Estudio exergético-ambiental del desempeño de un sistema de generación con base en un gasificador de biomasa integrado a un motor de combustión interna
En Colombia hay un alto porcentaje de poblaciones aisladas geográficamente por ello no pertenecen al sistema interconectado nacional. En consecuencia, estas zonas han implementado como alternativa grupos electrógenos diésel para su abastecimiento de energía eléctrica generando un alto impacto ambien...
- Autores:
-
Bocanegra Galeano, Leidy
Mojica Castellanos, Laura
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/7080
- Palabra clave:
- Energy engineering
Generation system
Gasification
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Energy consumption
Energy supply
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En Colombia hay un alto porcentaje de poblaciones aisladas geográficamente por ello no pertenecen al sistema interconectado nacional. En consecuencia, estas zonas han implementado como alternativa grupos electrógenos diésel para su abastecimiento de energía eléctrica generando un alto impacto ambiental. Por esta razón este proyecto tiene como finalidad realizar un análisis exergo-ambiental de un sistema de gasificación de biomasa, Arundo Donax, acoplado a un motor de combustión interna como alternativa de generación. Para hacer la evaluación del sistema se toma como base la curva de demanda del corregimiento La Cooperativa ubicada en el municipio de Mapiripán, Meta. Posteriormente, se establece los parámetros de trabajo del gasificador los cuales se ingresan a la simulación realizada del equipo en Aspen Plus para así conocer la composición del gas de síntesis obtenido junto con su poder calorífico. De estos valores se determina el comportamiento del motor a las diferentes cargas establecidas por la demanda eléctrica de la localidad. También, se realiza un análisis de los efectos ambientales que genera el sistema a partir de un análisis de ciclo de vida (ACV) con la ayuda de la herramienta SimaPro, donde se observa que la mayoría de los impactos contribuyen al calentamiento global. Finalmente, se halla la exergía del sistema para relacionarlo con los kgCO2 tomados del ACV donde se concluye que el mayor porcentaje de exergía destruida se da en el motor y en el sistema de almacenamiento por consiguiente son los procesos que presentan un mayor impacto ambiental |
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En consecuencia, estas zonas han implementado como alternativa grupos electrógenos diésel para su abastecimiento de energía eléctrica generando un alto impacto ambiental. Por esta razón este proyecto tiene como finalidad realizar un análisis exergo-ambiental de un sistema de gasificación de biomasa, Arundo Donax, acoplado a un motor de combustión interna como alternativa de generación. Para hacer la evaluación del sistema se toma como base la curva de demanda del corregimiento La Cooperativa ubicada en el municipio de Mapiripán, Meta. Posteriormente, se establece los parámetros de trabajo del gasificador los cuales se ingresan a la simulación realizada del equipo en Aspen Plus para así conocer la composición del gas de síntesis obtenido junto con su poder calorífico. De estos valores se determina el comportamiento del motor a las diferentes cargas establecidas por la demanda eléctrica de la localidad. También, se realiza un análisis de los efectos ambientales que genera el sistema a partir de un análisis de ciclo de vida (ACV) con la ayuda de la herramienta SimaPro, donde se observa que la mayoría de los impactos contribuyen al calentamiento global. Finalmente, se halla la exergía del sistema para relacionarlo con los kgCO2 tomados del ACV donde se concluye que el mayor porcentaje de exergía destruida se da en el motor y en el sistema de almacenamiento por consiguiente son los procesos que presentan un mayor impacto ambientalDEDICATORIA ....................................................................................................... 4 CONTENIDO .......................................................................................................... 6 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 14 1. MARCO REFERENCIAL ............................................................................... 16 1.1. BIOMASA ................................................................................................ 16 1.2. GASIFICACIÓN. ...................................................................................... 17 1.3. MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ............................................... 20 1.4. ANÁLISIS EXERGÉTICO ........................................................................ 28 1.5. ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA ................................................................ 28 1.6. ASPEN PLUS .......................................................................................... 29 2. OBJETIVOS .................................................................................................. 30 2.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 30 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 30 3. METODOLOGÍA ............................................................................................ 31 4. DESARROLLO .............................................................................................. 32 4.1. FASE 1: DESCRIPCIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO ............................ 32 4.2. FASE 2: PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO PARA LOS PRINCIPALES EQUIPOS DEL SISTEMA. ........................................................ 35 4.3. FASE 3: SIMULACIÓN DEL SISTEMA .................................................... 42 4.4. FASE 4: ANÁLISIS EXERGÉTICO E INDICADORES DE DESEMPEÑO 53 5. RESULTADOS .............................................................................................. 