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DIGESTION DE LODOS Y COGENERACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Producto Final – Anexo No. 10
Digestión de Lodos y Cogeneración
Producto Final Julio 2011
Anexo No. 10
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TABLA DE CONTENIDO
DIGESTION DE LODOS
Introducción ........................................................................................................................................ 1
1. Tecnologías de Estabilización ....................................................................................................... 2
1.1 Digestión anaerobia – Criterios de diseño ................................................................................... 4
1.1.1 Cargas ...................................................................................................................................... 5
1.1.2. Dimensionamiento del Digestor Anaerobio Convencional ...................................................... 6
1.2 Planos Relacionados ................................................................................................................... 8
1.3 Estrategias de Operación ............................................................................................................. 8
2. Cogeneración ................................................................................................................................. 9
2.1 Terminología .............................................................................................................................. 12
2.2 Energía Eléctrica ........................................................................................................................ 12
2.3 Recuperación de Energía Térmica ............................................................................................. 13
2.4 Demanda Eléctrica de la Fase II de la PTAR El Salitre.............................................................. 15
2.5 Selección de Motores Generadores ........................................................................................... 16
2.6 Confiabilidad de la actual red de energía eléctrica..................................................................... 17
2.7 Sistema de recuperación de calor ............................................................................................. 18
2.8 Sistema de Cogeneración .......................................................................................................... 21
2.9 Generadores en Stand-by .......................................................................................................... 22
2.10 Consideraciones de diseño ...................................................................................................... 23
2.11 Contratación e Implementación ................................................................................................ 23
3. Gasómetro .................................................................................................................................... 23
3.1 Criterios de diseño ...................................................................................................................... 24
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Anexo No. 10
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LISTA DE TABLAS
Tabla No. 1 Ventajas y Desventajas de Diferentes Procesos de Estabilización de Lodos(1)
.......... 2
Tabla No. 2 Sólidos de los Digestores Anaerobios/Tiempo de Retención Hidráulico ..................... 5
Tabla No. 3 Diseño de Carga de Lodos (Ton/día) ........................................................................... 5
Tabla No. 4 Carga y Balance de Sólidos ......................................................................................... 6
Tabla No. 5 Cálculos de Volumen ................................................................................................... 6
Tabla No. 6 Dimensionamiento del Digestor ................................................................................... 7
Tabla No. 7 Concentración de alimentación WAS calculada .......................................................... 7
Tabla No. 8 Tiempo de Retención Hidráulico (Días) ....................................................................... 8
Tabla No. 9 Criterios de Diseño para el Sistema de Digestión Anaerobia ...................................... 9
Tabla No. 10 Potencial Energético del Gas generado en el Digestor para el Valor de Diseño al
Año 2040 ................................................................................................................................ 10
Tabla No. 11 Tiempo de Retención Hidráulica en el Digestor Anaerobio Bases de Diseño ......... 11
Tabla No. 12 Proyecciones de Caudal de Gas y Potencial Energético ......................................... 12
Tabla No. 13 Potencia Eléctrico de Salida Bajo Distintas Eficiencias en los Motores Operando
con Gas de los Digestores ..................................................................................................... 13
Tabla No. 14 Energía Térmica de Salida con un Porcentaje de Eficiencia de Recuperación de
Calor del 37,5%...................................................................................................................... 14
Tabla No. 15 Demanda Calórica Total para Calentamiento Líquido de los Digestores y
Mantenimiento (2.040) ........................................................................................................... 14
Tabla No. 16 Demanda Calórica de los Digestores y Energía Térmica de Salida (Año 2.040) .... 15
Tabla No. 17 Ahorro Potencial en Costos – Eficiencia del Motor Vs. Potencia de Salida (Año
2.025) ..................................................................................................................................... 16
Tabla No. 18 Capacidad de calentamiento del sistema digestor individual bajo condiciones
máximas de frio(1)
................................................................................................................... 20
Tabla No. 19 Valor de diseño ........................................................................................................ 21
Tabla No. 20 Capacidad de los Generadores Diesel en Stand-by ................................................ 22
Tabla No. 21 Criterios de diseño del Gasómetro ........................................................................... 24
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Introducción
En Marzo 3 de 2010 se presentó el informe titulado “ALTERNATIVAS de TRATAMIENTO de SOLIDOS”, a partir del cual se han ajustado las condiciones particulares que permiten definir la selección y diseño de la estabilización de los lodos.
El caudal de diseño y las cargas para la expansión de la PTAR El Salitre fase II han sido
revisadas y confirmadas. Las cotizaciones preliminares para digestores en forma de huevo
construidos en acero fueron extremadamente altas y superaron el presupuesto. Estas
unidades fueron instaladas en Medellín. Debido a las fusiones corporativas solamente un
proveedor, CBI, presta sus servicios al mercado de Norteamérica y Sudamérica. La
competencia es limitada para fabricar en acero digestores en forma de huevo.
Con el fin de reducir el costo del proyecto se propone la siguiente estrategia de
implementación.
Continuar la operación y mantenimiento de los digestores mesofílicos existentes. Como parte de los requerimientos de contratación, el equipo mecánico será inspeccionado y reformado cuando sea necesario. El digestor existente ha estado en operación por más de 10 años.
Los nuevos digestores propuestos serán anaerobios mesofílicos convencionales,
similares en diseño a las unidades existentes que serán adicionadas para la expansión de la PTAR El Salitre en su fase II. Históricamente la alimentación de lodos a los digestores anaerobios mesofílicos ha estado en un rango entre 4 y 5 % de sólidos. Actualmente, más instalaciones están siendo diseñadas o modificadas en las operaciones de espesamiento existentes para obtener una concentración en la alimentación de sólidos entre 5 y 7 % para maximizar el volumen útil del digestor.
Se presenta la alternativa de digestión en forma de huevo (Ver Planos M-76 y M-77), la cual puede ser adoptada y modificada en el diseño final en vez del digestor convencional presentado.
Los contratistas podrán presentar propuestas basadas en el rendimiento de un
paquete completo de digestor anaerobio (tanque y equipo mecánico). Por ejemplo, CBI ofrece el sistema mecánico completo para sus digestores en forma de huevo.
Los criterios de diseño, los requisitos de rendimiento y las condiciones de la garantía
se especificarán con el fin de garantizar que se ofrecen sistemas de digestión anaerobia comparables (tamaño y calidad).
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1. Tecnologías de Estabilización
La Tabla No. 1 presenta un resumen de las diferentes ventajas y desventajas de los
principales procesos de estabilización usados hoy en día.
Tabla No. 1
Ventajas y Desventajas de Diferentes Procesos de Estabilización de Lodos(1)
Proceso Ventaja Desventaja
Digestión Anaeróbia
Buena destrucción de SSV (40% al
60%) Requiere operarios experimentados
Los costos operacionales pueden
ser más bajos si el gas metano es
usado.
