Propuesta de rediseño de una planta generadora de energía eléctrica que utiliza la biomas-energía del nopal "caso Tlalpujahua-Maravatío”

Abstract

RESUMEN: El uso eficiente de los procesos de conversión de la energía eléctrica es la parte medular del presente proyecto. La energía eléctrica es un tipo de energía secundaria que parte de procesos de transformación de una energía primaria. El capítulo I se analiza los tipos de energía a nivel mundial que parten para la transformación a energía eléctrica, diversas fuentes son utilizadas como lo es la energía solar. La energía eólica, la energía mareomotriz, la energía nuclear, la termoeléctrica, la carboelétrica y derivados del petróleo, así como de energías renovables, que se encuentran en último lugar porcentual. Su porcentaje de participación a nivel mundial se describe también en los temas conferidos al contenido de este capítulo. Se describe el uso de energía en México, pues desde este punto parte la necesidad del uso de energías renovables. Además, se analiza el proceso básico de transformación de la energía, en nuestro caso, el uso de biomasa-energía, que parte de la fermentación biológica de un tipo de materia orgánica (nopal) produciendo biogás para llegar a un motor de combustión interna, acoplado en su eje a un generador eléctrico en cuyas terminales tendremos la energía eléctrica. Los métodos resolutivos resolutivos son estudiados en el capítulo II. En este apartado se describe la materia prima que se usará para la transformación, el nopal, aquí se describe su cosecha, los tipos de nopales, el más común en México, los métodos de producción del mismo, así como su composición química. Posteriormente, se describe el proceso al cual se somete el nopal para obtener gas metano, se analizan las reacciones químicas y las etapas del proceso de metanización, estableciendo la etapa límite para conseguir la mejor calidad de biogás. La canalización de este producto lleva al motor de combustión interna, que este punto se describe su funcionamiento. Este motor se acopla al generador, por lo tanto, se analizan las ecuaciones que permiten determinar la calidad de la energía la salida del generador, por lo tanto, se analizan las ecuaciones que permiten determinar la calidad de la energía de salida del generador, su nivel de tensión y su frecuencia eléctrica, mismo parámetro que definen la construcción del generador síncrono. Determinados principios básicos de funcionamiento, en el capítulo III se aplica para la selección del generador. La ubicación de la planta es un aspecto importante que se denota es esta misma sección. Aquí se indica también la capacidad de la planta (1250kVA). Este valor es el medio por el cual empieza el cálculo de las capacidades de diseño, de consumo de biomasa-energía y de los equipos y motores que interactúan para llevar a cabo el objetivo de generar esta cantidad de energía. Se realiza el estudio de las mezclas nopal-estiércol para determinar cuál produce la mejor calidad de biomasa (la calidad es mejor cuanto mayor concentración de gas metano exista). A partir de esta determinación se llega a escoger la mejor mezcla para introducirla en el biodigestor, que es en donde se realizará el proceso químico que se describió en el capítulo II La cantidad y calidad de biogás se determina entonces para dimensionar los biodigestores. Mediante un plano, se propone la ubicación de los equipos e instrumentos de la planta, como lo es el trasformador, el generador, los biodigestores, los motores agitadores, los motores trituradores, los accesos a la planta, las áreas del manejo de bioabono y de carga y descarga de materia prima. Se calcula la instalación de gas, que es la que se transmite el biogás desde el biodigestor hacia el generador, así como los parámetros de salida del generador con base en sus valores de fábrica para proponer la capacidad y el tipo de transformador, así como también se calcula el valor de los conductores y las protecciones correspondientes a los equipos eléctricos que interactúan en la planta, además del proceso que se lleva a cabo desde la entrada de materia prima hasta las terminales del transformador. Cuando se sabe exactamente las capacidades de la planta, así como un diseño, procedemos el análisis socioeconómico en el capítulo IV, que parte en el análisis del beneficio social del uso de esta energía renovable para la población rural en Tlalpujahua Michoacán. En este capítulo se describen las ventajas que se tienen al usar este tipo de transformación de la energía, así como los productos del proceso como el biobano, la producción agrícola, entre otros factores, que llevan al ánimo de inversión de la planta, para la cual se presenta el presupuesto de inversión inicial, el análisis por etapa del proyecto, así como la cantidad de equipo, refacciones, instrumentos y material necesario para planear