Repositorio Institucional de Documentos

PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca AUTOR: ENSEÑANZA: DIRECTOR/ES: PONENTE: FECHA: ENRIQUE VEINTEMILLA MARTÍN GRADO EN INGENIERÍA AGROALIMENTARIA Y DEL MEDIO RURAL JESÚS GUILLÉN TORRES SEPTIEMBRE 2014 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-1: INTRODUCCIÓN UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 1. Introducción Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 1 INTRODUCCIÓN Índice: 1.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 1.2 La biomasa…………………………………………………………………………………………..………….1-2 1.3 Proceso de estudio……………………………………………………………………………………….…….2 Capítulo 1. Introducción Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 1.1 Introducción En el siguiente estudio se propone comprobar la viabilidad en la ejecución de un proyecto en el cual se propondrá la sustitución de una caldera de gas propano por una de biomasa en un secadero de cereales perteneciente a la cooperativa San Isidro en Ontinar de Salz (Huesca). Dicho estudio contara de los siguientes apartados: - Descripción de la situación actual - Estudio de balances de materias y energía - Estudio de alternativas - Estudio económico de la biomasa - Normativa y planes energéticos de la biomasa - Elección de la solución adoptada - Determinación del coste de la implantación de la solución propuesta - Estudio económico de la solución propuesta - Conclusiones 1.2 La biomasa La utilización de la biomasa en tan antigua como el descubrimiento y el empleo del fuego para calentarse y preparar alimentos, utilizando la leña. Aún hoy, la biomasa es la principal fuente de energía para usos domésticos empleados por más de 2000 millones de personas en el Tercer Mundo. Los empleos actuales son la combustión directa de la leña y los residuos agrícolas y la producción de alcohol como combustible para los automóviles en Brasil. Los recursos potenciales son ingentes, superando los 120.000 millones de toneladas anuales, recursos que en sus dos terceras partes corresponden a la producción de los bosques. En España actualmente el potencial energético de los residuos asciende a 26 Mtep, para una cantidad que en toneladas físicas supera los 180 millones: 15 millones de toneladas de Residuos Sólidos Urbanos con un potencial de 1.8 Mtep, 12 millones de toneladas de lodos de depuradoras, 14 millones de toneladas de residuos industriales (2.5 Mtep), 17 millones de toneladas de residuos forestales (8.1 Mtep), 35 millones de Capítulo 1. Introducción Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 2 toneladas de residuos agrícolas (12.1 Mtep), 30 millones de toneladas de mataderos y 65 millones de toneladas de residuos ganaderos (1.3 Mtep). El reciclaje y la reutilización de los residuos permitirán mejorar el medio ambiente, ahorrando importantes cantidades de energía y de materias primas, a la vez que se trata de suprimir la generación de residuos tóxicos y de reducir los envases. El uso que vamos a destacar en este estudio para la biomasa es el de su utilización para la deshidratación de cereales por medio de una caldera de biomasa. 1.3 Proceso de estudio Para la realización de dicho estudio primero obtendremos información actual, tanto de la instalación existente y de la posible nueva instalación (con todas sus características), como de la situación actual de la biomasa y su aprovechamiento en este campo. Tras finalizar el estudio se comentaran las conclusiones y en definitiva la viabilidad de dicho proyecto. PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-2: NORMATIVA Y PLANES ENERGÉTICOS DE LA BIOMASA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 2 NORMATIVA Y PLANES ENERGÉTICOS DE LA BIOMASA Índice: 2.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 2.2 Definición de biomasa y tipos………………………………………………………………………….1-6 2.3 La biomasa en el contexto de la unión europea…………………………………………….6-8 2.4 La biomasa en España……………………………………………………………………………………..8-9 2.5 La biomasa en Aragón……………………………………………………………………………………9-10 2.6 Planes energéticos a nivel nacional y autonómico……………………………………..10-19 2.7 Métodos de aprovechamiento……………………………………………………………………..19-21 2.8 Aspectos tecnológicos………………………………………………………………………………………22 2.9 Aspectos normativos……………………………………………………………………………………23-24 2.10 Aspectos medioambientales………………………………………………………………………24-25 2.11 Datos del sector………………………………………………………………………………………………25 Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 2.1 Introducción Previo al estudio a nivel de balances, energía y maquinaria primero echaremos un vistazo a los tipos de biomasa que existen, diferenciándolos unos de otros en función de la forma con que se obtienen. Posteriormente, obtendremos información sobre la situación de las normativas a nivel europeo, nacional (España) y autonómico (Aragón). Haremos un pequeño estudio de los planes energéticos, tanto a nivel nacional, como autonómico. Y en los últimos apartados de este capítulo haremos referencia a los métodos de aprovechamiento de la biomasa, y a los aspectos tecnológicos, normativos y medioambientales que deberemos tener en cuenta junto a algunos datos del sector. 2.2 Definición de biomasa y tipos: Dentro del sector biomasa se engloba toda la materia orgánica susceptible de aprovechamiento energético, en concreto la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR), utiliza la definición de la Especificación Técnica Europea CEN/TS 14588 para catalogar la “biomasa” como “todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización”. Aunque se pueden hacer distintas clasificaciones de los tipos de biomasa, una de las más utilizadas es la que se basa en su procedencia: - Biomasa natural: es la que se produce en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana (una hoja que cae de un árbol). - Biomasa residual: - Biomasa residual húmeda (alto contenido en humedad): Es la que se genera principalmente en la actividad ganadera (purines, estiércol…). - Biomasa residual seca (bajo contenido en humedad): Es la que se genera en actividades de agricultura, forestales, industria maderera y agroalimentaria. - Cultivos energéticos: Son cultivos que se generan con la única finalidad de producir biomasa transformable en energía. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 2 - Residuos sólidos urbanos: Son los producidos en las ciudades y a partir de los cuales también puede obtenerse energía. Ya que el trabajo se centra en una planta de biomasa que va a ser alimentada, en un principio con biomasa residual seca y/o cultivos energéticos, a continuación se van a explicar más detalladamente las diferentes clases y diferencias que hay entre estos tipos de biomasa: a) Residuos forestales: Son los residuos procedentes de los tratamientos de las masas vegetales para la protección y la mejora de las mismas, obtenidos tras las operaciones de corta, saca y transporte a pista. (PER 2005-2010, 2005). Estos residuos pueden modificarse para mejorar la eficiencia del transporte, mediante procesos de astillado, obteniendo un producto más manejable y homogéneo; o bien mediante prensado del material en monte a fin de incrementar su densidad y facilitar su transporte. El uso de maquinaria para las operaciones de limpieza, astillado (o compactación) y transporte, encarece el producto haciendo que en muchas ocasiones no sea viable económicamente, aunque estas operaciones se justifican desde el punto de vista ambiental. La problemática relacionada con este recurso es que, no se puede asegurar una producción estable de los mismos ya que su producción está condicionada a las condiciones de la masa forestal. Además, los residuos forestales tienen unos aprovechamientos tradicionales o industriales (como la leña para uso doméstico o el uso de residuos para astillado) que hacen que haya un uso alternativo mucho más viable económicamente para este tipo de residuos. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 9 comparando con el consumo de energía renovable en 1998. El 47.4% (7086 Mtep) de este incremento sería aportado por la biomasa. En el apartado de la biomasa del citado Plan, se consideran los biocombustibles sólidos para usos térmicos o producción de electricidad, biocombustibles líquidos para transporte (bioetanol, biodiesel), biogás y RSU (residuos sólidos urbanos) para la producción de electricidad. El potencial energético de los residuos agrícolas en España se estima en 8.800 ktep, siendo actualmente muy escasa o nula su utilización, en especial por falta de industrias que puedan utilizarlos y que estuvieran situadas en las inmediaciones de los campos de cultivos en los que se producen dichos residuos. 