ESPECIFCACIONES TECNICAS PARA

Report
II.- Diseño, Dimensionamiento y
Construcción de Sistemas de Biodigestión
Abril 2013
Diseño, Dimensionamiento y Construcción de
Sistemas de Biodigestióno gás
Temario
2.5 .-Aspectos Geográficos y de ubicación del biodigestor
2.6.- Selección del Tiempo de Retención Hidráulico
2.7.- Cálculo del Volumen del Biodigestor
2.8.- Metodologías para el cálculo de la producción de biogás
2.9.- Obra Civil (Excavación, cálculo del talud adecuado, compactación,
formación de coronas)
2.10.- Diseño de tuberías de conducción de influentes, efluentes y
biogás
2.11.- Instalación de Geomembrana en Biodigestores (Principios,
Tecnologías y Operación)
2.12.- Diseño de quemadores de biogás y filtros de retención de H2S
2.13.- Sistemas Auxiliares (Separador de Sólidos, Agitadores, Fosa de
Mezclado)
ASPECTOS GEOGRÁFICOS Y DE UBICACIÓN DEL
BIODIGESTOR
Aspectos Geográficos



Depende de la ubicación del agronegocio
Las condiciones geográficas inciden en la temperatura
La temperatura incide en los procesos de degradación de los
sólidos volátiles y la producción del biogás.
ASPECTOS GEOGRÁFICOS Y DE UBICACIÓN DEL
BIODIGESTOR
Restricciones para la Ubicación del Sitio
 Evitar la cercanía de aeródromos de servicio público o aeropuertos.
 No ubicarlo dentro de áreas naturales protegidas.
 Se deberá instalar a una distancia mínima de 500 m de cualquier núcleo
poblacional.
 No ubicarlo en zonas de marismas, manglares, esteros, pantanos,
humedales, estuarios, planicies aluviales, fluviales, recarga de acuíferos,
zonas arqueológicas, fracturas o fallas geológicas.
ASPECTOS GEOGRÁFICOS Y DE UBICACIÓN DEL
BIODIGESTOR
Restricciones para la Ubicación del Sitio

La distancia con respecto a cuerpos de aguas superficiales con caudal
continuo, lagos y lagunas, debe ser de 500 m como mínimo.
 Se deberá localizar fuera de zonas de inundación.
 La distancia entre el límite del sistema y cualquier pozo de extracción de
agua, deberá ser de al menos 500 m.
 El manto freático o aguas subterráneas, deberán encontrarse a una
profundidad de al menos 7 metros, para asegurar una distancia mínima
entre estas y el fondo del biodigestor de al menos 3 metros.
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR

Cálculo del volumen del biodigestor
El volumen de operación nominal, estará basado en dos parámetros:
o La tasa de carga diaria de sólidos volátiles (VS) por 1000 m3
o El tiempo de retención hidráulica mínima (TRH) adecuada para
alcanzar el 60% de destrucción de los sólidos volátiles
o Aplicar el que sea mayor
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR

La tasa máxima de carga diaria de sólidos volátiles (Kg VS/1,000 m3/dia)
CALCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA
El HRT mínimo se selecciona entre los valores listados en el mapa
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR

Cálculo del volumen del biodigestor
Considerar la relación existente entre el flujo volumétrico del influente (carga
orgánica) y el tiempo de Retención determinado.
El volumen del digestor debe ser igual al volumen del material a degradar, multiplicado
por el tiempo de retención necesario y un volumen adicional para el almacenamiento del
biogás, que puede ser el recomendado y comúnmente utilizado en diseño de reactores,
el cual indica un 20% adicional al volumen de operación.
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
Ejemplo:
♦ Material: 10 m3/día de estiércol fresco
♦ Disolución: 1:9
♦ Material a biodegradar: 100 m3
♦ Tiempo de digestión: 30 días
♦ Volumen: 100 x 30 = 3,000 m3
♦El volumen adicional para el gas (20 a 30%) en el caso
de tipo laguna cubierto, lo da la geomembrana.
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
Para realizar el proyecto técnico-ejecutivo, el cálculo se
debe de efectuar de acuerdo a los resultados obtenidos
de pruebas de laboratorio.
Diseñar por:
♦ Tiempo de digestión
♦ Cargo orgánica aplicada al sistema.
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
En el primer caso se obtiene, mediante la expresión:
Volumen del Biodigestor = θ x Q
Ó
Tiempo de digestión (θ) = V/Q
Donde:
θ = Tiempo de digestión en días
V = Volumen del digestor (m3)
Q = Cantidad diaria de estiércol suministrada al
digestor (m3/d.).
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
En el segundo caso se obtiene, mediante la expresión:
Carga (kg. SV/ m3 d.) = Q. So
V
Donde:
So = Concentración de SV en el estiércol (Kg./ m3)
SV = Sólidos volátiles
Q = Cantidad diaria de estiércol suministrada al digestor (m3/d.).
V = Volumen del digestor (m3)
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
En el segundo caso se obtiene, mediante la expresión:
Carga (kg. SV/ m3 d.) = Q. So
V
Donde:
So = Concentración de SV en el estiércol (Kg./ m3)
SV = Sólidos volátiles
Q = Cantidad diaria de estiércol suministrada al digestor (m3/d.).
V = Volumen del digestor (m3)
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
Ejemplo de cálculo:
No de Cerdos: 5000 animales
Producción de estiércol : 3.55 Kg/animal – día
Cantidad de estiércol total (Kg/día) = 5000 x 3.55 = 17,750 Kg/día
Densidad del estiércol: 961 Kg/m3
Volumen de estiércol total = 17,750/961 = 18 m3/día
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
Ejemplo de cálculo:
Disolución: 1:9
Volumen de material a biodegradar: 18/0.1 = 184.7 m3/día
Tiempo de digestión: 30 días
Volumen del biodigestor = 30 x 184.7 = 5,541.1 m3
Volumen de seguridad = 20%
Volumen final del biodigestor = 5,541.1 x 1.2 = 6,649.32 m3
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR
Ejemplo de cálculo:
Disolución: 1:9
Volumen de material a biodegradar: 18/0.1 = 184.7 m3/día
Tiempo de digestión: 30 días
Volumen del biodigestor = 30 x 184.7 = 5,541.1 m3
Volumen de seguridad = 20%
Volumen final del biodigestor = 5,541.1 x 1.2 = 6,649.32 m3
CALCULO DEL VOLUMEN DEL BIODIGESTOR

Cálculo del volumen del biodigestor
El dimensionamiento geométrico del sistema se calcula a partir del volumen total
del biodigestor,
Utilizando la ecuación con la que se estima el volumen de un cuerpo geométrico de
forma trapezoidal (pirámide invertida).