Puede presentar espumas
Ampliamente aplicado
Las bacterias metanogénicas crecen
lentamente; por lo tanto algunas
veces podría acidificarse el digestor.
Los biosólidos pueden usarse en
agricultura
Se recupera lentamente de choques
de carga
Reduce la masa total de lodo El sobrenadante es rico en amonio y
fósforo.
Bajo requerimientos de energía Dificultad de limpieza (Escorias y
arenas)
Puede generar molestias por olores
resultantes de los procesos
anaeróbios
Altos costos iniciales
Potencial para generar Struvita
(Deposito mineral)
Problemas de seguridad debido a
gases inflamables.
Digestión Anaeróbia
Avanzada
Excelente destrucción de sólidos
volátiles Requiere operarios experimentados
Puede producir biosólidos Clase A
controlándose el tiempo y la
temperatura
Puede requerir mantenimiento
intensivo
Puede incrementar la producción
de biogás
(Ver digestión anaeróbia para otras
desventajas)
Puede reducir el tiempo de
retención de sólidos Altos costos de energía
Bajo costo inicial, particularmente
para pequeñas plantas
Sobrenadante menos ofensivo que
en los procesos anaeróbios
Generalmente reduce menos SSV
que los procesos anaeróbios
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Tabla No. 1
Ventajas y Desventajas de Diferentes Procesos de Estabilización de Lodos(1)
Proceso Ventaja Desventaja
Digestión Aeróbia
Control operacional simple Reduce pH y alcalinidad
Ampliamente aplicado Puede propagar patógenos a través
de la liberación accidental de gases
Si se diseña apropiadamente, no
genera molestias por olores
Los biosólidos son por lo general
más difíciles de deshidratar por
medios mecánicos
Reduce la masa total de lodo Su operación se afecta por
temperaturas frías
Puede generar espumas
Digestión Aeróbica
Autotérmica
Termofílica
Reduce los tiempos de retención
hidráulicos comparada con los
procesos convencionales de
digestión aeróbica y anaeróbica
Altos costos de energía
Reducción de volumen Puede generar espumas
Requiere operarios experimentados
Pasteurización del lodo
Puede generar olores
Reducción de patógenos Requiere deshidratación del 18% al
30 % en sólidos
Compostaje
Producto de alta calidad, puede ser
vendido como producto para uso
agrícola
Requiere un agente aglomerante
Puede ser combinado con otros
procesos
Requiere inyección de aire o volteo
manual
Bajos costos iniciales (pila estática
y ventana)
Potencial para propagar patógenos a
través del polvo
Altos costos operacionales (energía,
empleados, químicos o los tres).
Requiere grandes áreas
Potencial de olores
Estabilización con
Cal
Bajo costo de capital
Los biosólidos no siempre son
apropiados para su aprovechamiento
Uso de químicos
Fácil Operación El costo total del manejo de
productos es específico de la zona
Adecuado como método provisional
o de emergencia
El volumen de biosólidos a manejar
se incrementa
Caídas de pH después del
tratamiento.
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Tabla No. 1
Ventajas y Desventajas de Diferentes Procesos de Estabilización de Lodos(1)
Proceso Ventaja Desventaja
Pueden generar malos olores y
crecimiento biológico
Estabilización
Alcalina Avanzada
Produce un biosólido de alta
calidad (clase A)
Intensivos requerimientos de
operación
Puede arrancar rápidamente Requiere una delicada operación de
adición de químicos
Excelente en reducción de
patógenos
Potencial de Olores
El volumen de biosólidos a manejar
se incrementa
Requiere grandes áreas (1) MOP-8 Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 2010
Para definir el proceso de estabilización a implementar en la optimización de la PTAR El Salitre se tuvo en cuenta aspectos tales como: Las limitaciones de disponibilidad de terreno, el deseo de los futuros operarios de tener bajos consumos energéticos y de químicos, el aprovechamiento de los biosólidos generados y el uso de la infraestructura ya existente de la Planta. Por estas razones, la digestión anaerobia es el proceso de estabilización recomendado.
1.1 Digestión anaerobia – Criterios de diseño
El diseño contempla que los biosólidos de la PTAR El Salitre se reusarán benéficamente fuera de la PTAR y que los requerimientos a cumplir serán los de un biosólido clase B según el Código de las Regulaciones Federales de Estados Unidos, Título 40 Acápite 503 (The United States Code of Federal Regulations Tittle 40 Part 503). Los objetivos de tratamiento establecidos para este análisis son los siguientes:
Reducción de sólidos volátiles: La destrucción estimada en los procesos de digestión anaerobia será mayor al 40% para las condiciones de carga máxima mensual de la combinación de lodo primario y secundario.
Reducción de Patógenos: La densidad de patógenos estimada en el producto residual estabilizado será menor a 2.000.000 NMP (Número Más Probable) o UFC (Unidades Formadoras de Colonias) por peso gramo seco para Coliformes Fecales. La densidad de patógenos de Coliformes Fecales debe ser calculada del promedio geométrico de siete (7) muestras recolectadas después de la estabilización.
Para cumplir con estos objetivos en los procesos de digestión anaerobia se recomiendan las siguientes características:
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Digestores anaerobios mesofílicos de estado simple
Temperaturas de operación entre 35°C y 38°C
Carga de sólidos volátiles menores a 150 lbs SV/día por 1.000 pies3
Un reactor equipado con adecuados sistemas de calentamiento para el control de la temperatura.
Un reactor equipado con adecuados sistemas de mezclado para mejorar la eficiencia del proceso.
Las cargas hidráulicas de diseño y los tiempos de retención requeridos para alcanzar estos objetivos se muestran en la Tabla No. 2.
Tabla No. 2
Sólidos de los Digestores Anaerobios/Tiempo de Retención Hidráulico
Capacidad Total
(Todos en servicio)
Capacidad Real
(Uno fuera de servicio)
Condición de carga Anual
Promedio > 22 días > 20 días
Condición de Carga Mensual
Máxima > 20 días > 15 días
1.1.1 Cargas
El diseño de carga fue calculado usando el modelo Biowin, tal como se muestra a continuación en la Tabla No. 3.
Tabla No. 3
Diseño de Carga de Lodos (Ton/día)
Promedio
Anual
2040
Valor
de
Diseño
Máximo
Mensual
Sólidos de los Clarificadores Primarios
(Sólidos Primarios + Arenas) 89,0 119,3 147,9
Lodos Activados de desecho, WAS (0,7-1,0 ST) 122,2 146,6 171,3
Sólidos espesados que alimentan el digestor a 5,0 ST 190,0 239,5 287,3
Carga de sólidos para el equipo de deshidratación 110,2 139,0 174,1
Torta de lodos deshidratados 104,7 132,1 165,4
La Tabla No. 4, presenta el balance de sólidos basado en las cargas presentadas en la Tabla No. 3 para los sólidos espesados que alimentan al digestor.
