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“Pre-Evaluación de Factibilidad Técnica
Económica de un Biodigestor con Purines,
Remanentes orgánicos de la industria alimenticia y
basura municipal”
Alumna : Gloria Castillo P. Profesor: Dr. Fernando Márquez R.
Departamento de Ingeniería Química
Universidad de ConcepciónConcepción-Chile
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Miércoles, 22 de Julio del 2015
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OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO DE MEMORIA
Efectuar el análisis de la Pre-Factibilidad Técnico Económico de lageneración de Biogás de Residuos Orgánicos de Animales, IndustriaAlimenticia y Basura Municipal.
Objetivos Específicos
- Estudiar la generación de residuos orgánicos de la Industria Lechera, Purines, basura municipal, residuos agropecuarios y similares para el diseño de un sistema de Generación de Biogás. - Efectuar un Análisis de Pre-Factibilidad Técnica preliminar de la Planta Industrial. - Analizar distintas opciones de producción de Biogás. - Realizar una Pre-Evaluación Económica inicial para proyecto de Biogás. Costos de inversión y operación. Rentabilidad y factibilidad del proyecto.
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Naturaleza y composición de las materias primas
Residuos Orgánicos
Animal
Vegetal
Humano
Agroindustrial
Forestal
Cultivos marinos
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Relación Carbono / Nitrógeno de los sustratos
𝐾 =𝐶1 ∗ 𝑄1 + 𝐶2 ∗ 𝑄2 +⋯+ 𝐶𝑛 ∗ 𝑄𝑛
𝑁1 ∗ 𝑄1 + 𝑁2 ∗ 𝑄2 +⋯+𝑁𝑛 ∗ 𝑄𝑛
K= Relación C/N de la mezcla de materias primas. C= % de carbono orgánico contenido en cada materia prima de la mezcla. N= % de nitrógeno orgánico contenido en cada materia prima de la mezcla. Q= Peso fresco de cada materia prima, expresado en kilos o toneladas.
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Recolección de Datos
• Reconocimiento de la zona
• Búsqueda de residuos disponibles
• Selección
• Datos de Planta lechera
Caracterización y Tratamiento de
datos
• Búsqueda de datos disponibles de los sustratos escogidos
• %C
• %N
• %SV
• %ST
• Rendimiento Biogás
• Densidad
• Cantidades Disponibles
Generación de Mezclas
Selección Mezclas
• Volumen Biogás
Evaluación Económica
• Flujo de Caja
• Indicadores Económicos
• Evaluación AGROGAS (Descartes)
XIV Región de los Ríos- Chile Metodología
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Posibilidad de sustrato
Sustrato
Descartes plantas
lecheras
Residuos domiciliarios
(RSU)
Residuos de la agricultura
Purines animales
Residuos Forestales
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Sustratos y Co-sustratos
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Recolección de Datos
• Reconocimiento de la zona
• Búsqueda de residuos disponibles
• Selección
• Datos de Planta lechera
Caracterización y Tratamiento de
datos
• Búsqueda de datos disponibles de los sustratos escogidos
• %C
• %N
• %SV
• %ST
• Rendimiento Biogás
• Densidad
• Cantidades Disponibles
Generación de Mezclas
Selección Mezclas
• Volumen Biogás
Evaluación Económica
• Flujo de Caja
• Indicadores Económicos
• Evaluación AGROGAS (Descartes)
Metodología
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Mezclas Descartes Lácteos D
esca
rtes
Descartes totales
mensuales
230.400 (kg)
C/N=16,34
Descartes Seleccionados119.214 (kg)
C/N=21,35
Mitad Cantidad de Descartes Seleccionados
59.607 (kg)
C/N=21,35
Mezcla
1 D+PA 7 D+PA+RSU 13 D+PA+RSU+PC 19 D+PT+RSU+PA 25 D+PT+RP
2 D+PC 8 D+PC+RSU 14 D+PA+RSU+A 20 D+PT+RSU+A 26 D+PT+A
3 D+PT 9 D+RP+RSU 15 D+PC+RSU+PA 21 D+PA+A 27 D+RP+A
4 D+RSU 10 D+A+RSU 16 D+PC+RSU+PT 22 D+PC+PT 28 D+PA+PC
