La biomasa cañera esta compuesta por materiales orgánicos formados por carbono reducido que poseen carácter energético, no son de origen fósil y son una fuente renovable. Como fuente de energía presenta una enorme versatilidad, permitiendo obtener mediante diferentes
procedimientos tanto combustibles sólidos como líquidos o gaseosos.
docsity-manzaneo-y-lotizacion para habilitacopm urbana
Combustión a Partir de Biomasa Cañera
1. COMBUSTIÓN A PARTIR
DE BIOMASA CAÑERA.
Autor: Dr. Ing. PT René Lesme
Jaén.
UNIVERSIDAD DE ORIENTE.
CUBA
2. BIOMASA.
Compuestos orgánicos formados por
carbono reducido que poseen carácter
energético, no son de origen fósil y son una
fuente renovable. Como fuente de energía
presenta una enorme versatilidad,
permitiendo obtener mediante diferentes
procedimientos tanto combustibles sólidos
como líquidos o gaseosos.
3. Principales características de la
biomasa como combustible
Composición química elemental e
inmediata.
Humedad.
Valor calórico.
Composición química de la ceniza.
Distribución por tamaños.
Forma y densidad de las partículas,
4. Composición elemental en masa
combustible.
0.10
44.76
6.00
49.14
Aserrín de Pino
-
0.35
-
44.92
6.22
48.51
BAGAZO
A
S
N
O
H
C
Biomasa
6. BIOMASA
VEGETAL O
ANIMAL
BIOMASA
VEGETAL O
ANIMAL
PROCESOS FISICOS
PROCESOS FISICOS
PROCESOS
BIOQUIMICOS
PROCESOS
BIOQUIMICOS
PROCESOS TERMO-
QUIMICOS
PROCESOS TERMO-
QUIMICOS
ACEITES
VEGETALES
ACEITES
VEGETALES
DIGESTION
ANAEROBICA
DIGESTION
ANAEROBICA
FERMENTACION
FERMENTACION
COMBUSTION
Calor
vapor
COMBUSTION
Calor
vapor
PIROLISIS
Carbón vegetal
Gas pobre
Gas rico
Piroleñosos
PIROLISIS
Carbón vegetal
Gas pobre
Gas rico
Piroleñosos
GASIFICACION
Gas pobre
Gas de síntesis
GASIFICACION
Gas pobre
Gas de síntesis
7. HORNOS PARA LA COMBUSTIÓN DE
BIOMASA.
Horno de combustión en pila.
Combustión en semipila, grillas inclinadas.
Combustión en lecho fluidizado,
Torbellino vertical y horizontal
8. Reacción de combustión de la
biomasa.
4
4 3
4
4 2
1
4
4 3
4
4 2
1
4
3
4
2
1
4
4
4 3
4
4
4 2
1
4
3
4
2
2
2
2
1
2
2
2 cenizas
sólidos
CH
H
CO
O
N
O
H
SO
CO
aire
Biomasa +
+
+
+
+
+
+
+
+
=
+
12. Volumen y masa real de aire y gases.
t
t
t
t
O
H
S
C
aire
V 0333
,
0
*
265
,
0
)
*
375
,
0
(
*
0889
,
0
º −
+
+
=
t
C
co
V *
0187
,
0
º 2 =
)
*
375
,
0
(
*
0187
,
0
º 2
t
t
RO S
C
V +
=
t
N N
aire
V
V *
008
,
0
º
*
79
,
0
º 2 +
=
aire
V
W
H
V t
t
O
H º
*
0161
,
0
*
0124
,
0
*
111
,
0
º 2 +
+
=
aire
t
V
A
mg º
*
*
306
.
1
100
1 α
+
−
=
13. Entalpía de los gases.
( ) Kg
KJ
H
H
H o
a
o
g
g /
,
1
−
+
= α
( ) ( ) ( ) ( ) Kg
KJ
a
A
t
c
t
c
V
t
c
V
t
c
V
H arr
t
cen
O
H
o
O
H
N
o
N
RO
RO
o
g /
,
100
.
.
.