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Tabla No. 4 Carga y Balance de Sólidos
2040
Promedio Anual
Valor de
Diseño
Máximo Mensual
Sólidos Espesados (TPD) 190,0 239,5 287,3
Alimentación a los Digestores (lb/dia) 418.137 526.937 631.990
Concentración de Sólidos (% Peso Seco) 5,0 +/- 5,0 5,0
1.1.2. Dimensionamiento del Digestor Anaerobio Convencional
El dimensionamiento del volumen del tanque inicial se resume en la Tabla No. 5.
Tabla No. 5
Cálculos de Volumen
Valor de Diseño Máximo Mensual
Concentración de Sólido (%) 5 5
Carga de Sólido (lb/día) 526.937 631.990
(TPD) 239,5 287,3
Tiempo Retención Hidráulico Mínimo (días) 20 15
Mínimo (MG) 25.27 22.73
Volumen (m3) 95,657 86,042
Nota: 1x 106galones (1 MG) = 3785,4 m3
El volumen mínimo de digestión es de 96.391 m3 considerando un digestor anaerobio
existente fuera de servicio. En la Tabla No. 6 se resume el tamaño inicial del tanque (Ver
Plano M-78).
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Tabla No. 6
Dimensionamiento del Digestor
Parámetros del
Digestor
Digestores
Existentes
Digestores
Nuevos
Número 2 8
Diámetro (m) 26,8 29,0
Profundidad del Canal del agua (m) 14,2 14,3
Volumen de cada Digestor (m3) 8.035,5 10.140
Volumen Total (m3) 16.071,1 80.320
Volumen Total Combinado (m3) 96,391
La concentración de alimentación del WAS a los digestores bajo diferentes condiciones de diseño se muestran en la Tabla No. 7.
Tabla No. 7
Concentración de alimentación WAS calculada
Sólidos Totales a los Digestores
Tiempo de retención hidráulico de diseño
(Días)
Concentración de alimentación WAS
Requerido
(% de ST)(3)
Diseño
(% de ST)
A. Año 2040
Promedio Anual
(6-8 meses/año)
418.137 lb/dia
(190,0 TPD)
20(1)
3,91 5,0
B. Valor de Diseño
(2-3 meses/año)
526.937 lb/día
(239,5 TPD)
20(1)
4,92 5,0
C. Máximo mensual
(1 mes/año)
631.990 lb/día
(287,3 TPD)
15(1)
20(2)
4,43
5,91
5,0
(1)Criterios de Diseño. (2) Para un máximo mensual solo un tiempo de retención hidráulica de diseño de 15 días es requerido. Un Tiempo de retención de 20 días puede ser mejorado si la alimentación de los WAS es espesado a un porcentaje del 6 %. (3)1% Sólidos Totales = 10,000 mg/L.
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El tiempo de retención hidráulico y de sólidos se muestran en la Tabla No. 8.
Tabla No. 8
Tiempo de Retención Hidráulico (Días)
Volumen (m
3) Valor de Diseño
Máximo Mensual
Todos los tanques en servicio 105.238 22,0 18,3
1 Tanque existente fuera de
servicio
96.391 20,3 16,9
1 Nuevo tanque fuera de servicio 95.324 20,0(1)
16,6
Nota: Durante las condiciones del Valor de Diseño con un nuevo tanque fuera de servicio, la concentración de los sólidos de alimentación es incrementada a 5.1 % por el incremento de la dosis de polímero.
1.2 Planos Relacionados
N⁰ del Plano Nombre del Plano
M-03 Diagrama de flujo del Proceso de Digestión Anaerobia y Deshidratación de
sólidos
M-05 Diagrama de Cogeneración – Opciones
M-76
M-77
Digestores en forma de Huevo – Diagrama de flujo del proceso
Digestor en Forma de Huevo – Planta de Localización
M-78 Digestor Anaerobio Convencional – Configuración general
M-79 Digestores en forma de Huevo – Elevación
M-80 Diagrama de procesos - compresor del digestor con sistema “Cannon Mixer”
M-81 Sistema típico de gas del digestor
1.3 Estrategias de Operación Los digestores anaerobios serán diseñados para operar a temperaturas mesofílicas de 35ºC a 37ºC y no habrá suministros para operar a rangos de temperaturas termofílicas de 55ºC a 60ºC. La temperatura del lodo no deberá variar más que en -17.22 ºC de la desviación estándar de la temperatura del tanque principal. La digestión anaerobia requiere de un alto desempeño. El objetivo es reducir los sólidos que entran al digestor se concentren mediante el espesamiento a un 5% de contenido de sólido total para alcanzar tiempos de retención hidráulica en operación normal a 20 días. La variación en los sólidos totales a través de cada digestor deberá no ser mayor que un 10% de la desviación estándar de los sólidos totales principales para el digestor cuando la
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concentración de los sólidos totales principales en el digestor sea de al menos 2,75% de sólidos por peso seco. El sistema de mezclado deberá estar diseñado para mantener un volumen del digestor activo en un exceso del 90%.
2. Cogeneración
Introducción
Los lodos primarios y los lodos activados de desecho generados en la PTAR El Salitre
deben ser estabilizados en digestores anaerobios mesofílicos de alta tasa. Las cargas de
sólidos y el balance de masa para la digestión anaerobia se encuentran basados en el
Valor de Diseño para el año 2.040 y se resumen en la Tabla No. 9. Estos valores se
desarrollaron usando el Modelo Biowin para Lodos Activados.
Tabla No. 9 Criterios de Diseño para el Sistema de Digestión Anaerobia
Criterio Unidad Valor
Lodo Primario/Arenas Ton SST/día
Ton SSV/día
119,3
83,5
Lodos Activados de Desecho (WAS) Ton SST/día
Ton SSV/día
146,8
94,6
Lodos Primarios Totales y WAS Ton SST/día
Ton SSV/día
266,1
178,1
Total Sólidos espesados que alimentan el digestor Ton SST/día
Ton SSV/día
239,4
160,2
Carga de sólidos saliente del digestor para el equipo de deshidratación Ton SST/día
Ton SSV/día
139,2
89,6
SSV destruidos en el Digestor Ton SSV/día 70,6
Destrucción de SSV porcentaje 44,1%
Producción de Gas m3/hora 2.504
Nota: Valor de Diseño para Año 2040 – Producto No. 6 – Anexo No. 1 Resultados BioWin
Los Digestores Anaerobios producen continuamente un valioso gas con un alto contenido
de metano. Esta es una fuente importante de energía renovable.
