1. diesel biogás
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Alvaro F.C.a, Del Carpio H.J.a, Milón J.J.a and Braga S.L.b aInstitute of Energy and Environment, San Pablo Catholic University, Arequipa, Peru
bEnergy Institute, Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro, Brazil
Contenidos
1.Introducción 2.Modelo Experimental 3.Procedimiento Experimental 4.Resultados 5.Conclusiones
Este trabajo de investigación pretende establecer los primeros pasos para la utilización de biogás en motores de ciclo Diesel a gran escala en Perú para la reducción del consumo de combustibles fósiles, contribuyendo al cuidado ambiental y reduciendo los costos de las empresas peruanas.
INTRODUCCIÓN
Preocupación por disponibilidad de fuentes energéticas Digestión anaeróbica producción de biofertilizantes y biogás Biogás (50% metano, CH4): gas de efecto invernadero, alto GWP (Potencial de Calentamiento Global) Utilización en Motores de Combustión Interna y generadores para producción sustentable de electricidad Generación descentralizada
MODELO EXPERIMENTAL
Motor Generador Ciclo Diesel 4 cilindros Acoplado a un generador de electricidad Cummins-Stamford Potencia de salida: 36 kW Velocidad (rot.): 1800 rpm Capacidad: 3.9 l Con Turbocompresor
Desarrollado en el Laboratorio de Ingeniería Vehicular de la Pontificia Universidad Católica de Rio de Janeiro, LEV - PUC-Rio. Administración de diferentes cantidades de biogás mediante la variación del Duty Cycle. Duty Cycle: Fracción de tiempo que los inyectores están abiertos
Kit de Conversión Diesel – Biogás
Kit de Conversión Diesel – Biogás
Kit de Conversión
Diesel – Biogás
Gobernador Electrónico
Inyectores de Diesel
Inyectores de Biogás
Carga Eléctrica
señ
al
eléc
tric
a señ
al eléctrica
señal eléctrica (Duty Cycle)
señal mecánica (incremento de potencia)
señal eléctrica (reducción de flujo másico)
(Duty Cycle)
Modelo Experimental
Suministro de biogás: Tubo de poliamida – antes del turbocompresor en la entrada de aire.
Consumo de diesel: tanque y balanza.
Consumo de biogás: medidor de flujo volumétrico de tipo turbina.
Consumo de aire: tobera y transductor de presión diferencial. Tobera de acero inoxidable con razón de diámetros de 0,75. Temperatura: termopares de tipo K (Chromel-Alumel).
Sistema de Purificación y Compresión Desulfurización, compresión y almacenamiento de biogás
Filtro de carbón activado para remoción de H2S Tanque de PVC con rejillas de metal para contener el adsorbente Presión requerida: 3 bar, biogás presurizado hasta 4 bar
Sistema de compresión: Compresor semi-hermético Volumen del tanque: 0.2 m3 Presión de diseño: 20 bar Panel eléctrico y
presostato: activación y desactivación del compresor
Regulación de presión a 3 bar
Sistema de Purificación y Compresión
Dispositivo de remoción de H2O
Sistema de Purificación y Compresión
Dispositivo de separación de CO2
Filtros para la remoción de H2S
Carga Eléctrica Simulación de carga eléctrica Resistencia eléctrica: 03 barras de cobre - 03 fases Tanque con salmuera (0.5%) Consumo de energía variable con la profundidad de sumersión
Señales emitidas por instrumentos de medición y adquiridas por el Sistema de Adquisición de Datos (SAD) Del SAD a la PC a través de un puerto RS-232 Procesamiento y análisis Software: BenchLink Data Logger y LabVIEW®
Sistema de Adquisición de Datos
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Pruebas en modo diesel y modo diesel-biogás Pruebas hechas para el 62.5% de la máxima carga Dos Duty Cycles diferentes evaluados a una potencia constante de 25 kW Tasas de substitución evaluadas para dos diferentes DC: 30% and 50% Procedimiento para las pruebas en modo diesel-biogás Inyección del biogás en una forma gradual y controlada hasta notar una operación anormal en el motor Las pruebas iniciaban en modo diesel incrementando la carga eléctrica hasta 25 kW en régimen permanente La inyección del biogás se inició y el DC varió de 30% to 50% durante la prueba.
RESULTADOS
Tabla . Separación de elementos indeseados del biogás.
Contaminante unidad Entrada Salida
H2S PPM 2000 84 CO2 % Vol 22 21 O2 % Vol 9 3 CH4 % Vol 41 41 CO PPM 2 2
RESULTADOS Pruebas de compresión.
Tiempo, s
Tiempo, s
Pre
sió
n, b
ar
Flu
jo V
olu
mét
rico
, m3/h
Pabs_in Pman_out
Desconexión por el presóstato
RESULTADOS
La temperatura se incrementa para altas cargas, debido a la adición de biogás en la misma carga eléctrica.
Variación de la temperatura de los gases de escape y el Duty Cycle durante las pruebas.
RESULTADOS Para altas tasas de substitución el consumo de diesel se reduce y el consumo de biogás es más alto.
RESULTADOS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00
Du
ty C
ycle
, %
Co
nsu
mo
Die
sel,
kg/
h
Potencia Mecánica, kW
Modo Diesel
Modo Diesel-Biogás
Duty Cycle
RESULTADOS
0
50
100
150
200
250
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00
Tem
pe
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Tasa
de
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itu
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Cyc
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-
Potencia Mecánica, kW
Tasa de Subst.
Duty Cycle
Temp. Gases
RESULTADOS
Tabla 2. Resumen de costos de procesamiento de biogás.
Descripción del Costo Costo
Remoción de H2S, S/./kg 0,196
Compresión, S/./kg 0,022
Costo de procesamiento de biogás, S/./kg 0,218
Tabla 3. Costo de generación de 1 kWh.
Requerimiento de biogás, kg/kWh 0,125
Costo del biocombustible, S/./kWh 0,027
Requerimiento de diesel, kg/kWh 0,109
Costo del combustible diesel, S/./kWh 0,449
COSTO DE GENERACIÓN 0,476
Tabla 1. Equipos para la producción de biogás.
Descripción Valor, S/.
Biodigestor de geomembrana 216 000,00
Bomba de lodos 7 000,00
Compresor para biogás 6 000,00
Dispositivo de remoción de H2S 500,00
Motor de combustión interna 33 900,00
Kit de conversión Diesel-Biogás 10 170,00
TOTAL 273 570,00
CONCLUSIONES Se alcanzan importantes tasas de substitución para la carga eléctrica, consideradas económicamente viables en esta potencia. El desempeño del motor no es afectado en aspectos térmicos por la inyección de biogás. En las últimas pruebas hechas, se alcanzaron tasas de substitución de 70%.
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