Gasificación de biomasa para la generación de electricidad con motores de combustión interna. Eficiencia del proceso

ARTICULO ORIGINAL Gasificación de biomasa electricidad con motores Eficiencia del proceso para la generación de de combustión interna. Biomass Gasification for Power Generation Combustion Engines. Process Efficiency Internal Dr. René Lesme-Jaén, Dr. Luis Garcia-Faure, Dr. Luis Oliva-Ruiz, Dr. Juan Pajarín-Rodríguez, Ing. Dennis Revilla-Suarez Universidad de Oriente, Centro de Estudios de Eficiencia Energética, Cuba. Resumen La biomasa constituye una de las fuentes renovables de energía de mayores perspectivas a nivel mundial, por sus potencialidades y su menor impacto ambiental en comparación con los combustibles fósiles. Mediante diferentes procesos y tecnologías de conversión energética es posible obtener combustibles en forma sólida, líquida y gaseosa a partir de cualquier tipo de biomasa. En éste trabajo se presenta la evaluación de la eficiencia térmica y global de la instalación de gasificación en la Empresa Forestal Integral de Santiago de Cuba, proyectada para la generación de electricidad a partir de los residuos de la industria forestal. El gasificador es un reactor downdraft, modelo COMBO-80 de fabricación Hindú y el motor (diesel) modelo Leyland modificado para trabajar con gas pobre. La evaluación fue realizada para diferentes cargas (potencia eléctrica generada) del motor a partir de mediciones experimentales del flujo y composición del gas alimentado al motor. Los resultados muestran que el motor trabaja con una eficiencia térmica en un rango de 20-32 % con una eficiencia global entre 12-25 %. Palabras clave: biomasa, gasificación, generación de electricidad, motores de combustión interna. 133 Abstract Biomass is a renewable energy sources worldwide greater prospects for its potential and its lower environmental impact compared to fossil fuels. By different processes and energy conversion technologies is possible to obtain solid, liquid and gaseous fuels from any biomass.In this paper the evaluation of thermal and overall efficiency of the gasification of Integral Forestry Company Santiago de Cuba is presented, designed to electricity generation from waste forest industry. The gasifier is a downdraft reactor, COMBO-80 model of Indian manufacturing and motor (diesel) model Leyland modified to work with producer gas. The evaluation was conducted at different loads (electric power generated) of the motor from experimental measurements of flow and composition of gas supplied to the engine. The results show that the motor operates with a thermal efficiency in the range of 20-32% with an overall efficiency between 12-25 %. Keywords: engines. biomass gasification. electricity generation, internal combustion INTRODUCCION La biomasa ha sido presentada como una alternativa promisoria de energía, no solo por su potencial mundial, sino porque es una fuente de CO 2 neutral, su termo conversión genera bajas emisiones de SO 2 y NOX y es la única fuente de energía renovable capaz de sustituir a los combustibles fósiles en todos sus mercados de energía. En el mundo el potencial de energía a partir de la biomasa se estima en 70 Gtep/año y en la actualidad ella proporciona entre el 7-14 % de la energía consumida, con posibilidades de incremento entre un 6-9 % en los próximos 20 años. [1] Entre las fuentes de energía a partir de la biomasa, los residuos de los aserraderos son potencialmente atractivos económicamente, ellos están concentrados en un determinado depósito y su costo de transportación es relativamente bajo. Se estima que durante el proceso de elaboración de la madera se obtienen 0,50 m 3 de residuos/m3 de madera en bolos. [2, 3] De los procesos de conversión térmica de la biomasa la gasificación presenta grandes perspectivas, ya que ofrece entre otras ventajas, una mayor eficiencia de conversión en comparación con la pirolisis y la combustión. En la práctica la gasificación puede convertir de un 60 % a un 90 % de la energía de la biomasa en energía del gas. [4] La gasificación de la biomasa es la conversión térmica de la misma en un gas, el cuál puede utilizarse para la producción de electricidad con el empleo de motores de combustión interna con un determinado nivel de eficiencia, que depende de las características de la biomasa y los motores utilizados. El gas pobre, resultado de la gasificación de biomasa con aire tiene un elevado contenido de sustancias volátiles combustibles (CO, CH4 y H2), valor calórico bajo entre (4-7 MJ/Nm3), una alta estabilidad al encendido y un satisfactorio número de 134 metano, pudiendo ser utilizado en motores de combustión interna, el esquema tecnológico se presenta en la figura 1. [5,6] Figura 1. Esquema general de la tecnología El gas se produce en un reactor (gasificador), sus características dependen fundamentalmente del tipo de biomasa utilizada y del rango de potencia eléctrica. Este gas es sometido a un proceso de limpieza y luego suministrado al motor de combustión interna. Para la generación de electricidad a pequeña (< 1MW) los reactores más utilizados son los gasificadores downdraft, ellos son capaces de garantizar los requerimientos de calidad del gas a suministrar al motor. [7] En este trabajo se realiza una evaluación experimental de la eficiencia de conversión de la energía química de la biomasa en electricidad de la tecnología de gasificación y generación de electricidad, con el empleo de motores de combustión interna a partir de mediciones experimentales realizadas a una instalación que trabaja con residuos de la industria de la madera. La generación de electricidad utilizando gas de la biomasa como combustible en motores de combustión interna es una tecnología en estado comercial. Los motores usados pueden ser de encendido por chispa o de motor diesel. Las investigaciones realizadas para la evaluación del rendimiento térmico en los motores de combustión interna que funcionan con gas pobre para generar electricidad, muestran diferentes resultados, en dependencia de las características de los motores utilizados, en la tabla 1 se presentan los indicadores. 135 Tabla 1 Indicadores de eficiencia de diferentes motores de combustión interna trabajando con gas pobre *Los números y abreviaturas de la tabla anterior se refieren a los parámetros siguientes: (1) Potencia eléctrica, nd. No declarado, (2) Biomasa-electricidad, (3) Potencia al freno, (4) En el eje, (5) Motor-generador, (6) Potencia mecánica, (7) Biomasasalida en el eje, RC. Relación de compresión, MM. Modificaciones en el motor, SIG. Sistema de ignición, PI. Punto de ignición, APMS. Antes del punto muerto superior, ηT. Eficiencia Térmica, ηG. Eficiencia Global. Ppot. Pérdida de potencia. RDF. Mezclas de materiales plásticos, textiles y cerámicos. RIAO. Residuos de la industria del aceite de olivo. Las aplicaciones comerciales de la tecnología se localizan en un rango de potencia menor de 1 MW. Los motores utilizados pueden ser de ignición por chispa y Diesel. En los motores de ignición por chispa el gas pobre puede sustituir el 100 % (...truncated)