Estudios paramétricos de la gasificación de la tusa de maíz en gasificadores downdraft

Artículo original Estudios paramétricos de la gasificación de la tusa de maíz en gasificadores downdraft Parametric studies of the corn cob gasification in downdraft gasifiers Ing. José Alfonso Martillo Aseffe1* Dr. René Lesme Jaén2 Msc. Aldemar Martínez González3 Dr. Luis Oscar Oliva Ruiz2 Msc. Lenin Santiago Orozco Cantos4 1 Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, Ecuador. Universidad de Oriente, Cuba 3 Universidad Federal de Itajubá, Brasil 4 Escuela Superior Politécnicadel Chimborazo, Ecuador 2 *Autor para correspondencia. Correo: RESUMEN En este trabajo se presentan una revisión al estado del arte de los estudios paramétricos sobre la gasificación de la tusa: composición, valor calórico del gas, tipos de gasificadores y parámetros de operación como: Relación de equivalencia, producción específica de gas y rendimiento en frío del gasificador. Son incluidas las pruebas experimentales realizadas por los autores en el laboratorio de termodinámica de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Superior del Chimborazo, Ecuador, así como, un modelo estequiométrico para evaluar los parámetros de operación del gasificador. Los resultados de los estudios muestran que en los gasificadores de lecho fijo la composición del gas producto de la gasificación de la tusa con aire presenta los siguientes valores CO (9.42-27.00 vol.%), H2 (4.50-20.00 vol.%), CH4 (1.54-2.80% vol.), CO2 (7.4017.99% vol.), N2 (50.00-65.85% vol.), O2 (0.00-1.61% vol.), Hidrocarburos leves (0.050,39% vol.), el poder calorífico del gas entre 4-6 MJ / Nm3 y el rendimiento en frío de los gasificadores entre 60-70%. En las pruebas realizadas en el gasificador objeto de estudio con una relación de equivalencia de 0.39 se obtiene un gas con un poder calorífico de 3.82 MJ/Nm3, que puede ser utilizado en motores de combustión interna. 455 Palabras claves: Biomasa; gasificación; parámetros. ABSTRACT In this paper a review of the state of the art of the parametric studies on the corncob gasification is presented: composition and gas caloric value, types of gasifiers and operation parameters such as: Equivalence ratio, specific gas production and cold yield of the gasifier. Experimental tests carried out by the authors are included in the thermodynamics laboratory of Mechanical Engineering Faculty in the Chimborazo Higher School, Ecuador, as well as a stoichiometric model to evaluate the operating parameters of the gasifier. The results show that in fixed-bed gasifiers, the composition of the gas produced by the corncob air gasification presents the following values CO (9.42-27.00 vol. %), H2 (4.5020.00 vol. %) and CH4 (1.54 -2.80% vol.), CO2 (7.40-17.99% vol.), N2 (50.00-65.85% vol.), O2 (0.00-1.61% vol.), light hydrocarbons (0.05-0), 39% vol.).The calorific value gas is between 4-6 MJ/Nm3 and the cold yield of the gasifiers between 60-70%. In the tests carried out on the gasifier under study with an equivalence ratio of 0.39, a gas with a calorific value of 3.82 MJ / Nm3 is obtained, which can be used in internal combustion engines. Keywords: Biomass; fixed bed gasifiers; parameters. Recibido: 8/09/2018 Aceptado: 15/01/2019 Introducción La biomasa ha sido una de las principales fuentes de energía para la humanidad desde los albores de la civilización, y aunque su importancia disminuyó después de la expansión del petróleo y el carbón a fines del siglo XIX, en los últimos años ha habido un renovado interés en la energía de biomasaocasionado por los problemas ambientales derivados del uso de los combustibles fósiles, las potencialidades de la biomasa como fuente de energía y los beneficios que ella ofrece desde el punto de vista medioambiental. 456 La biomasa es una fuente de energía renovable ampliamente disponible y distribuida en el mundo, su conversión es una fuente carbono neutral, tiene el potencial para proporcionar empleo en las zonas rurales y puede sustituir a los combustibles fósiles en todos los mercados de energía, producción de calor, electricidad y combustibles para el transporte. Actualmente alrededor del 11% del consumo de energía primaria del mundo se garantiza con la biomasa y las estimaciones indican que entre el 15% y el 50% del consumo de energía primaria podría provenir de la biomasa para el año 2050. (1) Las fuentes y tipos de biomasa son distintas en cada país, sin embargo, dado el aumento sostenido de la producción agropecuaria, especial interés muestran los residuos de las cosechas agrícolas. En el caso de Ecuador la cosecha de maíz constituye un rico patrimonio de tradiciones agrícolas y alimenticias, sin embargo, poco se ha tomado en cuenta que residuos, como la tusa, poseen también un alto contenido energético y evaluar sus potencialidades como combustible bioenergético constituye una etapa importante para su futuro aprovechamiento. En el presente trabajo se presenta un análisis del estado del arte de los estudios paramétricos realizados sobre la gasificación de la tusa, donde se especifican la composición y valor calor del gas, tipos de gasificador, parámetros de operación tales como: relación de equivalencia, tasa de producción de gas y eficiencia en frío del gasificador, se incluyen los resultados experimentales de las pruebas gasificación de la tusarealizadas por los autores de éste trabajo, así como,un modelo estequiométrico que permite evaluar los parámetros del proceso,a través de balances de masa y energía en el gasificador. Fundamentación Teórica Los estudios paramétricos de la gasificación se desarrollan para evaluar los parámetros termodinámicos del gasificador fundamentalmente: Consumo de biomasa, poder calorífico y flujo de gas generado, relación de equivalencia, eficiencia entre otros. Los resultados de estos estudios dependen del tipo de gasificador, agente de gasificación, biomasa utilizada y parámetros de operación. Tipos de gasificadores La elección de un tipo de gasificador está determinada por las características de la biomasa (tamaño, contenido de humedad y contenido de cenizas) y condiciones de calidad del gas para su empleo. En el caso de la tusa se han utilizado fundamentalmentegasificadoresde lecho fijo concurrente (Downdraft) y contra corriente (Updraft) (figura 1) 457 Fig. 1- Gasificadores de lecho fijo, (a) Downdraft, (b) Updraft La diferencia entre estos gasificadores está dada por el movimiento relativo de la biomasa y el gas generado. En el gasificador downdraft la biomasa es suministrada por la parte superior y el agente de gasificación por la pared lateral, la biomasa y el gas generado se mueven en sentido descendente. Las principalesventajas de este tipo de gasificador es su alta eficiencia en la conversión de carbono, además de producir un gas con bajo contenido de alquitrán y cenizas, son muy utilizados para el uso del gas en motores de combustión interna a pequeña escala.(2,3) En el gasificador Updraft el combustible es suministrado por la parte superior y el agente de gasificación por la parte inferior, la biomasa s (...truncated)