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La producción de gas y la valiosa energía potencial del gas de digestor generado a
condiciones de diseño se muestran en la Tabla No. 10.
Tabla No. 10 Potencial Energético del Gas generado en el Digestor para el Valor de Diseño al Año 2040
Carga del Digestor Unidad Valor
Contenido de Metano Porcentaje 67,26%
(1)
Caudal de Gas m
3/hora
SCFM SCFH
2.504(1)
1.474 88.440
Calor de Calentamiento (LHV)(2)
BTU/CF(3)
600
Potencial Energético
BTU/hora MMBTUH
KWH GJ/hora
53.064.000 53,06 15.552 55,98
(1)Referencia: Producto No. 6 – Anexo No. 1 Resultados BioWin (2)Cálculo con un Valor Calorífico más Bajo (LHV, del inglés Lower Heat Value) de 600 BTU/CF (21.194
BTU/m3) para el gas de digestión. El LHV no incluye la pérdida de energía invertida en la
vaporización del agua contenida en el gas de los digestores (Calor de Vaporización de Agua). (3)BTU/CF = BTU/pié3
La energía potencial generada del gas del digestor está en función de la carga de sólidos
suspendidos volátiles (Ton/día) entregada y destruida en los digestores anaerobios. Las
cargas de sólidos a los digestores se incrementarán a lo largo del proyecto para el año
2.040 en respuesta al crecimiento de la población. Las cargas variarán cada año durante
los periodos secos y de lluvia. Por lo tanto, el análisis de las opciones de recuperación del
gas del digestor como combustible debe estar basado en las tasas de producción mínimas
y máximas.
En el pasado, las cargas de sólidos a la PTAR El Salitre han sido extremadamente
variables debido al sistema de recolección y al depósito de sólidos en el Canal de Aguas
Negras. Con la construcción de la nueva fase de obras, el Canal de Aguas Negras solo
será usado para almacenamiento temporal del exceso de flujo en temporada de lluvias.
Como los caudales en el Área de Servicio de la PTAR El Salitre aumentan, las obras del
sistema de recolección deben operar más cerca a la capacidad de diseño y transportar más
caudal a la Planta en respuesta a los patrones diurnos de uso del agua. La variabilidad en
la carga de sólidos afluente a la PTAR Salitre deberá disminuir en el futuro.
La variabilidad de las cargas contaminantes ha sido simulada en tres escenarios.
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Promedio Anual: Estas proyecciones fueron desarrolladas a partir del historial de
cargas de la Planta (Ton/día). Los caudales fueron ajustados con base en prácticas
reales. La carga futura de desechos fue calculada en proporción a las proyecciones
de población estimada. Estas condiciones podrán existir 3 – 7 meses al año,
dependiendo del uso del agua y los patrones climáticos.
Valor de Diseño: Estas condiciones constituyen la base de diseño de la Planta para
el año 2.040. Diversos factores generan cargas de choque en la Planta (las
poblaciones permanentes y transitorias, las contribuciones comerciales e
industriales, las cantidades de entrada al sistema de recolección, etc.). Se prevé que
durante los años 2.030 a 2.040 el Valor de Diseño para las cargas se alcanzará
durante 3 a 6 meses al año.
Máximo Mensual: Los caudales y las cargas son calculados como 1,25 del Valor de
Diseño con base en registros históricos y prácticas estandarizadas de diseño. Esta
condición puede ocurrir durante 3 a 6 semanas al año, dependiendo de una serie de
variables (patrón climático, cantidad del caudal de entrada, prácticas en sistema de
recolección, etc).
Los digestores anaerobios son dimensionados para almacenar y estabilizar los sólidos (con un digestor fuera de servicio por mantenimiento) como se muestra a continuación en la Tabla No. 11.
Tabla No. 11 Tiempo de Retención Hidráulica en el Digestor Anaerobio
Bases de Diseño
Condiciones de Diseño Tiempo de Retención Hidráulica
Días
Valor de Diseño 20
Máximo Mensual 15
En el dimensionamiento de las unidades de cogeneración que utilizan gas de los digestores
como combustible, es prudente utilizar las tasas de producción de gas correspondientes al
rango comprendido entre la condición Promedio Anual y el Valor de Diseño. El uso de las
tasas de producción de gas correspondientes a la condición Máxima Mensual, llevaría a un
sobredimensionamiento con altas inversiones de capital, e implicarían el uso de equipo de
conmutación. Con tiempos de retención entre 15 y 20 días en los digestores anaerobios, las
tasas “pico” de generación de gas para la condición Máxima Mensual, pueden reducirse o
extenderse por largos periodos de tiempo.
Para el establecimiento de los criterios de diseño del sistema de cogeneración, solo se
tendrán en cuenta las producciones de gas calculadas para las condiciones Promedio
Anual y Valor de Diseño. Durante la condición Máxima Mensual, solo se utilizará para
cogeneración la cantidad de gas equivalente a la condición Valor de Diseño. El exceso de
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gas generado en este período se puede utilizar como combustible complementario para los
sistemas secundarios de recuperación de calor; así mismo, dicho exceso de gas puede ser
almacenado o quemado en sistemas de combustión por llama.
En la Tabla No. 12 se muestran los caudales proyectados de producción de gas en los digestores, así como el potencial de producción de energía en KWh, tanto para la condición Promedio Anual como para el Valor de diseño, al año 2.040.
Tabla No. 12 Proyecciones de Caudal de Gas y Potencial Energético
Promedio Anual Valor de Diseño
Año Caudal de Gas
(scfm)
Potencial Energético
(KWh)
Caudal de Gas
(scfm)
Potencial Energético
(KWh)
2.015 906 9.550 1.331 14.042
2.025 1.002 10.562 1.433 15.118
2.040 1.005 11.068 1.474 15.552
Nota: Cálculo con un Valor Calorífico más Bajo (LHV, del inglés Lower Heat Value) de 600 BTU/CF (21.194 BTU/m3) para el gas de digestión. El LHV no incluye el calor procedente de la vaporización del agua contenida en el gas combustible.
2.1 Terminología
El sistema de cogeneración producirá tanto energía eléctrica expresada en kilowatts (KW) o
Kilowatts/hora (KWh), como energía térmica. La energía térmica se proveerá en forma de
agua caliente recuperada tanto del encamizamiento del motor, como del gas expulsado.
Dicha energía térmica se expresa como BTU x 106/hora (MMBTUH).
