EVALUACIÓN TEÓRICO EXPERIMENTAL DE UN SISTEMA AVANZADO GASIFICADOR DE BIOMASA/MOTOR RECIPROCANTE PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD. (PARTE I)

ARTÍCULO ORIGINAL EVALUACIÓN TEÓRICO EXPERIMENTAL DE UN SISTEMA AVANZADO GASIFICADOR DE BIOMASA/MOTOR RECIPROCANTE PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD. (PARTE I) EXPERIMENTAL THEORETICAL EVALUATION OF A SYSTEM ADVANCED BIOMASS/ENGINE GASIFTER RECIPROCANT FOR THE GENERATION OF ELECTRICITY. (PART I) René Lesme-JaénI, Rubenildo Viera-AndradeII, Electo Eduardo Silva-LoraII, Juan Daniel MartínezIII I: Facultad de Ingeniería Mecánica, Centro de Estudios de Eficiencia Energética, Universidad de Oriente, Cuba II: Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída, Instituto de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Itajubá, Brasil III: Grupo de Investigaciones Ambientales, Instituto de Energía, Materiales y Medio Ambiente, Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia RESUMEN La gasificación de biomasa es una forma de conversión de energía que todavía se mantiene en etapa de investigación y desarrollo con algunas aplicaciones en la generación de electricidad. La actividad científico investigativa sobre el tema ha estado centrada a la mejoría del diseño, modelación y evaluación de diferentes tipos de gasificadores, las aplicaciones prácticas se han llevado a cabo fundamentalmente a través de instalaciones de pequeña y mediana potencias para la generación de energía eléctrica usando motores de combustión interna. En éste trabajo presentamos la evaluación de un sistema gasificador/motor de combustión interna, para determinar las mejores condiciones de operación del gasificador, la calidad del gas que él produce y la potencia eléctrica que se puede generar en el motor. En la primera parte presentamos los resultados de la evaluación de los parámetros termodinámicos del gasificador y en la segunda la evaluación de los parámetros operacionales, la calidad del gas, la potencia generada por el motor y sus emisiones de gases. La novedad consiste en la utilización de un gasificador con dos etapas (puntos) de inyección de aire, como una solución para mejorar la 203 calidad del gas producido. Los resultados demuestran que existe una proporción óptima del flujo de aire total a suministrarse por cada uno de los puntos o estadios, donde se obtienen las mejores condiciones de trabajo del sistema. Palabras clave: biomasa, gasificación, biocombustibles. ABSTRACT The biomass gasification is one way energy conventions which maintain in phase the investigation and development with some application in the electrical generation. The scientific investigation activity about theme hit the center away improvement a design; modelation and evaluation of different type the gasifiers, the practical applications carry out through small and middle power for electric energy generation to use combustion internal engine. In this work present evaluation of the systems the gasifier /combustion internal engine in order to determine the best condition operation the gasifier, the quality of gas and electric power generation of the engine. In the one part of the work present of results about evaluation the thermodynamics parameters the gasifier. In the second part present evaluation of operations parameter, the quality of gas, the power generation and emissions of engine. The new development consist on the use a gasifier with two injection air point as one solution for improve the gas quality. The results prove that exist a good proportion of total air flow supply by each one of point whereby to get the best work condition of the systems. Keywords: biomass gasification, biofuels. INTRODUCCION La gasificación de biomasa, es una tecnología que, aunque promisoria, aún se mantiene en las etapas de experimentación y desarrollo. A pesar de que las investigaciones se han conducido para variados tipos de gasificadores y en un amplio rango de condiciones, pocas son las instalaciones que operan comercialmente. No existen dudas, sin embargo, de que la gasificación es una forma de conversión de energía que debe ir ganando espacio en el tiempo, debido a su potencial para la generación de electricidad y la síntesis de biocombustibles. A nivel mundial la actividad científico investigativa sobre el tema ha estado centrada a la mejoría del diseño, modelación y evaluación de diferentes tipos de gasificadores con vista a mejorar la calidad del gas que ellos producen y optimizar sus condiciones de operación [1-12] Las aplicaciones prácticas de la gasificación de biomasa se han llevado a cabo fundamentalmente a través de instalaciones de pequeña y mediana potencias para la generación de energía eléctrica usando motores de combustión interna [14-16] 204 En todo éste contexo se ha hecho énfasis en los gasificadores concurrentes, que han demostrado tener una elevada eficiencia de conversión y generan un gas con bajo contenido de alquitrán, permitiendo la generación de electricidad en un rango entre 100-300 kWe. El Núcleo de Excelencia en Generación Termoeléctrica y Distribuida (NEST) de la Universidad Federal de Itajubá en Brasil y el Centro de Estudios de Eficiencia Energética de la Universidad de Oriente en Cuba, están desarrollado proyectos de investigación sobre la gasificación de biomasa, fundamentalmente en la evaluación de diferentes tipos de gasificadores, comprobando sus parámetros de trabajo y sus condiciones de operación óptimas [17, 18, 19] El objetivo del presenta trabajo es la evaluación de un sistema gasificador - motor de combustión interna, para determinar las mejores condiciones de operación del gasificador, la calidad del gas que él produce y la potencia eléctrica que se puede generar en el motor. El trabajo ha sido divido en dos partes, en la primera parte presentamos los resultados de la evaluación de los parámetros termodinámicos del gasificador, se determina la relación óptima aire/combustible y en la segunda la evaluación de sus parámetros operacionales, la calidad del gas, la potencia generada por el motor y sus emisiones de gases. La novedad de este trabajo está en la utilización de un gasificador con dos etapas (puntos) de inyección de aire, lo que permite mejorar la calidad del gas producido, acoplado a un motor diesel convertido para ignición por chispa, definiéndose también el volumen óptimo a suministrar por cada punto. DESARROLLO Descripción de la instalación experimental experimental se muestran en la figura 1. Los detalles de la instalación 205 Fig. 1 Esquema general de la instalación. El gasificador (GDE) es del tipo lecho móvil concurrente con dos etapas de inyección de aire, fabricado por la empresa brasileña Termoquip Energía Alternativa LTDA, sus características técnicas se indican en la tabla 1. Tabla 1 Características técnicas del gasificador A lo largo del gasificador fueron instalados 6 termopares que registran la temperatura en diferentes puntos del reactor (TT). Otro termopar mide la temperatura del gas. El reactor brinda la posibilidad de trabajar con dos estadíos de suministro de aire, el control del flujo del mismo se realiza a través de dos placas orificios y (...truncated)