2.5 La biomasa en Aragón La producción de biomasa en Aragón es alta, sin embargo, pocas instalaciones están utilizando esta biomasa como un recurso energético. Existen tres principales grupos de biomasa: • RSU proveniente de núcleos urbanos. • Residuos a partir de actividades forestales o agrícolas. • Cultivos para el aprovechamiento energético, tratándose de biomasa producida directamente para propósitos energéticos. La biomasa puede ser utilizada para la producción de electricidad y/o energía térmica, incluso en combinación con otros combustibles. Las plantas de producción de energía térmica y equipos de cogeneración requieren que exista una demanda de energía térmica, ya sea a través de una red de calefacción municipalizada para abastecer a edificios con calefacción y agua caliente sanitaria, o para industrias con unos niveles determinados de demanda de vapor o agua caliente. Es común considerar el uso de biomasa no sólo para la producción de energía sino también como una medida para el medio ambiente. Normalmente, el tratamiento de residuos Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 10 produce un impacto en el medio ambiente que puede ser reducido empleando estos residuos en una planta productora de energía. Dependiendo de las normas regionales, la tradicional eliminación de residuos puede llegar a representar un pago por parte del productor de los residuos. Por lo tanto, este coste se convertirá en un ahorro adicional, y consecuentemente un beneficio económico cuando se usen los residuos para propósitos energéticos. El impacto ambiental producido por la eliminación de los residuos consiste especialmente en la contaminación del suelo debido a la percolación en los vertederos y por el estiércol y purines ganaderos. Una consideración medioambiental global es la producción de metano a partir de los vertederos, estiércol y purines, lo que ocasiona un empeoramiento en el efecto invernadero. La tecnología a nivel de la Comunidad Europea se ha desarrollado considerablemente debido al establecimiento de plantas de demostración durante los últimos años. Hoy en día son consideradas del todo fiables las tecnologías de aprovechamiento energético de RSU así como también las de combustión de paja y residuos forestales y producción de biogás a partir de estiércol y purines ganaderos. Los residuos agrícolas resultado de la actividad agrícola se producen principalmente en el Valle del Ebro, en cuya zona la provincia de Zaragoza tiene el mayor potencial. El estiércol ganadero se produce principalmente en el Valle del Ebro, sin embargo la mayor concentración de purines de cerdos se encuentra en algunas comarcas de la provincia de Huesca: Bajo Cinca, Hoya de Huesca y Litera. En relación al aprovechamiento de la biomasa en la Comunidad Autónoma Aragonesa, el consumo de este tipo de recursos por actividades sigue la misma tendencia que en la Unión Europea y el resto de las regiones españolas. 2.6 Planes energéticos a nivel nacional y autonómico Consumo de biomasa a nivel nacional (2005-2010): A finales de 2004 en España, el consumo de biomasa ascendió hasta 4167 ktep (tep: toneladas equivalentes de petróleo), siendo uno de los sectores de mayor consumo el doméstico, con casi la mitad de total: Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 11 Figura 6: Consumo de biomasa en España desagregado por sectores (2004). Fuente: PER 2005-2010. Las comunidades autónomas que en 2004 registraban un mayor consumo eran Andalucía, Galicia y Castilla y León, debido a, por ejemplo, presencia de empresas consumidoras de grandes cantidades de biomasa o al gran desarrollo del sector forestal. El sector de la biomasa se puede analizar también por tipo de aplicación: térmica o eléctrica. El Plan de Fomento anterior tenía como objetivo un incremento de la aportación de los usos térmicos en 900000 tep durante el periodo 1999-2010. Este objetivo era demasiado optimista puesto que, en 2004, según refleja el PER 20052010, sólo se habían alcanzado 69446 tep. En aplicaciones eléctricas, los datos eran todavía más pesimistas, el Plan de Fomento establecía un incremento de 5100000 tep para 2010, aunque, en 2004 se había alcanzado un incremento total de 468856 tep. En 2004, el recurso mayoritariamente empleado en los proyectos que utilizan biomasa (tanto con aplicaciones eléctricas como térmicas) son los residuos de industrias forestales y agrícolas, frente a otros recursos como los residuos forestales, agrícolas o los cultivos energéticos. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 12 La explotación de la biomasa difiere tanto en el tipo de biomasa usada (cuyas características se explicarán más adelante) como en la zona del país en la que esta explotación es viable: a) Residuos forestales: La explotación de este tipo de recurso debe centrarse en las Comunidades Autónomas de Castilla y León y Galicia, ya que, su elevado porcentaje de superficie forestal y la gran actividad de la industria maderera permiten que se instalen proyectos de aprovechamiento de la biomasa. Entre estas dos Comunidades Autónomas superan el 40% del potencial nacional de biomasa procedente de residuos forestales. (PER 20052010, 2005) Figura 7: Residuos forestales en España por Comunidad Autónoma. Fuente: PER 2005-2010. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 13 b) Residuos agrícolas leñosos: Las Comunidades Autónomas definidas como zonas prioritarias de utilización de este tipo de recurso, son aquellas que destinan gran parte de su superficie al cultivo de especies leñosas dentro del sector agrícola en comparación con el resto de España. Estas Comunidades son: Cataluña, Valencia, Castilla La Mancha y Andalucía; que generan cerca del 68% del potencial nacional de biomasa procedente de residuos agrícolas leñosos. (PER 2005-2010, 2005) Figura 8: Residuos agrícolas leñosos en España por Comunidad Autónoma. Fuente: PER 2005-2010. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 14 c) Residuos agrícolas herbáceos: Las comunidades que se establecen como prioritarias para el uso de este tipo de residuos agrícolas son: Castilla y León, Castilla La Mancha y Andalucía. En estas Comunidades Autónomas se genera más del 65% del potencial nacional de biomasa procedente de residuos agrícolas herbáceos. (PER 2005-2010, 2005) Figura 9: Residuos agrícolas herbáceos en España por Comunidad Autónoma. Fuente: PER 2005-2010. d) Residuos de industrias forestales y agrícolas: Dada la importancia de la industria del aceite de oliva en este tipo de residuos, las Comunidades Autónomas que deben utilizar este tipo de residuos son las que condensan la mayoría de la producción de aceite de oliva, como por ejemplo: Andalucía (en concreto la provincia de Jaén) (PER 2005-2010, 2005). Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 15 Figura 10: Residuos de industrias forestales y agrícolas en España por Comunidad Autónoma. Fuente: PER 2005-2010. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 16 e) Cultivos energéticos: Las Comunidades Autónomas que son aptas para la producción de este tipo de cultivos son aquellas en las que la superficie agrícola destinada a cultivos supone un porcentaje importante del total como Andalucía, Castilla La Mancha, Castilla y León y Aragón (PER 2005-2010, 2005). Figura 11: Cultivos energéticos en España por Comunidad Autónoma. Fuente: PER 2005-2010. Consumo de biomasa a nivel nacional (2011-2020): Para alcanzar los objetivos fijados para el área de biomasa en el PER 2011-2020, se definen una serie de propuestas destinadas a cada una de las fases de aprovechamiento de la misma. Las propuestas para el desarrollo de un mercado maduro de suministro de Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 17 biomasa se centran principalmente en la movilización del recurso. El apoyo al desarrollo de aplicaciones térmicas, especialmente en edificios, se realizará mediante campañas de difusión, desarrollo normativo y nuevos sistemas de apoyo financiero. El crecimiento de la producción eléctrica con biomasa se conseguirá mediante la generación distribuida a través de pequeñas cogeneraciones y centrales eléctricas en el entorno de los 15 MW, para los que se establecen mejores programas de financiación y mejoras en el sistema de retribución. Se recogen tres cadenas de valor por su interés, todas ellas basadas en procesos termoquímicos de conversión de materia prima: - Biometano y otros combustibles gaseosos a partir de biomasa vía gasificación. - Generación de energía eléctrica de alta eficiencia mediante gasificación de biomasa. - Vectores bioenergéticos a partir de biomasa mediante procesos termoquímicos distintos a la gasificación. A nivel nacional el BIOPLAT (Plataforma Tecnológica Española de la Biomasa) identifica los retos tecnológicos encuadrados en dos cadenas de valor: utilización de biocombustibles sólidos mediante combustión directa y la producción y utilización de biocombustibles sólidos para gasificación. Tras el periodo de vigencia del PER la energía eólica será la fuente renovable con la participación más importante y el conjunto de tecnologías que permiten el aprovechamiento de la energía solar continuará extendiendo su aportación. Energías como la biomasa o el biogás confirmarán su despegue con aportaciones significativas en la estructura de abastecimiento eléctrico. Respecto a la biomasa térmica, el consumo en 2020 se repartirá de forma bastante equitativa entre el sector industrial y el sector doméstico y edificios. El sector solar térmico se verá afectado debido a la crisis inmobiliaria y en el sector del transporte, para el año 2020, se espera que el coche eléctrico sea una alternativa competente a los transportes tradicionales, el consumo y producción de biodiesel seguirá ascendiendo y el bioetanol se espera que duplique su consumo debido en parte a la probable desaparición de la gasolina de protección. Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 18 Plan energético de Aragón La biomasa es la fuente con mayor potencial de crecimiento, en usos térmicos, en generación eléctrica y en aplicaciones actualmente en desarrollo como son los biocarburantes y el biogás. El carácter renovable y no contaminante que tiene la biomasa, y el papel que puede jugar en la generación de empleo y aceleración o activación de la economía de las zonas rurales, hacen que sea considerada una alternativa de futuro, que puede contribuir al reequilibrio territorial y a hacer más sostenible el modelo socioeconómico de Aragón. (PEA 2005-2012, 2005) - Biomasa térmica: El consumo de biomasa en el sector industrial en 2004 representaba el 40% del consumo final de biomasa en Aragón, predominando el uso de biomasa de origen forestal generados en los propios procesos industriales. Por su parte, en el mismo año, el consumo en el sector Residencial, Comercial y de Servicios representa aproximadamente el 60% del consumo final de biomasa en Aragón. En 2004, se consumían en Aragón más de 130 ktep de biomasa final, y se esperaba alcanzar en 2012 un valor de casi 200 ktep. (PEA 2005-2012, 2005) Sin embargo, aunque no se tienen datos exactos del consumo de biomasa térmica en 2012, este valor de 200 ktep está lejos de alcanzarse ya que, según el Instituto Aragonés de Estadística (IAEST), en el año 2010, el consumo de biomasa, solar térmica y biocarburantes, son de 160 ktep, por tanto, y haciendo un cálculo lógico, es poco probable que en 2012 sólo la biomasa alcance los 200 ktep. - Biomasa eléctrica: En el PEA 2005-2012 se contemplan distintas vías para el aprovechamiento energético de la biomasa para producción de energía eléctrica. En 2004, había 21 MW de potencia instalada de centrales de cogeneración con biomasa y se pretendían instalar en los años de vigencia de este plan 50 MW más. Además, en este periodo se pretendían instalar 60 MW de nuevas plantas de biomasa; y la producción de electricidad mediante plantas de gasificación de biomasa, instalando 6 MW hasta 2012. (PEA 2005-2012, 2005) Capítulo 2. Normativa y planes energéticos de la biomasa Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 25 siguientes datos: Una producción de 37500 MWh/año, lo que equivale al consumo de unas 11400 familias españolas. Por otro lado, con esa misma producción, se evita la emisión de unas 14000 toneladas anuales de CO2. (Este cálculo se ha realizado por comparación con la emisión de una central de ciclo combinado de gas natural para obtener la misma producción). 2.11 Datos del sector En la actualidad la mayor parte de los 3655 ktep de consumo térmico final de biomasa en España proviene del sector forestal, utilizándose en el sector doméstico mediante sistemas poco eficientes, como la quema de leña en estufas, y en industrias forestales para consumo térmico o cogeneración. En los últimos años se está iniciando el desarrollo de los cultivos energéticos y de la mecanización específica para la recogida, extracción y tratamiento de la biomasa. Este desarrollo, unido a la implantación de tecnologías modernas para la biomasa térmica en edificios y los desarrollos tecnológicos en gasificación, que proporcionan una mayor eficiencia, hacen prever una importante expansión de la biomasa, tanto por la mejora en la eficiencia del cultivo y recogida, como por la mejora de las tecnologías para su aprovechamiento. El potencial de la biomasa en España se sitúa en torno a 88 millones de toneladas de biomasa primaria en verde, incluyendo masas forestales existentes, restos agrícolas, masas existentes sin explotar… A estas 88 toneladas hay que sumar más de 12 millones de toneladas de biomasa secundaria seca obtenida de residuos de industrias agroforestales. Estos datos suponen un volumen de biomasa considerable y por tanto, a tener en cuenta a la hora de realizar proyectos de obtención de energía a partir de fuentes renovables. (PER 2011-2020, 2011). PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-3: ESTUDIO DE BALANCES Y ENERGÍAS EN FUNCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 3 BALANCES DE MATERIAS Y ENERGÍAS EN FUNCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL Índice: 3.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 3.2 Balance de materias y energía de la alfalfa 3.2.1 Introducción…………………………………………………………………………………………1 3.2.2 Presecado………………………………………………………………………………………….1-2 3.2.3 Secado artificial…………………………………………………………………………………….2 3.2.4 Objetivo de éste cálculo………………………………………………………………………..3 3.2.5 Balance de materias 3.2.5.1 Balance de materia general……………..………………………………….4-5 3.2.5.2 Balance de materias en el proceso……………………………………..5-10 3.2.6 Agua a evaporar durante el proceso…………………..………………………….11-12 3.2.7 Balance energético…………………………………………………………………………12-16 Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 3.3 Balance de materias y energías del maíz 3.3.1 Introducción…………………………………………………………………………………..17-18 3.3.2 Secado del maíz………………………………………………………………………………….18 3.3.3 Descripción del proceso de secado…………………………………………………18-23 3.3.4 Balance de materia 3.3.4.1 Introducción…………………………………………………………………….23-24 3.3.4.2 Cantidad de agua a evaporar……………………………………………24-26 3.3.4.3 Balance de materia……………………………………………………………….27 3.3.5 Balance energético 3.3.5.1 Balance de energías en el silo de grano húmedo……………………28 3.3.5.2 Balance de energías en el secadero………………………………….28-31 3.3.5.3 Balance de energías en la torre de enfriamiento………………31-32 3.3.5.4 Balance de energías en silos de almacenamiento……………..32-33 Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 3.1 Introducción Tras el estudio general y normativo, debemos realizar un balance de las materias y energías para los dos productos a deshidratar en la cooperativa que se va a realizar la obra de sustitución de caldera. En este momento la cooperativa tiene una deshidratadora donde los cultivos predominantes para secar son la alfalfa y el maíz. Para realizar el estudio de viabilidad deberemos conocer los balances de materia y energía para deshidratar estos dos cultivos y así poder dimensionar correctamente la caldera a utilizar. 3.2 Balance de materias y energía de la alfalfa 3.2.1 Introducción La alfalfa es un forraje que no precisa de una transformación industrial para su aprovechamiento ganadero, cuando se quiere intensificar el cultivo, mejorar la calidad del producto final y diversificar el uso del forraje es imprescindible un tratamiento industrial. Para mejorar los usos de la alfalfa como forraje se precisa de un tratamiento industrial que sea independiente de las condiciones climatológicas, aumentado además la calidad del producto final y por último que diversifique el formato de expedición. El tratamiento industrial consiste en secar el producto de una manera controlada con el fin de obtener una determinada calidad a un coste aceptable, y además, dar un formato adecuado para facilitar el manejo después de este tratamiento. 3.2.2 Presecado España dispone de unos valores de radiación solar muy elevados con respecto al resto de países que forman la Unión Europea, sobre todo en el Valle del Ebro, donde nos encontramos, y durante el periodo de producción de la alfalfa (se recibe una media de 20MJ/m2 mensuales). Aprovechar parte de esta energía de forma útil puede ayudarnos a ahorrar en las fuentes de energía que utilizaremos posteriormente, lo que supondría aumentar los Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 2 beneficios y por otro lado, reducir las emisiones contaminante, aunque en nuestro caso utilicemos principalmente energías renovables. El presecado en campo permite descender los niveles de humedad, si la alfalfa, posteriormente a su corte, permanece unas horas en el campo, sin que se produzca una pérdida significativa de la calidad del producto. Mediante la utilización de técnicas de presecado en campo es factible la obtención de ahorros energéticos muy importantes en la industria de deshidratado, contribuyendo a la conservación del medio ambiente. 3.2.3 Secado artificial El objetivo de las industrias de deshidratación es el secado del forraje, teniendo en cuenta claro está, los diferentes procesos que en ellas se llevan a cabo: recepción, estocaje para asegurar una continuidad del proceso, alimentación de la línea de transformación, secado y por último acondicionamiento del producto en sus diferentes formas de conservación en función del uso o del mercado al que vaya destinado dicho producto. Debido a que para la realización del Balance de Materia debemos tener en cuenta el proceso que seguirá la alfalfa, es decir, si se destinará a la formación de gránulo, de pastillas o de pacas, diremos que nuestra industria, elaborará gránulos de alfalfa y empaquetados. El granulado consiste en molturar la alfalfa deshidratada con la finalidad de reducir el tamaño de sus fibras para poder prensarla a continuación, con las granuladoras, formando cilindros de un diámetro comprendido entre 3 y 25 mm, según sea la matriz de la prensa, y una longitud de 3 a 10 cm. Por otro lado, están las pacas, la alfalfa deshidratada, con acondicionado entre 4 a 20 cm., se prensa formando prismas que se flejan o envueltas en una camisa transpirable. Las dimensiones de las pacas son muy variables, dependiendo del tipo de prensa utilizada. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 3 3.2.4 Objetivo de éste cálculo Realizaremos los cálculos para determinar la materia prima necesaria aportar al comienzo del proceso para obtener el rendimiento fijado 4000 Kg. /h por cada uno de los dos trómel. Por otro lado determinaremos la energía calorífica necesaria aportar durante el proceso de deshidratado de la alfalfa para disminuir el contenido de humedad, y por tanto, también determinaremos la cantidad de agua que se perderá al finalizar la deshidratación. Antes de proceder a la descripción de los cálculos debemos tener en cuenta que la alfalfa para que conserve todas sus propiedades así como su calidad debe ser cosechada cuando aparecen las yemas florales. En este momento el contenido de humedad es de un 3540 %. Además de esta manera se evitan las pérdidas de hojas es el parte más nutritiva de la planta. Como se podrá observar en la Memoria, al final del proceso se produce el empaque o el granulado, estos dos procesos sólo podrán tener lugar si el contenido de humedad de la alfalfa está entre el 1214%, si la humedad es más alta habrá problemas de disponibilidad de proteínas, así como, de conservación, mientras que si está por debajo del 12% se perderán muchas hojas, y como hemos mencionado, en éstas se encuentra el mayor contenido de proteínas y carbohidratos porque poseen una mayor concentración. En definitiva, la alfalfa en campo se encuentra con un contenido en agua del 3540%, y para su conservación es necesario que este porcentaje de agua esté entre 1214% debiendo ser sometida al proceso de deshidratación, teniendo en cuenta que en este proceso la calidad del forraje debe mantenerse lo más óptima posible. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 4 3.2.5 Balance de materias 3.2.5.1 Balance de Materia General Debido a la humedad que tiene la alfalfa si queremos que a la salida de los trómel tengamos 4.000 Kg./h no aportaremos dicha cantidad de alfalfa al inicio, sino que será mayor para que una vez se haya perdido la humedad obtengamos el total de forraje que pretendemos. De esta manera, tendremos que, una cierta cantidad de alfalfa entra con una humedad inicial del 35% aproximadamente (es el valor recomendable y que está estipulado por la legislación relacionada con las ayudas a forrajes deshidratados), y dependerá de las condiciones de campo a las que esté sometido el cultivo como puede ser la insolación que presenta la parcela, el último riego, horas que han pasado desde el corte…aunque se procurará que el contenido de agua sea más o menos homogeneizada. De todas formas, estudiaremos diferentes situaciones (35%, 40%, 50% y 60%) Finalmente, obtendremos 8.000 Kg./h con un contenido de agua del 12%. Como hemos referido con anterioridad, la cantidad de alfalfa seca no varía en todo el proceso respondiendo a la siguiente expresión: Siendo: 100 12)-(100 Mt 100 H%) -(100 Mi = Mi: masa inicial a aportar. Mt: masa a la salida del trómel. H%: % de humedad de la alfalfa al inicio del proceso. Teniendo en cuenta la fórmula anterior y los contenidos de humedad que vamos a estudiar para el dimensionado tanto de la maquinaría como de las necesidades de Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 5 energía calorífica, calcularemos la masa inicial de alfalfa. A modo de ejemplo se expondrán los cálculos para el 35%. 100 12) - (100 4.000 100 65) - (100 Mi = De donde: 38,415.5 )65100( )12100( 4.000 Mi = − − = Es decir, a través de la cinta alimentadora, deberán entrar al inicio del proceso 5415,38 Kg./h por cada trómel instalado para que después de deshidratar la alfalfa, entren en los procesos de producción 8.000 Kg./h, y obtener de esta manera el rendimiento predeterminado. Para el resto de valores los cálculos son similares y se reflejaran en la siguiente tabla: % de Humedad inicial % de Humedad final Masa inicial (Kg/h) por cada trómel Masa inicial total (Kg/h) a introducir en los trómel 35 12 5.415,38 40 12 5.866,67 50 12 7.040,00 60 12 8.800,00 3.2.5.2 Balance de materias en el proceso. La alfalfa una vez deshidratada podrá sufrir dos procesos de transformación, uno de ellos es la formación de gránulos, y el otro será la formación de paquetes de alfalfa. Dependiendo del proceso que vaya a seguir la alfalfa seca habrá también una serie de pérdidas en función de éste en la maquinaria que forma la cadena productora, aunque es posible recuperar parte del forraje. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 6 BALANCE DE MATERIAS EN EL PROCESO DE GRANULADO. Aunque se detallará más adelante el proceso, podemos decir que, una vez sale la alfalfa del trómel al 12 % de humedad el esquema que seguirá el forraje será el siguiente: En todo este proceso de transformación, las pérdidas que se producen son las siguientes: - Trómel: pérdida de volumen debida a las pérdida de agua, pasamos del 35% al 12 % en contenido de agua por kilo de materia seca. - Ciclones de trómel: sirve para separar los gases que llegan de la salida de la alfalfa a la salida del trómel, parte de la alfalfa se pierde junto con los gases, estas pérdidas estarán entorno al 0,150,20% de la materia prima que entra. - Ciclones del molino: tras moler el forraje para realizar luego el gránulo, la alfalfa pasa por el ciclón para eliminar los gases que se producen en la molienda, ya que nos adecuado que en el proceso haya una gran concentración de gases. Al igual que en el ciclón del trómel estas pérdidas están estimadas entre el 0,150,20%. - Granuladora: debidas a la formación del gránulo, no toda la alfalfa se transforma de polvo en gránulo, hay un pequeño porcentaje que no se utiliza por muy diversas causas, este porcentaje es del 0,02% del total del volumen que entra. TRÓMEL CICLONES TRÓMEL MOLINOS CICLONES DEL MOLINO Y FILTROS DE MANGA MEZCLADORA GRANULADORA ENFRIADORA Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 13 temperatura variable de aproximadamente 65º C, por lo que también existe una absorción de calor por parte de la alfalfa y del contenido de agua que ésta tiene (recordamos que el contenido de agua al final del trómel es del 12%). A modo de conclusión el esquema de la evolución de las temperaturas sería el siguiente:  Después de este diagrama gráfico para un mejor entendimiento de cómo se va a producir la absorción de agua, procederemos a cuantificar el calor total necesario. El calor total será igual al calor que se absorba a lo largo del proceso, de esta manera tendremos que: Q1 SERÁ EL CALOR NECESARIO PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE 25º C A 100º C, PERO PERMANECIENDO EN ESTADO LÍQUIDO, siendo igual a: 25) -(100 Cº KgKcal/ 1 0,65 10.830,77 Q TAGUA Cp HUMEDAD DE % VERDE MATERIALQ 1 1 ×××= ∆××× = Donde Q1= 527.999,65 Kcal/h También se podría calcular como: ALFALFA INICIO PROCESO Humedad: 35% AUMENTAMOS LA TEMPERATURA HASTA LOS 120º C ALFALFA INICO TRÓMEL H 2 O liq (25º)H 2 O liq (100º) ALFALFA SALIDA DEL TRÓMEL Humedad: 12% Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 14 25) -(100 Cº KgKcal/ 1 0,88 8.000 Q TAGUA Cp HUMEDAD DE % SECO MATERIALQ 1 1 ×××= ∆××× = Dando en este caso que Q1= 528.000 Kcal/h Q2 CALOR NECESARIO PARA PASAR DE ESTADO LÍQUIDO A ESTADO GASEOSO A UNA TEMPERATURA DE 100º C KgKcal/ 539 0,65 10.830,77 Q N EVAPORACIÓ C. HUMEDAD DE % SECO MATERIAL Q 2 2 ××= ×× = Tras realizar estas operaciones Q2= 3.794.560,27 Kcal/h Al igual que Q1 podemos utilizar la cantidad de materia deshidratada que obtenemos, teniendo en cuenta su humedad, siendo en este caso el valor de Q2= 3.794.560 Kcal/h Q3 CALOR NECESARIO PARA AUMENTAR LA TEMPERATURA DE 100º C A 120º C estando el agua en estado vapor. T VAPOR Cp HUMEDAD DE % VERDE MATERIALQ 3 ∆× × × = Si sustituimos los valores en la ecuación, teniendo en cuenta que en este caso Cp del vapor de agua es 0,51 Kcal/ Kg ºC, nos quedaría lo siguiente: 100) -(120 Cº KgKcal/ 0,51 0,65 10.830,77 Q 1 ×××= Siendo Q3= 71.808,00 Kcal /h Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 15 Q4 CALOR ABSORBIDO POR EL AGUA DE LA ALFALFA A LA SALIDA DEL CICLÓN DEL TRÓMEL, en estos momentos el porcentaje de humedad es del 12% y la temperatura a la que se encuentra es de 65º C, por lo tanto, Q4 será igual a: 25)- (65 Cº Kcal/Kg 1 100 12-100 8.000 Q T AGUA DEL Cp HUMEDAD DE % DADESHIDRATAALFALFA Q 4 4 ×××= ∆×××= Siendo finalmente Q4 igual a 38.400,00 Kcal/h Q5 SERÁ EL CALOR ABSORBIDO POR LA ALFAFA QUE SE HA DESHIDRATADO, teniendo en cuenta que el contenido de materia seca es el 88% y la temperatura es de 65º C De esta manera y ya como último cálculo previo para determinar el calor total absorbido para disminuir el contenido de humedad, tenemos que: 25) -(65Cº KgKcal/ 33,0 100 12 -100 8.000 Q TALFALFA Cp SECAMATERIA % SECA ALFALFA Q 5 5 ×××= ∆×××= De donde sale que Q5 tendrá un valor igual a 92.928,00 Kcal/h QT SERÁ EL CALOR TOTAL NECESARIO APORTAR. QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4+ Q5 QT = 527.999,25+ 3.794.560,27 + 71.808,00 + 38.400,00 + 92.928, 00 QT = 4.525.695,52 Kcal/ h Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 16 Una vez realizados todos los cálculos de los balances tanto de materia, de agua como de energía, recogeremos los valores más relevantes en la siguiente tabla, con el fin de que en el caso de que sea necesario utilizar algún dato, pueda ser más fácil su localización TABLA BALANCE DE MATERIA: PROCESO Inicio Tróm el C.Tróm el Molin o C.Molin o Mezclado ra Granulad o Enfriador a C.Enfriado ra Tamizad o Túnel Enfriad or Prensa Granulado 10.830,7 7 8.000 7.999,2 0 7.999, 2 7.997,2 0 7.997,20 7.995,60 7.931,63 7.930,84 7.811,11 Empaqueta do 10.830,7 7 8.000 7.999,2 0 7.999,2 0 7.995,2 0 AGUA A EVAPORAR: 2.830,77 Kg TABLA BALANCE DE ENERGÍA Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q T Kcal/h 527.999,25 3.794.560,27 71.808,00 38.400,00 92.928,00 4.525.695,52 Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 17 3.3 Balance de materias y energías del maíz 3.3.1 Introducción Una vez finalizado en ciclo fisiológico del maíz, la