Simulación del proceso de gasificación de biomasa

La tendencia actual en el mundo de los energéticos es intentar disminuir el uso de combustibles fósiles y disminuir la dependencia que la humanidad tiene de ellos -- Se ha buscado reemplazar a los combustibles fósiles con otras fuentes de energía que tengan un menor impacto sobre el medio ambiente, como es la biomasa -- Existen diferentes opciones para aprovechar el recurso biomásico, siendo la más popular la combustión directa -- También es posible obtener de la biomasa diversos productos combustibles a través de distintos procesos, como la carbonización (pirólisis) para obtener carbón vegetal, fermentación alcohólica para obtener bioetanol, esterificación para obtener biodiesel, y gasificación para obtener biogás -- Esta última opción, se puede realizar a través de bacterias en lo que se conoce como gasificación anaeróbica, o por medio de procesos termoquímicos, que se conoce como gasificación pirolítica -- Es la gasificación pirolítica el objeto de estudio de este trabajo, por lo tanto, a partir de ahora será referida simplemente como gasificación -- El objetivo de este trabajo es el desarrollo de un programa de simulación numérica que permita conocer el comportamiento de la biomasa en un proceso de gasificación y las características del gas que dicha biomasa produciría, como su composición y contenido energético. Se eligió el programa MATLAB1 para el desarrollo del simulador -- El simulador puede ser utilizado con cualquier biomasa de la que se conozca su composición (C, H, O, N, S) -- Se expone la técnica que se siguió para plantear y resolver el problema de la simulación numérica del proceso de gasificación y se describe la lógica detrás del programa que se escribió en MATLAB para tal propósit

Obtención de bio-aceite mediante la pirólisis de la cáscara de arroz

Propósito y Método del Estudio: Previendo la escasez de energéticos se utilizó la cáscara de arroz, que es un elemento de desecho que se produce en nuestro país, para generar estos recursos. La cáscara de arroz presenta un problema de eliminación, ésta se obtiene como desecho de los molinos de producción del arroz. El aumento de la producción del arroz trae como consecuencia grandes cantidades de cáscara, la que es usualmente quemada a campo abierto o almacenada, cuando esto sucede se utiliza para camas de los criaderos de pollos o forraje de ganado aunque en cantidades muy mínimas. Almacenar la cáscara de arroz implica un riesgo a la salud y genera problemas ambientales a largo plazo. En el presente trabajo se llevó a cabo la investigación del proceso de pirólisis de Cáscara de Arroz para la producción de bio-aceite con propiedades semejantes a combustibles líquidos. Para la realización de este trabajo se ha dividido en cuatro etapas: 1) Caracterización térmica, 2) Características de la cáscara de arroz, termogravimetría y comportamiento cinético de pirólisis, 3) Reactor semi-continuo y 4) Caracterización de productos líquido y sólido. Contribuciones y Conclusiones: La descomposición térmica de la cáscara de arroz por medio del análisis TGA en modo dinámico muestra tres picos principales de descomposición los cuales tienen una temperatura de pico máxima en las curvas DTG de 301, 345 y 441°C respectivamente a 10°C/min para la cáscara no lavada. Estos tres picos se asignan a la descomposición de la hemicelulosa, celulosa y lignina por medio de los termogramas de los estándares y por diversos estudios realizados por otros autores. La velocidad de calentamiento tiene una influencia significativa en el proceso de pirólisis y en el residuo final a 1000°C. La cáscara de arroz está compuesta por unas pequeñas espinas que a simple vista no se observan, tiene un 56.45 % de Oxígeno, 33.7% de Carbono y un 25.0% de Silicio en forma de cristobalita SiO2. Por medio de DSC se observaran dos etapas exotérmicas: 1) evaporación del agua y 2) la volatilización de los componentes de la biomasa. En la descomposición de la cascarilla de arroz se encontraron tres etapas que se comportan independientemente y que representan a la hemicelulosa, celulosa y lignina. La temperatura inicial se encuentra en el rango de 151 a 199°C y la temperatura final entre los 438 a 547°C. Los porcentajes de producción de la pirólisis de la cáscara de arroz son 47% líquido, 12% gas y 42 % residuo sólido. En la cromatografía de gases se identificaron compuestos desde C6 hasta C18, en su mayor parte aromáticos y de cadena lineal como el benceno, tolueno, naftaleno, xyleno, y compuestos C12 a C18. El cromatograma del bio-aceite es similar al estándar del diesel. El poder calorífico (16.79 MJ/kg) del líquido es mayor al de la materia prima (14.39 MJ/kg). El residuo sólido contiene un alto contenido de carbón (88.60% en peso) y con un porcentaje de Sílice de 12.53. El área superficial total del residuo sólido es de 115.10 m²/g, de esta área superficial total se obtuvo 85.20 m²/g de microporos indicando una isoterma Tipo I de la clasificación BDD/T

Generación de gas de síntesis de alto contenido de hidrógeno mediante gasificación de biomasa acoplada a energía solar térmica por concentración

La gasificación solar es un proceso termoquímico en el que se descompone térmicamente un material carbonaceo utilizando energía solar concentrada para dar lugar a un gas de síntesis de alto contenido de H2 y CO. Teniendo en cuenta el alto potencial de la biomasa y del recurso solar a nivel global, se propone un nuevo concepto de gasificador solar buscando maximizar la generación de hidrógeno vía modificaciones en la estrategia de suministro de calor. Para ello, se considera la energía proveniente de un campo solar de torre central irradiada sobre la pared opaca de un reactor tubular ubicado en el receptor del sistema. La estrategia propuesta considera la variación de la ubicación del pico máximo de flujo de calor sobre la longitud del reactor. El sistema propuesto es simulado a través de un modelo cinético-químico unidimensional en estado transitorio. De acuerdo con los resultados, el sistema planteado permite mejorar la generación de hidrógeno y la eficiencia del sistema en comparación con la estrategia de suministro de calor homogéneo alcanzándose una eficiencia solar-química máxima de 47.8% para temperaturas máximas cercanas a 1300K. El gas producido estaría compuesto por una concentración equimolar de H2 y CO que representaría cerca del 90% de su volumen. El valor mínimo de Radiación Normal Directa para que se inicie la producción de gas es alrededor de 700 W/m2, siendo esta producción función de la radiación solar incidente. Los resultados permitieron diseñar de manera conceptual un reactor para las condiciones específicas del campo solar de Pirassununga (Brasil)