Date post: | 12-Dec-2014 |
Category: |
Documents |
Upload: | tulio-cesar-cunalata-m |
View: | 125 times |
Download: | 0 times |
PLAN DE TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN ELECTROMECÁNICA
1. TÍTULO DEL PROYECTO
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE DE BIOGAS PARA
USO DOMÉSTICO EN LA HACIENDA SAN FRANCISCO.”
2. UNIDAD RESPONSABLE
Carrera de Ingeniería Electromecánica
3. RESPONSABLE DEL PROYECTO
Julio Cesar Cunalata Moran.
4. COLABORADORES CIENTÍFICOS
Ing. Pablo Mena (ESPE-Latacunga)
Ing. Oscar Artiaga (ESPE-Latacunga)
5. ÁREA DE INFLUENCIA
Área Medioambiental
Sector Agroindustrial
Región Central del País
6. ANTECEDENTES
La Hacienda San Francisco se encuentra ubicada al norte de la Provincia
de Cotopaxi a 400 metros de la piedra Colorada, la Hacienda tiene como
actividad la producción de leche y de rosas para exportación y cuenta
con 300 personas que elaboran, en sus instalaciones cuenta con un
biodigestor que tiene una capacidad de producir 1200 m3/dia de biogás,
el cual podría ser utilizado como sustituto del GLP, la empresa consume
9 cilindros de 45 Kg semanales para la elaboración de alimentos y
actualmente tiene un costo 29 USD c/u, es decir mensualmente tienen un
egreso de 1000 dólares, estos gastos podrían ser evitados mediante la
implementación de un sistema de transporte de biogás.
El biogás es un combustible natural, no fósil, de alto poder calorífico
dependiendo el contenido de gas metano. El aprovechamiento de biogás
comprende básicamente su uso como combustible para la generación
eléctrica en generadores, turbinas, calderas, para la alimentación a la red
de gas natural y como combustible para vehículos.
El biogás no se quema ni explota con facilidad. No se puede quemar solo,
sino que necesita una mezcla de aire-biogás para que se encienda.
Para el transporte y aprovechamiento de biogás se requiere de la
instalación de un tren de calibración de biogás para controlar la presión,
medir el caudal del biogás, medir la concentración de CH4, calibrar la
presión de servicio , cierre automático del paso del biogás, corta llamas,
etc.
7. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La empresa AGROGANA utiliza considerables cantidades de GLP
diariamente, para la cocción de alimentos, que son consumidos por el
gran número de personal que laboran en sus instalaciones, incurriendo
en pagos elevados, los cuales repercuten en la economía de la empresa.
Al contar con un biodigestor el cual se encuentra actualmente
produciendo biogás se plantea la posibilidad de transportarlo para poder
de esta manera reducir los gastos que se generan al consumir el GLP.
DESCRIPCIÓN RESUMIDA DEL PROYECTO
El presente proyecto tiene como finalidad el diseño de la línea de
conducción de biogás la cual debe cumplir ciertos requerimientos
mínimos como son la válvula de cierre, filtro de biogás, sensor de
presiones mínimas, manómetro, válvula check (para biogás-bajas
presiones), compensadores, soplador atex (antideflagrante-antichispa),
reguladora de recirculación y descarga, control de temperatura, sensor de
presión máxima, medición de presiones máxima y mínimas, válvula anti
explosión.
El biogás o gas metano, que resulta menos peligroso que el Propano
utilizados en las ciudades, se produce en un digestor o biodigestor, es
importante que la instalación esté en el exterior o si no en un sitio con
ventanas o puertas siempre abiertas.
A continuación se muestra un esquema básico.
La cocina utilizadas en la Hacienda San Francisco deberán ser adaptadas
para funcionar a biogás, para esto se diseñara diferentes sistemas que
permitan que la cocina funcione a biogás.
8. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Debido a la producción de biogás que se obtiene del biodigestor de la
hacienda San Francisco se puede implementar un sistema para el
transporte del biogás, el cual permitirá aprovechar el biogás y poderlo
sustituir por el GLP.