. 2
2
2
2
2
2
+
+
+
=
( ) Kg
KJ
t
c
V
H air
o
a
o
a /
,
.
=
14. Ejemplo de cálculo No.1
Determinar el volumen de gases generados
diarios para una zafra de 10000 Ton/día de
caña. Conociendo que el bagazo se quema con
una humedad del 48% y que por cada tonelada
de caña molida se obtienen 0.3 toneladas de
bagazo. Considere que los gases salen a una
temperatura de 200 grados centígrados y que
el coeficiente de exceso de aire es de 1.5.
15. 1.- Expresar la composición del bagazo en masa de trabajo.
Tomado en cuenta la composición elemental del bagazo en
masa combustible, el factor de corrección porhumedad y el
% de cenizas, obtenemos la composición del bagazo en
masa de trabajo.
Composición elemental (%) del bagazo en masa de trabajo (humedad 48%).
48
1.52
0.177
-
23.00
3.33
25.13
Bagazo.
Wt
At
St
Nt
Ot
Ht
Ct
Biomasa
16. 2.- Determinar el volumen y entalpía de
los gases producto de la combustión.
Utilizando las ecuaciones
estequiométricas, tomado en consideración
el factor de corrección de temperaturas, la
composición elemental del bagazo y un
coeficiente de arrastre de 0.79, obtenemos
el volumen, masa y entalpía de los gases
por kilogramos de combustible
18. Para una zafra de 10000 Ton/día de caña se
requieren aproximadamente 300 Kg de vapor/
toneladas de caña molida. La cantidad de vapor que
se debe generar al día resultaría de 3000 ton/dia de
vapor (125 ton/h).
Considerando un índice de generación razón medio
de 2.3 toneladas de vapor/ toneladas de bagazo
entonces se necesita consumir diariamente 1304
toneladas de bagazo/día.
Suponiendo una molida estable de 24 horas se
obtendrían un consumo horario de bagazo de 54
ton/h de bagazo, lo que equivale a un volumen de
gases emitidos al medioambiente de 423239 m3/h.
19. Balance de masa y energía.
Balance de combustible y gases.
∑ ∑
= =
+
=
∆
+
+
3
1
3
1
i i
cin
g
i
a G
L
L
C
L
Balance de agua y vapor.
ext
vs
aa D
m
D +
=
Balance de cenizas
3
2
1
. cin
cin
cin
t
G
G
G
C
A +
+
=
Balance de energía.
sa
ec
e
util Q
Q
Q
Q +
+
=
.
calor
de
Pérdidas
Q
PCI
Q util
t
dt +
=
=
20. Eficiencia del generador de vapor.
Balance directo.
t
util
c
PCI
Q
=
η
( ) ( )
o
af
g
g
aa
vs
vs
util H
H
H
H
C
m
Q α
−
+
−
=
Balance indirecto.
6
5
4
3
2
6
1
1 q
q
q
q
q
PCI
Q
PCT
t
i
i
t
c −
−
−
−
−
=
−
=
∑
=
η
( )
( )
t
d
p
p
p
t
vs
nom
vs
nom
t
d
t
arr
arr
rr
cilos
silos
silos
p
p
p
t
d
g
t
d
o
af
g
g
Q
t
C
a
A
q
m
m
q
q
Q
A
C
C
a
C
C
a
C
C
a
q
Q
V
H
CH
CO
q
q
Q
H
H
q
.
.
.
8
.
327
100
100
100
0
.
108
2
.
358
4
.
126
100
.
6
5
5
4
2
4
3
4
2
=
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
−
+
−
=
+
+
=
−
−
=
α
21. Evaluación de la eficiencia de un
generador de vapor CV-25-18
1.-Composición elemental del bagazo
expresado en masa de trabajo.
2.-Volumen y la entalpía de los gases generados
por esta caldera.
3.- Otras características del combustible: Pol
en bagazo (Pt=4.27%), temperatura a la entrada
del horno ( Tc=32 0C), calor específico de Cc
=1.34 kj/kg.
