combustion directa

           

UNIVERSIDAD POLITECNIA DE ZACATECAS

INGENIERÍA EN ENERGÍA

SEMINARIO DE INGENIERÍA EN BIOMASA

INVESTIGACIÓN: COMBUSTIÓN DIRECTA DE LA BIOMASA

DOCENTE: VERÓNICA AVILA VASQUEZ

ALUMNO: OSCAR HERRERA

  

INDICE

1-------------------- Contenido

2-------------------- Objetivo

3-------------------Desarrollo

4------------------- Conclusiones

CONTENIDO:

Existen diferentes formas para trasformar la biomasa en energía que se pueda aprovechar, en este caso vamos a hablar de combustión directa que este es un proceso termoquimico.

Objetivo:

Dar a  entender y comprender los procedimientos de la combustión directa para la producción de energía.

Desarrollo: 

Como podemos saber  la combustión es un metodo termoquimico,

La combustión es una reaccion química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor y luz, manifestándose visualmente como fuego.

FIGURA 1: COMBUSTION

Métodos termoquímicos:

El calor es la fuente de transformación principal y son los métodos utilizados en la transformación de la biomasa seca (principalmente paja y madera). Se basan en la aplicación de elevadas temperaturas y se pueden distinguir dos tipos de procesos según la cantidad de oxígeno aportada en los mismos lo cual uno de estos metodos seria combustion.

La combustión de biomasa no contribuye al aumento del efecto invernadero porque el carbono que se libera forma parte de la atmósfera actual ya que es el que absorben y liberan continuamente las plantas durante su crecimiento. Los combustibles fósiles, que son extraídos del subsuelo, contienen carbono capturado y almacenado en épocas remotas, hace miles de años, y su liberación en la actualidad contribuye al incremento de gases de efecto invernadero.
Las instalaciones de producción energética con biomasa se abastecen de una amplia gama de biocombustibles, desde astillas de madera y residuos forestales, hasta cardos y paja, pasando por huesos de aceituna y cáscaras de almendra. Esta heterogeneidad de origen, también se observa en el aprovechamiento térmico y/o eléctrico de la biomasa, como por ejemplo calefacción y producción de agua caliente en el sector doméstico, calor para procesos industriales o generación de electricidad.
 Para la combustión de biomasa existen diversas tecnologías dependiendo de la naturaleza y tamaño del combustible, tales como hogares con parrillas, calderas u hornos.

produccion de electricidad

La biomasa es almacenada en un depósito de alimentación, este es un lugar cerrado habilitado específicamente para esos fines, a continuación se prepara el combustible, lo que correspondería a trozar/picar/astillar la biomasa sólida y posteriormente un proceso de secado. El equipo que se utiliza principalmente en este proceso es un secador rotatorio, que utiliza aire caliente o vapor seco. Para biomasa de pequeño tamaño se suelen utilizar secadores de transporte neumático. También este proceso puede realizarse en forma natural. Luego este combustible se transporta en camiones tolva y/o a través de un sistema neumático al silo, de la caldera donde se mezcla previo a su combustión.

                                                                                                 

figura 2 :acarreado de la biomasa

Para un mejor aprovechamiento del combustible, es recomendable que en su trayecto al silo de la caldera, la biomasa sea liberada de todo el material ferroso que contenga mediante un separador magnético suspendido en la correa transportadora. El tamaño de la biomasa puede ser clasificada mediante unos discos de clasificación de material, los cuales podrán ajustarse de acuerdo al requerimiento de la caldera. Posteriormente, la biomasa se mezcla y homogeniza en el interior del silo de almacenamiento, desde el cual se lleva mediante una cinta trasportadora al horno donde se producirá la combustión. La energía proveniente de la combustión de biomasa es transferida al agua para producir vapor, esta transferencia se realiza en la caldera. Es necesario contar con un sistema de ignición, que normalmente funciona con petróleo, para la partida de la caldera, una vez que se alcanza una temperatura adecuada, el sistema es capaz de sustentarse por si solo y no necesita de fuentes externas de calor para mantener la combustión. El vapor mueve una turbina que, conectada a un generador, propicia la producción de energía eléctrica. El vapor de agua que ha pasado por la turbina, ya a menor presión y temperatura, se lleva hasta un condensador, refrigerado por agua. Debido a ese descenso térmico, el vapor se convierte nuevamente en agua y se traslada en circuito cerrado hasta las paredes de la caldera iniciándose nuevamente el proceso.