Los beneficios son varios, tanto económicos como de ayuda a la
conservación del medio ambiente, además de poner en la mira a la
Escuela Politécnica del Ejército como pionera en la investigación de este
tipo de tecnologías.
9. PROYECTOS RELACIONADOS
Ninguno
10.OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de transporte de biogás para uso doméstico en la
Hacienda San Francisco.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar el sustento teórico necesario para el desarrollo del proyecto.
Diseñar el sistema de manejo de biogás.
Diseñar la red de tuberías para el transporte del biogás.
Diseñar el filtro de H2S
Realizar el levantamiento topográfico para la línea de conducción.
11.METAS
Sustento teórico de los biodigestores y de los gases durante el primer
mes.
Sustento teórico de la combustión de los gases y conducción del
biogás durante el segundo mes.
Sustento teórico de selección de tuberías de conducción de gases
durante el tercer mes.
Sistema de conducción y manejo de biogás durante el cuarto y quinto
mes.
Diseño del sistema de tren de calibración para el biogás durante el
sexto y séptimo mes.
Diseño de las tuberías de conducción del biogás durante el séptimo y
octavo mes.
Manual de operación y mantenimiento durante el noveno mes.
12.HIPÓTESIS:
¿Mediante el diseño de un sistema para conducción de biogás se
puede reducir el consumo de Gas Licuado de Petróleo en la Hacienda
San Francisco?
13.VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN:
VARIABLES INDEPENDIENTES:
Reducción del consumo del Gas Licuado de Petróleo.
VARIABLES DEPENDIENTES:
Diseño del sistema de conducción de biogás.
Transporte de biogás.
14.MARCO TEÓRICO
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE DE BIOGAS PARA
USO DOMESTICO EN LA HACIENDA SAN FARNCISCO.”
1. BIOGAS
2. TRANSPORTE Y MANEJO DEL BIOGAS.
1. BIOGÁS.
El biogás es un producto del metabolismo de ciertas bacterias que
participan en la descomposición de tejidos orgánicos en ambiente húmedo
y carente de oxígeno. A su vez, durante el proceso de descomposición,
algunos compuestos orgánicos son transformados a minerales, los cuales
pueden ser utilizados fácilmente como fertilizantes para los cultivos.
Composición del Biogás
El biogás lo constituye una mezcla de gases y su composición (Tabla 1)
depende del tipo de residuo orgánico utilizado para su producción y de las
condiciones en que se procesa.
La mezcla debe purificarse, si va a ser utilizada como combustible en
motores de explosión. Se eliminan: El gas carbónico haciendo burbujear el
biogás a través de agua, el ácido sulfhídrico haciéndolo burbujear a través
de una solución de soda cáustica en agua que contiene sulfato de cobre
disuelto o pasándolo por una trampa de limadura de hierro (esponjilla de
alambre), o con la introducción de pequeñas cantidades de aire (3% a 5%
del volumen del depósito del biogás) reduciendo así hasta en un 95% el
ácido sulfhídrico producido. La humedad se elimina circulando el biogás
entre cloruro de calcio o silica gel.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS
Componentes Fórmula Química Porcentaje
Metano CH4 60-70
Gas Carbónico CO2 30-40
Hidrógeno H2 1.0
Nitrógeno N2 0.5
Monóxido de carbono CO 0.1
Oxígeno O2 0.1
Ácido Sulfhídrico H2S 0.1
Fuente: Adaptado del Instituto de Investigaciones Eléctricas de México.
2. TRANSPORTE Y MANEJO DE BIOGAS.
El campo de los gases es muy amplio y diverso, estando presentes en el
mundo industrial como materia prima, producto intermedio, producto
acabado o residuo. Sin las medidas adecuadas de Seguridad, estas
sustancias pueden dar lugar a intoxicaciones, incendios y explosiones.
Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y
presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy
baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se
desvían en forma considerable de las de gases ideales.
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las
moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho
mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta
entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la
presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o número de moles ( n).
Se puede empezar definiendo los gases como aquellas sustancias cuya
temperatura de ebullición es inferior a la temperatura ambiente.
