FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA INGENIERIA INDUSTRIAL UBICACIÓN GEOGRAFICA DE UNA PLANTA DE GENERACION ELECTRICA A PARTIR DE LA GASIFICACION DEL ACEITE DE PALMA Presentan: Shaina Karelis González Zambrano Gustavo Luis Padilla López Duván José Mendoza Ballesteros Albert Jesús Bermúdez Noriega Profesor Tutor: Arnaldo Verdeza Villalobos Trabajo de investigación 28/09/22 BARRANQUILLA, ATLÁNTICO REPÚBLICA DE COLOMBIA Resumen El objetivo del proyecto es obtener una ubicación geográfica adecuada para el montaje de una planta comercial de gasificación de biomasa. En este contexto, analizamos las condiciones de infraestructura adecuadas para el montaje y funcionamiento de la planta teniendo en cuenta los diferentes municipios cultivadores de palma africana, para proceder con la recolección de los residuos como lo es el cuesco o semilla de palma, ya que el aprovechamiento de esta biomasa es de gran interés para el sector agroindustrial de extracción de aceite de palma y da un valor agregado fomentando su uso en sistemas auto generadores Palabras clave: Gasificación de biomasa, Extracción de aceite de palma, Residuos. Abstract The objective of the project is to obtain a correct geographical location for the assembly of a commercial biomass gasification plant. In this context, we analyze the appropriate infrastructure conditions for the assembly and operation of the plant, taking into account the different palm oil producing municipalities to proceed with the collection of waste such as the palm kernel or seed, since the use of this biomass is of great interest for the agro- industrial sector of palm oil extraction and gives added value by promoting its use in self-generating systems. Keywords: Biomass gasification, Palm oil extraction, Waste. I. INTRODUCCIÓN Colombia hoy en día es muy dependiente de la energía hidroeléctrica y de los combustibles fósiles, el 67,7% de la electricidad del país proviene de la primera, mientras que el 26,3% proviene del gas natural y el 4,8% del carbón, condiciones que hacen que los suministros energéticos sean vulnerables a los fenómenos hidrológicos y ambientales. La disponibilidad de combustibles fósiles como el petróleo, del cual solo se estiman reservas para los próximos 6,2 años. Los suministros de energía alternativa, como la generación de electricidad a partir de fuentes alternativas y renovables, como los parques eólicos y los paneles fotovoltaicos, el objetivo es diversificar la canasta energética para fomentar el estudio de alternativas como la biomasa. (Colombia ocupa el 4to lugar en el mundo como productor de aceite de palma africano y el 1ero en América. Con una producción anual aproximada de 7.882.225 toneladas de racimos de frutos frescos.), son áreas prometedoras para superar esta alta dependencia. [1] Teniendo en cuenta esta información y los múltiples artículos que se refieren al tema de la energía alternativa frente a la problemática los combustibles fósiles encontramos diferentes conceptos y modelos que buscan una solución más sana al medioambiente y reducir así la dependencia a los energéticos no renovables. II. ESTADOS DEL ARTE A continuación, presentamos el estado del arte, donde a partir de la revisión bibliográfica y lectura crítica, se organizaron resultados de investigación relacionados con la línea de interés del presente proyecto La palma de aceite es la oleaginosa más productiva del planeta; una hectárea sembrada produce entre 6 y 10 veces más aceite que las demás. Colombia es el cuarto productor de aceite de palma en el mundo y el primero en América. Actualmente, el cultivo de la palma de aceite se encuentra en 161 municipios de 21 departamentos. [2] La descripción agroindustrial de la palma de aceite en un contexto internacional y nacional. Posteriormente, las características y flujos promedio de productos, subproductos son descritos. Se describen los usos actuales de la biomasa residual en el contexto colombiano, los hallazgos tecnológicos en cuanto a sistemas de conversión de bioenergía. La revisión realizada se enfoca en tecnologías de generación de energía térmica y eléctrica. Una revisión es llevada al cabo sobre sistemas de generación de potencia adaptados para uso con biomasa. Datos como eficiencia térmica, eléctrica, costos de inversión y mantenimiento son consolidados. Esta parte culmina con una revisión de los sistemas de cogeneración implementados en el proceso de extracción de aceite. En la última sección se realiza una revisión de los aspectos normativos en lo que concierne al impacto ambiental generado