Estudio de desempeño de un sistema de co-combustión biomasa - Biogás en una caldera de parrilla utilizando la herramienta Thermoflex

Tomando como referencia los datos de operación de una planta extractora de aceite de palma, se realizó en el software Thermoflex un modelo del proceso de generación de vapor con una caldera de parrilla, utilizando biomasa como único combustible y haciendo cofiring biomasa – biogás ya que este tipo d...

Full description

Autores:: Carvajal Díaz, Paula Daniela

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2018

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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description	Tomando como referencia los datos de operación de una planta extractora de aceite de palma, se realizó en el software Thermoflex un modelo del proceso de generación de vapor con una caldera de parrilla, utilizando biomasa como único combustible y haciendo cofiring biomasa – biogás ya que este tipo de plantas agroindustriales generan biogás a partir de los efluentes y usualmente lo emiten a la atmosfera sin hacer un aprovechamiento energético de la corriente. Se emplearon dos escenarios de producción de vapor con el fin de determinar la variabilidad del sistema de acuerdo con este parámetro, igualmente se realizó el modelo de cogeneración, y para todas las configuraciones se varió el porcentaje de aireación de 40 a 65 con un aumento del 5% teniendo presente la importancia de esta variable en la combustión. A partir de los resultados obtenidos en las simulaciones se efectuó la evaluación de los impactos ambientales mediante la metodología ReCiPe en el software SimaPro v8.5. A través de indicadores de desempeño se determinó el beneficio ambiental que produce la utilización de biogás como fuente de energía en la caldera; si bien la eficiencia energética y exergética disminuyen al hacer cofiring, esta reducción es menor a un punto porcentual, en cambio la diferencia en emisiones de CO2 equivalente es del 64% cuando la planta hace cogeneración y de 53% sin cogenerar.
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Se emplearon dos escenarios de producción de vapor con el fin de determinar la variabilidad del sistema de acuerdo con este parámetro, igualmente se realizó el modelo de cogeneración, y para todas las configuraciones se varió el porcentaje de aireación de 40 a 65 con un aumento del 5% teniendo presente la importancia de esta variable en la combustión. A partir de los resultados obtenidos en las simulaciones se efectuó la evaluación de los impactos ambientales mediante la metodología ReCiPe en el software SimaPro v8.5. A través de indicadores de desempeño se determinó el beneficio ambiental que produce la utilización de biogás como fuente de energía en la caldera; si bien la eficiencia energética y exergética disminuyen al hacer cofiring, esta reducción es menor a un punto porcentual, en cambio la diferencia en emisiones de CO2 equivalente es del 64% cuando la planta hace cogeneración y de 53% sin cogenerar.INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 1. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 16 1.1. BIOMASA ................................................................................................. 16 1.1.1. Composición de la biomasa ............................................................... 17 1.1.2. Residuos del aceite de palma ............................................................ 18 1.1.3. Producción de aceite de palma en Colombia ..................................... 20 1.2. BIOGÁS .................................................................................................... 20 1.2.1. Digestión anaeróbica .......................................................................... 20 1.2.2. Generación de biogás en la planta extractora Oro Rojo ..................... 21 1.3. COFIRING ................................................................................................ 22 1.4. CALDERA DE PARILLA ........................................................................... 22 1.5. THERMOFLEX ......................................................................................... 24 1.6. METODOLOGÍA RECIPE ......................................................................... 24 1.7. ANALISIS EXERGÉTICO ......................................................................... 26 2. OBJETIVOS .................................................................................................... 28 2.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 28 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 28 3. METODOLOGIA ............................................................................................. 29 3.1. RECOLECCIÓN DE DATOS .................................................................... 29 3.1.1. Biomasa residual y Biogás ................................................................. 29 31.2. Condiciones de operación ...................................................................... 29 3.2. DETERMINACIÓN DE CONFIGURACIONES Y CONDICIONES DEL SISTEMA ............................................................................................................ 30 3.3. SIMULACIÓN EN EL SOFTWARE THERMOFLEX ................................. 30 3.4. DETERMINACIÓN DE INDICADORES DE DESEMPEÑO EN BASE A LOS RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN ......................................................... 30 3.5. COMPARACIÓN DE INDICADORES SELECCIONADOS ....................... 30 3.6. EVALUACION DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES POR MEDIO DE LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN SIMAPRO ................................................... 