2.2 Energía Eléctrica
La mayoría de sistemas de cogeneración (que combinan calor y energía) para plantas
grandes que usan gas de digestores como combustibles, operan con motores internos de
combustión alternativa. Los fabricantes más importantes de motores han desarrollado
recientemente unidades avanzadas de combustión interna, las cuales economizan
combustible, y reducen el mantenimiento y las emisiones. Dos tipos genéricos de motor de
combustión interna son: (1) motores de encendido por chispa y (2) motores de combustible
dual (gas-diesel) de encendido por compresión.
Los avances más técnicos se han hecho en materia de sistemas generadores con motores
de encendido por chispa, con una eficiencia neta eléctrica de salida de entre
aproximadamente el 35% y el 40%. La eficiencia eléctrica de salida para unidades duales
(gas-diesel) de encendido por compresión se encuentra entre el 32% y el 37%.
Cuando el gas de digestores se usa como combustible en un motor de combustión interna,
el agua es uno de los productos de la combustión, para luego ser convertida en vapor. El
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DIGESTION DE LODOS Y COGENERACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
motor no tiene oportunidad de convertir este calor en trabajo. El calor total generado por la
combustión de una cantidad determinada de gas de digestores se conoce como Valor
Calorífico más Alto (HHV, del inglés Higher Heat Value).
Así mismo, el Valor Calorífico más Bajo (LHV, del inglés Lower Heat Value) de un gas,
corresponde al HHV menos el calor utilizado para evaporar el agua formada por la
combustión.
El contenido de metano calculado por el modelo Biowin corresponde al 67,26% (ver Tabla
No. 9). Un valor de diseño típico para el contenido de metano en el gas de digestores,
corresponde al 60%. El LHV utilizado para los cálculos es de 600 BTU/CF (21.194 BTU/m3),
con base en el porcentaje más alto de gas metano (67,26%) proyectado en el gas de los
digestores.
La Tabla No. 13 muestra distintos potenciales de generación eléctrica de acuerdo a
distintas eficiencias en los motores.
Tabla No. 13
Potencia Eléctrico de Salida Bajo Distintas Eficiencias en los Motores Operando con Gas de
los Digestores
Potencia Eléctrica de Salida
Año Eficiencia Eléctrica (%) Promedio Anual (KWh) Valor de Diseño (KWh)
2.015 33,8 3.152 4.634
35,0 3.343 4.915
37,5 3.581 5.266
40,0 3.820 5.617
2.025 33,0 3.485 4.989
35,0 3.697 5.291
37,5 3.961 5.669
40,0 4.225 6.047
2.040 33,0 3.652 5.133
35,0 3.874 5.443
37,5 4.151 5.832
40,0 4.427 6.221
Nota: Ver Tabla No. 11 para los caudales de gas y potenciales energéticos para los años 2.015, 2.025 y 2.040
Dependiendo del tipo de motor de combustión interna seleccionado para la cogeneración,
se esperaría una capacidad de generación de energía de entre 4.200 KW y 6.000 KW, para
las condiciones de diseño del año 2.040.
2.3 Recuperación de Energía Térmica
La recuperación de energía térmica en motores alternativos de combustión interna, incluye
tanto recuperación de calor del encamizado del motor, como del gas de escape. Alrededor
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Anexo No. 10
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DIGESTION DE LODOS Y COGENERACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
de entre el 35% y el 40% de la energía de entrada puede ser capturada como energía a la
salida en forma de agua caliente. Los nuevos motores avanzados recuperan entre el 37,5%
y el 40% de la energía térmica disponible. La Tabla No. 14 muestra eficiencias esperadas
de recuperación de calor para distintos años.
Tabla No. 14
Energía Térmica de Salida con un Porcentaje de Eficiencia de Recuperación de Calor del
37,5%
La energía térmica disponible proveniente de los motores de cogeneración puede ser
utilizada para calentar los digestores, de manera que se pueda conseguir tanto
calentamiento del líquido, como demandas de mantenimiento del sistema digestor. La
Tabla No. 15 muestra la demanda calórica total para las funciones anteriormente
mencionadas.
Tabla No. 15
Demanda Calórica Total para Calentamiento Líquido de los Digestores y Mantenimiento (2.040)
Durante las primeras etapas del proyecto, se requerirá combustible suplementario o una
pequeña cantidad de gas de los digestores, para suplir la demanda calórica total para
calentamiento líquido y mantenimiento, bajo condiciones Promedio Anual y con clima frío.
La Tabla No. 16 muestra tanto demandas calóricas de los digestores, como valores de
energía térmica de salida proyectados para el año 2.040.
Año
Promedio Anual
(MMBTUH)
Valor de Diseño
(MMBTUH)
2.015 12,23 17,97
2.025 13,53 19,35
2.040 14,18 19,90
Condición
Condiciones
Climáticas Normales
(MMBTUH)
Condiciones Máximas en
Clima Frío (MMBTUH)
Promedio Anual 15,92 16,98
Valor de Diseño 17,75 18,81
Máxima Mensual 21,81 26,10(1)
Nota: (1) La demanda calórica para mantenimiento se calculó con 3 digestores existentes y 8 digestores nuevos en la PTAR.
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Anexo No. 10
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DIGESTION DE LODOS Y COGENERACION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI
Tabla No. 16
Demanda Calórica de los Digestores y Energía Térmica de Salida (Año 2.040)
Año 2040
Demanda Calórica de los Digestores
(MMBTUH)
Energía Térmica de Salida @ 37,5% de
Eficiencia de Recuperación (MMBTUH)
Promedio
Anual 15,92 – 16,98 14,18
Valor de
Diseño 17,75 – 18,81 19,90
El balance final de calor depende de la selección y eficiencia del sistema de combustión
interna.
2.4 Demanda Eléctrica de la Fase II de la PTAR El Salitre
La PTAR existente cuenta con dos sistemas generadores de 3.000 KW a base de motores
alternativos de combustión interna con diesel. La demanda eléctrica operativa es de
aproximadamente 2.400 KW dependiendo del número de bombas afluentes y efluentes en
operación. Para la Fase II de la PTAR, se calcula una demanda eléctrica operativa entre
aproximadamente 18.000 KW y 20.000 KW. En varios casos, los motores son
sobredimensionados en el diseño preliminar, para este en particular, se usa la demanda de
18.000 KW como un caso realista de carga operativa. Dicha demanda ocurriría durante
temporada de lluvias con los siguientes eventos concurrentes:
Un evento en temporada de lluvias con un periodo de retorno de 3 años o más,
durante el cual el caudal de entrada a la PTAR se incrementa hasta 14 m3/s o más.
Las bombas de afluente se encuentran trabajando con 14 m3/s hacia la nueva fase
de la planta.
Durante el evento de lluvia ocurre la falla de algún componente en la red eléctrica o
en la distribución, por causa de rayos, vientos, lluvia, etc. El suministro eléctrico
externo hacia la PTAR cesa por hasta 12 horas.