por combustión. Por otra parte, se describen las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por el cultivo de palma de aceite en Colombia. [5] En el que analizaremos la producción anual de la región caribe, Antioquia y Santander para la ubicación geográfica de una posible planta. Plantas de aceite de palma que hay en Colombia La palma de aceite, una de las plantas con mayor uso para la agroindustria, además de tener un gran potencial para la captura de carbono, no necesita tanta agua para su cultivo. Se trata de una investigación que pone de presente las grandes oportunidades de este tipo de cultivos para capturar carbono, con lo cual se evitarían más emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), que inciden en el cambio climático. Vale la pena recordar que Colombia se comprometió a reducir sus emisiones GEI en un 20 % para el año 2030 que produce ascenso a nuestro país ya que se está perfilando como una nueva forma de promover el agro diésel teniendo en cuenta que por cada hectárea de tierra sembrada de palma da una ganancia entre 8 y 7 toneladas es un proceso en el que incluye un bajo costo en mano de obra en comercialización y exportación y en la logística, este es una nueva opción para producir empleo en la zona de César, Córdova, meta, Nariño Santander, Atlántico, Arauca, cauca, guajira y vichada ya que incluye más de 4900 agricultores +83 alianzas con empresas interesadas en invertir. [9] Desde el punto de vista ecosistémico-palma, suelo, arvenses (especies vegetales que conviven con los cultivos), el 70 % del recurso hídrico usado en este ecosistema está determinado por la transpiración del suelo y las arvenses. Solo el 30 % de ese componente está dado por la palma. Sus tasas de transpiración están por el orden de entre 1,2 y 1,5 milímetros día, mientras que otros cultivos del bosque tropical llegan hasta 4 y 4,5 milímetros día. [7] Potencial de generación de energía de la agroindustria de palma de aceite en Colombia. El potencial de generación de energía eléctrica de la agroindustria de palma de aceite se estima en 340 MW de potencia (cantidad que equivale a la capacidad de generación de la represa de Urrá), este potencial se incrementa en la medida en que aumenta la disponibilidad de biomasa como consecuencia del crecimiento de la producción de racimos de fruta fresca (RFF) en las áreas sembradas productivas. Con el potencial antes mencionado, la industria está en capacidad de entregar mes a mes excedentes de energía eléctrica, con una característica importante: que se entregan en una vasta zona del territorio nacional incluyendo Zonas No Interconectadas, ZNI, como se observa en la Figura 2. En las ZNI se genera actualmente energía con combustible fósil que puede ser sustituido por energías renovables. [3] Inicialmente presentamos el proceso de extracción del aceite de palma africana con sus respectivas etapas y donde se generan los residuos principales y la caracterización de la biomasa (cuesco). Figura 1. Diagrama general del proceso de producción del aceite de palma Figura 2. Generalidades sobre la morfología y fenología del fruto la palma de aceite La tabla 1. muestra el porcentaje con el peso total del racimo de fruta fresca, con el fin de tener una estimación aproximada de la cantidad de biomasa que se genera por unidad. La tabla 2. Muestra las características del cuesco de palma, en donde utilizaremos la densidad a granel para calcular la ubicación de la planta. Parámetro Estándar Humedad 5,91 Volátiles 76,82 ASTM D 7282,15 carbono fijo 13,71 cenizas 3,56 PCS (kJ/kg) 19690 ASTM D 7282,15 Componente Estándar Carbono 48,75 ASTM D 5373 Hidrogeno 5,55 Nitrogeno 0,8 Azufre 0,10 ASTM D 4239 Método A por diferencia Oxigeno 35,33 Granulometria (mm) Densidad aparente (kg/m³) Densidad a granel (kg/m³) Porosidad (ep) Índice de empaquetamiento (ep) Tabla 2. caracteristicas del cuesco de palma Análisis próximo Valor (wt.%) Análisis último valor (wt.