32 3.7. ANALISIS DE RESULTADOS .................................................................. 32 4. DESARROLLO ............................................................................................... 33 4.1. GENERACIÓN DE VAPOR PLANTA EXTRACTORA DE ACEITE DE PALMA ORO ROJO ........................................................................................... 33 4.2. CARACTERIZACIÓN DE LA BIOMASA RESIDUAL ................................ 33 4.3. CARACTERIZACIÓN BIOGÁS ................................................................. 34 4.4. BIOGÁS DISPONIBLE EN LA PLANTA ORO ROJO ............................... 35 4.5. CONDICIONES DE OPERACIÓN ............................................................ 35 4.6. CONFIGURACIONES SIMULADAS EN THERMOFLEX .......................... 36 4.7. SIMULACIÓN EN EL SOFTWARE THERMOFLEX ................................. 37 4.8. ANALISIS TERMODINAMICO .................................................................. 44 4.8.1. Calculo entalpias ................................................................................ 44 4.8.2. Calculo entropías ............................................................................... 45 4.9. ANALISIS EXERGETICO ......................................................................... 46 4.10. INDICADORES DE DESEMPEÑO ........................................................ 50 4.10.1. Irreversibilidades ................................................................................ 51 4.10.2. Eficiencia energética y exergética ...................................................... 51 4.10.3. Otros indicadores ............................................................................... 52 4.11. SIMULACIÓN EN EL SOFTWARE SIMAPRO ...................................... 52 4.11.1. Inventario utilizado en los procesos evaluados .................................. 54 5. RESULTADOS ................................................................................................ 60 5.1. CASO A. SIN COGENERACIÓN ................................................................. 60 5.2. CASO B. COGENERACIÓN ........................................................................ 67 5.3. ANALISIS COMPARATIVO DE EVALUACIÓN DE IMPACTOS EN SIMAPRO ........................................................................................................... 74 6.CONCLUSIONES ............................................................................................... 81 7.RECOMENDACIONES ....................................................................................... 83 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 84 ANEXOS ................................................................................................................ 87PregradoTaking as a reference the operating data of a palm oil extraction plant, a model of the steam generation process with a grate boiler was carried out in the Thermoflex software, using biomass as the only fuel and making biomass-biogas cofiring since this type of agroindustrial plants generate biogas from effluents and usually emit it into the atmosphere without making energy use of the current. Two steam production scenarios were used in order to determine the variability of the system according to this parameter, the cogeneration model was also carried out, and for all configurations the aeration percentage was varied from 40 to 65 with an increase in the 5% bearing in mind the importance of this variable in combustion. Based on the results obtained in the simulations, the environmental impacts were evaluated using the ReCiPe methodology in the SimaPro v8.5 software. Through performance indicators, the environmental benefit produced by the use of biogas as an energy source in the boiler was determined; Although the energy and exergetic efficiency decrease when cofiring is done, this reduction is less than one percentage point. On the other hand, the difference in CO2 equivalent emissions is 64% when the plant does cogeneration and 53% without cogeneration.Modalidad 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 de desempeño de un sistema de co-combustión biomasa - Biogás en una caldera de parrilla utilizando la herramienta ThermoflexPerformance study of a biomass co-combustion system - Biogas in a grill boiler using the Thermoflex toolIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy industryBiomass energy industryInvestigationsEnergy engineeringNew technologiesIndustria energéticaIndustria de la energía de biomasaInvestigacionesIngeniería en energíaNuevas tecnologíasCofiringDesempeñoEmisionesCaldera de parrillaCarvajal Díaz, Paula Daniela (2018). Estudio de desempeño de un sistema de co-combustión biomasa - Biogás en una caldera de parrilla utilizando la herramienta Thermoflex. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1] Fedepalma, «Palmicultor,» Bogota, 2018.[2] Intergovernmental Panel on Climate Change, «IPCC,» Diciembre 2014. [En línea]. Available: https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/.[3] Extractora el Roble, «Informe final huella de carbono y plan de mitigación extractora el Roble.,» 2016[4] E. A. ,. A. D. ,. M. H. S. M. R. Saidur, «A review on biomass as a fuel for boilers,» Reviews, Renewable and Sustainable Energy, p. 28, 2011.[5] Ministerio de minas y energia , «Potencial energetico de la biomasa residual en Colombia,» [En línea].[6] Oro Rojo, «Planta Extractora de Aceite de Palma Oro Rojo. Grupo empresarial de INDUPALMA. Sabana de Torres, Santander, Colombia.».[7] Ministerio de Agroindustria , «Cadena de Palma de aceite,» [En línea]. 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