El sistema de sopladores para los tanques de aireación tiene la demanda eléctrica
más grande, con 11 sopladores con motores de 1.500 HP (1.120 KW) instalados y
dimensionados para alcanzar la demanda de oxígeno máxima diaria. Durante el
evento de lluvia solo 14 m3/s de agua residual cruda diluida llegan al tratamiento
secundario. El caudal remanente es conducido hacia la estación de bombeo
existente (±7,5 m3/s), y hacia el canal de amortiguación. Se asume que el caudal de
agua residual cruda diluida tiene una carga contaminante inferior a la máxima diaria
de diseño. Solo 7 u 8 sopladores se necesitarían para alcanzar la demanda de
oxígeno en los tanques de aireación.
El resto de la PTAR continúa operando con algunas cargas eléctricas reducidas.
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Bajo este escenario, la demanda eléctrica es de aproximadamente 18.000 KW. Esta
demanda puede suplirse por medio de una combinación de unidades de cogeneración y
motores generadores en stand-by.
2.5 Selección de Motores Generadores
En la Tabla No. 13 se muestran distintas potenciales eléctricos de salida para diferentes
eficiencias de los motores. Para el funcionamiento con gas de digestores, los motores
generadores más eficientes corresponden a sistemas de encendido por chispa. La
eficiencia de potencia eléctrica de salida fluctúa entre el 33% y el 40% dependiendo de la
tecnología de encendido. Ejemplificando el caso de la condición Promedio Anual para el
año 2.025 (ver Tabla No. 13), en la Tabla No. 17 se muestran los ahorros anuales
potenciales en costos para motores de distinta tecnología.
Tabla No. 17
Ahorro Potencial en Costos – Eficiencia del Motor Vs. Potencia de Salida (Año 2.025)
Tecnología de
Encendido
Porcentaje de
Eficiencia del Motor
Energía Eléctrica de
Salida (KWh)(2)
Costo Eléctrico
Equivalente Anual
(USD)(1)
Motor A (Encendido por
Compresión) 33,0% 3.485 $ 3.663.432
Motor B (Encendido por
Chispa) 37,5% 3.961 $ 4.163.803
Diferencia
$ 500.371
(1)Costo eléctrico estimado con USD 0,12/KWh (2)Condición de diseño Promedio Anual para el 2.025
El ahorro anual en costos eléctricos se estima en USD 500.371 por año. Para un periodo
de operación del proyecto de 25 años, el ahorro total en costos asociados a energía sería
superior a los USD 12.500.000, con motores de encendido por chispa con un incremento
del 4,5% en eficiencia. Para las condiciones requeridas de transformación de gas en
energía, el Consorcio ha seleccionado un generador utilizado en un proyecto similar en
U.S.A., con las siguientes características:
Tecnología: Motor/generador alternativo de encendido por chispa.
Gas digerido de entrada: 520 scfm @ 600 BTU/CF (883 m3/h @ 21.194 BTU/m3).
Energía de entrada: 5.480 KW.
Energía de Salida: 2.140 KW.
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Eficiencia energética de salida: 39,1%.
Eficiencia térmica de salida (encamizamiento + gas de escape): 7,2 MMBTUH.
Eficiencia térmica de salida: 38,5%.
El Consorcio recomienda motores alternantes de encendido por chispa con la más alta
eficiencia posible, para el sistema de cogeneración de la PTAR El Salitre. Los fabricantes
de motores han desarrollado recientemente, motores de combustión interna con encendido
por chispa de gran capacidad, con ahorro de combustible, requerimientos de mantenimiento
reducidos, y bajas emisiones.
Las unidades de cogeneración que usan motores alternantes con encendido por chispa,
operarán solo con gas de los digestores. La configuración óptima corresponde a una en que
los motores de gas son encendidos por chispa, y los motores de diesel con encendidos por
compresión. Los motores de encendido por compresión requieren una cantidad mínima de
diesel de entre el 25% y el 50% para mantener un consumo mezclado de combustible. Por
ejemplo, si se seleccionara un motor específico para combustible dual y el 25% de la
energía de entrada tuviese que obtenerse a partir de diesel, el Propietario del proyecto se
vería obligado a proveer diesel para el motor con el fin de co-combustionar el gas del
digestor y el diesel combustible. Sin embargo, el motor de combustible dual permite
cogeneración cuando la producción de gas se reduce.
El mercado de motores alternantes de encendido por chispa se encuentra desarrollando
muchos cambios técnicos. Adicionalmente, los motores en el rango entre 3.000 KW y 4.000
KW son unidades de diseño especial. Los fabricantes son muy competitivos y por lo tanto
renuentes a revelar información clave sobre motores ampliamente especializados, hasta el
momento de la licitación en proyectos. Debido a lo anteriormente expuesto, la información
específica sobre algunos motores específicos, no está siempre disponible.
Para el caso de unidades de encendido por chispa y de alimentación simple, utilizando
solamente gas de los digestores, el Consorcio recomienda instalar una capacidad de salida
de 6.000 KW (calculada con base en una producción de gas para el proyecto de 1.474
scfm, con 600 BTU/CF o 15.552 KWh de potencial energético, para el Valor de Diseño al
año 2.040). Para tal condición, se requerirían como mínimo cuatro (4) unidades
generadoras de motor en operación, y una unidad adicional en stand-by.
2.6 Confiabilidad de la actual red de energía eléctrica
En el taller de Octubre se discutió con los representantes del Banco Mundial, acerca de la
necesidad de instalar capacidad de generación de potencia de reserva, que sea rentable,
adicional a las instalaciones de cogeneración (con gas metano de los digestores como
combustible).
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Los cortes de energía reportados históricamente en la PTAR El Salitre, se encuentran en un
rango de entre unos minutos, hasta 2 horas. Los cortes de energía más extensos han sido
ocasionados por el robo de cables de extensión, por parte de terceros. En general, la
energía en Bogotá es suministrada por múltiples plantas de generación eléctrica. En el taller
se acordó el siguiente plan de acción:
i. En caso de una baja de energía eléctrica en la Planta, los elementos esenciales de
esta operarán con energía de reserva producida en los generadores existentes en
stand-by, y en las unidades propuestas de cogeneración. Para la condición descrita
anteriormente, la generación total de energía en la planta estará en el rango
comprendido entre 1.000 kwh y 9.000 kwh.
ii. Las unidades de proceso de alta energía serian cerradas. Esto incluye los
sopladores de la aireación, las centrifugas de deshidratación, y otras unidades
seleccionadas. Se establecerían prioridades en el uso de la carga eléctrica.
iii. Pérdidas de energía de entre 2 y 3 horas impactarían negativamente en el
desempeño de la Planta. Se tiene previsto que el límite de concentración en el
efluente de 30 mg/l para DBO y SST, podría ser excedido por un día. El requisito
reglamentario actual consiste en producir un efluente con menos de 30 mg/l de
DBO y SST, calculados sobre un promedio mensual. De acuerdo con lo anterior, el
desempeño de la Planta cumpliría con este estándar regulatorio mensual para el
efluente.
iv. En el futuro, se tiene previsto instalar sistema de distribución de gas natural en los
alrededores de la PTAR El Salitre. Las unidades de cogeneración serán diseñadas
para agregar equipos en el futuro, con el fin de operar tanto con gas metano del
digestor, como con gas natural comprado.
