El otro factor condicionante del mayor o menor desarrollo del aprovechamiento energético de la leña y los residuos forestales está constituido por la disponibilidad y las características de operación de los equipos a utilizar en la conversión.
La producción de energía mecánica - y consecuentemente eléctrica, agregando un generador - a partir de leña o residuos biomásicos puede realizarse en principio utilizando dos tecnologías diferentes: motores de combustión interna y máquinas de vapor.
Sin embargo, en el primer caso debe existir una etapa previa en la cuál se transforme la biomasa en un combustible gaseoso. Esta conversión, que consiste en una gasificación térmica para producir gas pobre, en general no resulta adecuada o económicamente viable en el caso de biomasa forestal (salvo para muy pequeñas potencias y con características favorables del combustible).
Por lo tanto, para este tipo de aprovechamientos se opta por producir vapor a presión en un conjunto hogar-caldera y posteriormente expandirlo en una máquina alternativa o turbina de vapor. Las distintas alternativas posibles en estos casos, de mayor o menor complejidad, se adaptan a las diferentes circunstancias y escalas de producción de los aprovechamientos.
La combustión se realiza en un hogar especialmente diseñado, integrado generalmente a la caldera o generador de vapor. Los hogares tradicionales están constituidos por grillas fijas, usualmente inclinadas y ocasionalmente refrigeradas aunque también pueden utilizarse grillas móviles y de mayor sofisticación.
Las calderas pueden ser de tipo humotubular o acuotubular, dependiendo fundamentalmente de la capacidad de la instalación. En las potencias menores, la tendencia actual es el retorno hacia las calderas humotubulares por su mejor adecuación al uso propuesto. En general, la selección del equipo de combustión-generación de vapor debe ser encarado en base a los siguientes factores:
· Confiabilidad. Las posibilidades de falla de estos equipos deben ser reducidas y su tecnología simple debe facilitar su reparación.· Gran adaptación a diferentes tipos de combustibles biomásicos, incluyendo la posibilidad de co-combustión con derivados del petróleo.
· Aptitud para la absorción de rápidas variaciones de carga, frecuentes en las instalaciones aisladas.
· Posibilidad de cogeneración (producción simultánea de vapor de proceso y electricidad). La cogeneración permite elevar el rendimiento global de la instalación hasta un 75 % o más.
Por ejemplo,- en el caso de una instalación con un rango de potencia de 1 a 2 MW, a ser localizada en una región con alta disponibilidad de combustibles biomásicos, debería elegirse un conjunto hogar-caldera de vapor (adaptado para la combustión de leña y residuos de aserrado), acoplado a un grupo turbogenerador de potencia (turbina de vapor).
Para un rango menor (100 a 500 kW, normalmente la necesidad de un aserradero aislado u otra industria de la madera) la instalación más apta seria una máquina alternativa de vapor alimentada por un hogar o gasificador/caldera de vapor.
En la República Argentina la disponibilidad de equipamientos para estos usos es limitada. Si bien existen industrias productoras de calderas de vapor en casi cualquier rango de potencia, el mercado de máquinas motrices está reducido a la recuperación de motores de segunda mano o a la importación de equipos, generalmente con costos muy elevados.
En el primer caso se trata de viejos "locomóviles" de origen inglés o norteamericano, que incluyen en un sólo bloque una caldera humotubular y un motor alternativo horizontal, o bien de motores verticales rápidos (generalmente de procedencia alemana) reciclados. En el segundo caso, existe la posibilidad de importar nuevos equipos, los "locomóviles" desde el Brasil (Mernak) [Beaumont Roveda, 1983] o los motores verticales rápidos desde Alemania (Spilling) [Beaumont Roveda, 1986].
En general, las instalaciones basadas en equipos tipo "locomóvil" son de condiciones precarias y de muy baja potencia. El costo de los equipos nuevos inhibe actualmente su instalación y los reciclados son muy antiguos y mal conservados.
Los motores verticales rápidos Spilling (Figura N° 02) están basados en una combinación de las características mas favorables del diseño de los viejos motores de vapor con las de los motores Diesel. De los primeros conserva la baja velocidad del pistón las válvulas circulares, en tanto que de los últimos adopta el árbol de levas rotativo como comando para la distribución del vapor. De esta forma se logra un motor de larga duración, característica tradicional de los motores de vapor, y a la vez con reducidas necesidades de mantenimiento tales como las de los modernos motores Diesel.