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
A) De manera general, para determinar la producción de biogás, se podrá utilizar la
siguiente ecuación*.
Yv =
Bo * Vs
R
1-
K
RM-1 +K
Donde:
Yv = Producción diaria de metano por volumen de influente l/l.
VS = Concentración de Sólidos Volátiles Totales (TVS) en g/l de influente por día.
Bo = Ultimo rendimiento de metano, l/g de TVS en %
R = Tiempo de retención en días.
M= Velocidad máxima de crecimiento microbiano t-1 (µmax).
K = Parámetro cinético relacionado al consumo de sustrato (adimensional).
*Que recomienda el Panel Intergubernamental de Cambio Climático, en su
documento “2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
B).- Utilizar el resultado del análisis cuantitativo de Carbono Orgánico Total.
Las variables involucradas:
COU =
ᵖbio =
VI =
RS =
COI =
VBM =
Carbono Orgánico Utilizable [=] mg/L
Densidad del biogás [=] kg/m3
Volumen de Influente [=] m3
Relación de Agua en Función a los Sólidos [=] Partes
Carbono Orgánico Utilizable capaz de convertirse en biogás,
presente en el Influente [=] kg
Volumen Máximo de Biogás [=] m3
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
I.
Se deberá de realizar la estimación del volumen del influente
II.
Considerar el volumen del agua requerida por el proceso de limpieza y
traslado al biodigestor
III. Utilizar ese dato en la siguiente ecuación:
COI = COU VI
IV. El Volumen de Producción de Biogás Máximo (VBM) se estima de acuerdo
a la ecuación que a continuación se indica:
VMB = COI/ ᵖbio
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
C).- Utilizar La metodología MDL que determina las emisiones en TCO2e/año
y despejar el biogás.
By = ((UFb )(B0LT)(NLTy)(VSLTY)(MS%BLJ))/%CH4
Donde:
By = Biogas producido anual (m3/año)
UFb = Factor de corrección del modelo para calcular el modelo de incertidumbre (0.941)
B0LT = Pot de prod. max. de metano de sólidos volatiles generados por tipo de animal (m3 CH4/Kg)
NLTy = Promedio anual de animales tipo LT en el año
MS%BLJ = Fracción de manejo de estiércol en la línea base del sistema de manejo de estiércol por animal
%CH4 = Porcentaje de contenido de metano en el biogás
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Análisis para vacas, considerando factores de Norteamérica, tomados de las tablas 10A-4 a 10A-9, del volumen 4 de la Guía
para inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.
ESTIMACIÓN DE LÍNEA BASE EN ESTABLOS LECHEROS
LLENAR LA SIGUIENTE INFORMACIÓN PARA ESTIMAR LA LINEA BASE DEL PROYECTO
DATOS PARA LINEA BASE DE PROYECTOS CON BIODIGESTOR CON O SIN MOTOGENERADOR
LINEA BASE DE BIOGÁS
1 ¿Cuenta con laguna de oxidación?si (1)
no (0)
2 Numero de animales por proyecto
1
1242 animales
LINEA BASE DE ENERGIA ELECTRICA
Producción de gas
LISTADO Y DESCRIPCION DE CARGAS ELECTRICA EN LA GRANJA (poner datos de la placa)
No
1
2
3
4
5
6
7
Descripcion de equipos electricos
Datos de
placa
Potencia
(Hp)
Datos de
placa
Potencia
(Kw )
Molino 1
80
5
5
52
Banda
35
3
5
52
compresor de aire 1
40
8
5
52
Hr. de
Días por
operación/dia semana
Semanas
por año
m3/día
2,393
72,992 m3/mes
Capacidad disponibleC
Kw
215
Producción de energía eléctrica
Kw h/año
1,791,052
METODOLOGÍAS PARA EL CÁLCULO DE LA
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Análisis para vacas, considerando factores de Norteamérica, tomados de las tablas 10A-4 a 10A-9, del volumen 4 de la Guía
para inventarios nacionales de gases de efecto invernadero.
ESTIMACIÓN DE LÍNEA BASE EN ESTABLOS LECHEROS
POR QUEMA DE BIOGÁS Y GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÈCTRICA
EMISIONES ANUALES DE LINEA BASE POR EL ESTIÈRCOL
EMISIONES ANUALES DE LINEA BASE POR LA ENERGÍA ELÉCTRICA
REDUCCIÓN DE EMISIONES ANUALES POR QUEMADO DE BIOGÁS
REDUCCIÓN DE EMISIONES POR DESPLAZAMIENTO DE LA RED (MOTOGENERADORES)
6,145 TCo2e
97 TCo2e
4,379 TCo2e
70 TCo2e
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Geometría del biodigestor tipo laguna
Tipo pirámide trunca invertida
CUBIERTA
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Antes de iniciar cualquier actividad, se recomienda realizar un estudio de
mecánica de suelos que debe contener al menos:




La capacidad de carga del suelo
La estratigrafía del subsuelo
Cálculo para la estabilidad de taludes
Sondeos del subsuelo, no menores a 10 m, para la determinación
del nivel del manto freático.
Lo anterior permite conocer el tipo de suelo para la excavación
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
También se deberá determinar :
 Desnivel del último registró a la tubería de influente.
 Para ahorrar energía y si el sitio lo permite, se utilizarán desniveles para
aprovechar la gravedad ( considerar como mínimo el 1% de desnivel).
·
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Excavaciones
 Se deberá iniciar a construcción con los trazos y nivelaciones del terreno y
líneas de influente y efluente.
 En caso de ser necesario, se deberá localizar el banco de material, lo mas
cerca posible al sitio de excavación
 Se recomienda excavar por capas , con un máximo de hasta 3 m.
 El material retirado se deberá acarrear a sitios ubicados a no mas de 1,500 m
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Calculo de Taludes
 El talud de las paredes del biodigestor deberá de ser 1:3 y no mayor de 1:1
para la colocación de geomembrana.
 Si los taludes aumentan a 1:1 las paredes se volverán inestables aun
teniendo una compactación del 80% proctor;
 Si es menor de 1:3 por el espacio que se requerirá.
 Se recomienda que el talud interno del digestor sea de 1:1.5 y el exterior de
1:2.
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Calculo de Taludes
1
1
1
1
1.5
3
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Compactación de plantillas y taludes
 La plantilla se deberá compactara mediante bailarinas. Cuadrando
perfectamente en ángulos de 90 grados. Sin ningún tipo de bordo o piedra
para evitar problemas en la colocación de liner.
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
Compactación de plantillas y taludes
 La parte superior del digestor estará cuadrado sin hacer medios círculos en
las esquinas para mejor calidad en las uniones de liner y evitar mayor merma
en el plástico.