5 D+RP 11 D+PT+RSU 17 D+PC+RSU+A 23 D+PC+RP 29 D+PA+PT
6 D+A 12 D+PT+RSU+PC 18 D+PA+RSU+PT 24 D+PC+A 30 D+PA+RP
D: Cantidad Mensual de
Descarte
RSU: Residuo Sólido
Urbano o domiciliario
PA: Paja Avena RP: Rastrojo Papa
PC: Paja Cebada A: Aserrín
PT: Paja Trigo
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Mezclas Purines de vacuno
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Mezclas Lodos de Tratamiento
Mezclas Lodos Planta de tratamiento
1 L+RSU 11 L+DS+PC
2 L+PT 12 L+DS+RP
3 L+PC 13 L+DS+A
4 L+A 14 L+DSS
5 L+PA 15 L+DSS+PA
6 L+RP 16 L+DSS+PC
7 L+DS 17 L+DSS+RSU
8 L+DS+RSU 18 L+DSS+PT
9 L+DS+PA 19 L+DSS+RP
10 L+DS+PT 20 L+DSS+A
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Recolección de Datos
• Reconocimiento de la zona
• Búsqueda de residuos disponibles
• Selección
• Datos de Planta lechera
Caracterización y Tratamiento de
datos
• Búsqueda de datos disponibles de los sustratos escogidos
• %C
• %N
• %SV
• %ST
• Rendimiento Biogás
• Densidad
• Cantidades Disponibles
Generación de Mezclas
Selección Mezclas
• Volumen Biogás
Evaluación Económica
• Flujo de Caja
• Indicadores Económicos
• Evaluación AGROGAS (Descartes)
1ra Selección : Mezclas con la menor cantidad de co-sustrato y que lograran la relación C/N aproximada a 30 2da Selección: Mezclas con mayor generación de Biogás (m3)
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Recolección de Datos
Caracterización y Tratamiento de
datos
Generación de Mezclas
Selección Mezclas
Evaluación Económica
• Flujo de Caja
• Indicadores Económicos
• Evaluación AGROGAS (Descartes)
Flu
jo d
e ca
ja
Costo de Inversión Planta de Biogás
Costos Operación Consumo Electricidad , Consumo
Calor, Mano de Obra, Sustrato, Disposición digestato
Ingresos - Gas ahorrado
-Venta de Digestato
V.A.N.
T.I.R.
Años de recuperación de Inversión
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Software AGROGAS
• Volumen total del digestor (m3)
• Tiempo de retención hidráulica (días)
• Producción de biogás (Nm3/año)
• Aviso de riesgo de inhibición por amonio
• Aviso de C/N fuera de rango
• Producción de electricidad en cogeneración (MWh/año)
• VAN (10%) (USD)
• Periodo de retorno (años)
• Ahorro de energía primaria (MWh/año)
• Ahorro de emisiones de CO2 equivalentes (t/año)
• Coches anuales equivalentes (unidades)
• Árboles equivalentes (unidades)
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ResultadosDescartes Lácteos
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Resultado Seleccionado Sustrato Base Descartes
Relación C/N 30,05
Cantidad (kg)
Descartes 230.400,5
Paja Trigo 100
Paja Avena 140.000
Volumen Biodigestor sin
biogás (m3)4.005
Volumen Biogás (m3/día) 3.235
Volumen Biogás (m3/mes) 97.049
TIR 175%
VAN (10%) $ 14.953.431 (USD)
Recuperación (años) 0,57
Estudio medioambiental
Ahorro de energía
primaria1.271 (MWh/año)
Ahorro de emisiones
de CO2 equivalente353 (t/año)
Coches anuales
equivalentes89 (unidades)
Árboles equivalentes 539.752 (unidades)
Diámetro Biodigestor (m) 17
Altura Biodigestor (m) 17
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Efecto en la cantidad de co-sustrato a adicionar por mantención o aumento de relación C/N inicial
43,400
61,300
139,650 140,100
17,400
52,00051,600 51,700
11,200
26,800 25,900 25,850
10,000
25,000
40,000
55,000
70,000
85,000
100,000
115,000
130,000
145,000
1 2 3 4
Co
-su
stra
to (k
g)
Item
Descartes Totales mensualesC/N=16,34
Descartes mensualesSeleccionados C/N=21,35
Mitad Descartes SeleccionadosC/N=21,35
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Efecto en la producción de Biogás por mantener o aumentar la relación C/N inicial.