En general, una planta de combustión de biomasa consta de los siguientes sistemas:

1. Almacenamiento de combustible

2. Transporte y dosificación del combustible al equipo de combustión

3. Equipos y cámara de combustión

4. Caldera (vapor, agua caliente, aceite térmico)

5. Recuperadores auxiliares de calor

6. Depuración de gases

7. Extracción de cenizas

figura3: se muestra el ciclo total de una caldera de vapor

produccion de carbon

Entiéndase por carbón vegetal, aquel material sólido, seco, ligero y muy combustible que se obtiene por la combustión incompleta de la leña

Existen tres maneras básicas para la elaboración del carbón vegetal.

En horno, que puede ser construido con ladrillo a nivel del suelo o bien de fierro anclado al suelo o movible; su uso no es muy generalizado en el estado, teniendo solo algunas experiencias en el predio San Lorenzo de China, N.L., más bien este tipo de hornos se utilizan en el centro del País para la madera de encino, el material resultante es de buena calidad ya que se controla bastante bien la humedad y oxigenación, obteniendo volúmenes variables dependiendo de las dimensiones del horno.

En pozo, de uso generalizado sobre todo en aquellos lugares en donde: La persona que lo elabora no cuenta con mucha experiencia, no tiene un predio propio para la extracción de madera por lo que se dedica a la recolecta de madera muerta o proveniente de desmonte. El carbón elaborado en estos pozos puede ser de mala calidad, toda vez que el material utilizado se encuentra muy seco y seccionado de manera irregular además de que no se mantiene en su elaboración las condiciones adecuadas de humedad, temperatura y de vigilancia. Se utiliza la tierra como medio para controlar los niveles de oxígeno en la combustión y para aislar la madera que se carboniza contra una pérdida excesiva de calor, es el sistema más antiguo de carbonizar y con seguridad se remonta al amanecer de la historia. Se puede llegar a producir en un pozo de 3 x 2 x 1.5 aproximadamente de 1.0 a 2.0 toneladas y se emplean para ello aproximadamente de 6 a 8 metros cúbicos de leña, con tiempo aproximado de “cocción” es de entre 3 a 5 días dependiendo la cantidad de leña a transformar.

En Chavete o bolón, de uso generalizado en el Estado y otras partes de la República, principalmente por aquellas personas que cuentan con gran experiencia, toda vez que este tipo de elaboración exige gran dedicación, conocimiento y cuidado, ello debido a que un gran chavete requiere de constante vigilancia día y noche por un periodo de entre 5 a 15 días, dependiendo ello de la cantidad de leña a transformar. El producto resultante, es de gran calidad en cuanto a densidad, consistencia, humedad y tamaño, por lo que en una buena horneada se puede llegar a producir hasta 10 toneladas, utilizando para ello entre 30 a 40 metros cúbicos de leña.