%) Propiedades físicas 4,860 =2,269* 1,186 388 0,22** 0,67** GEOCALIZACION DE LA PLANTA En la ubicación geografica de la planta, se trabajo con los ultimos cinco años de los departamentos de la region caribe, santander y antioquia. Cada departamento se ubico con sus respectivos municipios, su produccion anual, cuanta biomasa produce y su ubicación geografica con coordenas. Agronet Es la Red de Información y Comunicación del Sector Agropecuario de Colombia, liderada por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y con el apoyo de la organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación FAO. Centraliza y difunde información del sector, para apoyar la toma de decisiones. Por ello, establece sinergias con otras unidades de gestión de información sectorial nacional y regional, tales como instituciones descentralizadas, entidades gubernamentales, centros de investigación, universidades y proyectos de campo en ejecución a cargo de diferentes organizaciones nacionales o internacionales. (agronet, 2018). En agronet se recopilo informacion de la produccion en toneladas de los departamentos gracias a sus estadisticas agropecuarias y actualizadas. [6] Calculo del cuesco en kg De cada racimo completo de fruta fresca que se produce, un 6,5 se convierte en cuesco. Ecuacion 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑡) ∗ 6.5 100 ∗ 1000 Cuesco 𝑚⋀3 Se calcula con densidad de la biomasa, con la densidad a granel 388 es el volumen que ocupa por kl del cuesco por bulto. 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑘𝑔 388 Ubicación geografica Se busca la ubicación aproximada de cada municipio en google maps. Paralelo y meridiano Calculos: Paralelo: 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑐𝑜 (𝑘𝑔) ∗ 𝑢𝑏𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑛𝑖𝑐𝑖𝑝𝑖𝑜 Meridiano:𝑐𝑢𝑒𝑠𝑐𝑜(𝑘𝑔) ∗ 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜, 𝑚𝑒𝑟𝑖𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜 Por ultimo se calcula la ubicación geografica de la planta Suma total del cuesco(Kg)= 284432045,6 Suma total de Paralelo (Ugx)*Cuesco (m)= 2462646086,0 Suma total de Meridiano (Ugy) *Cuesco (m)= -20988796254,0 Con las siguientes coordenadas se busca en que municipio se ubicara la planta Ūgx,y 8,658117552 -73,79195341 IV. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Para el desarrollo de esta investigación se empleará una metodología cuantitativa pues se buscará obtener una ubicación geográfica correcta para el montaje de una planta comercial de gasificación de biomasa, a partir de esto se define la fuente de información primaria para la recolección de datos seleccionando todas nuestras fuentes de consultas, como lo son los libros y artículos, para este análisis se estima las perspectivas de producción de residuos de biomasa en los procesos de beneficio del aceite de palma. A partir de esto se estima el potencial de generación de electricidad en el proceso de utilizando los residuos sólidos en los procesos de autogeneración, evaluando así la ubicación geográfica de la planta de energía eléctrica a partir del aceite de palma. y así mismo proceder con la recolección de los residuos como lo es el cuesco o semilla de palma, ya que el aprovechamiento de esta biomasa es de gran interés para el sector agroindustrial de extracción de aceite de palma. A partir de los resultados obtenidos se harán recomendaciones para aprovechar la generación eléctrica a partir de las biomasas en Colombia. Pues de acuerdo a lo anterior se evidencia como la cogeneración es una de las tecnologías más empleadas en el aceite de palma para la ubicación geográfica de la planta eléctrica. [8] V. RESULTADOS La producción de palma de aceite de palma en los últimos cinco años PRODUCCION AÑO departamento 2017-2021 Antioquia 53251,2 atlántico 4363,1 Bolívar 712958,9 Cesar 2046306,5 Córdoba 2107018,6 La guajira 2137425,0 Magdalena 2839206,3 Santander 4349778,5 Sucre 4375877,6 rutas desde Aguachica Cesar hasta las plantas cosechadoras Planta Cosechadora Extractora el Roble S.A.S., Extrarsa Extractora Frupalma S.A. C.I. Tequendama S.A.S Aceites S.A Grasas y Derivados S.A., Gradesa Palmaceite S.A. Palmas Oleaginosas del Magdalena Ltda., Padelma Extractora Grupalma S.A.S Extractora Loma Fresca Sur de Bolívar S.A.S. Extractora María La Baja S.A. Extractora Vizcaya S.A.S Agroindustrias del Sur del Cesar Ltda. y Cía., Agroince Extractora La Gloria S.A.S. Extractora Sicarare S.A.S. Oleoflores S.A.S. Palmagro S.A. Palmas del Cesar S.A. Palmas Oleaginosas de Casacará Ltda. Palmeras de la Costa S.A. Bioplanta Palmera para el Desarrollo S.A. - BPD Aceites del Magdalena Medio S.A.S. Extractora Central S.A. Extractora Monterrey S.A. Extractora San Fernando S.A. Palma y Trabajo S.A.S. Palmas Oleaginosas Bucarelia S.A.S. Palmeras de Puerto Wilches S.A. Procesadora de Aceite Oro Rojo Ltda. Aceites y Grasas del Cataumbo S.A.S. Cooperativa Palmas Risaralda Ltda. - Coopar Oleaginosas del Norte de Santander S.A.S. - Oleonorte S.A.S. Palmicultores del Norte S.A.S. 10,6719742 -74,2174406 10,704391 -74,19709 10,5485997 -74,184049 10,569013 -74,2080371 11,0031959 -74,219968 10,6185748 -74,170917 10,7192727 -74,1990387 8,6681097 -73,8373346 7,5253201 -73,939094 9,9218502 -75,3316557 8,1102288 -73,5764609 8,6183968 -73,6862206 9,9325795 -73,2638975 10,0981803 -73,2376394 7,8859198 -73,4669257 9,8502523 -73,2650476 10,1014712 -74,012264 7,5619161 -76,6176612 6,8446663 -73,7475417 7,2984384 -73,8870146 7,1961165 -73,5628068 7,2645264 -73,9179831 7,2303052 -73,8619374 7,3389297 -73,9692736 7,3769484 -73,571979 8,5026057 -72,6412546 8,2509055 -73,4995652 8,2012961 -76,0984961 8,5352898 -72,6357258 VI. CONCLUSIONES la agroindustria del aceite de palma en Colombia ocupa el primer lugar en América con una participación del 30,9% de la producción del aceite de palma y cuarto productor en el mundo con una participación de 2,51% según Fedepalma (federación nacional de cultivadores de palma de aceite). Para concluir se genera cerca de 228.897 toneladas anuales de biomasa para formular alternativas de aprovechamiento a través de la gasificación y así generar energía. [4] A través de la ubicación de los municipios se tiene una aproximación geográfica de donde podría ubicarse la planta. La gloria, cesar es el municipio ideal y cercano al que se calculó debido a que se tiene que tener en cuenta ciertos factores como un lugar de fácil acceso. VII. RECOMENDACIONES Aguachica, cesar es el municipio ideal y cercano al que se calculó debido a que se tiene que tener en cuenta ciertos factores como un lugar de fácil acceso, mano de obra, etc. lo cual no tenemos si lo ubicamos en la geolocalización que obtuvimos de nuestros resultados ya que nos el lugar es una ciénaga y el municipio donde se encuentra es muy pequeño. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1 ] T. l. d. s. reservados, «LA PALMA DE ACEITE En Colombia,» 2021. [En línea]. Available: https://web.fedepalma.org/sites/default/files/files/In fografia_Colombia_2022_en_Espannol.pdf. [Último acceso: Noviembre 2022]. [2 ] García, J.; Cárdenas, M.; Yáñez, E. 2008. Uso potencial de la biomasa residual generada en la agroindustria de la palma de aceite. Documento interno. Cenipalma, Programa Procesos y Usos. [3 ] García-Núñez, JA., et ál. 2008. Determination of kinetic parameters of thermal degradation of palm oil mill by- products using thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Transactions of the Asabe. 51 [4 ] Arena, U. (2012). Process and technological aspects of municipal solid waste gasification. A review. Waste Management, 32(4), 625–639. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.09.025 [5 ] Arrieta F. R., Teixeira F. N., Yáñez E., (2007). Cogeneration potential in the Columbian palm oil industry. Biomass and Bioenergy, 31, 503–511. [6 ] Basu, P. (2013). Biomass Characteristics. In Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction (pp. 47–86). Elsevier. Recuperado de: http://doi.org/10.1016/B978- 0-12-396488-5.00003- 4. [7 ] Fedepalma. (2015). Anuario Estadístico 2015 - La agroindustria de la palma de aceite en Colombia y en el mundo. Retrieved from http://publicaciones.fedepalma.org/index.php/anuar io/article/view/11721/11712 [8 ] Heidenreich, S., & Foscolo, P. U. (2015). New concepts in biomass gasification. Progress in Energy and Combustion Science, 46, 72–95. doi.org/10.1016/j.pecs.2014.06.002 [9 ] Jangsawang, W., Laohalidanond, K., & Kerdsuwan, S. (2015). Optimum Equivalence Ratio of Biomass Gasification Process Based on Thermodynamic Equilibrium Model. Energy Procedia (Vol. 79). Elsevier B.V. http://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.528. [1 0] Jeya Singh, V. C., & Sekhar, S. J. (2016). Performance studies on a downdraft biomass gasifier with blends of coconut shell and rubber seed shell as feedstock. http://publicaciones.fedepalma.org/index.php/anuario/article/view/11721/11712 http://publicaciones.fedepalma.org/index.php/anuario/article/view/11721/11712 http://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.528 Applied Thermal Engineering, 97, 22–27. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.09.09 9 [1 1] Lenis, Y. A., Pérez, J. F., & Melgar, A. (2016). Fixed bed gasification of Jacaranda Copaia wood: Effect of packing factor and oxygen enriched air. Industrial Crops and Products, 84, 166–175. http://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.01.053 [1 2] Mahlia, T., Abdulmuin, M., Alamsyah, T., & Mukhlishien, D. (2001). An alternative energy source from palm wastes industry for Malaysia and Indonesia. Energy Conversion and Management, Vol 42(18), pp. 2109–2118. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.09.099 http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.09.099