60,677
76,562
96,920 97,049
34,542
44,795 44,711 44,716
18,57122,554 22,368 22,358
10,000
25,000
40,000
55,000
70,000
85,000
100,000
1 2 3 4
Bio
gas
(m3 /m
es)
Item
Descartes Totalesmensuales C/N=16,34
Descartes mensualesSeleccionados C/N=21,35
Mitad DescartesSeleccionados C/N=21,35
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Mezclas seleccionadas con relación C/N igual a 30 y rentabilidad económica
5,254,059
7,260,194
14,904,604 14,953,431
1,731,476
5,170,631 5,220,227 5,229,623
617,777
2,163,516 2,048,999 1,991,483
600,000
2,600,000
4,600,000
6,600,000
8,600,000
10,600,000
12,600,000
14,600,000
1 2 3 4
VA
N (
US
D)
Item Descartes Totales
Descartes Seleccionados
Mitad Descartes Seleccionados
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69
91
174 175
30
68 69 69
18
35 34 33
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1 2 3 4
TIR
(%)
Item
TIR
Descartes Totales mensuales
Descartes mensuales Seleccionados
Mitad Descartes Seleccionados
1.451.1
0.57 0.57
3.26
1.47 1.46 1.45
5.41
2.83 2.93 2.99
0
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4
Añ
os
Item
Años recuperación inversión
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Co-sustrato más utilizado en mezclas con Descartes Lácteos
75%
8%
17%
Paja Avena Paja Cebada
Paja Trigo
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ResultadosPurines de vacuno
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Resultado seleccionado sustrato base purín con varios co-sustratos
Identificación 307
Tipo Residuo PT
Purín Cantidad (kg) 1.050.000
Paja Cantidad (kg) 300
RSU Cantidad (kg) 30
Volumen Biodigestor sin biogás (m3) 2.108
Volumen Biogás (m3/mes) 6.481
Volumen Biogás diario (m3) 216
TIR 52%
VAN (10%) $ 3.656.869 (USD)
Recuperación (años) 1,94
Diámetro
Biodigestor (m) 14
Altura Biodigestor
(m)14
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Resultado seleccionado sustrato base purín para cantidad exacta de co-sustrato
Identificación 122
Tipo de Residuo PA
Purín Cantidad (kg) 360.000
Paja Cantidad (kg) 396.876
Volumen Biodigestor sin biogás (m3) 2.195
Bio
gá
s Volumen Biogás (m3/mes) 108.208
Volumen Biogás diario (m3/día) 3.607
TIR 370%
VAN (10%) $ 32.840.164(USD)
Recuperación (años) 0,27
Diámetro
Biodigestor (m)14
Altura Biodigestor
(m)14
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Cantidad de co-sustrato requerida para mezclas con cantidad exacta versus mezclas con variadas cantidades de co-sustratos.
396,865
015,00030,00045,00060,00075,00090,000
105,000120,000135,000150,000165,000180,000195,000210,000225,000240,000255,000270,000285,000300,000315,000330,000345,000360,000375,000390,000
14 15 16 26 27
90
108
109
110
111
112
119
120
121
122
123
164
165
166
24
32
44
24
530
730
830
931
033
333
44
83
48
44
85
48
64
88
48
94
90
49
152
556
056
556
657
96
12 613
651
652 653
654 655
656 657
658
Can
tid
ad c
o-s
ust
rato
(kg
)
Nro. Identificación predio
Mezclas convariadascantidadesde co-sustrato
Mezclas conrelaciónC/N=30exacta
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Generación biogás para mezclas con cantidad exacta de co-sustratos
14,001
7,386
29,663
1,898
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
Paja Trigo Paja Cebada Paja Avena Aserrín
Bio
gás
(m3/
mes
)
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Producción de Biogás con cantidad exacta o con diferentes cantidades de co-sustrato.