 Extracción del producto terminado

Una vez terminado el tiempo de “cocción” que varía dependiendo de la manera en que se elabora y la cantidad que se carga, que puede ser de 5 a 15 días, el trabajador tapa las entradas de oxigeno y con ello sofoca la combustión, generalmente y por la premura de la extracción se utiliza agua para bajar el calor del material y apagar cualquier indicio de fuego vivo ya que este al propagarse puede incendiar el carbón y causar la pérdida del producto. Posteriormente los troncos carbonizados se rompen en trozos más pequeños y se envasan en costales que generalmente pesan entre 20 y 26 kilos, esta tarea puede durar varios días.

figura 4: carbon

El fuego como sistema de calefacción y calentamiento de agua ,es casi tan antiguo como la existencia del hombre. El uso del fuego y su control ayudo a la evolución de la especie y palio los duros inviernos de nuestros progenitores. Historiadamente la leña ha sido el método mas tradicional de calefacción, aunque su utilización a cielo abierto siempre resto eficacia y poder calorífico. Con la llegada de los hogares cerrados, primero en barro y piedra y más tarde en fundición se comenzó a aprovechar la verdadera potencia calorífica de la leña. Actualmente si enumeramos las ventajas del uso de leña como calefacción es mezclar elementos físicos con sentimientos y decoración. La calefacción con leña es: - Es un elemento combustible sin poder de explosión. - Alto poder calorífico. - Imagen afectiva ligada al ambiente hogareño. (Verdadero calor de Hogar) - Alto poder de fascinación visual. (¿Quién no disfruta frente al fuego?) - Afecta a sentidos como el olor, la vista y el oído. ( El olor de la encina y el crepitar de las llamas, unido a la magia del balanceo de las llamas es un espectáculo que seduce a todos.) - Precio razonable e incluso gratis en zonas rurales. - Su precio no esta sujeto a monopolios y contribuimos a la limpieza de montes, con lo cual contribuimos a: Evitar incendios forestales y contribuimos a dar puestos de trabajos en los entornos rurales. - Poder de reunión. ¿Quien no tiene la imagen de una familia o grupos de amigos reposando y charlando junto al fuego? - Estos sentimientos se definen con una sola palabra “fuegoterapia”. - Alto grado decorativo. Aspectos Importantes a tener en cuenta con una calefacción de leña. - La leña para poder ofrecernos sus mas altas cotas de poder calorífico ha de estar liberada de su mayor parte de humedad. Para ello es importante respetar los tiempos de secado que tendrán que ser un mínimo de 12 meses. - Es importante tener claro el punto donde vamos a ubicar nuestra leña. Preferiblemente buscar un espacio, cercano a nuestra calefacción, a ser posible cubierto, con ventilación y de fácil acceso para su descarga. - Tener en cuenta que las maderas mas duras como, la encina y el roble en buenas condiciones de secado aportan mayor poder calorífico que una madera blanda y verde. - La madera verde, con un alto grado de humedad reduce su poder calorífico, es difícil de encender y su combustión producen condensación y alquitrán en los conductos.

figura 5: sistema de calefaccion

 figura 6:tipos de hornos

algunos tipos de hornos

                                                                            figura7:muestra los hornos con fogón abajo

figura 8: muestra un horno con parrilla movil

raferencias:  http://semarnatnuevoleon.blogspot.mx/2010/11/la-huella-del-carbon-vegetal.html
http://www.construible.es/noticiasDetalle.aspx?c=21&idm=162
http://www.icogen-sa.com/index.php/energias-renovables/biomasa-aprovechamiento-energetico.html

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INGENIERIA EN ENERGIA

SEMINARIO DE INGENIERIA EN BIOMASA

INVESTIGACIÓN:  COMO CALCULAR EL PODER CALORIFICO DE LOS RESUIDOS AGRICOLAS Y FORESTALES



DOCENTE: VERONICA AVILA VASQUEZ

ALUMNOS: OSCAR HERRERA
                   SALVADOR ESQUEDA DAVILA
 


                                          INDICE
1-------------------- Contenido

2-------------------- Objetivo

3-------------------Desarrollo

4------------------- Concluciones




                                     CONTENIDO
Como obtener el poder calorífico de los residuos agrícolas y forestales.

Objetivo: saber y llegar a comprender como sacar el poder calorífico de los residuos agrícolas y forestales.


DESARROLLO:


*Evaluación de los residuos de biomasa
Una vez conocida la distribución espacial de los diferentes cultivos y especies forestales, se
aplica un índice de residuos específico para cada una, a fin de calcular la producción potencial de
residuos.