planta cesa de acumular sustancias nobles en el grano y comenzará a perder humedad, incluso en campo. El momento más idóneo para recolectar con la cosechadora es cuando el contenido en humedad del grano es del 25 %, con un mínimo del 20 % y un máximo del 28 %. Los cultivadores de maíz deben controlar el estado del grano con un medidor de humedad para cosechar en el momento óptimo y así evitar pérdidas de tiempo y un coste excesivo del secado. Recolectar muy pronto supone una mayor rotura de granos, con la consiguiente pérdida de calidad, y se la recolección se hace demasiado tarde, se pueden ocasionar problemas por condiciones climatológicas adversas. El precio de mercado del grano es tanto menor cuanto mayor es su humedad, por encima del 14 %, que es el límite que se considera válido para su comercialización y almacenamiento. El secado se realiza a temperaturas que varían, según el destino del producto, entre 50 y 130º C. El calor que actúa sobre la superficie del grano produce también una destrucción de la microflora y de los insectos y huevos, lo que mejora las condiciones de conservación. El proceso de secado del grano se realiza en dos fases sucesivas: 1º. Calentamiento del producto por medio de una corriente de aire caliente que provoca la exudación de la humedad interna del grano 2º. Una corriente de aire fresco absorbe y expulsa la humedad hasta el exterior. Para la conservación a medio y largo plazo del grano seco, se utilizan modernos silos metálicos verticales, de sólidas y simples características constructivas, hechos de chapa de acero zincado onduladas. La parte metálica se instala sobre una base de Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 18 mampostería y que haya sido zincada por un procedimiento en caliente, para ofrecer las máximas garantías contra la corrosión. Las operaciones de carga y descarga están mecanizadas. Los silos además, deben preservar el grano y mantener su calidad comercial, estando provistos de aparatos de control de posibles alteraciones que puedan surgir durante la conservación, como consecuencia de la variación de las condiciones interiores y exteriores. 3.3.2 Secado del maíz El secado consiste en la pérdida de la humedad del grano para evitar que el producto con un alto contenido de humedad sea atacado por hongos o continúe su actividad vegetativa. El secado puede hacerse en mazorcas o en grano, nosotros lo realizaremos en grano. El acondicionamiento o secado de la mazorca sin desgranar es más fácil que el del grano suelto. El aire circula más fácilmente a través de los huecos que dejan entre sí las mazorcas almacenadas que entre una masa de granos de maíz. El secado del grano consiste en hacer circular una corriente de aire por el interior de una tolva o un silo, por donde se mueve a una velocidad autorregulada según el contenido de humedad y la eficacia de la corriente de aire de secado. La temperatura a la que es sometido el grano de maíz no debe superar los 60º C, nosotros utilizaremos una temperatura del aire no superior a 55º C. Durante el proceso, y etapas sucesivas, el maíz se calienta, se seca y por último, se enfría. 3.3.3 Descripción del proceso de secado Para el secado del maíz se requiere de una instalación con al menos los siguientes elementos: - Sistema de recepción del grano Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 19 - Silo de espera de grano húmedo - Dispositivo de prelimpieza - Secador - Silos de almacenamiento. Además de estas instalaciones, es necesario transportar el maíz, por lo que, debemos contar con unas instalaciones que faciliten el manejo del maíz tanto dentro como fuera del secadero. Para el transporte del maíz utilizaremos: - Elevadores de cangilones - Rosca sinfín - Rosca transportadora - Cintas Las características de alguno de estos elementos son muy diversas, dependiendo del fin que se les vaya a dar. A continuación detallaremos las diferentes instalaciones para el secado y almacenamiento del grano. Sistema de recepción del grano. Se utilizan fosas de recepción. Estas permiten la recepción del grano por simple basculación de la caja de los camiones o remolques reduciendo al mínimo los tiempos muertos en la cadena de recolección. Además, la capacidad de la fosa actúa como amortiguador tanto en el caso de fallos en la cadena de entrega como en la propia instalación de almacenamiento y conservación. Se recomienda darle a la fosa forma de pirámide regular invertida, estando condicionada por el depósito de elevación del grano que se quiere utilizar. Cuando se utiliza un tornillo sinfín se debe usar una fosa con una profundidad entre 0,50,7 veces la longitud de uno de los lados de la base. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 20 Si se va a utilizar en elevador de cangilones es preferible construir una fosa con forma de pirámide irregular de sección rectangular, con una cara vertical a la que irá adosado el elevador, y cuya anchura sea la mitad de la longitud y la profundidad de 0,7 veces ésta. Silo de espera del grano húmedo. Su función es mantener almacenado en condiciones adecuadas el grano, a la espera de poder ser secado lo más pronto posible. Dispositivo de prelimpieza. Para la eliminación de la mayoría de las impurezas que acompañan al grano de maíz. Este proceso de prelimpieza mejora la presentación y sobre todo la densidad, ya que cuando son eliminadas las impurezas, los kilos de grano por unidad de volumen aumentan. En el mercado existen numerosos equipos para la limpieza del grano. Estos equipos utilizan principios físicos combinados entre sí, como las cribas de tamaño apropiado al tipo de grano, corrientes de aire, dispositivos vibratorios, tambores rotativos, etc. Generalmente se utiliza el sistema denominado calibradorlimpiador, ya que, al mismo tiempo que calibra los granos de maíz limpia de otros cereales cambiando las perforaciones de la criba rotativa. La limpieza se hace en dos fases. En la primera el grano es atravesado por una corriente de aire que elimina las impurezas más ligeras. A continuación entra en una criba rotativa con orificios de tamaño creciente. En el primer tramo sólo pasan las partículas de menor tamaño (granos partidos, arena) y seguidamente todos los granos de manera que al final del tambor sólo llegan las impurezas de mayor tamaño que el grano. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 21 Secador. El proceso de secado se acelera recurriendo a las instalaciones que se conocen como secaderos. La eliminación del agua se favorece al someter el grano a una corriente de aire caliente y bajo contenido en humedad. La calidad de secado y la eficiencia energética del proceso guarda relación con las características técnicas del secadero, y puede señalarse que, a medida que aumenta el tamaño, se reduce el consumo específico de energía, ya que en ellos se utilizan mejor los circuitos de recuperación de calor. Hay tres tipos de secaderos de grano: SECADEROS ESTÁTICOS. Son aquellos secaderos en los que, el grano permanece quieto en todo el proceso. En los secaderos más perfeccionados se dispone de elementos que realizan su removido en el transcurso del secado. El aire entra caliente por la parte inferior de la capa de grano y sale por la superficie arrastrando de manera progresiva su humedad. Esto trae como consecuencia diferencias de contenido de humedad entre las capas superiores (más húmedas) y las capas inferiores (más secas). Se utiliza aire calentado hasta 5060º C precisando un caudal de aire de 140 m3/h por metro cúbico de grano que llega a través del fondo perforado. Con un doble tornillo sinfín colocado radialmente en la base, se pueden secar capas de hasta 80 cm El rendimiento térmico de los secaderos estáticos es bajo, aproximadamente 1.500 – 2.000 Kcal. /Kg. de agua evaporada. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 22 SECADEROS ESTÁTICOS DE RECIRCULACIÓN DEL AGUA. El grano permanece en el secadero hasta que completa su secado, pero existe un dispositivo que lo obliga a circular de manera continua extrayéndolo por el fondo e introduciéndolo simultáneamente por la parte superior. Este dispositivo se utiliza asimismo para el vaciado del secadero una vez completado el proceso. SECADEROS CONTINUOS El secado se realiza con una sola pasada del grano. Existen varios tipos, el secadero continuo vertical es el más empleado en el mercado debido a sus mayores prestaciones. En él, el grano desciende por gravedad desde la tolva, que sirve además, como zona se precalentamiento del grano, a través de unas conducciones formadas por chapas dobladas y dispuestas en persiana, que dejan pasar el aire caliente que realiza el secado y que obligan al grano a presentar todas sus caras para conseguir mayor uniformidad. El conjunto se automatiza controlando la velocidad de avance del grano en las conducciones de grano se puede utilizar como zona de enfriamiento, o como una zona de secado, si está previsto el secado con enfriamiento lento diferido. Los elementos que componen el secadero son de fabricación modular, de manera que puede montarse ene. Lugar deseado adaptándose a las necesidades de la instalación. En algunos casos, las canales por los que circula el grano son doble, en cuyo caso el grano que circula más próximo a la entrada de aire caliente lo hace a mayor velocidad que en el otro tipo de canal. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 29 - Evaporar la cantidad de agua precisa para llevar el grano de un 30% de humedad relativa a un 18% de humedad. - Calentar el grano hasta alcanzar una temperatura aproximada de 5060º C (temperatura tomada para los cálculos 55º C) CÁLCULO DEL CALOR NECESARIO SUMINISTRAR PARA EVAPORAR EL AGUA Tendremos en cuenta los siguientes datos: - La cantidad de agua a evaporar: variable en función de la humedad a la que entra el grano en el secadero. - El calor latente del agua a 25º C, Hv = 600 Kcal. /Kg. - La capacidad calorífica media del agua (2555º C), Cp= 0,9987 Kcal. /Kg. ºC El proceso energético del secado sería el siguiente: Donde: p v CmH HmH ×= ×= 2 1 Por tanto el calor total de este proceso (H3) será igual a la suma de las dos anteriores: Los resultados obtenidos son los siguientes: Hi H1 H2 H3 20,00 147.008,40 7.340,864 77732,82 21,00 220.717,37 11.021,522 78716,78 22,00 296.316,31 14.796,555 79725,97 23,00 373.878,86 18.669,641 80761,37 24,00 453.482,53 22.644,650 81824,02 Maíz a 25ºC, agua líquida Maíz a 25ºC, agua vapor Maíz a 55ºC, agua vapor H 1 H 2 Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 30 25,00 535.208,96 26.725,659 82915,01 26,00 619.144,22 30.916,966 84035,48 27,00 705.379,07 35.223,104 85186,65 28,00 794.009,33 39.648,856 86369,80 29,00 885.136,23 44.199,277 87586,28 30,00 978.866,74 48.879,711 88837,51 CÁLCULO DEL CALOR A SUMINISTRAR AL GRANO Datos: - Capacidad calorífica del maíz: Cp es 0,22 Kcal./ Kg. ºC - Capacidad calorífica del agua: Cp es 0,9987 Kcal. / Kg. ºC - Masa de maíz ( Kg. de maíz que entran al cabo de una hora) El maíz sólo eleva su temperatura de 25º C a 55º C, no hay un cambio de estado, siendo el consumo de energía calorífica igual a: TCmCmH aguapaguamaízpmaíz ∆××+×= )( ..4 Los resultados obtenidos han sido los siguientes: Hi H4 20,00 63.516,901 21,00 64.320,912 22,00 65.145,539 23,00 65.991,585 24,00 66.859,895 25,00 67.751,361 26,00 68.666,920 27,00 69.607,562 28,00 70.574,334 29,00 71.568,339 30,00 72.590,743 Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 31 CÁLCULO DEL CALOR SUMINISTRADO POR EL AIRE Será igual al calor necesario suministrar al grano para evaporar la cantidad de agua para alcanzar la humedad del 18% y el calor suministrado al grano. Es decir: 433 HHC += Por lo tanto, el calor que debe llegar desde la planta de gasificación de biomasa será: Hi C3 20,00 295.598,985 21,00 374.776,581 22,00 455.984,371 23,00 539.301,454 24,00 624.811,093 25,00 712.600,988 26,00 802.763,583 27,00 895.396,387 28,00 990.602,323 29,00 1.088.490,117 30,00 1.189.174,706 3.3.5.3 Balance de energías en la torre de enfriamiento La energía que se pone en juego en el balance energético de la torre de enfriamiento es aprovechada para conseguir que el producto alcance una humedad absoluta del 14%. Esta energía es suministrada por: - El calor desprendido por el grano - La energía cinética suministrada por el aire a través del ventilador El grano sufre dentro de la torres de almacenamiento los siguientes cambios: Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 32 - 18% de humedad absoluta - 14% de humedad absoluta - Temp. entrada: 55º C - Temp. salida: 1015º C Estas condiciones de salida ya son las más adecuada para almacenar el grano durante varios meses son que se deteriore, ni se afectado por patógenos que lo estropeen. 3.3.5.4 Balance de energías en silos de almacenamiento Este balance de energía tiene como función mantener el grano en las condiciones de almacenamiento adecuadas para una conservación prolongada, la temperatura ideal sería 15º C con una humedad absoluta del 14%. Cualquier alteración en estas condiciones (aumento de la temperatura y de la humedad) deberá ser corregida ventilando el grano. En caso de almacenaje de larga duración, es necesario saber, que durante la primavera la temperatura del grano se elevará lentamente. Para evitar que sobrepase los 15º C, será adecuado bajar la temperatura del lote durante los meses de inviernos, lo justo para que cuando se produzcan los aumentos primaverales la temperatura máxima alcanzada sea de 15º C. Para refrigerar, hay que hacer circular en toda la masa almacenada aire más frío que el grano. Se ventilará preferentemente por la noche ya que el aire es más frío que durante el día, y además el precio de la electricidad es más bajo. Además, habrá que tener en cuenta que si la temperatura entre aire y el grano es muy fuerte, se producirá condensación del agua sobre las paredes del silo, esto provocaría zonas húmedas y en consecuencia, podría producir moho. Así pues, sólo sería necesario ventilar en otoño y en invierno cuando la diferencia de temperatura entre el aire y el grano esté entre 5 y 7º C. Capítulo 3. Balances de Materias y Energía en función de la situación actual Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 33 Aunque hemos señalado los resultados de todo un intervalo de temperaturas, nosotros para el dimensionado de la instalación y de la maquinaría sólo utilizaremos los datos del caso más desfavorable, 30% de humedad del grano de entrada en el secadero. PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-4: ESTUDIO DE ALTERNATIVAS UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 4. Estudio de alternativas Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 4 ESTUDIO DE ALTERNATIVAS Índice: 4.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 4.1.1 Tipos de calderas de biomasa………………….……………………………………………1 4.1.2 Funcionamiento de las calderas de biomasa……..……………………………….1-2 4.2 Ventajas e inconvenientes de instalar una caldera de biomasa 4.2.1 Ventajas……………………………………………………………………………………………….2 4.2.2 Inconvenientes……………………………………………………………………………………..3 4.3 Tipos de biomasa…………………………………………...…………………………….......................3 4.4 Comparativa biomasa / combustibles fósiles……………………………………………………3-4 4.5 Alternativa a la caldera actual…………………………………………………………………………….4 4.5.1 Caldera elegida………………………………………………………………………………….4-5 Capítulo 4. Estudio de alternativas Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 4.1 Introducción Tras el dimensionado mediante el estudio de balances debemos comparar las alternativas que tenemos y elegir el tipo de caldera que vamos a instalar. Las calderas de biomasa son aquellas que utilizan combustibles naturales provenientes de fuentes renovables para su funcionamiento. Los pellets de madera, procedentes de residuos forestales o de los excedentes de industrias madereras, huesos de aceituna, cascaras de frutos secos, leña, etc. Son las fuentes de energía natural que emplean las calderas de biomasa. El biocombustible del que se alimentan las calderas de biomasa, resulta más económico que los combustibles tradicionales (gasóleo, propano, etc.), siendo su precio, además, más estable a través del tiempo, ya que no depende de los precios que fijan otros países. Su alto poder calorífico hace del biocombustible una forma de energía rentable y renovable y aporta a la caldera de biomasa unos rendimientos caloríficos que alcanzan casi el 100%. 4.1.1 Tipos de calderas de biomasa En función del combustible que utilicen tendremos tres tipos de calderas de biomasa: - Calderas de pellets: Únicamente se alimentan de combustibles uniformes, tipo fluido, como pellets o huesos de aceituna, que se absorben a la caldera por medio de succión o tornillo sin fin. - Calderas policombustible: Pueden alimentarse con todo tipo de biocombustible triturado, lo que requiere mayor capacidad de almacenamiento. - Estufas de leña: Utilizan troncos de leña para combustión. Por su alto valor estético a modo de chimenea francesa. 4.1.2 Funcionamiento de la caldera de biomasa Una caldera de biomasa funciona de una forma similar a una caldera de gas. El quemador de combustible quema el pellet que se le proporciona, generando una llama horizontal que entra a la caldera, como suele suceder en sistemas de gasóleo. El calor generado durante esta combustión es transmitido al circuito de agua en el intercambiador incorporado en la caldera. El agua caliente generada se utiliza para calefacción y agua caliente sanitaria, climatización de piscinas, etc. La calefacción puede ser por cualquiera de los sistemas convencionales de agua. Las calderas de biomasa necesitan un contenedor o silo para Capítulo 4. Estudio de alternativas Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 2 el almacenaje del biocombustible situado próximo a la caldera. Desde el mismo, un alimentador de tornillo sin fin o de succión, lo lleva a la caldera, donde se realiza la combustión. El combustible tipo pellet debe almacenarse con una inclinación de unos 45º para su correcta inserción en la caldera. Al quemar biomasa se produce algo de ceniza, que se recoge generalmente de manera automática en un cenicero que debe vaciarse unas 4 veces al año. El porcentaje de contenido en cenizas en los pellets es inferior al 1%. Para optimizar el funcionamiento de la caldera de biomasa, podemos instalar un acumulador, que almacenará el calor de una forma similar a un sistema de energía solar. 