Atendiendo a su forma de almacenamiento, los gases se pueden dividir
en:
Gases permanentes: no se pueden licuar a temperatura
ambiente.
Gases licuados: se pueden licuar a temperatura ambiente.
Gases disueltos: gases disueltos a presión en un disolvente, que
puede estar absorbido por un material poroso.
Gases permanentemente licuados: refrigerados a temperaturas
muy bajas.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS PRINCIPALES:
Las principales características físicas de los gases son las siguientes:
Densidad relativa: Es la relación entre la densidad del gas y del aire
en las mismas condiciones de presión y temperatura. Si es mayor que
uno indicará la tendencia del gas a acumularse en zonas bajas; en
caso contrario tenderá a ascender.
Presión de vapor: Es la presión a la cual se encuentran en equilibrio
las fases líquidas y gas.
Temperatura crítica: Es la temperatura a partir de la cual no es
posible licuar un gas por compresión isoterma.
CARACTERÍSTICAS DE RIESGO
Las características de riesgo más relevantes de los gases son las
siguientes:
Inflamabilidad: Son gases inflamables aquellos que, a la presión
normal y mezclados con el aire, pueden entrar en combustión al
aplicar una fuente de ignición.
Toxicidad: Son gases tóxicos aquellos que por inhalación, ingestión o
penetración cutánea, pueden entrañar riesgos graves, agudos o
crónicos e incluso la muerte.
Reactividad: Son gases reactivos aquellos que por sus propiedades
químicas pueden reaccionar consigo mismos o con otros productos,
de forma no deseable. Hay varios tipos:
Comburentes.
Combustibles/inflamables.
Corrosivos.
Inestables.
DISTRIBUCIÓN DE GASES
Existen tres sistemas para la distribución de gases:
Gases canalizados.
Gases envasados.
Gases a granel.
Gases Canalizados
Este sistema de distribución está caracterizado por una distribución
continua del gas. Se clasifica a su vez en función de la presión máxima:
Baja presión (0.05 bar).
Media presión (0.4 - 4 bar).
Alta presión (16 - 45 bar).
Los elementos característicos que configuran este tipo de sistemas son los
siguientes:
Tuberías
Uniones soldadas o mecánicas.
Reguladores y contadores.
Filtros.
Válvulas manuales y automáticas
Gases envasados
Las especificaciones de los envases para la distribución de gases se
encuentran reflejadas en la ITC-MIE-AP7 "Botellas y Botellones de Gases
Comprimidos, Licuados y Disueltos a Presión" del Reglamento de
Aparatos a Presión. Por su parte, el transporte de estos envases por
carretera está sujeto a las condiciones fijadas en el Reglamento de
Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera.
Para procurar centrar el desarrollo del tema en los riesgos asociados a la
manipulación durante la situación y uso de los envases y en los centros de
consumo, se darán una serie de recomendaciones generales:
Se considera conveniente consultar con el proveedor cualquier tipo de
duda.
El propietario de la instalación de consumo ha de designar a una
persona encargada de la manipulación de los envases, que ha de
poseer una formación y experiencia adecuados.
No conectar los envases a instalaciones eléctricas y mantenerlos
alejados de cualquier fuente de calor.
No se trasvasará gas de una botella a otra si no es por personal
cualificado.
Ante cualquier fuga situar la botella en el exterior, señalizando la
incidencia y avisando inmediatamente al proveedor.
Se verificará un mantenimiento preventivo con objeto de mantener el
equipo empleado en perfecto estado.
En las instalaciones receptoras para este tipo de distribución se utilizan
equipos comunes a los descritos para el caso de distribución por
canalizaciones.
ALMACENAMIENTO DE GASES
Las características de los almacenamientos de materias gaseosas
dependen mucho de la naturaleza y la forma de distribución de éstas. La
principal norma en la que nos basaremos es la siguiente:
ITC-MIE-APQ-005. "Almacenamiento de botellas y botellones de
gases comprimidos, licuados y disueltos a presión".