 *Calculo de la energía potencial de la biomasa 
Una vez conocida la producción potencial de  residuos en Navarra, el siguiente  paso  es
asociar estos residuos a su poder calorífico potencial. Los valores, medidos con un calorímetro en el
Laboratorio  de  Caracterización  de  la Biomasa del CIEMAT, se presentan en la  tabla 1. La
determinación de la energía potencial será una función del poder calorífico inferior por el total de
residuos para cada especie considerada.
La energía potencial de la biomasa expresada en MJ/ha, se calcula utilizando herramientas
SIG (Arcview GIS). Para ello, la información vectorial correspondiente a la distribución de
especies forestales se rasteriza con un píxel de 1 ha de resolución espacial, lo que implica que cada
unidad de información mantenga un área única (superando el problema de la combinación entre la
distribución municipal de los cultivos y poligonal de  las  especies forestales),  un  tipo  de  especie
forestal y un código municipal.
La cantidad de energía potencial obtenida por cada cultivo se asocia al código municipal del
mapa de límites municipales. De la suma de los valores de  energía  obtenidos  de  cada  cultivo se
obtiene un único valor de energía potencial por municipio (MJ/ha). De otro lado, el valor de energía
potencial para las especies forestales irá asociado  a cada píxel de una hectárea  en función  de  la
especie más característica del mismo.
Finalmente, una sencilla operación de álgebra de mapas (suma) nos permite superponer los
dos grids (energía potencial de cultivos y forestal) obteniendo un nuevo grid con la distribución de
la energía potencial de la biomasa en la región.

conclusión: en la tabla podemos observar que la producción energética 

potencial procedente de los residuos agrícolas es muy superior a la de los forestales. 

biomasa

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE ZACATECAS

INGENIERIA EN ENERGIA

ALUMNO: OSCAR HERREREA VALDEZ

DOCENTE: VERONICA AVILA VAZQUES

INVESTIGACION: Eficiencia de la conversión energética de la fotosíntesis

MATREIA: BIOMASA

INDICE

1…………Contenido

2……….Objetivo

3……. DESARROLLO

4…….. CONLUCIONES

CONTENIDO:

1:Eficiencia de la conversión energética de la fotosíntesis

       2:Como se empezó a descubrir la fotosíntesis y su conversión de energía

3:EL AGUA Y NO EL BIÓXIDO DE CARBONO

OBJETIVO DE LA INVESTIGACION:

EL objetivo de la investigación es dar a conocer como se realiza el proceso de conversión energética de la fotosíntesis de acuerdo con la luz solar.

INTRODUCCION: Lo que al paso de la historia se fue descubriendo la conversión de energía de la fotosíntesis con respecto a las plantas, y saber como se realiza este proceso.

DESARROLLO:

Eficiencia de la conversión energética de la fotosíntesis

CUALQUIERA que sea la explicación que aceptemos sobre el origen de la vida, es evidente que la aparición de las plantas hace 3x10⁹ años determinó la vida tal como la conocemos, dependiente del oxígeno y la materia orgánica que éstas producen utilizando la energía solar. Este proceso, llamado fotosíntesis, representa la capacidad de la clorofila —pigmento verde de las plantas— para convertir la luz del Sol en energía química. La fotosíntesis da cuenta de la liberación de aproximadamente 130 millones de toneladas de oxígeno por año, acompañada de la reacción de 2 mil millones de toneladas de bióxido de carbono que, a su vez, serán transformadas en carbohidratos. La asimilación anual de C0₂ en la Tierra es de unos 10 mil millones de toneladas, mucho más que todo el petróleo, carbón y minerales usados cada año. El proceso fotosintético tiene una eficiencia de almacenamiento de energía de 3 x 10²¹ joule por año (equivalente a 9.6x10¹⁰ toneladas de carbón), diez veces mayor que la que el mundo necesita. Si esto es así, sería justo preguntarse por qué, aparentemente, hay escasez de alimentos en el mundo. El problema de la alimentación es de orden económico; el hambre es causada no porque el mundo no pueda producir suficiente alimento, sino porque la energía es cara, y el transporte de los alimentos requiere energía. La utilización de la energía y del carbono orgánico está unida, de manera compleja, a la economía y a las diversas estructuras de la sociedad humana.