 Los taludes se compactaran mediante medios manuales, mojando la
superficie, compactándola con barras de acero y cepillando con rastrillo para
pavimentos dejando la superficie sin bordos o piedras que puedan lastimar
la geomembrana en su colocación.
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
La corona
 Tendrá una compactación del 85% al 90% proctor,
 Se dará el compactado mediante bailarinas.
 El ancho será de un mínimo de 3.5 mts (libre de tuberías, registros,
salida de gas, etc.,) a cada lado para el transito de maquinaria.
OBRA CIVIL (EXCAVACIÓN, CÁLCULO DEL TALUD ADECUADO, COMPACTACIÓN,
FORMACIÓN DE CORONAS)
 Zanja perimetral para anclaje de la Geomembrana
• A un metro de distancia del inicio del talud, con un ancho de 50
cms y 90 cms de profundidad
• Ahogada en concreto de f`c = 150kg/cm2, con un espesor de 40
cms.
• Se rellenara con tierra producto de la misma excavación y se
compactara con medios mecánicos.
DISEÑO DE TUBERIAS DE
CONDUCCIÓN DE:
• INFLUENTES
• EFLUENTES
• BIOGÁS
De especificaciones técnicas
(influente y efluente)
La tubería del influente será instalada para conectar el tanque
de mezclado con la entrada de alimentación del biodigestor.
La tubería será dimensionada en función a las características:
•Gasto diario del influente (m3/hr, l/hr).
•De acuerdo a propiedades:
1. Termodinámicas,
2. Físicas,
3. (Tamaño de partículas),
Cálculo del diámetro de la tubería, para permitir el flujo
deseado en el diseño del biodigestor.
• El material de la tubería será PVC, cedula 40”.
• Deberá contar con un registro que permita verificar el flujo
y proporcione acceso al interior de la tubería en caso de
taponamientos.
• Cuando la instalación de la tubería, requiera de cambios de
dirección, no se deberá colocar codos mayores a 45°.
• Si fuera necesario hacer giros de 90°, se deberán colocar
dos codos de 45°, con una separación de 50 cm como
mínimo entre cada codo (caídas de presión).
•Se deberá hacer un registro, en cada desviación o conexión,
fabricado de 1m x 1m x 1m de block pulido en el interior, con
base de concreto y deberá contar con una tapa de concreto
de f`c = 150 kg/cm , en dos hojas para su fácil manejo para la
supervisión.
•La instalación de la tubería se deberá colocar dentro de una
zanja sobre una cama de arena nivelada perfectamente, con
una pendiente mínima del 1%
•Se protegerá y se rellenará la zanja con material producto de
la excavación para la protección de la tubería. y como
acabado final se realizará una adecuada compactación.
•La conexión de la tubería con la geomembrana o sistemas de
soporte deberán ser impermeabilizadas con el mismo
material de la geomembrana para lograr su fijación y sellado.
•Para asegurar el sello hidráulico dentro la laguna del digestor,
la tubería deberá de tener una inclinación necesaria, la cual
es posible hacer poniendo un tubo con una inclinación de
45°, en la parte final, colocándolo 1 metro por debajo del
espejo del fluido.
De especificaciones técnicas (biogás)
• La tubería se debe seleccionar con el espesor de pared suficiente
para soportar la presión de diseño del digestor, y en su caso, resistir
cargas externas previstas.
• Cada componente de la tubería deberá de ser diseñada para resistir
las presiones de operación y las características termodinámicas del
gas, a efecto de que estas operen adecuada y eficientemente en el
momento de máxima demanda de biogás.
• Para el caso de las tuberías de conducción de biogás, en específico
por el contenido de metano que tendrá el sistema, se considerará lo
establecido en el apartado 5.1 de la NOM-003-SECRE-2002.
• Como referencia, la tubería de conducción de biogás será
de PVC, polietileno de alta densidad, polipropileno o
cualquier otro material que resista la corrosión con RD 26 o
equivalente en diámetros de 3” a 12” dependiendo del
volumen de biogás.
• Dependiendo del material de estas tuberías, se seguirá lo
establecido en los lineamientos considerados en la NOM003-SECRE-2002, para cada uno de estos materiales.
• El diámetro de la tubería también estará en función de la
distancia a recorrer desde el punto en el que se origine el
biogás hasta el punto en el que se la dará el uso final.
• Se deben instalar soportes adecuados que garanticen la
inmovilidad de la tubería y en zonas con alto flujo de
personal o equipo se deben instalar tuberías subterráneas
con la debida señalización.
• Se deberán identificar la tubería con color amarillo e indicar
el sentido del flujo del biogás.
• Se deberán instalar trampas de humedad para remover el
agua en todos los puntos bajos o tiros verticales de tubo de
conducción de gas.
De especificaciones técnicas
(biosólidos)
• Se deberá instalar la tubería de extracción de sólidos, para remover
el material sedimentado en el interior del digestor debido al
proceso, para evitar que se llegue a azolvar y que disminuya el
volumen de operación del biodigestor.
• Se localizará a 60 cm de profundidad sobre la corona y a 1 m del
inicio del talud. Será de tubería PVC hidráulico de céd 40.
• Correrá paralelamente a la pared interior del biodigestor
llegando a la plantilla para poder extraer los sólidos de la
parte inferior.
• Todas las tuberías de extracción de sólidos estarán
desplantadas en la plantilla sobre soportes que no dañen la
geomembrana de la base.
• Sobre la corona se dejará una conexión roscada para la
colocación de una bomba de preferencia eléctrica, con una
capacidad de acuerdo al volumen de lodos a extraer.
Para
el
bioproceso
(digestión
anaerobia en digestores tipo laguna)
Objetivos del Diseño de Tuberías:
1. Diseñar sistemas de transporte de cierta cantidad de algún
fluido desde el punto fuente hasta el destino deseado con
las especificaciones de los conductos, válvulas, accesorios
y sistema de bombeo adecuado.
2. Especificar el tamaño deseado de las tuberías o tubos para
transportar una tasa de flujo de un fluido a una velocidad
especifica.
Definir:
1. El tipo de fluido que circula.
2. El propósito del sistema.
3. La clase de conducto o tubo que se emplea y el material
con que esta hecho.
4. El tamaño del conducto o tubo y sus eventuales cambios.
5. Cualquier cambio en la elevación del fluido.
6. Información acerca de la presión en el fluido en cualquier
punto.
FLUJO VOLUMÉTRICO Tasas comunes de flujo volumétrico
para distintas clases de sistema.
Flujo
Volumétrico
(m3/h)
(L/h)
0.9-7.5
15-125
Bombas recíprocas que manejan
fluidos pesados y compuestos
acuosos de lodo.
4-33
0.60-6.0
10-100
Sistemas hidráulicos de aceites
industriales.
3-30
6.0-36
100-600
Sistemas hidráulicos para equipos
móviles.