4.2 Ventajas e inconvenientes de instalar una caldera de biomasa 4.2.1 Ventajas - Energía limpia: emiten CO2 neutro, ya que proviene de combustible natural. - Energía barata: el precio de la biomasa no depende de mercados internacionales como los combustibles fósiles, además de ser mucho más bajo. - Energía segura: La biomasa, a diferencia del gas, no puede explotar. - Es una fuente de energía inagotable, que disminuye la dependencia de los combustibles fósiles. - Ayuda a la limpieza de montes y al uso de los residuos de las industrias. - Fomenta la creación de nuevos puestos de trabajo. - Gran variedad de combustibles disponibles aptos para consumo en la misma caldera. - Existe tecnología muy avanzada, con garantía de funcionamiento, alto rendimiento y fiabilidad. - La implantación de cultivos energéticos en tierras abandonadas evita la erosión y degradación del suelo. - Ayuda a evitar incendios. - Además en nuestro país hay un gran excedente de biomasa. Capítulo 4. Estudio de alternativas Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 3 4.2.2 Inconvenientes - Los rendimientos de este tipo de calderas son algo inferiores a las calderas de combustible fósil. - La biomasa posee menor densidad energética, lo que hace que los sistemas de almacenamiento sean mayores. - Los sistemas de alimentación de combustible y eliminación de cenizas son mas complejos y requieren mayores costes de operación y mantenimiento. - Los canales de distribución de la biomasa no están tan desarrollados como los de los combustibles fósiles. - Muchos de ésos recursos tienen alto contenido en humedad, lo que hace que en determinadas aplicaciones pueda ser necesario un proceso previo de secado. 4.3 Tipos de biomasa Los distintos tipos de biomasa utilizados son los siguientes: - Podas de olivo y vid - De la industria olivar obtenemos orujillo, alperujo y hueso de aceituna - De las destilerías obtenemos orujos de uva, harina de granilla y cascara de almendra. - Astilla forestal. - Cultivos energéticos: Brassica carinata, Cynara cardunculus, Sorgum, Salix - Pellets 4.4 Comparativa biomasa / combustibles fósiles Los precios de los combustibles fósiles y de la energía eléctrica han incrementado su valor a lo largo de los últimos años. Esto hace que cada día que pasa sea más rentable la utilización de biomasa como combustible para obtener energía. Aunque el rendimiento no sea tan bueno como el de los combustibles fósiles, su bajo precio en comparación con éstos permite comprar mayor cantidad de éstos y mejorar el rendimiento de las instalaciones. Debido al incremento de la demanda de la biomasa el precio podría aumentar, por lo que mantendremos la caldera de gas en la instalación por si fuera necesario volver a utilizarla si los precios de biomasa se dispararan. Capítulo 5. Elección de la solución adoptada Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 3 o 1 empujador hidráulico tipo bastidor de fondo, para mover los residuos que caen a través de la parrilla al sistema de extracción Fenix. o 1 sistema de extracción Fenix, que consta de un extractor de doble caja de cierre, con movimiento hidráulico, para extraer y descargar los residuos del bastidor y de la parrilla sobre el sistema de transporte. o Sistema de recepción y transporte de la ceniza que eleva los residuos al lado de la caldera (8 metros). - Tablero eléctrico modulante de potencia P.L.C. TOUCH SCREEN para el control programado y automático de la combustión con microprocesador formado por: o Base de mando y control de alimentación de combustible según la energía requerida, modulante según los parámetros definidos y las variaciones de las características del combustible en la alimentación. o Control y regulación del aire de combustión primario mediante convertidor de frecuencia para la modulación según la carga térmica aplicada y compuertas para el sistema de recirculación de humos, que permite reducir aún más los niveles de emisiones contaminantes. o Control y regulación del aire de combustión secundario a través de convertidores de frecuencia para el mantenimiento del valor ideal de oxígeno residual (sonda lambda). o Control y regulación del tiro forzado de los humos con convertidor de frecuencia trifásico para mantener la depresión ideal en la cámara de combustión. o Control total de la combustión con unidad de análisis de oxígeno (sonda LAMBDA), y retroregulación automática de la caldera. o Control del encendido y mantenimiento. - Cableado eléctrico completo, desde el tablero de potencia y control PLC hasta todos los componentes de la instalación, equipado con soportes y accesorios para entregar un conjunto perfectamente acabado y listo para la puesta en marcha. El cliente ejecutará las líneas de alimentación eléctrica hasta nuestro tablero PLC, equipada con sistema de puesta a tierra, cable neutro y, si fuese necesario, instalará un sistema de corrección del factor de potencia (condensadores etc.) - Tecnología para la extracción del combustible de silos de almacenamiento de unos 50 m³ (4 x 5 x 2,5 m), tipo suelo móvil con extractor de lecho flotante para el almacenamiento y la extracción de la biomasa. El suelo móvil esta formado por 2 bastidores y brazos de 1,80 m de ancho x 5 m de longitud aproximadamente cada uno, instalados a nivel del suelo sobre guías de deslizamiento y conectados con 2 cilindros accionados hidráulicamente, alimentados por un dispositivo de bombeo de aceite. La programación del funcionamiento se hará a través de un tablero eléctrico general que incluye los dispositivos de protección eléctrica, los interruptores de accionamiento Capítulo 5. Elección de la solución adoptada Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 4 y los testigos luminosos de funcionamiento, potencia de 5,5kW. La tecnología descrita se realiza para la instalación sobre una construcción en cemento armado, realizada por el cliente según nuestras indicaciones (proyecto ejecutivo) y anclada por un sistema en contraplacas. El sistema de recepción y transporte del combustible hasta el alimentador DUPLO se realiza mediante un transportador mecánico pesado con doble cadena de tracción, arrastradores metálicos con recubrimiento en teflón de los perfiles para reducir el nivel sonoro y garantizar la fiabilidad del transporte. (Longitud máxima considerada para el transportador 12m.) - Sistema de limpieza automático del intercambiador de calor mediante electroválvulas con funcionamiento secuencial que funcionan con aire comprimido (1.250 litros/minuto de aire seco a 8 bar de presión debe ser suministrado por cliente). Serie de conexiones para humos de servicio y de bypass de emergencia en acero inox de doble pared (AISI 304 lado externo y AISI 316 cara interior) y aislante de elevada densidad de 50mm espesor, desde la caldera al multiciclón y desde el multiciclón a la chimenea con curvas, piezas especiales, anillos de fijación (según nuestro esquema). - Serie de conexiones para la recirculación modulante de los humos, en doble pared, en acero inoxidable AISI 316 en el lado interior, y AISI 304 en el exterior, con aislamiento de elevada densidad de 50 mm de espesor, desde el ventilador de tiro hasta los ventiladores de aire de combustión (1º, 2º, 3º y 4º), con compuertas motorizadas controladas por el control central PLC de la caldera. (Según esquema proporcionado por el fabricante, a confirmar por escrito). - Soporte para quemador extraíble, fabricado con chapa gruesa de acero, de 10mm de espesor, incluida la placa para la fijación de la caldera, el carro movible sobre ruedas cilíndricas de Ø 30-50 mm con rodamientos tangenciales, la placa para la fijación del quemador y la placa de cierre. - Disipador de potencia residual con válvula auto accionante. 5.4 Complementos de la caldera - Chimenea en acero inoxidable AISI 304 de 2 mm de espesor, Ø 500 mm, 12 m de altura, provista de base para el anclaje al suelo, registro para la limpieza, anillo intermedio para tirantes, codo de 90° para la unión con la caldera de pared simple. Aislamiento térmico, en fibra de lana mineral, espesor 30mm, con acabado exterior en aluminio 8-10mm. Capítulo 5. Elección de la solución adoptada Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 5 - Sistema de válvulas de seguridad de descarga rápida, de tipo resorte pretensado, para la evacuación de sobrepresiones en el intercambiador de la caldera, en la cantidad de 2 válvulas DN 50 X 80, precalibradas en 3 bar. - Quemador piloto de gas natural, marca Riello de tipo bi-estado progresivo automatico de 1.600 kW de potencia térmica, equipado con los accesorios para el montaje (Módelo RS 28/1 T.L. MB 12/1), con ventilación continua, arranque en llama automático al bajar la temperatura en la cámara de combustión por debajo de 450ºC (para evitar la formación de HCl). 5.5 Complementos opcionales - Sistema para la filtración adicional de los humos, para mantener el límite de emisión de partículas a la atmósfera por debajo de 12 mg/Nm³, esencialmente constituido por: Filtro de alta eficiencia para la decantación de partículas, modelo FAI 120 (120 mangas de filtración), compuesto por: o Cámara filtrante con pre-cámara de calma, para la captación de los residuos aereoformes con las mangas de filtración en malla de acero inoxidable AISI 304 instaladas en su interior, resistentes a una temperatura de trabajo de >500°C. o Cámara de recogida de las cenizas y partículas equipada con contenedores extraíbles para la limpieza periódica, sistema neumático y automático de limpieza de las mangas, sinfín de recogida y descarga a través de válvulas estelares en fundición, con rotor en aleación de acero, directamente y conjuntamente con la descarga del multiciclón y del sistema de extracción de cenizas de la caldera en el sistema de recepción y transporte de cenizas. o Estructura entera de acero CORTEN A, aislada térmicamente con lana mineral y terminada con láminas de aluminio. - Sistema informatizado central con monitor, para la conexión a internet y para permitir al cliente, o al mismo proveedor: o visualizar el estado de funcionamiento con todos los parámetros del equipo o modificar la regulación de la instalación o registrar y guardar todas las situaciones de anomalías o alarma o crear gráficos para los diferentes parámetros de funcionamiento o visualizar y controlar los estados de las salidas del sistema PLC o activar y desactivar manualmente cada motor de accionamiento o habilitar una llamada de emergencia (aviso) a un número seleccionado por el cliente PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-6: DETERMINACIÓN DEL COSTE DE IMPLANTACIÓN DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 6. Determinación del coste de implantación de la solución propuesta Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 6 DETERMINACIÓN DEL COSTE DE IMPLANTACIÓN DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA Índice: 6.