2.7 Sistema de recuperación de calor
I. El sistema de recuperación de calor, debe recobrar calor de la chaqueta de
enfriamiento del motor, y del sistema de escape del motor, en forma de un circuito
de agua caliente, denominado circuito de agua del recuperador de calor. El agua
caliente producida debe ser usada para calentar los digestores de la planta. El
sistema de recuperación de calor suministrado como parte del paquete de
cogeneración debe incluir (sin limitarse solo a estos aspectos) intercambiadores de
calor, tubería/uniones para agua caliente, bombas de agua accionadas por motor,
instrumentos, válvulas de control de temperatura, controles del sistema, y todos los
demás equipos requeridos para componer un sistema completo y operable.
II. El sistema de cogeneración debe ser suministrado con un intercambiador de calor
para enfriamiento de calor, un intercambiador de calor para enfriamiento del aire de
carga, y un intercambiador de calor para vertido del exceso de calor. El (los)
circuito(s) de agua para enfriamiento del motor y los sistemas intercambiadores de
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calor, deben ser diseñados para enfriar adecuadamente el bloque del motor, turbo
cargar aire, y engrasar mientras se opera continuamente bajo carga completa, con
un 50% de etilenglicol refrigerante. El agua para enfriamiento del motor y el agua
para enfriamiento del aire de carga, deben ser circuladas a través del motor y sus
respectivos intercambiadores de calor, por medio de bombas montadas en el
motor.
El intercambiador de calor para enfriamiento del motor y el sistema para
recuperación de calor del escape, deben transferir calor del circuito de agua para
enfriamiento del motor y el silenciador del escape, hacia el circuito de agua del
recuperador de calor. La bomba del circuito de agua del recuperador de calor debe
circular agua calentada hacia el circuito primario de agua caliente del
intercambiador de calor de los digestores.
III. El sistema de recuperación de calor deberá tener las siguientes características de
diseño:
Capacidad térmica de recuperación calculada
Con un 37,5% de eficiencia térmica ………………………………... 19,9 MMBTUH
IV. Requisitos de calentamiento de los Digestores Anaeróbicos
La planta existente tiene actualmente tres digestores anaerobios estabilizando
sólidos primarios. Estas unidades serán modificadas para procesar una
combinación de sólidos primarios y lodos activados de desecho, generados en el
nuevo tratamiento secundario. Se suministrarán ocho nuevos tanques digestores
anaeróbicos.
Cada digestor debe estar equipado con un intercambiador de calor agua-a-lodo
independiente. Este intercambiador de calor debe ser dimensionado para alcanzar
la demanda calórica de conservación, bajo condiciones máximas de clima frio, con
los digestores operando bajo la máxima tasa de carga líquida (con el mínimo
tiempo de retención hidráulica). Con base en esta condición de carga, los sistemas
individuales para calentamiento de los digestores deben ser dimensionados con la
siguiente capacidad de calentamiento (ver Tabla No. 18):
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Tabla No. 18 Capacidad de calentamiento del sistema digestor individual bajo condiciones máximas de
frio(1)
Descripción Digestores existentes
Digestores nuevos
Volumen del digestor (Litros) 10.218.076 12.057.069 Tiempo de residencia del digestor (días) 15,0 15,0 Flujo volumétrico del digestor (litros/día) 681.204 803.806 Aumento de Temperatura (15,5°C a 32,2°C) 1,667 1,667 Tasa de calentamiento liquido (MMBTUH/UNIT) 1,825 2,153 Tasa de calentamiento de conservación (MMBTUH/UNIT) 0,309 0.309 Demanda calórica total (MMBTUH/UNIT) 2,134 2,462 Demanda calórica de diseño por digestor (MMBTUH) 2,2 2,5 Número total de unidades de digestión 3 8 Demanda calórica total del sistema (MMBTUH) 6,6 20,0
(1) Máxima carga líquida mensual igual a 1,25 veces el Caudal de Diseño
El contratista debe confirmar que haya suficiente capacidad de transferencia de
calor disponible en el sistema existente de digestores anaeróbicos, como para
alcanzar aproximadamente 2,2 MMBTUH de capacidad de calentamiento por
tanque; así mismo debe confirmar que el sistema de transferencia de calor y el
equipo, pueden ser modificados para conseguir integración con los requerimientos
de calentamiento de todos los digestores anaeróbicos de la planta.
El contratista debe dimensionar el equipo de transferencia de calor de los nuevos
digestores, para alcanzar una tasa mínima de transferencia de calor de 2,5
MMBTUH por tanque. Todo el sistema debe ser diseñado en torno a un circuito
primario de recirculación de agua caliente. Debe suministrase un total de once (11)
circuitos secundarios de calentamiento (uno por digestor), con suficiente flujo
volumétrico para alcanzar los requerimientos de calentamiento, con base en las
temperaturas operativas para los circuitos.
Para el año 2.040, bajo las condiciones de diseño, se estima una demanda térmica
de calentamiento de 18,81 MMBTUH bajo condiciones máximas de clima frío. La
capacidad térmica recuperable de las unidades de cogeneración, debe ser usada
primero que todo para calentar los digestores. Los requerimientos de calor de
exceso necesarios para calentar los digestores anaeróbicos durante la condición
máxima mensual, serán obtenidos utilizando el gas de los digestores como
combustible. La capacidad de calderas de apoyo, utilizando el gas de los
digestores como combustible, debe dimensionarse para 25 MMBTUH. La
capacidad de calderas debe consistir de unidades existentes y nuevas unidades.