30-150
2.4-270
40-4500
Bombas centrifugas en procesos
químicos.
10-1200
12-240
200-4000
Bombas para control de flujos y
drenajes.
50-1000
2.4-900
40-15000
Bombas centrifugas para manejar
desechos de minería.
10-4000
Bombas centrifugas de sistemas
contra incendios.
500-2500
108-570 1800-9500
(Gal/min)
Cómo determinamos el flujo volumétrico, másico y en peso:
Q = Flujo volumétrico (=) m3/s
•Q = (A)()
Donde:
A = Área de la sección (Tubería) (=) m2
 = Velocidad promedio del flujo (=) m/s
M = Flujo másico (=) kg/s
•M = ()(Q)
Donde:
 = Densidad del Fluido (=) kg/m3
W = Flujo en peso (=) N/s
•W = ()(Q)
 = Peso Especifico del Fluido (=) N/m3
Ecuación de Continuidad:
• 1 A1 1 = 2 A2 2
Tuberías y Tubos Disponibles Comercialmente:
Es responsabilidad del diseñador especificar los ductos y
tubería para una aplicación en particular, debido a que esto
tendrá una influencia significativa en:
1.
2.
3.
4.
El costo.
En la duración.
En la seguridad.
En el rendimiento del sistema.
El diseñador puede hacer uso de herramientas normativas,
códigos y estándares establecidos por instituciones u
organizaciones gubernamentales como:
1.
2.
3.
4.
5.
American Water Works Association (AWWA)
American Fire Sprinkler Association (AFSA)
National Fire Protection Association (NFPA)
ASTM International (ASTM)
Intenational Association of Plumbing and Mechanical
Officials (IAMPO)
6. International Organization for Standardization (ISO)
Tipos de Tubería Comerciales (Selección):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Tubería de Acero.
Tubos de Acero.
Tubos de Cobre.
Tubos de Hierro Dúctil.
Tuberías y Tubos de Plástico.
Manguera Hidráulica.
Tubos de cobre (posibilidad para
conducción de biogás)
Existen seis tipos de tubos de cobre, la selección de alguno
de ellos depende de:
1.
2.
3.
4.
La aplicación.
Consideraciones ambientales.
Presión del fluido.
Propiedades del fluido.
Tipos de Tubos de Cobre:
1. Tipo K: Se emplea para el servicio con agua, combustibles,
gas natural y aire comprimido.
2. Tipo L: Similar al tipo K, pero con un espesos de pared
menor.
3. Tipo M: Similar a los tipos K y L, pero con espesor de pared
más pequeño; es preferible para la mayoría de servicios
hidráulicos y aplicaciones de calor a presiones moderadas.
4. Tipo DWV: Se utiliza en drenaje, desechos y ventilación en
sistemas de plomería.
5. Tipo ACR: Acondicionamiento de aire, refrigeración, gas
natural, gas licuado de petróleo (LP) y aire comprimido.
6. Tipo OXI/MED: Se emplea para la distribución de oxigeno
o gases medicinales, aire comprimido en la medicina y
aplicaciones de vacio. Hay disponibles tamaños similares a
los tipo K y L, pero con procesamiento especial para
poseer una limpieza mayor.
Características de los Tubos de Cobre:
1. Estirado en frio (el más rígido y fuerte) .
• Conserva una forma recta.
• Soporta mayores presiones.
2. Tubería Recocida:
• Utilizada en serpentines y adopta incluso otras formas
especiales.
3. Los tamaños nominales o estándar de los tipos K, L, M, y
DWV son de 1/8 de pulgada menor que el diámetro
exterior real.
4. Los espesores de pared son diferentes para cada tipo, de
modo que varían el diámetro interior y las áreas de flujo
(Suele conocerse a este sistema como Tamaños de tubo de
cobre; CTS, por sus siglas en inglés).
El tamaño nominal para la tubería tipo ACR es igual al
diámetro exterior.
(Apéndice H del MOTT; 2006):
A) Dimensiones de los tubos de acuerdo a tipo, con
diámetros interiores y exteriores.
B) B) Espesor de pared y área de flujo en unidades del SI.
Tuberías y tubos de plástico (opción
para influentes y efluentes; agua y
biosólidos)
Versátiles aplicaciones debido a:
1.
2.
3.
4.
Peso ligero
Facilidad de instalación
Resistencia a la corrosión y a los productos químicos
Características de flujo sobresalientes.
Usos:
1. Distribución de agua, gas, drenaje y aguas residuales.
2. Producción de petróleo y gas.
3. Minería y muchas más aplicaciones industriales.
Variedades de Plástico:
1. Polietileno (PE)
2. Polietileno Trenzado (PEX)
3. Poliamida (PA)
4. Polipropileno (PP)
5.
6.
7.
8.
Cloruro de Polivinilo (PVC)
Cloruro de Polivinilo Clorado (CPVC)
Polivinilo Fluorado (PVDF)
Vinilo y Nylon.
Este tipo de tuberías, también se adecua a los estándares de
tamaño especial, existentes para tuberías de hierro y
cobre del mercado como:
1. Tubería de Hierro (IPS)
2. Tubería de Hierro Dúctil (DIPS)
3. Tubería de Cobre (CTS)
Para lo anterior es necesario confirmar los datos específicos del fabricante,
para los diámetros exterior (OD), interior (ID), espesor de pared y área de
flujo.
Sin embargo, otros sistemas de tubos de plástico utilizan:
1. Relación de Dimensión interior Estándar (SIDR)
2. Relación de Dimensión Estándar (SDR).
SIDR
1. Se basa en la razón del diámetro interior promedio
especificado al espesor de pared mínimo especificado
(ID/t).
2. Se utiliza donde el diámetro interior es crucial para la
aplicación.
3. El ID permanece constante y los cambios del OD, y con el
espesor de pared se adecuan a presiones diferentes y a
consideraciones estructurales y de manejo.
SDR
• Se basa en la especificación del diámetro exterior promedio
especificado al espesor de pared mínimo especificado (OD/t).
• El OD permanece constante y varían el ID y el espesor de la
pared.
• Este sistema es útil, debido a que la calificación de la presión del
tubo se relaciona de manera directa con esta relación.
• Ejemplo: Para las tuberías de plástico con régimen de esfuerzo de
diseño hidrostático 1250 psi (11 MPa), los regímenes de presión
para distintos grados SDR son los siguientes:
SDR
Regímenes de Presión
26
50 psi (345 kPa)
21
62 psi (427 kPa)
17
80 psi (552 kPa)
13.5
100 psi (690 kPa)
Estos regímenes de presión son para
agua a 73 °F (23 °C). En general, las
tuberías y tubos de plástico se
especifican hasta 250 psi (1380 kPa).
