Descripción del origen y usos de la biomasa. Biomasa de caña de azúcar. Biogás.

1. UNIVERSIDAD DE COTOPAXI
MAESTRIA EN GESTION DE
ENERGIA
FUENTES RENOVABLES
(BIOMASA) MODULO IV

2. TEMATICAS
Origen de la Biomasa: La Fotosíntesis. Eficacia del
proceso fotosintético. La Biomasa y sus formas.
Ventajas e inconvenientes de la utilización de la
biomasa. Los Residuos como problema. Tratamiento de
los Residuos. Tipos de Residuos: Agrarios, Industriales,
Urbanos. Balance de Energía en Cultivos Energéticos.
Selección de cultivos y efectos ambientales. Estado
actual del desarrollo de la agroenergética en el mundo.
Consideraciones finales. Generalidades. Procesos
físicos de pretransformación energética. Procesos de
extracción. Procesos termoquímicos (Combustión,
Gasificación, Pirolisis). Procesos bioquímicos (Digestión
anaerobia, Fermentación). Tecnologías.
Biocombustibles. Estudios de Impacto Ambiental.

3. FUENTES RENOVABLES DE
ENERGIAS
SON AQUELLAS CUYA
DISPONIBILIDAD SE REPITE EN
EL TIEMPO SEGÚN PERIODOS
FIJOS O VARIABLES Y EN
CANTIDADES NO
NECESARIAMENTE
CONSTANTES

4. FUENTE RENOVABLE
FUENTE ALTERNATIVA

5. ¿Dónde surge la energía de la
Biomasa?
La energía solar es resultado de las
reacciones de la fusión nuclear
que tienen lugar en el centro del
sol, donde se transforman cada
segundo millones de toneladas de
hidrogeno en helio, liberándose una
enorme cantidad de energía
térmica.

6. De la energía emitida por el Sol cada año incide
sobre la atmósfera superior de la tierra
5,4 x 1024 J, de los cuales, alrededor del 30% es
reflejado hacia el espacio nuevamente.
La atmósfera y las nubes absorben cerca del
20% de la energía solar.
Aproximadamente la mitad de la radiación solar
que llega a la tierra (2,5x1024 J ) pasa a través
de la atmósfera para ser absorbida por la
superficie terrestre, lo que permite que la
temperatura aumente hasta un nivel que hace
posible la vida en el planeta. Esta energía es
cerca de seis mil veces mayor que la consumida
por todo el mundo.
¿Dónde surge la energía de la
Biomasa?

7. Casi toda la energía solar que llega a la
tierra es transformada, en algún momento,
en energía térmica.
Alrededor del 76% calienta la atmósfera y
es devuelta hacia el espacio, mientras
cerca del 26% es usada en el
mantenimiento del ciclo del agua o
hidrológico.
Aproximadamente alrededor del 1%
restante es el causante de los vientos y
las corrientes oceánicas.
¿Dónde surge la energía de la
Biomasa?

8. En realidad hay una fracción muy
pequeña de la energía solar que
incide sobre la tierra (0,02%) que es
usada para la fotosíntesis, la cual
permite el crecimiento de la
vegetación (biomasa) y de las
cosechas, de las cuales se alimentan
los seres humanos y los animales.
¿Dónde surge la energía de la
Biomasa?

9. Bioenergía
El término bioenergía es una palabra
compuesta por el prefijo bio que
significa vida y a continuación la
palabra energía. De modo que
bioenergía significa ”energía de las
cosas vivientes”. Por su parte el
termino biomasa se refiere a los
materiales a partir de los cuales se
obtiene la bioenergía.

10. Clasificación de los recursos
bioenergéticos por su categoría
Residuos y desperdicios
Cultivos agrícolas energéticos
Vegetación natural

11. Recursos bioenergéticos
Todos estos materiales se pueden
utilizar para producir calor o
electricidad a partir de su combustión
directa, donde la energía solar
almacenada en forma de energía
potencial química es desprendida, o
para producir lo que llaman
biocombustibles, como el biogas o
el alcohol

12. El aprovechamiento de la energía de la
biomasa es una forma de aprovechar los
colectores solares naturales, las plantas
vivientes que convierten la luz solar en
moléculas de carbohidratos. Los animales
son capaces de “Aprovechar” una parte de
esta energía cuando comen materia
vegetal, y en el transcurso de la historia, la
gente ha aprovechado la energía de la
biomasa cuando queman la leña para
cocinar los alimentos y calentar los
hogares.

