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Ejercicios extra de examen (Gestión de Residuos)

Os dejo, para que practiquéis, ejercicios de exámenes de convocatorias pasadas.

5.- Valora, desde un punto de vista energético, la posibilidad de utilización del siguiente residuo:

(0.5 puntos)

6.- Si se pretende gasificar el material de la pregunta 5, sabiendo que sería necesario combustionar un 23 % del material para garantizar la autosuficiencia térmica del proceso, determina el rendimiento energético (MJ/kg de combustible) de gas caliente (energía química y energía térmica), sabiendo que el humo generado a 500 ºC se introduce en un intercambiador de calor pirotubular para calentar de 20 a 90 ºC un flujo de 2 kg/s de agua.

Consideraciones:

• Considera las siguientes reacciones de gasificación
• CHO (sin ajustar) + H₂O H₂ + CO
• la reacción Water-Gas Shift CO + H₂O H₂ + CO₂ en la que sólo reacciona el 50% en mol del CO generado en la reacción anterior
• que un 3 % del carbono del residuo se destina a la siguiente reacción:

C + 2H₂ → CH₄

no hay limitaciones de humedad.

• ΔH_CO: 10,10 MJ/kg CO
• ΔH_H2: 10,788 MJ/m³ H₂
• ΔH_CH4: 48,1 MJ/kg CH₄
• Densidad del H₂ 0.0899 kg/m³ en las condiciones de caldera (no supongas Condiciones Normales)

Cualquier otra constante que necesites será proporcionada durante el examen por el profesor.

b) Comenta el resultado obtenido

5.- Una central térmica produce energía eléctrica a partir de un carbón que presenta la siguiente composición (los porcentajes son dados en peso):

C: 75%; H: 3%; S: 1%; el resto es material mineral incombustible.

La administración local del municipio en el que se encuentra la central pretende aprobar una nueva legislación en la que se prohíbe la emisión de más de 0.010 kg de SO2/kg de combustible total quemado.

Para poder cumplir con la nueva legislación, el becario en prácticas de la central propone realizar una co-combustión con residuo biomásico. Haciendo un estudio de la zona próxima a la central, se encuentra disponibilidad de las siguientes biomasas:

Residuo 1.

Residuo 2

1. Estudiando las analíticas de los dos residuos, indica si es factible un aprovechamiento energético de los mismos. Justifica tu respuesta e indica que tipo de aprovechamiento energético utilizarías (considera la posibilidad de utilizar pretratamientos) (1 punto)
2. Selecciona el residuo más adecuada para el proceso de co-combustión indicado en el enunciado. Justifica tu respuesta. (0.5 puntos)
3. ¿Cuántos kg de residuo se deberían quemar por cada kg de carbón introducido en caldera para poder cumplir la nueva legislación?. ¿Cuántas toneladas de CO2 se emitirían a la atmósfera? ¿Aprobarías la decisión tomada? (3.5 puntos)

6.- A partir del residuo indicado en la analítica:

Property			Unit	Value			Std dev	Det lim	Lab	Date	Method	Remarks
				ar	dry	daf
	Proximate Analysis
		Moisture content	wt%	9.48	← Edit
		Ash content	wt%	2.68	2.96
		Volatile matter	wt%	72.13	79.68	82.11
		Fixed carbon	wt%	15.71	17.36	17.89					Calculated
	Ultimate Analysis
		Carbon	wt%	41.41	45.75	47.15					Measured
		Hydrogen	wt%	6.45	7.12	7.34					Measured
		Nitrogen	wt%	2.59	2.86	2.95					Measured
		Sulphur	wt%	0.15	0.17	0.18					Measured
		Oxygen	wt%	35.99	39.76	40.97					Calculated
		Total (with halides)	wt%	100.00	100.00	100.00					Calculated
	Calorific Values
		Net calorific value (LHV)	MJ/kg	15.30	17.16	17.68
		Gross calorific value (HHV)	MJ/kg	16.94	18.71	19.28
		HHVMilne	MJ/kg	17.98	19.87	20.47					Calculated
Chemical Analyses
	Halides
		Chlorine (Cl)	mg/kg	12 491.8	13 800.0	14 220.9					Measured

Se pretende realizar una gasificación en la se desarrollen las siguientes reacciones:

Combustión exotérmica de la biomasa

CHO (sin ajustar) + O₂ → CO₂ + H₂O ∆H = -395.400 KJ/mol de biomasa

Gasificación endotérmica de la biomasa

CHO (sin ajustar) + H₂O → H₂ + CO ∆H= 28441 kcal/mol de biomasa

Reacción Water-Gas Shift

CO + H₂O → H₂ + CO₂ ∆H=-42.000 kJ/mol de CO

(en ningún caso, el agua actuará como agente limitante de las reacciones)

1 cal = 4,18 J

a) Indica, según la analítica, para qué valorizaciones utilizarías esta material

b) ¿Qué porcentaje de la biomasa introducida en el reactor se destinará a combustionar y qué porcentaje a gasificar para que el reactor se mantenga energéticamente?

c) ¿Qué porcentaje de aire, referido al estequiométrico, se necesita para realizar el proceso según la condición fijada en el apartado a?

4.- Se quiere instalar una planta de generación eléctrica a partir de biomasa residual procedente de residuos agrarios con una capacidad de 3 MWe, funcionando una media de 5.000 horas anuales. El dibujo adjunto muestra las dos posibles ubicaciones de la planta, en torno a 12 municipios (M1, M2,… a M12) indicando las distancias entre los mismos y el tipo de vía de comunicación.

Se estima que:

– cada municipio tiene una superficie total dedicada a la variedad cerealística considerada para combustión en la central de 900 ha

– el rendimiento en producción de paja de la variedad cerealística considerada es de 4,5 t/ha

– las dimensiones de alpaca son constantes para todos los municipios, estableciéndose en 80x80x120 cm³ y como máximo, se pueden apilar 4 alpacas en vertical. La densidad de las alpacas es de 80 kg/m³.

– la ubicación 1 tiene a su disposición, además de la superficie necesaria para ejecutar el proyecto, una extensión de 9 ha. La ubicación 2 tiene a su disposición, aparte de la superficie necesaria para ejecutar la instalación, una extensión de 18 ha.

– la analítica de la biomasa a utilizar se muestra en la pregunta III.

– sin contradecir los datos del ejercicio, puedes añadir, justificando adecuadamente, todos los supuestos (con fundamento real) que consideres necesarios para la realización del ejercicio. SE VALORARÁ QUE EL CÁLCULO SE ADAPTE LO MÁS POSIBLE A UN CASO REAL.

Se pide:

1. Proponer y justificar (con todos los argumentos posibles) la ubicación más adecuada para la planta de generación eléctrica.
2. Establece un programa de actuación sobre la biomasa de los diferentes municipios, indicando sobre qué municipios se actúa en cada año y cómo se realizará la gestión de la biomasa, desde que se forma la alpaca hasta que esta llega a caldera. Advierte que la respuesta dependerá de la ubicación seleccionada para la planta.
3. Propón (justificando correctamente) y describe un tipo de caldera para esta instalación.
4. Calcula las toneladas de CO2 emitidas a la atmósfera en un año, por cada kg de residuo que se introduce a caldera, si combustionaras el primero de los residuos de la pregunta 3, tras el proceso de secado al 5%.

Abrazos luisferianos.