Velocidad de flujo recomendable en
tuberías y ductos
Factores que influyen para lograr una velocidad de flujo satisfactoria
en los sistemas de fluido:
1. Tipo de tubería o tubo.
2. La caída de presión que puede tolerarse.
3. Los dispositivos (Bombas, válvulas y accesorios), que han de
conectarse a la tubería o tubo.
4. Temperatura.
5. Presión.
6. Ruido.
Cómo funciona:
1. La velocidad de flujo se incrementa conforme disminuye el
área en la trayectoria del flujo.
2. Las perdidas de energía y la caída de presión
correspondiente aumentan en forma espectacular
conforme se incrementa la velocidad de flujo (mantener
bajas las velocidades).
3. Establecer limites de velocidad de flujo de acuerdo a
costos.
Para Líneas de Succión y Descarga:
Especificar el tamaño de las tuberías, como función del flujo
volumétrico para sistemas comunes de distribución de
fluidos por medio de bombas.
(Figura 6.2, Pág..
162, Moot; 2006)
Considerando:
• Datos de un análisis de flujo volumétrico especificado para
muchas bombas volumétricas disponibles comercialmente,
cerca de su punto de eficiencia mayor, y teniendo en
cuenta el tamaño de las conexiones de toma y descarga.
Líneas de Succión, Descarga y Retorno
Succión:
• Las líneas de succión que abastecen una bomba, es
necesario mantener un perfil de velocidad baja.
1. Garantizar
un
llenado
apropiado de los pasajes en la
entrada de la succión.
2. Se limitaran perdidas de
energía en la línea de succión.
3. Se mantendrá elevada la
presión de la bomba. Buen
paso del fluido.
Las presiones bajas pueden provocar un daño conocido como
cavitación, que origina ruido excesivo, rendimiento muy degradado
y erosión acelerada de la bomba y las superficies impulsoras.
Si especificamos un tamaño ligeramente mayor o menor de
que planteamos originalmente, no se afectara demasiado el
rendimiento del sistema; en general debe preferirse el tamaño
más grande de tubería para lograr una velocidad baja.
Lo anterior a menos que existan dificultades como:
1. Espacio disminuido.
2. Costo o compatibilidad con una conexión dada de la
bomba.
Descarga:
La línea de descarga conduce un fluido a alta presión de la
salida de la bomba a componentes de trabajo como los
actuadores o los motores de fluido.
Retorno:
La línea de retorno, transporta de regreso al deposito el fluido
de los actuadores, válvulas de alivio de presión o motores
de fluido.
Velocidades de Flujo Recomendables para sistemas de fluidos
de potencia de acuerdo a tipo de servicio:
Tipo de Servicio
Rango Recomendado de Velocidad
pie/s
m/s
Líneas de Succión
2-4
0.6-1.2
Líneas de Retorno
4-13
1.5-4
Líneas de Descarga
7-18
2-5.5
Es responsabilidad del
proyectista especificar los
tamaños finales del ducto para
lograr un rendimiento razonable
bueno al tomar en cuenta:
1.
2.
3.
4.
Las perdidas de energía.
Las presiones en puntos críticos del sistema.
La energía requerida en la bomba
Costo de ciclo de vida.
Las velocidades de flujo que resultan de los tamaños
recomendados, por lo general son más pequeños para
tuberías chicas que para grandes, como se muestra a
continuación:
Flujo
Volumétrico
gal/min
m3/h
Línea de Succión
Tamaño
de tub.
(pulg)
Velocidad
Pies/s
Línea de Descarga
m/s
Tamaño
de tub.
(pulg)
Velocidad
Pies/s
m/s
10
2.3
1
3.7
1.1
¾
6.0
1.8
100
22.7
2 ½
6.7
2.0
2
9.6
2.9
500
114
5
8.0
2.4
3½
16.2
4.9
2000
454
8
12.8
3.9
6
22.2
6.8
Ecuación de Bernoulli
La dinámica de los fluido a través de conductos o tuberías,
resulta de suma importancia en los procesos ingenieriles de
diseño.
La ecuación de Bernoulli, basada en el principio de
conservación de la energía, es la herramienta fundamental
para tomar en cuenta los cambios en el flujo volumétrico o
másico de algún sistema.
P1/ + z1+ 12/2g = P2/ + z2 + 22/2g
Donde:
P/ = Carga de la presión
CARGA TOTAL
z = Carga de la elevación
2/2g = Carga de la velocidad
Cada termino de la ecuación es una forma de energía que posee el fluido por unidad
de peso del fluido que se mueve en el sistema.
La ecuación se utiliza para determinar los valores de:
•
•
•
Carga de Presión.
Carga de Elevación.
Cambio de la Carga de Velocidad.
• De acuerdo al fluido que circula a través de la tubería.
La ecuación toma en cuenta los cambios en la carga de
elevación, presión, y carga de velocidad entre dos puntos en
un sistema de flujo de fluidos.
Se supone que no hay perdidas adicionales de energía entre
los dos puntos, por lo que la carga total permanece constante.
Condiciones en Cuanto a Presión:
• Las presiones en los dos puntos de referencia, deben
expresarse ambas como presiones absolutas o
manométricas (misma presión de referencia).
• Es recomendable utilizar la presión manométrica, debido a
que algunas partes del sistema de fluidos expuesta a la
atmosfera tendrán una presión manométrica igual a cero.
• Así mismo, a la mayoría de las presiones se les mide por
medio de un medidor con respecto a la presión atmosférica
local.
Restricciones
bernoulli
de
la
ecuación
Aunque la ecuación es aplicable a bastantes problemas prácticos,
hay limitaciones que debemos conocer, a fin de aplicarla con
propiedad:
1. Es valida solo para fluidos incompresibles, porque se supone
que el peso especifico del fluido es el mismo en las dos
secciones de interés.
2. No puede haber dispositivos mecánicos que agreguen o retiren
energía del sistema entre las dos secciones de interés, debido a
que la ecuación establece que la energía en el fluido es
constante.
3. No puede haber trasferencia de calor hacia el fluido o fuera de
este.
4. No puede haber perdida de energía debido a la fricción.
de
Procedimiento para aplicar la ecuación
de bernoulli
1.
Decidir cuáles son los términos conocidos y cuáles deben calcularse.
2.
Determinar cuáles son las dos secciones del sistema que se usarán para
escribir la ecuación. Una de ellas se elige porque se concentran varios datos
conocidos. En la otra, por lo general, algo habrá de calcularse.
3.
Es importante que la ecuación se escriba en la dirección del flujo.
4.
Es necesario ser explicito en la denominación de los subíndices de los
términos de la carga de presión, carga de elevación y carga de velocidad de la
ecuación (Dibujar sistema).
5.
Simplificar la ecuación, si es posible, con la cancelación de los términos que
valgan cero o de los que aparezcan como iguales en ambos lados de la
ecuación.