¿Cómo se realiza la fotosíntesis?

Más de la mitad de los procesos fotosintéticos tienen lugar en los océanos, donde existen muchas formas de plantas verdes (algas). Otra gran parte de ellos se realiza en áreas como la cuenca del Amazonas, donde abundan las plantas verdes. A las algas y plantas verdes se les llama organismos fotoergónicos ya que son los únicos capaces de convertir la luz en energía química (la cual queda almacenada en los alimentos).

Los organismos quimioergónicos, por el contrario, no pueden convertir la luz en energía química; en lugar de ello, utilizan nutrientes que transforman en energía para desarrollar sus funciones. Algunos de estos organismos son, por ejemplo, las bacterias, los hongos, los animales.

Durante la fotosíntesis la luz es captada por las plantas verdes y usada para convertir agua, bióxido de carbono y minerales en oxígeno y compuestos orgánicos con alto contenido energético. Sin fotosíntesis, la atmósfera de la Tierra no tendría oxígeno y sería imposible la existencia de la gran mayoría de los seres vivos que se conocen.

Todas las células vivas convierten los alimentos en energía y en componentes estructurales necesarios para el crecimiento, la restitución de células, la reproducción y, en general, para todos los procesos dinámicos que desarrollan los organismos vivos. La energía luminosa es absorbida por los pigmentos clorofílicos de las plantas y almacenada como energía química en los productos orgánicos, especialmente los carbohidratos (azúcar; almidón, glucosa). 

La eficiencia de la fotosíntesis se define en términos del rendimiento de producción de oxígeno por unidad de masa (o de área) de los tejidos de las plantas verdes, o por unidad de peso de la clorofila contenida en ellas. Plantas sanas, que crecen en presencia de aire que contenga de 0.03 a 0.04% de CO₂ a 25°C son capaces de producir varios litros de oxígeno por hora y por gramo de clorofila utilizada.

Como se empezó a descubrir la fotosíntesis y su conversión de energía

El primer intento de que se tiene noticia para explicar el proceso de la fotosíntesis tuvo lugar en el siglo IV a.C. y se debe a Aristóteles, quien resumía el fenómeno mediante la expresión: 

Aristóteles afirmaba que las plantas tomaban del suelo los nutrientes necesarios para producir alimentos.

En el siglo XVII, Jean Van Helmont llevó a cabo un interesante experimento: durante cinco años estuvo agregando agua a un sauce sembrado en una cantidad previamente pesada de tierra. Al final de su experimento, el sauce había aumentado 75 kg, mientras que el suelo había perdido solamente 70 gramos. Así, concluyó que era a partir del agua como se generaban los alimentos: 

Priestley, 100 años después, comprobó que el aire también intervenía en el proceso y, de acuerdo con el lenguaje usado en esa época, propuso su conclusión: 

 científico contemporáneo de Priestley, Ingen-Housz, encontró la relación de la luz con la producción de alimentos en las plantas verdes: 

Gracias al rápido avance de la ciencia, en la última década del siglo XVIII se logró establecer las identidades. 

Con esta nueva información. Nicolás de Saussure propuso un mecanismo según el cual la luz absorbida proporcionaba la energía para la ruptura de la molécula de CO₂, esta molécula liberaba el oxígeno y así se producían directamente los compuestos orgánicos: 

Julius von Sachs encontró que el compuesto de carbono era un almidón (probablemente glucosa). 

Los estudios de Blackmann (1905) contribuyeron a impulsar las investigaciones para llegar a una mejor compresión de las fases del proceso de la fotosíntesis y lograr identificar el pigmento verde responsable de la absorción de la luz: la clorofila.