13. La biomasa suministra el 5% de
la energía en el mundo, un
análisis más completo de
expertos independientes,
encontró que esta fuente
proporciono en 1992 el 13% de
la energía del mundo

15. La energía potencial química es
producida por las plantas a través de
la fotosíntesis cuando convierte las
luz solar, el agua y el CO2, en
Oxigeno y carbohidratos.
La biomasa comparada con los
combustibles fósiles tienen dos
desventajas importantes: la baja
densidad energética, y el alto
contenido de humedad, lo que
dificulta el proceso de combustión.

16. Con un potencial de capacidad
instalada en todo el mundo de
14000MW, la biomasa es la
mayor fuente disponible para
la generación de energía
eléctrica a partir de energías
renovables, después de la
hidroeléctrica.

17. ESQUEMA GENERAL DE OBTENCION DE LA
ENERGIA A PARTIR DE LA BIOMASA

18. BIOMASA CAÑERA
GENERACION DE
ELECTRICIDAD

19. La biomasa es el material orgánico que contiene
energía solar almacenada. Se podría decir, sin
temor a equivocación que la hoja o la rama de
un árbol es el mejor sistema de
almacenamiento de la energía conocido por
el hombre.
La mayoría de las biomasas son provenientes
de plantas, las cuales mediante el proceso de
fotosíntesis transforma la energía que le
llega del sol en energía química. Durante este
proceso convierten el CO2 que obtienen del aire
y el agua que adquieren del suelo en
carbohidratos, los cuales les permiten su
crecimiento.

21. Una de las mayores ventajas de la
biomasa cañera es que se trata de un
portador energético renovable, compatible
con el medio ambiente y de rápida
reposición. En el transcurso de un ano,
con la atención adecuada, es posible
disponer de una planta con fibras
suficientes para generar cantidades
similares de biomasa.

22. La biomasa ha ido ganando espacio como
fuente energética y hoy es responsable del
6% de la generación de electricidad a
escala mundial.
Según diversos escenarios, la demanda
mundial de energía de para el ano 2020
será de 5,6x1020 J, de la cual la biomasa
podrá contribuir a satisfacer alrededor del
20%.
En el SEN Cubano, la generación de
electricidad en los centrales azucareros
utilizando la biomasa cañera como
combustible alcanzó en el ano 2000 el
6,1% de la generación eléctrica total.

23. Potencialidades energéticas de
la caña de azúcar
tep/ha
Bagazo(50% de humedad) 2,6
RAC(Residuos Agricolas
Cañeros)
2,0
Alcohol (mieles) 0,15
Biogás de cachaza 0,022
Total 4,722

24. 1 t de bagazo
196 kg de Fuel Oil
231 m3 de gas natural
1 t de bagazo(50% de Humedad)
2400 kcal/kg

25. En Cuba para producir una tonelada de Azúcar
es necesario moler unas 8,5 t de caña, las
cuales producen unas 2,2 t de bagazo (con una
humedad que oscila entre el 48 y el 50%) y una
cantidad considerable de RAC.
El bagazo de caña es un combustible poco
eficiente por su alto contenido de humedad,
pero en Cuba es la principal biomasa.
Desde el punto de vista de aprovechamiento
energético del bagazo, su uso integral y
eficiente en una zafra permite obtener el
equivalente de 400 kg de Fuel Oil por cada
tonelada de azúcar producida.

26. Para satisfacer las necesidades
energéticas de un central azucarero
cubano, se requiere alrededor del 70%
de bagazo total producido,
quedando un excedente que puede ser
utilizado en otras industrias (producción
de papel, producción de tableros de
madera prensada, etcétera)

27. Capacidad de generación de
electricidad partir del bagazo
El esquema energético utilizado en los centrales
azucareros ECUATORIANOS se basa en la
combustión de la biomasa (bagazo) para
producir vapor y electricidad.
Con los turbogeneradores actualmente
instalados en ellos (con capacidades que van
desde 1 hasta 12 MW) se puede generar como
promedio 28 kWh por cada tonelada de
caña molida.
Con el perfeccionamiento de la tecnología se
puede llegar a índices de generación de
electricidad superiores a los 160 kWh por cada
tonelada de caña molida

28. La caña luego de un proceso de limpieza en
seco en los centros de acopio, se deposita en el
basculador. De aquí se produce a través de
transportadores hacia la planta moledora, lugar
donde se extrae el jugo y se separa el bagazo,
el cual posee aproximadamente un 50% de
humedad.
El bagazo es llevado posteriormente hacia los
hornos y el excedente se almacena en la casa
de bagazo. La energía desprendida en el
proceso de combustión de la biomasa es
utilizado para calentar el agua que se encuentra
en la caldera de presión. El vapor generado es
utilizado para accionar las llamadas turbinas de
vapor las cuales están acopladas a los
generadores de electricidad.