108,209
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
45,000
50,000
55,000
60,000
65,000
70,000
75,000
80,000
85,000
90,000
95,000
100,000
105,000
14 15 16 26 27
90
108
109
110
111
112
119
120
121
122
123
164
165
166
24
32
44
24
530
730
830
931
033
333
44
83
48
44
85
48
64
88
48
94
90
49
152
556
056
556
657
96
12 613
651
652 653
654 655
656 657
658
Bio
gás
(m3 /m
es)
Nro. Identificación predio
Mezclas con variadascantidades de co-sustrato
Mezclas con relaciónC/N=30 exacta
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Resultados Lodos de Tratamiento
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Mezcla Seleccionada Sustrato Base Lodos
Relación C/N mezcla 30,20
Cantidad (kg)
Lodos 3.500
Descartes 59.607
Paja Avena 64.000
Volumen Biodigestor sin biogás (m3) 1.783
Volumen Biogás (m3/día) 1.085
Volumen Biogás (m3/mes) 32.558
TIR 74%
VAN (10%) $ 5.723.316 (USD)
Recuperación (años) 1,35
Diámetro Biodigestor
(m) 13
Altura Biodigestor (m) 13
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Comportamiento relación C/N con respecto a la mezcla con 1 co-sustrato.
17.53
19.77
13.66
10.72
10.56
19.13
7.00
8.50
10.00
11.50
13.00
14.50
16.00
17.50
19.00
10 100 1,000 10,000 50,000 100,000 1,000,000
Rel
ació
n C
/N
Co-sustrato (kg)
PajaTrigoPajaCebadaPajaAvenaRestospapaRSU
Aserrín
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Comportamiento relación C/N con respecto a la mezcla con Descartes Lácteos
11.57
30.05
0102030405060708090
100110120130140150160170180190200
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000
Rel
ació
n C
/N
Lodos de Tratamiento (kg)
Descartes SeleccionadosC/N=21,35
Descartes re-selecciondosC/N=197,36
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Producción de biogás en mezclas con descartes y un co-sustrato
10,291
19,472 19,297
13,192
3,920
31,459
26,683
32,558 31,826
26,278
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000
Bio
gás
(m3 /m
es)
Lodo de Tratamiento (kg)
Descartes re-seleccionados Descartes seleccionados
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•La relación de C/N es fundamental como variable que permite predecir elfuncionamiento de generación de biogás de una mezcla de sustratos. Porlo tanto su previa obtención y análisis con los sustratos disponibles,permite asegurar que la inversión en el proyecto rendirá frutos.
• Entre más cercana a 30 sea la relación C/N inicial, menor será la cantidadde co-sustratos necesarios para obtener producción de biogás. Estoúltimo no aumenta la cantidad de producción de biogás en (m3).
Conclusiones
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•La producción de biogás con lodos no se puede considerar unaposibilidad viable en cuanto al uso de las cantidades de lodos de laplanta. El uso máximo encontrado fue de un 3 (%) de los 600.000(kg) enpromedio mensualmente disponibles.
•La generación de biogás a partir de purines de vacuno como sustrato esposible. Para todos los predios estudiados se encontró al menos unamezcla con generación de biogás.
•Es posible hacer un análisis preliminar de factibilidad técnico económicapara determinar posibles plantas de Biogás en la Región de Los Ríos.
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•Es necesario hacer estudios más detallados sobre posiblesBiodigestores en la región tomando en cuenta el problema de Logísticade la producción y transporte de sustratos y co-sustratos .
•La paja de avena destacó como el co-sustrato con mayor proyección enproducción de biogás en mezclas.
•A través de este trabajo se pudo establecer que la realización deproyectos de generación de biogás en la Región de Los Ríos sonposibles. Esto último permitirá dar el impulso a la utilización de lasenergías renovables y re-valorización de los residuos actualmentegenerados.
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FinMuchas Gracias.