15. METODOLOGÍA DE DESARROLLO DEL PROYECTO
Para la elaboración de este proyecto se realizará una investigación de tipo
Bibliográfica/Documental, de donde se obtendrá y analizará la información
de diversos tipos de documentos técnicos, tesis, libros, revistas, papers,
enlaces electrónicos, etc., para conocer los fundamentos teóricos de
transporte del biogás, así como sus componentes y funcionamiento,
además sobre la producción de biogás para el uso doméstico y para
producir energía calorífica.
Se empleará un método inductivo-deductivo, para buscar y seleccionar la
mejor alternativa de transporte del biogás, dependiendo de un análisis
costo-beneficio y se desarrollara experimentalmente la implementación.
16.PLAN ANALÍTICO
CAPÍTULO I
1. MARCO TEÓRICO
1.1. BIODIGESTORES
1.2. PRODUCCION DE BIOGAS
1.3. MANEJO DE BIOGAS
1.4. SISTEMA DE TRANSPORTE DE BIOGAS
1.5.REQUERIMIENTOS PARA EL ACONDICIONAMIENTO DEL
SUMINISTRO DE BIOGAS A LA COCINA
1.6.DIFERENTES APLICACIONES DE USO DOMESTICO CON
BIOGAS.
CAPÍTULO II
2. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE BIOGAS
2.1.PARAMETROS DE DISEÑO
2.2.ESPECIFICACIONES TECNICAS
2.3.DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DEL
BIOGAS.
2.4.DISEÑO Y/O SELECCIÓN DE COMPONENTES
2.5.DISEÑO DE SEGURIDAD DE ALIMENTACION PARA LA COCINA.
CAPÍTULO III
3. ANÁLISIS FINANCIERO DE COSTOS.
3.1.COSTO DEL PROYECTO.
3.2.RENTABILIDAD DEL PROYECTO.
CAPÍTULO IV
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
4.1. CONCLUSIONES
4.2. RECOMENDACIONES
17.CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
CONTENIDO/TIEMPOMESES Y SEMANAS
NOVIEMBRE
DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4Recopilar el sustento teórico de biodigestores
Recopilar el sustento teórico de los gases
Recopilar el sustento teórico de la colección del biogásObservación de plantas de manejo de gases
Recopilar el sustento teórico de selección de tuberías
Diseñar el sistema de colección del biogas
Diseñar el sistema de manejo de biogásDiseñar el sistema de conducción del biogásDiseño del sistema de tren de calibración del biogásDiseño de las tuberías de conducción del biogás
Elaboración del manual de operación
Preparación del trabajo escrito
Finalización del
proyecto
18.PRESUPUESTO:
FINANCIAMIENTO
Los costos serán solventados directamente por la “Hacienda San Francisco”.
DESCRIPCIÓN COSTO ($)
Transporte 300
Alimentación 350
Suministros y Papelería 300
Gastos Varios 400
TOTAL 1350
19.BIBLIOGRAFÍA Y ENLACE :
MONCAYO, G., ROMERO. Dimensionamiento, diseño y
construcción de biodigestores y plantas de biogás. Aqualimpia
Beratende Ingenieure, 2008.
MOTT,ROBERT L. Mecánica de Fluidos sexta Edición, Cap. 10,
Cap. 12, Cap. 18, Cap. 19.
JOSEPH EDWARD SHIGLEY. Diseño de Ingeniería Mecánica de
Shigley. Cap. 2, Cap. 8, Cap.9.
Guardado Chacón, J. A. “Diseño, Construcción, Operación y
Mantenimiento de Pequeñas Plantas de Biogás”. Curso Postgrado.
UNAICC. Villa Clara. 2000.
20.DURACIÓN DEL PROYECTO:
Ocho meses aproximadamente a partir de la aprobación del proyecto.
21.FECHA DE INICIACIÓN:
A partir de la aprobación del proyecto.
22.FECHA DE PRESENTACIÓN DEL PROYECTO:
Julio del 2013.
FIRMA DE COLABORADORES CIENTÍFICOS:
Ing. Pablo Mena Ing. Mario Jiménez
DIRECTOR CODIRECTOR
FIRMA DEL EJECUTOR DEL PROYECTO:
Sr. Julio Cunalata
CI: 180420507-6