Por otra parte, la construcción de tipo vertical y modular le da gran flexibilidad para cubrir diferentes necesidades de potencia con limitado volumen físico. La standardización de los componentes, asimismo, permite un mantenimiento que no requiere trabajo artesanal, tal como ocurre con los antiguos motores tipo "locomóvil".
El motor se fabrica en dos tamaños básicos. La unidad mas pequeña (Tipo 7) puede producir 40 kW a 1.500 r.p.m., y puede extenderse hasta un máximo de cinco módulos, lo que le permite alcanzar los 200 kW. La unidad mayor está disponible en dos variantes, con velocidades de giro de 750 y 1.000 r.p.m., denominados Tipo 14 y Tipo 12 respectivamente. El modelo de menor velocidad puede producir 160 kW por cilindro y pueden integrarse hasta cinco módulos, para un total de 800 kW; el mas rápido entrega 200 kW y admite grupos de hasta seis unidades para un total de 1.200 kW. Esto da un rango de potencias que cubre desde 40 a 1.200 kW, tal como se detalla en la Tabla N° 12.
Figura N° 02 - Corte transversal de un motor Spilling.
Tabla N° 12 - Motores de Vapor Verticales Rápidos "Spilling"
Tipo de Motor
|
N° de Cilindros
|
Potencia a una Velocidad de Rotación de |
Peso |
|||||
[kW] |
[rpm] |
[kW] |
[rpm] |
[kW] |
[rpm] |
[kg] |
||
1 - 7 |
1 |
20 |
1.000 |
30 |
1.500 |
24 |
1.200 |
500 |
2 - 7 |
2 |
40 |
1.000 |
60 |
1.500 |
48 |
1.200 |
850 |
3 - 7 |
3 |
60 |
1.000 |
90 |
1.500 |
72 |
1.000 |
1.200 |
4 - 7 |
4 |
80 |
1.000 |
120 |
1.500 |
96 |
1.000 |
1.500 |
5 - 7 |
5 |
100 |
1.000 |
150 |
1.500 |
120 |
1.000 |
1.900 |
1 - 14 |
1 |
165 |
750 |
- |
- |
200 |
900 |
2.000 |
2 - 14 |
2 |
330 |
750 |
- |
- |
400 |
900 |
3.500 |
3 - 14 |
3 |
495 |
750 |
- |
- |
600 |
900 |
5.000 |
4 - 14 |
4 |
660 |
750 |
- |
- |
800 |
900 |
6.500 |
5 - 14 |
5 |
825 |
750 |
- |
- |
1.000 |
900 |
8.000 |
6 - 1 4 |
6 |
990 |
750 |
- |
- |
1.200 |
900 |
9.500 |
1 - 12 |
1 |
- |
|
200 |
1.000 |
180 |
900 |
2.000 |
2 - 12 |
2 |
- |
- |
400 |
1.000 |
360 |
900 |
3.500 |
3 - 12 |
3 |
- |
- |
600 |
1.000 |
540 |
900 |
5.000 |
4 - 12 |
4 |
- |
- |
800 |
1.000 |
720 |
900 |
6.500 |
5 - 12 |
5 |
- |
- |
1.000 |
1.000 |
900 |
900 |
8.000 |
6 - 12 |
6 |
- |
- |
1.200 |
1.000 |
1.040 |
900 |
9.500 |
7 - 12 |
7 |
- |
- |
1.400 |
1.000 |
1.260 |
900 |
11.000 |
8 - 12 |
8 |
- |
- |
1.600 |
1.000 |
1.440 |
900 |
12.500 |
9 - 12 |
9 |
- |
- |
1.800 |
1.000 |
1.620 |
900 |
14.000 |
10 - 12 |
10 |
- |
- |
2.000 |
1.000 |
1.800 |
900 |
15.500 |
Fuente: Spillingwerk GmbH, Hamburgo, República Federal Alemana
Es difícil determinar el parque actual de motores verticales rápidos en funcionamiento en el país. De acuerdo a la información provista por Spillingwerk GmbH, las plantas oportunamente exportadas a la Argentina son las siguientes (Ver Tabla N° 13):
Tabla N' 13 - Instalaciones "Spilling" exportadas a Argentina
N° de Motor |
Industria Usuaria Original |
Potencia [kW] |
N° de Cilindros |
Cant. de Vapor [kg/h] |
Presión [bar] |
Temp [ºC] |
1825 |
Té del Valle |
250 |