Hasta 1930, muchos fisiólogos seguían creyendo que la energía luminosa se utilizaba para descomponer la molécula de C0₂ de tal forma que el carbono (C) se combinaba con el H₂y el O₂ del agua para producir los carbohidratos, mientras que el oxígeno del CO₂ se liberaba en forma de gas.

EL AGUA Y NO EL BIÓXIDO DE CARBONO

Más tarde, los estudios de Van Niel sobre los procesos fotosintéticos en bacterias ayudaron a establecer que es el agua, y no el bióxido de carbono, la que se descompone para generar el hidrógeno y liberar el oxígeno, mientras que el CO₂ genera los compuestos orgánicos: 

Actualmente se ha establecido que, en la fotosíntesis, la energía solar es absorbida por el pigmento verde de las plantas llamado clorofila y utilizada para la ruptura de las uniones H-O del agua en un proceso llamado fotólisis. El oxígeno es liberado y el H₂ —unas veces como tal y otras como generador de electrones libres— se transporta a lo largo de una cadena compleja de reacciones de óxido-reducción en las que se genera energía según este esquema: 

¿Qué entienden los químicos por los términos reducción y oxidación?

La materia está formada por átomos —que a su vez pueden formar moléculas— constituidos por partículas elementales: protones y neutrones, que se encuentran en el núcleo, y por electrones distribuidos en orbitales1 de diferente energía. En las reacciones químicas intervienen los electrones de los orbitales externos: los de mayor energía, llamados de valencia. Cuando un compuesto químico (o un elemento) acepta electrones, se dice que se reduce; por el contrario, si cede electrones, se oxida. Estos procesos ocurren simultáneamente y por ello son llamados reacciones de óxido-reducción. Por ejemplo, en la reacción de formación de la glucosa, el CO₂ se reduce mientras que el H₂se oxida.

Las reacciones de óxido-reducción son también el fundamento de las celdas electroquímicas, como se verá más adelante. Por ejemplo, en una pila tipo Daniell, las reacciones son:

Zn⁰ - 2 electrones------------------- ® Zn²⁺ (oxidación)

Cu₂₊ + 2 electrones------------------- ®Cu⁰ (reducción)

Las notaciones Zn⁰ y Cu⁰ se refieren a los elementos sin carga mientas que Zn²⁺y Cu₂₊son los iones que suelen encontrarse en disolución.

ALGO MÁS SOBRE LA FOTOSÍNTESIS

El proceso fotosintético ocurre en dos etapas:

1) Una fotorreacción en la cual la luz es transformada en energía química. Los dos productos importantes de esta reacción son el ATP (adenosín trifosfato), muy energético y que conduce la mayor parte de los procesos metabólicos, y los electrones libres necesarios para los procesos de reducción, que son transportados a través de las siguientes sustancias: NADP⁺ (fosfato del nicotín adenín dinucléotido) sustancia aceptora de electrones y el NADPH que es su forma reducida.

2) Una reacción en oscuro, que utiliza la energía química producida en la primera etapa para transformar el CO₂, un compuesto de baja energía, en un carbohidrato altamente energético. El ATP provee la energía necesaria para que se lleve a cabo la reacción, y los electrones sirven como agentes reductores.

El proceso fotosintético implica una cadena de (por lo menos) 30 reacciones complejas. Estas fueron descubiertas gradualmente, en un largo proceso de observación y experimentación que tomó cientos de años. Sin embargo, este misterioso proceso de la naturaleza por medio del cual las plantas producen alimentos y sobre el que la humanidad ha especulado durante casi 2 mil años, sigue guardando celosamente muchos secretos que los científicos buscan afanosamente desentrañar, y así poder hacerlos suyos.

Conclusiones: Como podemos saber la producción de oxigeno no se debe de terminar ya que si esto pasara la vida para muchos seres vivos se terminaría.