60% 49,6 2.974 491.120 2011 0 8.682.471 76,3 4575 755.601 60% 45,8 2.745 453.361 2012 0 8.682.471 70,4 4223 697.508 60% 42,2 2.534 418.505 2013 0 8.682.471 65,0 3899 643.881 60% 39,0 2.339 386.328 2014 0 8.682.471 60,0 3599 594.377 60% 36,0 2.159 356.626 2015 0 8.682.471 55,4 3322 548.679 60% 33,2 1.993 329.207 2016 0 8.682.471 51,1 3067 506.494 60% 30,7 1.840 303.897 2017 0 8.682.471 47,2 2831 467.553 60% 28,3 1.699 280.532 2018 0 8.682.471 43,6 2613 431.606 60% 26,1 1.568 258.964 2019 0 8.682.471 40,2 2412 398.423 60% 24,1 1.447 239.054 2020 0 8.682.471 37,1 2227 367.790 60% 22,3 1.336 220.674 2021 0 8.682.471 34,3 2056 339.513 60% 20,6 1.233 203.708 4.1.2 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.

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) 2001 825.875 7.815.302 120,8 7249 1.197.272 100% 120,8 7.249 1.197.272 2002 867.169 8.682.471 132,6 7959 1.314.401 15% 19,9 1.194 197.160 2003 0 8.682.471 144,6 8677 1.432.983 15% 21,7 1.302 214.947 2004 0 8.682.471 133,5 8010 1.322.810 15% 20,0 1.201 198.421 2005 0 8.682.471 123,2 7394 1.221.107 15% 18,5 1.109 183.166 2006 0 8.682.471 113,8 6825 1.127.224 15% 17,1 1.024 169.084 2007 0 8.682.471 105,0 6301 1.040.559 15% 15,8 945 156.084 2008 0 8.682.471 96,9 5816 960.557 15% 14,5 872 144.084 2009 0 8.682.471 89,5 5369 886.706 15% 13,4 805 133.006 2010 0 8.682.471 82,6 4956 818.533 15% 12,4 743 122.780 2011 0 8.682.471 76,3 4575 755.601 15% 11,4 686 113.340 2012 0 8.682.471 70,4 4223 697.508 15% 10,6 634 104.626 2013 0 8.682.471 65,0 3899 643.881 15% 9,7 585 96.582 2014 0 8.682.471 60,0 3599 594.377 15% 9,0 540 89.157 2015 0 8.682.471 55,4 3322 548.679 15% 8,3 498 82.302 2016 0 8.682.471 51,1 3067 506.494 15% 7,7 460 75.974 2017 0 8.682.471 47,2 2831 467.553 15% 7,1 425 70.133 2018 0 8.682.471 43,6 2613 431.606 15% 6,5 392 64.741 2019 0 8.682.471 40,2 2412 398.423 15% 6,0 362 59.763 2020 0 8.682.471 37,1 2227 367.790 15% 5,6 334 55.169 4.1.2.1 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.

87 10.000 Generación Recuperación Biogás Eficiencia 60% 9.000 8.000 7.000 Flujo [m3/h] 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2019 2024 2029 Año Eficiencia Recuperación 60% Generación Biogás 10.000 Generación Recuperación Biogás Eficiencia 15% 9.000 8.000 7.000 Flujo [m3/h] 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2019 2024 2029 Año Eficiencia Recuperación 15% Generación Biogás Figura 19. Curvas de tendencia de generación de biogás 4.1.2.2 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

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 86.68 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, 1999. p.15

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 16 + 100 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 2005. 4.4 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 0,000393 0,020 Sulfuro de Hidrogeno H 2 S 0,00 0,000 Oxigeno O 2 0,00 0,000 Nitrogeno N 2 0,016067 0,006 Metano CH 4 0,979924 0,817 Etano C 2 H 6 0,00267 0,107 Propano C 3 H 8 0,000502 0,037

90 GAS DE CUSIANA GAS DE BALLENAS COMPONENTES FORMULA FRACCIÓN MOLAR FRACCIÓN MOLAR i Butano C 4 H 10 0,000167 0,005 n Butano C 4 H 10 0,000072 0,006 i Pentano C 5 H 12 0,000058 0,001 n Pentano C 5 H 12 0,000009 0,001 n Hexano C 6 H 14 0,000139 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 3 1.150 BTU/ft 3 Mínimo poder calorífico bruto (GHV) (Nota 1) 35.4 MJ/m 3 950 BTU/ft 3 Contenido líquido(nota 2) Libre de líquidos Libre de líquidos Contenido total de H 2 S máximo 6 mg/m 3 0.25 grano/100pcs Contenido total de azufre máximo 23 mg/m 3 1.0 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 3 6.0 Lb/MPCS Temperatura de entrega máximo 49 C 120 F

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. 4.4.1 Cálculos de caudal de gas natural en el punto de inyección. Un valor aproximado de consumo de los ramales aguas arriba del km 16+100 del gasoducto de distribución del Valle de Aburrá (Año 2005) (ver anexo E, medio magnético) a diciembre de 2005, corresponde a: 23597 m 3 /h. Consumo de los ramales aguas arriba del punto de inyección = 12950 m 3 /h El caudal aproximado en el punto de inyección de biogás es: 23597.5 m 3 /h 12950 m 3 /h = 10647.5 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 (1.999607%) = (10647.5 + 1500)m 3 /h x 0.0199607 = 242.90 m 3 /h.