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 6.2 Tabla de costes….………………………………………………….……………………………………………1 Capítulo 6. Determinación del coste de implantación de la solución propuesta Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 6.1 Introducción En éste capítulo determinaremos el coste total de la solución adoptada. Para determinar el coste total de la implantación de la solución propuesta se desglosará por partes los costes de dicha instalación y la construcción de la estructura que albergara la caldera. Los costes se mostrarán por medio de la siguiente tabla: 6.2 Tabla de costes: Resumen Coste (€) Caldera de acero con cuatro pasos de humo UNICONFORT 93.900,00 Sistema de alimentación mecánico del combustible: dispositivo DUPLO 20.270,00 Cámara de combustión y post combustión adiabática, equipada con BRASERO EN PARRILLA MÓVIL 23.770,00 Multiciclón de humos 20.060,00 Sistema de extracción automática de cenizas y residuos de combustión 25.370,00 Tablero eléctrico modulante de potencia P.L.C. TOUCH SCREEN 13.950,00 Cableado eléctrico completo 9.600,00 Tecnología para la extracción del combustible de silos de almacenamiento de unos 50 m³ 46.400,00 Sistema de limpieza automático del intercambiador de calor 17.400,00 Serie de conexiones para humos de servicio y de by-pass de emergencia 16.200,00 Serie de conexiones para la recirculación modulante de los humos, en doble pared 12.800,00 Soporte para quemador extraíble 1.590,00 Disipador de potencia residual 3.960,00 Chimenea en acero inoxidable 11.000,00 Sistema de válvulas de seguridad 2.090,00 Quemador piloto de gas natural 3.340,00 Sistema para la filtración adicional de los humos, para mantener el límite de emisión de partículas a la atmósfera por debajo de 12 mg/Nm³ 44.400,00 Sistema informatizado central 3.300,00 Cimentación 1.176,29 Estructura, cerramientos y cubierta 2.275,17 TOTAL 372.851,46 PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca CAPITULO-7: COMPARACIÓN ENTRE BIOMASA Y PROPANO UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Capítulo 7. Comparación entre biomasa y propano Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola CAPITULO – 7 COMPARACIÓN ENTRE BIOMASA Y PROPANO Índice: 7.1 Introducción………………………………………………………………………………………….……….....1 7.2 Comparación de precios y poder calorífico 7.2.1 Comparación de precios……………………………………………………………………….1 7.2.2 Poder calorífico…………………………………………………………………………………….2 7.3 Costes energéticos……………………………………………………………………………………………..2 7.4 Cantidad de combustible necesaria para secar el maíz y la alfalfa…………………..3 7.5 Coste económico para cada combustible de secar una tonelada de cada elemento………………………………………………………………………………………………………………….4 7.6 Conclusión………………………………………………………………………………………………………….4 Capítulo 7. Comparación entre biomasa y propano Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 7.1 Introducción Tanto a nivel de poder calorífico como a nivel de precio, el gas propano y los distintos tipos de biomasa albergan muchas diferencias. Debemos hacer un estudio que nos permita comparar ambos sistemas y así evaluar la definitiva viabilidad del proyecto en cuestión. Antes de nada, habrá que tener en cuenta que no hay unos precios estables cada año y por lo tanto cualquier estudio económico no será tomado en cuenta de forma definitiva. El dueño de la instalación deberá estar atento a posibles cambios de precio en distintos tipos de biomasa para poder alternarlos y hacer mas rentable su instalación. 7.2 Comparación de precios y poder calorífico 7.2.1 Comparación de precios En la siguiente tabla podemos observar que el precio del gas propano está muy por encima del precio de la biomasa en general (existen más tipos de biomasa, más para la comparación no es necesario el estudio de todas, solo las mas representativas). 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Propano Astilla Pellet Hueso aceituna Cascara almendra Precio (€/Kg) Precio (€/Kg) Capítulo 7. Comparación entre biomasa y propano Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 2 7.2.2 Poder calorífico El poder calorífico, es la cantidad de energía que es capaz de liberar una unidad de masa de una materia al llevarse a cabo una reacción de oxidación de ésta. En la siguiente tabla se muestra el poder calorífico para el propano y los distintos tipos de biomasa: Combustible Poder calorífico (Kcal / Tm) Propano 11074868 Astilla 3181445 Pellet 4213265 Hueso aceituna 4385235 Cascara almendra 4127280 7.3 Costes energéticos En el capítulo 3 hemos calculado los costes de secar alfalfa y maíz. En la siguiente tabla se muestra la cantidad de energía necesaria para secar una tonelada de cada uno de estos dos elementos. Cultivos a secar Coste energético de secarlo (Kcal/Kg) Secar una tonelada (Kcal) Alfalfa 835,71 835710 Maíz 87,99 87990 05000000 1000000015000000 Propano Astilla Pellet Hueso aceituna Cascara almendra Poder calorífico (Kcal / Tm) Poder calorífico (Kcal / Tm) Capítulo 8. Conclusión Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 3 También se ha comprobado el poder calorífico para cada uno de ellos, donde el gas propano también era muy superior. Por último, se han calculado los costes de secar maíz y alfalfa para cada uno de ellos y se ha observado que resulta más económica la utilización de la biomasa como combustible. 05000000 1000000015000000 Propano Astilla Pellet Hueso aceituna Cascara almendra Poder calorífico (Kcal / Tm) Poder calorífico (Kcal / Tm) 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 Propano Astilla Pellet Hueso aceituna Cascara almendra Coste alfalfa (€) Coste maíz (€) Capítulo 8. Conclusión Enrique Veintemilla Martín. Ingeniero Técnico Agrícola 4 8.5 Conclusión final En conclusión, es viable la instalación de la caldera de biomasa, a pesar de su elevado coste. No debemos tomar al pie de la letra los números obtenidos en el apartado en que comparamos gas propano y biomasa, pues el precio varía mucho y la diferencia no es siempre la misma. Aun así, se ve una gran diferencia de precio y considero rentable la inversión. Es una inversión a largo plazo que nos permitirá ahorrar en costes energéticos y seguir rentabilizando la explotación con la misma eficacia. En poco tiempo la tendremos amortizada. Además, tenemos una gran cantidad de combustibles para elegir en caso de que alguno de ellos se encarezca. Para que la viabilidad sea completa no basta con la instalación, sino que además el dueño de la instalación deberá preocuparse de comparar precios de distintos tipos de biomasa, alternándolos de la mejor forma para disminuir costes al mínimo y rentabilizar mejor la nueva instalación. Por otra parte, el mercado de la biomasa crece y cada día hay más demanda. No se recomienda eliminar la instalación de gas propano, pues si algún día el precio de la biomasa se incrementara demasiado, dicha instalación podría volver a ser más rentable que la nueva. PROYECTOTRABAJO FIN DE GRADO Estudio de viabilidad de la instalación de una caldera de biomasa como medio alternativo a la instalación de gas propano actual para el secadero de una cooperativa en la provincia de Huesca BIBLIOGRAFÍA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Bibliografía Enrique Veintemilla Marín. Ingeniero Técnico Agrícola 1 BRETO, S. (2009). “El Plan Energético de Aragón 2005-2012 y las energías renovables”. Aragón exterior, nº 29. Departamento de Economía, Hacienda y Empleo, Gobierno de Aragón. España. Ley 7/2006, de 22 de junio, de protección ambiental de Aragón. Boletín Oficial de Aragón, 17 de julio de 2006, nº 81. INSTITUTO ARAGONÉS DE ESTADÍSTICA (IAEST) (2012). Datos Básicos de Aragón, 2012. Zaragoza, Gobierno de Aragón. MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO; INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGÍA (IDAE). (2005). Plan de Energías Renovables en España 2005-2010. Madrid, Gobierno de España. MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO; INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGÍA (IDAE). (2011). Plan de Energías Renovables en España 2011-2020. Madrid, Gobierno de España. MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO; INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGÍA (IDAE). (2007). “Energía de la Biomasa”. Manuales de energías renovables, nº2. Madrid, Gobierno de España SOTO, S. (2005). “La energía en Aragón”. Informes económicos, nº 8. Departamento de Economía, Hacienda y Empleo, Gobierno de Aragón. Páginas web: www.energias-renovables.com www.infoagro.com www.magrama.gob.es gnf.unizar.es www.mourlan.com www.combustiblesaragon.com