Diseño de un gasificador de lecho fijo en equicorriente de núcleo abierto para operar con cascarilla de arroz

Abstract

Los problemas medioambientales asociados al uso de combustibles fósiles y la eventual escasez de estos han motivado el desarrollo de tecnologías de aprovechamiento de fuentes renovables de energía. Entre estas, sobresale la biomasa, por su disponibilidad, producción con poca dependencia de las condiciones ambientales y facilidad de conversión. Por otro lado, en Colombia se producen cerca de 520.000 toneladas de cascarilla de arroz anualmente, ubicando este residuo como uno de los de mayor potencial energético. Entre los métodos de aprovechamiento, se destaca la gasificación por generar un gas que puede ser empleado en máquinas térmicas convencionales luego de pocas modificaciones. En Colombia existen muy pocas experiencias documentadas en las que se utilice la gasificación como mecanismo de valoración energética de la biomasa y dada la gran aplicabilidad de esta tecnología, en este proyecto se presenta el diseño y los avances en la construcción de un prototipo de gasificación de lecho fijo equicorriente de núcleo abierto para operar con cascarilla de arroz. Se selecciona como potencia de diseño 20 kWth, debido a que, de usar el gas para generación eléctrica, podría ser empleado en grupos electrógenos de baja potencia, inferior a 5kWe, los cuales son de uso común en zonas con bajo nivel de acceso a la electricidad. El diseño del reactor parte de mediciones experimentales exploratorias realizadas en un gasificador equicorriente invertido, en donde se determinó que la tasa específica de gasificación (SGR) varía entre 120 y 200 kg/h/m2 mientras se produce un gas con poder calorífico inferior (PCI) entre 3.5 y 4 MJ/Nm3, valores que dependen del flujo de gasificante empleado y del estado termoquímico del proceso. Haciendo uso de relaciones termodinámicas y de métodos Heurísticos, se determinan las dimensiones principales del reactor, así como sistemas y subsistemas requeridos para su operación en continuo. De los resultados se destaca que, para la potencia de diseño definida, se requiere de un lecho cilíndrico de sección transversal de diámetro 0.35 m y longitud de 1 m. Las temperaturas alcanzadas en las pruebas exploratorias se mantuvieron por debajo de lo que permite emplear acero inoxidable AISI 304 como material de la zona de reacción. Actualmente la construcción del reactor presenta un grado de avance cercano a 90% y se han iniciado pruebas de verificación de flujo de biomasa en frio.