la planta físicamente en el terreno seleccionado. Finalmente se presentan conclusiones y recomendaciones en el capítulo V, se analiza el cumplimiento de los objetivos presentados en este proyecto, como se concretaron y plasmaron en el contenido de estas páginas y la recomendación a invertir en cuidar al planeta mediante energías renovables. ABSTRAC: The efficient use of the process of electric energy is the most important part in this Project. The electric energy is a secondary type of energy which derives of a primary source of energy transformation. In the chapter I; the types of energy are analyzed which derives from a primary source of energy and get to a finally type of energy, like solar power, tidal wave power nuclear power, thermoelectric power, coal power and oil products although as renewal energies, which are the less used percentage. Its participation in a global speaking are treated en this chapter. Also, the use of energy in Mexico is explained, which is the start point to the necessity of using renewal energies. Furthermore, the process of energy transformation is analyzed, which in our case in the use of biomass-energy, which parts of the formation of the fermentation a primary type of organic matter, to be explicit, nopal; this process produces biogas, which is conduced to an internal combustion engine that moves the shaft of a generator in whose terminals we have the energy wanted, the electric energy. In the chapter II the focus methods are studied, the same that we will use to affront the problematic in the chapter III, in this case, the qualities of the nopal, since its harvest to the types of nopals, the most common in Mexico, the chemistry composition and the production. After that the process to obtain the energy of the nopal´s biomass is described. The chemical reactions and stages of the process of methanization in which the limit stage to get the better quality of biogas. The canalization of this product is carried to the internal combustion engine, also, the operation and process of this point it is described. The engine coupling to the generator, therefore, the equations that can determine the quality of energy which exist from the generator is analyzed, the rated voltage and the electric frequency, that define the constitution of the synchronous generator. Once that operating basic principles are determined, in the chapter III are applicated to the generator selection. The ubication of the power plant is an important aspect that concerns to this section. Also the power plant capacity (1250kVA) is selected. From this point, we can start the design capacity, the biomass-energy consumption and the equipment end engines that interacts to achieve the goal of generate this energy quantity. The study of mixture nopal-manure are realized to determine which of them produces the best biogas quality (the quality is better while major methane gas exists). From these determinations, we know now the best mixture to introduce in the biodigestor, that is where the chemical process the described in the chapter II are realized. The quality and quantity of biogas is determined to design the biodigestor. With a plan, it is proposed the ubication of the equipment and instruments of the power plant, like transformer, the generator, the biodigesters, the stirring, engines, the crushers engines, the access to the plant, the places of management of the biofertilizers and the charge and discharge of raw material. The gas installation is calculated, which is the one that transmit the biogas from the biodigestor to the generator, as well as the output settings of the generator based on their factory values to propose the type and capacity of the transformer, as well as is calculated the driver values and protections which corresponds to the electric equipment that interacts in the power plant, besides the process from the raw material to the transformer terminals. When the power plant capacities are known, as well as its design, we proceed to the socioeconomic, analysis in the chapter IV that started from social benefit analysis of the use of this renewal energy to the Tlalpuljahua, Michoacán population. In this chapter, the advantages obtained in the use of this electric transformation is described, also the process products like the biofertilizer, the agricultural production, between other factors, to get the initial inversion of the power plant, the stage analysis of the project, as well as the equipment quantity, spare parts, instruments and material needed to get physically the power plant in the selected ground. Finally, the conclusions and recommendations are presented in the chapter V, the goal achievement of this project is analyzed, how finish and get the content of this pages and the recommendation to invest in care of the planet trough renewals energies.