una empresa dedicada al medio ambiente
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Una Empresa dedicada al
Medio Ambiente
Foro Latinoamericano del Carbono
Lima – Perú, Setiembre 2007
Una Empresa dedicada al Medio Ambiente
PROYECTO DEMOSTRATIVO DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DEL RELLENO SANITARIO
DE LAS ROSAS, MALDONADO – URUGUAY
Foro Latinoamericano del Carbono
Lima – PerúSetiembre de 2007
PROYECTO DEMOSTRATIVO DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DEL RELLENO SANITARIO
DE LAS ROSAS
MALDONADOURUGUAY
Participantes:
GEF (FMAM)BANCO MUNDIAL
PNUDUCC / MVOTMA - URUGUAY
INTENDENCIA MUNICIPAL DE MALDONADOABORGAMA – 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 Nm3/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 Nm3/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. EPAn
� Q = Σ 2 k L0 Mi e-kti
i=1
� Parámetros Principales:
� L0, kh, km, kl
� Eficiencia de captación
� Capacidad instalada
� Parámetros económicos
Resultados del modelo con el sistema instalado actualmente
Año Tons/año Tons Acum
Producción
Biogás
(Nm3/hr)
Eficiencia
de
extracción
(%)
Extracción
de Biogás
(Nm3/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
(Nm3/hr)
Eficiencia
de
extracción
(%)
Extracción
de Biogás
(Nm3/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 Nm3
Biogás
extraído (base
50% CH4)
Nm3 LFG /
ton / Año
Ton CH4extracted
Precipitación
(mm)
% CH4
% O2
% CO2
Ene 165 5.9 55.1 152 NA 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
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 Nm3
Biogás
extraído (base
50% CH4)
Nm3 LFG /
ton / Año
Ton CH4extracted
Precipitación
(mm)
% CH4
% O2
% CO2
Ene 101 3.5 33.8 135 52.8 0.5
NA
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
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
� 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.
Año
Estimación de
extracción de
Biogás (103
Nm3/año)
Producción Real
(103 Nm3/año)
Diferencia
(103 Nm3/año)
Diferencia (%)
2005 2.535 2.379 -156 -6,2%
2006 1.963 1.496 -467 -23,8%
0
50
100
150
200
250
300
Mes
LFG extraído / Precipitación
1.000 Nm3 LFG extracted
0
50
100
150
200
250
300
Mes
LFG extraído / CH4
1.000 Nm3 LFG extracted
Ton CH4 extracted
Principales dificultades encontradas
1. Durante el diseñoDistancia excesiva entre pozos.
2. Durante la construcciónExcesiva presencia de lodos dentro de los pozos
3. Durante la operacióna) 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 diseñoSe modificó la distancia media entre pozos a 45 metros promedio.
2. Durante la construcciónEl 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.