2 |
6.800 |
18 |
sat. |
1690 |
Establecimiento las Marías |
240 |
2 |
4.300 |
20 |
300 |
1939 |
Establecimiento i as Marías |
150 |
1 |
2.700 |
20 |
300 |
1985 |
Agrícola Ltda. Picada Libertad |
300 |
2 |
5.800 |
10 |
270 |
1513 |
Pindapoy S.A. |
210 |
2 |
4.200 |
11 |
sat. |
1875 |
Pindapoy S.A. |
480 |
4 |
8.500 |
11 |
sat. |
1983 |
Pindapoy S.A. |
150 |
1 |
3.000 |
11 |
sat. |
1862 |
Aceitera General Deheza |
750 |
5 |
4.200 |
30 |
380 |
1992 |
Cooperativa Azucarera San Javier |
210 |
2 |
4.200 |
11 |
sat. |
1548 |
Emilio Alonso e Hijos. |
350 |
3 |
3.800 |
18 |
300 |
1632 |
Lavadero de Lanas Avellaneda |
350 |
3 |
4.200 |
11 |
sat. |
1569 |
Liquid Gases Industriales |
150 |
1 |
2.300 |
25 |
350 |
1570 |
Liquid Gases Industriales |
150 |
1 |
2.300 |
25 |
350 |
1557 |
Frigorífico Carcarañá |
650 |
5 |
7.200 |
16 |
350 |
1614 |
Frigorífico Carcarañá |
170 |
2 |
2.700 |
18 |
350 |
1615 |
Frigorífico Carcarañá |
350 |
3 |
5.700 |
18 |
350 |
1416 |
Ceodos S.A. |
320 |
3 |
6.800 |
11 |
310 |
1660 |
Ceodos S.A. |
240 |
2 |
3.800 |
16 |
330 |
1814 |
Arcor S.A. |
470 |
4 |
9.600 |
14 |
sat. |
1853 |
Safra S.A. |
600 |
4 |
9.000 |
28 |
380 |
1854 |
Safra S.A. |
600 |
4 |
9.000 |
28 |
380 |
3175 |
Cía. Vertiente S.A. |
60 |
4 |
1.200 |
10 |
250 |
Fuente: Spillingwerk GmbH, Hamburgo, República Federal Alemana.
Como puede observarse en la tabla, gran parte de las instalaciones enumeradas no corresponden a industrias de la madera, por lo cuál las mismas son utilizadas con combustibles no biomásicos o bien simplemente como sistemas que aprovechan el vapor de escape de otros procesos industriales para autogenerar energía eléctrica.
En relación al presente Estudio de Caso sobre Generación de Energía Eléctrica a partir de Residuos Forestales en la Argentina, se realizó un relevamiento de las instalaciones en funcionamiento factibles de examinar, seleccionando preliminarmente, en función de las características de cada instalación, las siguientes:
a) Establecimiento "Las Marías" (Gobernador Virasoro, Corrientes). Se dedica a la explotación forestal (pinos y eucalyptus), producción de té y yerba mate. Genera aproximadamente 200 kW con motor de vapor Spilling, a partir de leña y residuos de aserradero.b) Cooperativa "Picada Libertad" (Alem, Misiones). Se dedica a la producción de aceite de tung. Genera aproximadamente 400 kW con motor de vapor Spilling, a partir fundamentalmente de cáscara de tung y complementariamente leña.
c) Establecimiento "Pindapoy" (Apóstoles, Misiones). Se dedica a la producción de jugos cítricos. Genera aproximadamente 200 kW con motor de vapor Spilling, a partir de leña y residuos.
Dado que el último establecimiento cambió de dueño recientemente, discontinuando el funcionamiento del equipo, y que el segundo caso citado se encontraba quemando exclusivamente cáscara de tung en la actualidad, se optó por focalizar el estudio en el primer establecimiento mencionado. Los resultados obtenidos se resumen en el capítulo siguiente.