29. En un artículo titulado ”La transformación
de la energía solar en electricidad” del
doctor Luis Bérriz, presidente de la
Organización no Gubernamental cubana
Cubasolar, el autor asegura que con
modernas tecnologías es posible generar
unos 200 kWh de energía eléctrica por
cada tonelada de caña molida. Agrega el
autor que en una zafra mediana en Cuba,
con una molienda de 50 millones de
toneladas de caña, se podrían producir
10TWh, o sea casi toda la electricidad
necesaria para el país.

30. se está trabajando en:
La utilización mas eficiente de la
capacidad instalada.
La modernización de calderas y
turbogeneradores.
La ampliación de capacidades en
las instalaciones existentes.
La sustitución de instalaciones
obsoletas por otras nuevas de
moderna tecnología.

31. Es preciso introducir turbogeneradores de
extracción – condensación en la generación de
electricidad y reducir el consumo de energía en
el proceso industrial, lo cual significa una
modernización de los centrales azucareros.
Es necesario también profundizar en el
conocimiento de las nuevas tecnologías
energética, incluyendo la gasificación integral de
la biomasa.
Con el uso de la turbina de gas como generador
primario y de ciclos combinados de cogeneración
se pueden producir 28 kWh por cada tonelada de
caña molida, lo cual pronostica a largo plazo el
papel fundamental que debe desempeñar la
agroindustria azucarera en el desarrollo de un
nuevo Sistema Electroenergético Nacional, que
al mismo tiempo sea sostenible e independiente.

32. “caña energética”
La planta de caña energética llega a
alcanzar 5 m de altura. Una
hectárea de caña energética es capaz de
producir biomasa que sustituye el poder
calórico de hasta 20 t equivalente
de petróleo. Este tipo de caña permite
su empleo para la generación de energía
eléctrica en el tiempo en que los centrales
no estén produciendo azúcar.

33. El doctor Julio Torres, investigador del
CITMA, reseña en su artículo “La biomasa
cañera: ¿desenficar o cosechar?,
publicado en la revista Energía y tú, que el
investigador cubano Edgardo González
demostró oportunamente a través de sus
experimentos que “la vía mas económica
y eficiente para ello (se refiere al
aprovechamiento de los RAC ), es lo que
el denomina molida integral: cosechar la
caña con sus hojas, transportando todo al
ingenio y molerlo por el tándem, con lo
que se obtiene el doble del bagazo sin
duplicar el ciclo de la cosecha.

34. ventajas del aprovechamiento de la
biomasa cañera en relación con la
generación de la energía eléctrica:
La producción de electricidad del país pudiera
independizarse del consumo de petróleo en un
elevado por ciento, reduciéndose la un elevado
por ciento, reduciéndose la liberación de gases
de efecto de invernadero que contribuyen al
calentamiento global y al cambio climático.
Reducir las perdidas eléctricas por transmisión y
distribución al acercar la generación a los
consumidores.

35. BIOGAS
Elementos Básicos

36. BIOGAS
SE ORIGINA DURANTE LA
FERMENTACION DE LA
MATERIA ORGANICA QUE
NO ESTE EN CONTACTO
CON EL AIRE.

37. Ciclo de biomasa y los desecho
en un sistema con digestor

38. POTENCIAL BIONERGETICO DE TRES DE
LOS PRINCIPALES ORGANISMOS
VERTEDORES CUBANOS

39. Obtención del biogás
Según un ejemplo típico la sustancia (sustrato)
por lo general estiércol u otros residuos
orgánicos destinados a la fermentación se
depositan en foso de homogenización donde se
desmenuzan los sólidos y se envía toda la masa a
los fermentadores o digestores con calentamiento
y aislamiento térmico. Allí ciertas bacterias
anaerobias transforman los componentes
orgánicos en biogás. A mayor temperatura del
sustrato, más rápida es la transformación.
En la mayoría de los casos se elige una
temperatura de 30 - 35 °C. El tiempo de
descomposición es de 25-30 días, dependiendo
de la composición del sustrato, la tecnología, etc.

40. Descripción de los principios básicos
de una instalación de biogás

41. El agitador garantiza la buena mezcla
y, por ende una mayor composición y
temperatura uniforme en la masa.
La extracción del gas se realiza por la
parte superior del digestor. La
cantidad de gas obtenido en una
instalación de este tipo asciende a
1-1.5 m3 al día por unidad de
ganado mayor (UGM equivale a
500kg de peso vivo)

42. Digestor de biogás con campana
flotante

43. Contenido energético del biogás

44. Ventajas de la
producción del biogás
Tiene poco olor
Presenta un menor efecto corrosivo y
por tal motivo el abono puede
aplicarse en cualquier situación
climatológica y fase de crecimiento.
Se contaminan menos las aguas
subterráneas.
El nitrógeno es más asimilable para
las plantas.

45. Instalación colectiva de gas con
cogeneración (Dinamarca)