6. Despejar la ecuación, en forma algebraica, el término que
se busca.
7. Sustituir cantidades conocidas y calcular el resultado, con
unidades consistentes en todos los cálculos.
Características de la Geomembrana
 La geomembrana debe ser de polietileno de alta densidad (HDPE) .
 Se colocará para otorgar la hermeticidad del biodigestor,
 deberá cumplir con las normas descritas en los estándares GM13 y GM 17 del
Instituto de Investigación de Geosintéticos (GRI por sus siglas en inglés).
Características de la Geomembrana
La geomembrana, que se considere utilizar para la implementación de los
proyectos, deberá cumplir como mínimo con las siguientes propiedades:
Características de la Geomembrana
 El espesor de la geomembrana que cubrirá la base del biodigestor deberá ser de
al menos 60 milésimas de pulgada (1.5 mm)
 El espesor de la de la cubierta debe ser igual , para evitar rupturas en el
material más débil, en caso de incrementos de presión por acumulación de
biogás.
 La vida útil de estas geomembranas deberá ser de más de 20 años, y se deberá
garantizar por al menos 10 años.
Proceso de colocación de la geomembrana
Proceso de colocación de la geomembrana
Se reviste esta laguna con esta geomembrana de polietileno de alta densidad
(HDPE).
Proceso de colocación de la geomembrana
Se comienza a llenar la laguna con los residuos animales previamente
mezclados
Proceso de colocación de la geomembrana
Se distribuye la tubería de polietileno de alta densidad en todo el
perímetro para la captación directa del gas metano
Proceso de colocación de la geomembrana
Una vez llena la laguna, se instala la cubierta,
Proceso de colocación de la geomembrana
 Se coloca la geomembrana sobre la base y taludes, bien conformados y
compactados;
 Se utiliza una barra mecánica para agilizar el tendido, traslapando los lienzos
adyacentes 5 pulgadas para su termofusión.
Proceso de colocación de la geomembrana
 Ajustar la máquina Wedge Welder (o cuña caliente) para iniciar los trabajos de
Termofusión (soldadura) entre los lienzos adyacentes.
o se ajusta la maquina al calibre o espesor del material y se programa a una temperatura de
650º F aproximadamente, dependiendo de la temperatura ambiente.
o Se regula a una velocidad entre 3.0 y 4.0 metros lineales por minuto
Proceso de colocación de la geomembrana
 Ajuste de la máquina X-truder (o de extrusión) para continuar los trabajos de
reparación y/o detalles de soldadura.
o Se ajusta a una temperatura de alrededor de 600º F y un precalentado a 450º F
dependiendo de la temperatura del medio ambiente al momento de realizar las
soldaduras.
o La soldadura por extrusión se utiliza para realizar reparaciones y detalles en
cárcamos, salidas de tubería (fundas o botas), esquinas, soldaduras defectuosas
en la termofusión, entre otras.
Proceso de colocación de la geomembrana
PRUEBAS DE SOLDADURA DE WEDGE WELDER
Se introduce en el canal una presión de aire de 30 a 35 libras/pulgada2 durante 5 minutos
bloqueando ambos lados del mismo con la misma soldadura, si esta presión llega a tener
una caída del 10% (3 libras/pulgada2 aproximadamente) se procede a detectar la fuga
para realizar posteriormente la reparación correspondiente con soldadura por extrusión.
Proceso de colocación de la geomembrana
PRUEBAS DE SOLDADURA PARA LA EXTRUSION
Se utiliza una caja de vacío (vacuum box) para succionar la soldadura extrusionada
en la geomembrana, para llevar a cabo dicha prueba se necesita una combinación
de agua y jabón como testigo dando una presión de -5 libras/pulgada2.
En caso de que exista alguna fuga se puede detectar debido a la existencia de
burbujas continuas en el área de la soldadura defectuosa, la cual se procede a
reparar por medio de extrusión..
DISEÑO DE QUEMADORES DE BIOGÁS
Y FILTROS DE RETENCIÓN DE H2S
DE ESPECIFICACIONES: FILTROS PARA H2S.
En aquellos sistemas que realicen el aprovechamiento del biogás para
generar energía eléctrica o térmica, se deberá instalar un filtro para la
retención del ácido sulfhídrico, debido a que éste ácido es precursor de
ácido sulfúrico, mismo que corroe las partes metálicas y acorta el tiempo
de vida útil de los equipos.
El tamaño del filtro y su capacidad estará en función del volumen de
biogás producido y de la concentración en partes por millón (ppm) del
ácido sulfhídrico y se instalará antes del medidor del flujo de biogás y la
línea de alimentación en donde se ubique el equipo de generación de
electricidad y/o el aprovechamiento térmico (motogenerador, caldera,
entre otros).
• El filtro se deberá reemplazar con cierta periodicidad, conforme a las
indicaciones del fabricante para asegurar que la retención y la
concentración del ácido sulfhídrico (ppm) que contiene el gas que está
entrando a los equipos de aprovechamiento sea inferior al indicado por
los fabricantes de estos equipos
DE ESPECIFICACIONES: QUEMADOR DE
BIOGÁS
• El quemador será diseñado en función al flujo de biogás que se
considere disponer en este sistema. Tendrá una capacidad de al menos
igual a la producción máxima de biogás prevista.
• Deberá ser fabricado de preferencia con placa de acero inoxidable (no
usar acero al carbón), con un diámetro mínimo de 18”. Contendrá un
elemento aislante en el interior de la cámara de combustión que resista
temperaturas superiores a las que se puedan alcanzar durante la
combustión del gas.
• La combustión dentro del quemador se debe llevar a cabo en una
cámara cerrada que garantice eficiencias superiores al 90%.
• Deberá estar equipado con un sistema de encendido automático tal
como bujías o electrodos, alimentados por un sistema permanente
con suministro de energía eléctrica, como pueden ser paneles
solares equipados con baterías y en su caso conectado
directamente a la red de suministro convencional. Dichos sistemas
deberán garantizar el encendido constante al emitir chispas para
ignición del gas de cada 2 a 5 segundos.
• Además contará con boquillas de alta eficiencia y detectores de
flama que aseguren que, en caso de extinción de la flama, se corte
el suministro de biogás y se evite así, la posibilidad de explosión.
• El quemador que se considere instalar dentro de la unidad
productiva, tendrá que estar diseñado para cumplir con los Límites
Máximos Permisibles de emisión a la atmósfera de humos,
partículas suspendidas totales, bióxido de azufre y óxidos de
nitrógeno, que establece la NOM-085-SEMARNAT-1994.
• Estos Límites estarán en función de la capacidad del quemador
(MJ/h), y de la localización geográfica del proyecto.