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Anexo No. 10
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2.8 Sistema de Cogeneración
i. El contratista debe suministrar e instalar un sistema de generación con motor para
trabajo continuo de encendido por chispa, que incluya equipo para recuperación de
calor del sistema de refrigeración, equipo para recuperación de calor del sistema de
escape, tuberías, intercambiadores de calor, radiadores, sistema de combustión por
medio de gas de los digestores, controles para el motor, controles para el
generador, controles para sincronización y alineación, baterías para encendido del
motor, cargador, y dispositivos para control automático y manual. El conjunto
formado por el motor generador y el sistema de recuperación de calor, debe
denominarse como sistema de “cogeneración”. La capacidad total de generación
eléctrica debe ser de 6.000 kW con un motor generador fuera de servicio.
ii. Los motores del sistema de cogeneración deben ser diseñados y provistos con
equipo para acondicionar y operar con un 100% de biogás generado en los
digestores de la planta. Es posible que en el futuro haya disponibilidad de gas
natural en el sitio de la planta. Las unidades de cogeneración deben ser diseñadas
para permitir el acople de nuevos equipos en el futuro, de manera que los motores
del sistema permitan la operación tanto con un 100% de biogás proveniente de los
digestores, como con un 100% de gas natural, o como con cualquier combinación
de los dos combustibles, con una transición sin problemas.
iii. El contratista debe ser responsable por suministro tanto del sistema de
cogeneración, como de las instalaciones para digestión anaeróbica. El sistema de
recuperación de calor debe calentar y mantener el contenido de los digestores
anaeróbicos a temperaturas mesofílicas (35° C / 95° F).
iv. Los motores de los generadores eléctricos deben tener un porcentaje mínimo de
eficiencia eléctrica del 38%. La potencia eléctrica de salida y la eficiencia deben
calcularse en concordancia con la norma ISO: la potencia de salida y las
condiciones estándar de acuerdo a la norma ISO 3045/1-1991; y el factor de
potencia (p.f., del inglés power factor) = 1,0 de acuerdo a la norma VDE 0530 REM,
con las respectivas tolerancias. Las características proyectadas para el gas de los
digestores son las siguientes (ver Tabla No. 19):
Tabla No. 19 Valor de diseño
Año de diseño 2.040 Caudal de gas (SCFM) 1.474 Contenido de metano (%) 67,28 Calor de calentamiento (BTU/SCF como LHV) 600
Debe efectuarse un análisis de valor presente con base en la energía eléctrica adicional
producida con una eficiencia eléctrica por encima del 37,5%, para el sistema generador
seleccionado, desde el año 2.015 has el 2.040. Se abonará un descuento del ahorro en
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costos eléctricos al costo total de la licitación base, según el análisis de valor presente neto.
Los detalles para los procedimientos y los parámetros a ser usados para los cálculos se
describirán en los Procedimientos de Licitación.
2.9 Generadores en Stand-by
La Tabla No. 20 resume los requerimientos para los generadores en stand by.
Tabla No. 20
Capacidad de los Generadores Diesel en Stand-by
Parámetro
Generador con Gas de
los Digestores
Generador
Dual
Demanda Eléctrica Operativa (KW) 18.000 18.000
Capacidad Instalada de Cogeneración (KW) 6.000 7.000
Capacidad de Cogeneración Disponible Operativamente
(KW) 3.600 – 6.000(1)
7.000(2)
Capacidad necesaria en el Generador Diesel en Stand-
by (KW) 12.000 – 14.000 11.000
Capacidad Instalada del Generador con Espacio para 1
Unidad Futura en Stan-by (KW) 14.000 11.000 (1)Ver Tabla No. 12 para potencia eléctrica de salida disponible del gas de los digestores. Se asume una eficiencia eléctrica del motor de aproximadamente el 38%. La producción de gas varía a lo largo del año y se incrementa desde el 2.015 hasta el 2.040 a medida que la población aumenta. (2) El motor dual puede usar diesel cuando la producción de gas es baja.
En el evento en que se suspenda la energía eléctrica en la PTAR El Salitre por un periodo,
ya sea corto o largo, se puede generar energía internamente en la Planta de dos maneras:
por medio de los motores de cogeneración, o por medio de los generadores diesel en
stand-by.
La demanda eléctrica operativa de 18.000 Kw fue calculada de manera que la planta pueda
permanecer en operación durante caudales en temporada de lluvias con altos niveles en el
río Bogotá. Se recomienda dejar espacio disponible para la instalación futura de una unidad
de funcionamiento con diesel en stand-by. Esto permitiría al personal de la planta conservar
completamente la capacidad energética de reserva y reducir las operaciones no esenciales,
y por lo tanto la carga de los motores durante un evento en temporada de lluvias de 12
horas.
Durante los primeros años, la demanda de energía de reserva va a ser menor a18.000 Kw,
debido a los bajos requerimientos de oxígeno en los tanques de aireación.
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2.10 Consideraciones de diseño
La PTAR El Salitre, se encuentra ubicada a una elevación de aproximadamente 2.500
m.s.n.m, con una presión atmosférica baja. Este hecho impacta negativamente el
funcionamiento de los motores de combustión a base del gas de los digestores, debido a
que la altitud reduce la capacidad de este tipo de generadores (se debe proveer mayor
capacidad generadora para utilizar gas de los digestores y suplir las necesidades eléctricas
de la planta. El impacto varía según el tipo de motor.
2.11 Contratación e Implementación
Las especificaciones técnicas para motores de cogeneración se desarrollarán con base en
el desempeño. Junto con los requisitos técnicos de los digestores anaerobios, se
coordinarán los requerimientos de alimentación del líquido proveniente de los digestores y
temperatura del tanque, para las unidades recuperadoras de calor.
El Contratista será responsable de la obtención de todos los permisos ambientales para
emisiones.
3. Gasómetro
El biogás generado en la PTAR El Salitre será almacenado en un gasómetro de membrana
dual. Se requerirán 2 unidades con un volumen de 3.000 m3 cada una. Cada gasómetro
deberá tener:
Una (1) membrana de gas inerte.
Una (1) membrana de aire externa.
Ventiladores.
Sensores de nivel.
Sistema de detección de gas.
Alivio de presión de gas y de aire.
Las dos membranas serán las partes principales de las cuales constará el gasómetro
Duosfera:
Membrana interna: Almacenará el gas. Deberá inflarse o desinflarse según el suministro de
gas. Deberá conectarse con una membrana externa para asegurar una geometría uniforme,
en todas las etapas de inflación o deflación.
Membrana exterior: Deberá ser constantemente inflada para mantener el gas almacenado a
una presión constante.
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3.1 Criterios de diseño
Los criterios de diseño se encuentran basados en el Valor de Diseño para el Año 2.040 y se resumen en la Tabla No. 21.
Tabla No. 21
Criterios de diseño del Gasómetro
Caudal de gas (m3/s) – (SFCM) 41,7 - 1.474
(1)
Número de gasómetros 2
Capacidad de almacenamiento del gas para cada gasómetro (horas) 1,2 mínimo
Volumen por gasómetro (m3) 3.000
Presión Máxima (psi) 0,35
(1) Valor de diseño (Año 2.040).