22. 4.- Análisis de gases efectuado a la caldera
0
CH4
0
H2
0.18
CO
9.5
CO2
11.5
O2
%
Elementos
23. 5.- Análisis de cenizas efectuado a la
caldera
90
Acin3(%)
10
Carr(%)
1.09x10-4
Gcin2(kg/s)
81.88
Acin2(%)
4.35
Csilos(%)
11.14x10-3
Gcin1 (kg/s)
82.61
Acin1(%)
6.27
Cp(%)
Valores
Elementos
24. 6.- Eficiencia de la caldera. Balance directo.
Asumimos consumo de combustible
C=2.9kg/s
Presión de vapor sobrecalentado 1.64 MPa,
temperatura de vapor sobrecalentado 288.3
0C, entalpía del vapor sobrecalentado
Hvs=3001.9kJ/kg, temperatura del agua de
alimentar 30.6 0C, entalpía del agua de
alimentar Haa=128.1 kJ/kg, flujo de vapor
mvs= 22 Ton/h
26. Eficiencia de la caldera. Balance indirecto.
Fracciones de cenizas arrastradas por los
gases producto de la combustión.
3
2
2
1
1
10
02
.
2
21
.
0
.
.
−
=
=
=
=
x
CA
A
G
a
A
C
A
G
a
t
cin
cin
silos
t
cin
cin
p
79
.
0
1
=
=
+
+
rr
arr
silos
p
a
a
a
a
27. Cálculo de las pérdidas de calor.
Pérdidas de calor por incompleta
combustión mecánica
%
62
.
0
8
.
327
100
100
100
4
4
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
−
+
−
=
q
Q
A
C
C
a
C
C
a
C
C
a
q t
d
t
arr
arr
rr
cilos
silos
silos
p
p
p
28. Pérdidas de calor con los gases de escape.
( )
( ) kg
kJ
V
t
C
H
q
Q
H
H
q
g
a
af
af
af
t
d
af
g
g
/
61
1
.
.
%
42
.
13
100
.
0
4
2
=
+
=
=
−
−
=
α
α
Pérdidas por incompleta combustión
química.
( )
20
.
25
375
.
0
99
.
0
100
100
/
79
.
4
86
.
1
%
3
.
1
0
.
108
2
.
358
4
.
126
4
3
4
2
2
4
3
=
+
=
=
−
=
=
+
+
=
=
+
+
=
t
t
t
t
gs
t
d
gs
S
C
K
q
Z
kg
m
Z
CH
CO
RO
K
V
Q
V
H
CH
CO
q
29. Pérdidas al medio ambiente.
h
Ton
h
Ton
m
m
Nomogramas
q
m
m
q
q
vs
vsnom
nom
vs
nom
vs
nom
/
22
/
.
25
%,
1
.
1
%
25
.
1
5
5
5
=
=
=
=
Las pérdidas con la escoria se desprecian
por el bajo contenido de cenizas del
combustible menos del 2%.
30. Eficiencia de caldera método indirecto.
83
.
0
1 6
5
4
3
2
=
−
−
−
−
−
=
c
c q
q
q
q
q
η
η
Consumo de combustible
( )
s
Kg
C
Q
H
H
m
C
c
t
d
aa
vs
vs
/
59
.
2
=
−
=
η
31. Sistemas de cogeneración en la industria
azucarera con generadores y turbinas de
vapor.
Turbinas de contrapresión
34. Producción de energía eléctrica
para una molida 10000 Ton/día.
500-1000
700-1200
200
70-120
TCE
300-800
500-1000
200
50-100
TCA
-
150-250
200
15-25
TC
Energía
exportada
(MWh)
Producción
total de
energía
eléctrica
(MWh)
Consumo de
energía
eléctrica
en fabrica
diario
(MWh)
Producción
específica de
energía
eléctrica
(kwh/tc)
Sistema
35. Costos específicos de los sistemas.
1500
30
1570
20
2100
10
TCE
760
4
TCA
1250
2
TC
USD/ kWe
(MWe)
Costo
Potencia
Sistema
Costo inversionista de los diferentes sistemas de
generación de energía a partir de la combustión de la
biomasa.