Densidad
del Humo
Capacidad del
Equipo de
Combustión
(Mj/h)
Hasta 5,250
De 5,250 a
43,000
De 43,000 a
110,000
Mayor de
110,000
Tipo de
Combustible
Empleado
Combustóleo
o
gasóleo
Partículas (PST)
mg/m3 (Kg/106Kcal)
Óxidos de Nitrógeno
ppm V (Kg/106Kcal)
Número
de
mancha u
opacidad
ZMCM
ZC
RP
ZMCM
ZC
RP
ZMCM
ZC
RP
3
NA
NA
NA
550 (2.04)
1,100
(4.08)
2,200
(8.16)
NA
NA
NA
NA
550 (2.04)
1,100
(4.08)
2,200
(8.16)
NA
NA
NA
550 (2.04)
1,100
(4.08)
2,200
(8.16)
Otros
Líquidos
2
NA
Gaseosos
0
NA
NA
NA
NA
75
(0.106)
350
(0.426)
450
(0.568)
Líquidos
Bióxido de Azufre
ppm V (Kg/106Kcal)
NA
Exceso de
Aire
Combustión
% Volumen
50
NA
NA
NA
NA
NA
NA
190
(0.507)
190
(0.507)
375 (1.0)
190
(0.486)
375
(0.959)
Gaseosos
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
190
(0.486)
Líquidos
NA
60
(0.805)
300
(0.426)
400
(0.568)
550 (2.04)
1,100
(4.08)
2,200
(8.16)
110
(0.294)
110
(0.294)
375 (1.0)
Gaseosos
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
110
(0.281)
110
(0.281)
375
(0.959)
Sólidos
NA
60
(0.090)
250
(0.375)
350
(0.525)
550 (2.16)
1,100
(4.31)
2,200
(8.16)
110
(0.309)
110
(0.309)
375
(1.052)
Líquidos
NA
60
(0.085)
250
(0.355)
350
(0.497)
550 (2.04)
1,100
(4.08)
2,200
(8.16)
110
(0.234)
110
(0.234)
375 (1.0)
Gaseosos
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
110
(0.281)
110
(0.281)
375
(0.959)
40
30
25
PROBLEMÁTICA DE LA PRESENCIA DEL
H2S EN EL BIOGÁS:
1. Toxicidad,
2. Corrosión,
3. Durante la combustión se puede formar SO2 (Compuesto
altamente toxico y corrosivo),
4. Disminución de poder calorífico del biogás,
5. Olores desagradables y problemas de composición por
compuestos sulfurados como:
a) Mercaptanos (RSR)
b) Sulfuros de carbonilo (SCO)
c) Disulfuro de carbono (CS2)
TIPOS DE PROCESOS
Proceso de absorción química: Procesos con aminas y carbonato de
potasio. La regeneración se hace con incremento de temperatura y
decremento de presión.
Proceso de absorción física: La regeneración no requiere calor.
Procesos híbridos: Utiliza una mezcla de solventes químicos y físicos. El
objetivo es aprovechar las ventajas de los absorbentes químicos en
cuanto a su capacidad para remover ácidos y de los absorbentes físicos
en cuanto a bajos requerimientos de calor para regeneración.
Procesos de conversión directa: El H2S es convertido directamente a
azufre.
Procesos de absorción en lecho seco (Adsorción): El gás agrio se pone en
contacto con un sólido que tiene afinidad por los gases ácidos. Se
conoce también como proceso de adsorción.
Este proceso también es capaz de retener moléculas de agua.
LA REACCIÓN DE ADSORCIÓN POR
LIMADURA DE HIERRO:
FeO + H2S → FeS + H2O ; 2FeS + O2 → FeO + 2S↓
VENTAJAS
• Económicamente favorables para limpieza de gases con bajo contenido
de H2S.
• Pueden ser muy selectivos.
• Cuando hay presente
simultáneamente.
agua
pueden
limpiar
y
deshidratar
DESVENTAJA
Se puede formar COS en el filtro molecular por reacciones entre el CO2 y
H2S, y por lo tanto en el proceso de regeneración se va a obtener un gas
de salida que no estaba presente en el gas agrio.
SELECCIÓN DEL MÉTODO APLICABLE
• Composición del gas de entrada.
• Consideraciones del proceso.
• Disposición final del gas.
• Composición del gas residual.
• Costos: de equipo, de potencia, de solvente, de combustible, de
adicionales.
RENDIMIENTO
Hasta 4 ppm de H2S.
• No existe degradación.
• Pero si taponamiento, perdiendo capacidad y eficiencia de
remoción, de esta forma, obliga a su periódica sustitución (esponja
de hierro).
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
•
•
•
•
•
•
•
•
Dimensionamiento apropiado.
Acondicionamiento del gas de entrada.
Selección de materiales.
Filtrado de Solución.
Perdidas y degradación de las aminas.
Formación de espumas.
Operación del regenerador.
Corrosión.
OTRAS OPCIONES
• Filtros biológicos.
• Uso de membranas de filtración selectiva en el tratamiento de gases.
Cotización con proveedor:
•
•
•
•
El caudal Q (mínimo-mediano-máximo) en m3/h del biogás,
H2S de entrada (mg/l o ppm) al filtro,
H2S de salida del filtro y
Ubicación del proyecto.
DISEÑO DE QUEMADORES DE BIOGÁS
Uno de los principales requerimientos en el diseño de un sistema de
quemado es la combustión 100% sin humo para sistemas de desfogues
que son frecuentes y vayan a ser localizados en zonas pobladas. La
operación sin humo debe ser en todo el rango de flujo de desfogue del
quemador.
Para promover la distribución uniforme del aire de combustión, y así
prevenir la formación de humo, se requiere de energía para crear
turbulencia y mezclar el aire de combustión con el gas a quemar.
Esta energía está presente en los gases, en forma de presión o bien,
ser suministrada por otros medios, tales como la inyección de vapor
de alta presión, aire comprimido o soplado de aire a baja presión a
los gases de salida de la boquilla del quemador.
La eliminación de humo en los quemadores, se consigue por medio de las
siguientes técnicas:
• Para gases de desfogue de alta presión, 1.05 kg/cm2 (15 psig), se debe
contar en la boquilla del quemador con un poder calorífico mínimo
1779.66 kcal/m3 (200 BTU/ft3).
• Para fluidos con baja presión en la boquilla del quemador [0.35 kg/cm2
(5 psig)] y un poder calorífico mínimo de 2669.49 kcal/m3 (300
BTU/ft3) debe disponerse de servicios auxiliares (agua, aire o vapor).
• Los fluidos con poder calorífico bajo, requieren inyección de gas
combustible.
PROCEDIMIENTOS
PARA
ELIMINACIÓN DE HUMO
• Inyección de vapor.
