Modelo de la composición del gas generado en un gasificador downdraft usando como biomasa residuos de Madera
Área temática: Termofluidos
Palabras clave: biomasa, gasificador downdraft, modelación matemática, gas generado
1 Resumen
Las investigaciones generales en el área de gasificación de biomasa incluyen el estudio de la cinética de la pirólisis o la gasificación de biomasas seleccionadas. La composición del gas producto depende del gasificador que se tenga, de las características de la biomasa y de las condiciones de operación y diseño del gasificador. Por ello las investigaciones continúan, se experimentan y modelan modificaciones constructivas a los gasificadores existentes, se optimizan parámetros de operación con el objetivo fundamental de elevar la calidad del gas que se produce en varias direcciones: aumentar su valor calórico, disminuir su contenido de alquitrán, obtener combustibles de mayor calidad y otros materiales.
La gasificación de biomasa es un fenómeno complejo en el que se presenta transferencia de calor y de masa de manera simultánea. El desarrollo de un amplio programa de pruebas experimentales que permitan evaluar la influencia de cada uno de los parámetros que intervienen en el proceso, sobre los resultados obtenidos, es poco práctico y requiere de una gran disponibilidad de tiempo, recursos, personal calificado y dinero. Es fundamental determinar las condiciones óptimas de operación del equipo, que permitan obtener gases combustibles con un elevado poder calorífico y buenas características de limpieza (bajos contenidos de alquitranes).
No se conoce para una biomasa dada la composición del gas a obtener ni el valor de la eficiencia del proceso en un gasificador tipo downdraft, a partir de condiciones específicas del gasificador como temperatura del lecho, y características termofísica de la biomasa, a la hora de diseñar o evaluar una instalación de gasificación. Por ello es necesario determinar un modelo matemático que permita predecir la composición de los gases generados a la salida del gasificador, y la eficiencia energética del mismo a partir de la composición termo física de la biomasa, la temperatura del lecho y otras propiedades.
Actualmente hay una tendencia del uso de la modelación de la gasificación para describir el este proceso sin necesidad de desarrollar experimentos, los cuales pueden resultar costosos. Es por eso que en este trabajo se desarrolla un modelo matemático que permite predecir con mayor exactitud la composición del gas generado en un gasificador downdraft usando residuos de madera a través del control de las variables que intervienen en el proceso.
Los modelos matemáticos reportados en la literatura revisada para analizar el comportamiento de un gasificador a escala de laboratorio aplicando el balance de masa y de energía y la minimización de la energía libre de Gibbs no pronostican satisfactoriamente la composición de los gases generados en la gasificación de biomasa a través del control de las variables que intervienen en el proceso lo que introduce un error en la estimación, cálculo y diseño de estas instalaciones.
En el presente trabajo se presentan las herramientas necesarias para analizar el desarrollo de un modelo matemático que permite el cálculo de los procesos termoquímicos que se presentan en el interior de un gasificador downdraft y también la determinación de los perfiles de temperatura. El modelo se basó en el planteamiento de las ecuaciones de balance de energía y de especies y se empleó el método de los volúmenes de control. Para ello se utilizó el método numérico de diferencias finitas a través de la discretización de las ecuaciones de balance que fueron determinadas en el proceso analizado.
Los Resultados Esperados serían un modelo capaz de predecir con mayor precisión la composición del gas generado en el proceso de gasificación, lo que podría permitir obtenerse un gas con mayor poder calórico, a partir del control de la cinética de las reacciones y considerando la formación de alquitrán, la formación de hidrocarburos y el tamaño de la biomasa y valoración económica de las ventajas por la aplicación de la gasificación para obtener energía eléctrica en sustitución de combustible convencional.