58 5.1. SIMULACIÓN ASPEN ............................................................................. 58 5.2. ANÁLISIS DE IRREVERSIBILIDADES .................................................... 61 5.3. EFICIENCIAS EXERGÉTICA Y ENERGÉTICA ....................................... 63 5.4. ANÁLISIS COMPARATIVO DE EVALUACIÓN DE IMPACTOS EN SIMAPRO ......................................................................................................... 63 6. CONCLUSIONES .......................................................................................... 66 7. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 68 8. ANEXOS ....................................................................................................... 70PregradoIn Colombia there is a high percentage of geographically isolated populations, so they do not belong to the national interconnected system. Consequently, these areas have alternatively implemented diesel generator sets for their electricity supply, generating a high environmental impact. For this reason, this project aims to carry out an exergo-environmental analysis of a biomass gasification system, Arundo Donax, coupled to an internal combustion engine as a generation alternative. To make the evaluation of the system, the demand curve for the township La Cooperativa located in the municipality of Mapiripán, Meta, is taken as the basis. Subsequently, the working parameters of the gasifier are established, which are entered into the simulation carried out by the team in Aspen Plus in order to know the composition of the synthesis gas obtained together with its calorific value. The behavior of the motor at the different loads established by the local electrical demand is determined from these values. Also, an analysis of the environmental effects generated by the system is carried out from a life cycle analysis (LCA) with the help of the SimaPro tool, where it is observed that most of the impacts contribute to global warming. Finally, the exergy of the system is found to relate it to the kgCO2 taken from the LCA where it is concluded that the highest percentage of exergy destroyed occurs in the engine and in the storage system, therefore, they are the processes that present the greatest environmental impactModalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio exergético-ambiental del desempeño de un sistema de generación con base en un gasificador de biomasa integrado a un motor de combustión internaExergy-environmental study of the performance of a generation system based on a biomass gasifier integrated into an internal combustion engineIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringGeneration systemGasificationExergetic analysisLife cycle analysisEnergy consumptionEnergy supplyInnovaciones tecnológicasExergíaConsumo de energíaRecursos energéticosAbastecimiento de energíaIngeniería en energíaSistema de generaciónGasificaciónAnálisis exergéticoAnálisis de ciclo de vidaPower resourcesA. Cabello Domínguez, “Planta piloto de gasificación de biomasa,” p. 182, 2008.A. D. Jose, L. Muñoz, T. Francisco, and V. T. Fuxá, “Reducciòn de perdidas mecanicas en el accionamiento de elementos auxiliares de un motor de combustion interna altenrativo,” 2012.B. Grahn and H. Lovtrup‐Rein, The Effect of Cordycepin on Nuclear RNA Synthesis in Nerve and Glial Cells, vol. 82, no. 1. 1971.C. Augusto and A. Zapata, “Gasificación De Biomasa Para Producción De Combustibles De Bajo Poder Calorífico Y Su Utilización En Generación De Potencia Y Calor,” Sci. Tech., vol. 25, no. Agosto, pp. 155–159, 2004.C. F. Belda and E. U. Grande, “Los Modelos De Simulación: Una Herramienta Multidisciplinar De Investigación,” Encuentros Multidiscipinares, vol. 11, no. 32, pp. 37–48, 2009.C. Franco, “Contribución De La Energía Al Desarrollo De Comunidades Aisladas No Interconectadas : Un Caso De Aplicación De La Dinámica De Sistemas Y Contribution of the Energy At Development of Islated Communities in Not Interconnected Zones : a Case of Application O,” vol. 75, no. 2008, pp. 199–214, 2007.C. Nichol and T. L. Westover, “Arundo Donax Test Results,” no. January, 2012.D. Giacosa, Motores Endotermicos.E. Consultant, “Conditions and tools in the design of energy conversion and management systems of a sustainable society Wall, G. Energy Conversion and Management, 2002, 43, (9–12), 1235–1248,” Fuel Energy Abstr., vol. 44, no. 2, p. 117, 2003.E. F. Obert, Motores De Combustion Interna: Analisis y aplicaciones.E. M. Mark Goedkoop, Michiel Oele, Marisa Vieira, Jorrit Leijting, Tommie Ponsioen, “SimaPro Tutorial Colophon,” no. May, p. 89, 2014.ecoRaee, “Informe de Resultados del ACV del proceso V2.0,” p. 115, 2013.El Congreso de la República de Colombia, “Ley 855 de 2003,” D. Of. No. 45.405, 18 diciembre 2003, pp. 1–2, 2003.Estructuras Bioclimáticas Avanzadas (EBA), “La biomasa: producir energía con un sistema ecológico,” Producir energía con la biomasa : utilizar materiales de naturaleza orgánica.F. Payri and J. M. Desantes, Motores de combustión interna alternativos. 2015.FAO, “Manual de Usuario. Gasificación,” p. 37, 2014.G. Liliana and L. Villanueva, “Arundo donax L . como gramínea perenne para la producción de biomasa en ambiente Mediterráneo Arundo donax L . como gramínea perenne para la producción de biomasa en ambiente Mediterráneo Memoria presentada por Gladys Liliana Lino Villanueva para optar al.”I. Rojas-Gordillo, “Análisis de exergía en dos puntos críticos en una industria productora de harina de pescado,” Facultad de Ingeniería, vol. Magister e. 2005.ICONTEC, “Colombiana Ntc-Iso 14004,” Inst. Colomb. Normas y Certificación, no. 571, pp. 1–62, 2007.IPSE, “Centro Nacional de Monitoreo,” Ipsew. 2018.J. B. 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