• Inyección de aire a baja presión
• Inyección de aire a alta presión.
• Gases de desfogue a alta presión.
LA
SELECCIÓN DEL TIPO DE QUEMADOR
•
•
•
•
•
•
•
•
Estado físico del fluido a quemar.
Masa relevada.
Límites de radiación térmica.
Límites de concentración de contaminantes.
Emisión de humo.
Emisión de ruido.
Espacio disponible para su instalación.
Costos de instalación y operación.
CUANDO Y PORQUE OCUPO UN
QUEMADOR
• Cuando el fluido manejado esté en estado gaseoso, sea tóxico y/o
corrosivo e inflamable.
• Dispersión con mayor efectividad de los productos de la
combustión.
• Reduce la radiación de calor al nivel de piso, debido a que la
boquilla en donde se lleva a cabo la combustión se monta en el
extremo superior de la chimenea.
• Es apropiado para quemar grandes cantidades de gas.
FACTORES DE DISEÑO.
a)
Requisitos para determinar el diámetro.
• Un quemador debe ser capaz de mantener una flama estable
durante el mayor flujo posible, los vapores deben estar libres de
líquidos y la formación de humo debe minimizarse con el fin de
cumplir con las regulaciones ambientales establecidas en el
articulo 12 del reglamento para la prevención y control de la
contaminación atmosférica originada por la emisión de humos y
polvos.
• Debe mantener un encendido continuo.
• El diámetro del quemador se debe seleccionar con base en la
velocidad de salida de los gases y la caída de presión a través de la
boquilla.
• Se debe estimar una velocidad adecuada de salida de los gases a quemar
para mantener una flama estable.
• Para seleccionar la boquilla de quemado se debe determinar la presión
máxima, la temperatura máxima, la composición de los gases a quemar
y considerar que en las descargas de desfogue mas frecuentes, se debe
operar sin emisión de humo. Se permite la emisión de humo, solo en
caso de las descargas de emergencia por periodos de tiempo muy
cortos.
• El quemador debe diseñarse para la condición de flujo máximo.
• Las cargas de relevo afectan grandemente el tamaño requerido de
los cabezales del quemador y la línea ascendente. La carga total de
relevo al quemador, se obtiene por adición de las cargas de relevo
que ocurran simultáneamente.
• La velocidad de salida de los gases a quemar no debe ser mayor de
0.5 Mach para los máximos flujos, manteniendo una velocidad de
0.2 Mach para las condiciones de operación normal para sistemas
de desfogue de baja presión.
• La caída de presión a través de la boquilla, debe tener un valor
aproximado de 13.79 KPa (2 psig).
b) Requisitos para determinar la altura.
• La altura del quemador se debe seleccionar con base en la intensidad del
calor radiante generado por la flama y en la distancia requerida de la
base del quemador al punto en el cual se requiera tener la intensidad
de radiación máxima permisible.
• La estructura del quemador se debe diseñar con un valor de intensidad
de radiación de 15.77 kW/m2, (5000 BTU/h-pie2).
• El nivel de radiación permisible está en función del tiempo de exposición
del personal; por lo que debe considerarse el tiempo en que tarden las
personas de percatarse de una situación de emergencia y el tiempo que
requieren para movilizarse.
c) En las emisiones de emergencia se considera que las personas
reaccionan en un tiempo de 3 a 5 segundos y se requieren 5 segundos
más para que el personal se retire del área, por lo que resulta un
tiempo total de exposición de 8 a 10 segundos. El nivel de intensidad de
radiación permisible en la base del quemador es de 4.73 kWm² (1 500
BTU/h-pie²) para un tiempo máximo de exposición de 9 segundos.
d) Cuando se manejen gases tóxicos debe considerarse también, que el
quemador tenga la altura suficiente para que la concentración de los
mismos a nivel del piso no exceda el límite aceptable de toxicidad en
caso de que se extinguiera la flama del quemador.
e) Para el diseño de la estructura de los quemadores se debe considerar la
temperatura de los gases desfogados, la resonancia producida por el
viento y la temperatura ambiente.
• Los valores recomendados de nivel de ruido en función del tiempo de
exposición se muestran en tabla 10.
• El nivel de ruido, producido en el quemador no debe exceder de 85 db a
nivel de piso para desfogues frecuentes y no debe exceder de 105 db a
nivel de piso para desfogues esporádicos.
• No todo el calor generado por la reacción de combustión es transmitido por
radiación, por lo que debe determinarse la fracción de calor radiado. Los
valores de la fracción de calor radiado (F´), según Oenbring y Sifferman,
dependen del peso molecular del gas :
M de 16.8,
F´ = 0.25
M de 40 sin inyección de vapor, F´ = 0.5
M de 40 con inyección de vapor, F´ = 0.4
• El efecto del viento se debe considerar para determinar el centro de flama y
calcular la distancia a la cual se debe instalar el quemador.
Una flama bajo influencia de viento se inclina en la dirección que el viento está
soplando, esta se relaciona con el desplazamiento horizontal y vertical del
centro de la flama con la relación de velocidades del viento lateral y de salida
de los gases.
SISTEMAS AUXILIARES:
1. SEPARADOR DE SÓLIDOS
2. AGITADORES
3. FOSA DE MEZCLADO
DE ESPECIFICACIONES
(SEPARADOR DE SÓLIDOS)
• La instalación de esta operación accesoria, dependerá del
sistema de manejo de excretas y estiércoles, y de la calidad del
influente que se alimentará al digestor. Se considerará la
instalación de un separador de sólidos antes de ingresar al
digestor y/o un separador de partícula.
• Lo anterior a efecto de que por el tamaño del sólido se eviten
taponamientos en las tuberías, velocidades de reacción
disminuidas, por lo tanto mayor tiempo de retención, y mayor
tamaño del digestor.
DE ESPECIFICACIONES (FOSA DE
MEZCLADO)
• Se considerará la instalación de una fosa de mezclado que
concentre los influentes provenientes de la unidad productiva,
ya sea, aprovechando la gravedad o mediante sistemas de
bombeo.
• Dicha fosa, servirá para monitorear y controlar la relación aguasólidos que ingresarán al biodigestor. Las dimensiones de la fosa
de mezclado se definen en función del tamaño del proyecto
que se desea instalar.
DE ESPECIFICACIONES (SISTEMA
DE AGITACIÓN)
• Se instalarán sistemas de agitación que prevengan la
sedimentación y acumulación de sólidos, el taponamiento
de tuberías, así como para garantizar perfiles de
temperatura constantes dentro del biodigestor, y una
eficiente interacción entre los microorganismos y el
sustrato. El sistema de agitación será definido una vez
conociendo la magnitud del proyecto del sistema de
disposición y aprovechamiento de residuos agropecuarios.
SISTEMA GENERAL:

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