generacion de energa electrica a partir de la gasificacion de biomasa

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generacion de energa electrica a partir de la gasificacion de biomasa

Tabla 3. Respuesta del grupo generador a distintas cargas con gasolina.Potencia Intensidad Voltaje Frecuencia rpm Consumo(kW) (A) (V) (Hz)(g/min)0 0,00 0,00 243 52,0 3120 10,0 2251 0,65 2,68 243 51,2 3070 11,9 2982 1,27 5,28 241 50,7 3040 14,6 3603 1,83 7,74 236 50,2 3010 16,8 4084 2,33 10,00 233 49,6 2970 18,7 4365 2,73 12,20 224 48,9 2930 20,3 4796 3,05 14,10 216 48,4 2900 22,0 510Carga(nº resis.)Temperaturaescape (ºC)Tabla 4. Respuesta del grupo generador a distintas cargas con butano comercialCarga(nº resis.)Potencia(kW)Intensidad(A)Voltaje(V)Frecuencia(Hz)rpm Consumo(g/min)Temperaturaescape (ºC)0 0,00 0,00 239 51,9 3110 13,8 2921 0,64 2,67 244 51,3 3080 14,3 2902 1,24 5,22 239 50,4 3020 17,7 3073 1,79 7,65 234 49,9 2990 17,9 3484 2,25 9,92 227 49,2 2950 22,4 3915 2,67 12,00 221 48,7 2920 23,8 4296 3,00 14,00 214 47,9 2870 26,9 455De forma gráfica se muestran en las figuras 2, 3 y 4 la comparación del comportamiento del grupogenerador con los dos combustibles ensayados. Los resultados obtenidos con los doscombustibles muestran un comportamiento muy similar en cuanto al régimen de giro del motor yconsumo másico de combustible, variando algo más las temperaturas de salida de los gases deescape, que resultan menores en el caso de la utilización de gas butano, lo que se traducirá en unmenor desgaste mecánico del equipo. En cualquier caso, el funcionamiento con los doscombustibles mantuvo una gran estabilidad en todo el régimen de utilización. Considerando unosvalores promedio de poder calorífico inferior (PCI) de 43800 J/g para la gasolina y 45700 J/g parael gas butano comercial, los rendimientos con ambos combustibles se sitúan con valores máximospor debajo del 20 % de aprovechamiento energético, es decir, relación de la energía eléctricaobtenida con la energía que se obtiene por combustión del combustible.3,532,5Potencia(kW)21,5GASOLINABUTANO10,500 2 4 6Nº RESISTENCIASFigura 2. Evolución de las potencia generada con la carga a la que se le somete4


30,0025,00consumo(g/min)20,0015,0010,00GASOLINABUTANO5,000,000,00 2,00 4,00Potencia (kW)Figura 3. Evolución del consumo motor con la potencia generada600500Tªescape(ºC)400300200GASOLINABUTANO10000,00 2,00 4,00Potencia (kW)Figura 4. Evolución de la temperatura de los gases de escape del motor con la potencia generada.3.3. Ensayos de gasificación y generación de energía con motorSe han realizado ensayos de gasificación y generación simultánea de energía con el grupomotogenerador utilizando dos tipos de biomasa, cáscara de almendra y poda de olivo. Para cadauna de ellas se ha determinado las características del gas generado, tanto en composición comoen cuanto al contenido a materias condensables o alquitranes antes y después de la limpieza conel sistema diseñado. Estos resultados se han obtenido trabajando con un caudal de aire de 200Nm 3 /h.Al igual que con los ensayos realizados con motor y combustibles fósiles, se ha analizado laevolución de distintos parámetros con la carga aplicada como: voltaje de la corriente eléctricaobtenida, intensidad, frecuencia de la corriente, revoluciones del motor y temperatura de los gasesde escape. Sin embargo, no ha sido posible determinar el consumo de gas en función de ladistinta carga aplicada al grupo generador ya que el orificio medidor utilizado como elemento paradeterminar el caudal de gas, induce una pérdida de presión en la línea de alimentación al motorque limita la alimentación de gas al motor y provoca una gran inestabilidad en el funcionamientodel mismo incluso cuando no se aplica ninguna carga.Se muestran en la Tabla 5 los resultados normalizados obtenidos para el gas generado en lagasificación de la cáscara de almendra, usando un caudal de aire de gasificación: 200 Nm 3 /h. Elcontenido en condensables del gas ha sido, antes del proceso de limpieza de 291,59 g/Nm 3 ydespués del proceso de limpieza de10,09 g/Nm 3 . Como se puede apreciar, tanto la composicióncomo el poder calorífico se mantienen en valores bastante estables, con un perfil de temperaturamuy acusado dentro del gasificador y con temperaturas relativamente altas en la zona dereducción y muy parecidas a las temperaturas alcanzadas donde se inyecta el aire de gasificacióny tiene lugar la oxidación parcial de la biomasa.5


Tabla 5. Gas de gasificación de almendraMuestra 1 Muestra 2 Muestra 3 MediaPerfil Tª (ºC)Tª secado 60 64 68 64,00Tª pirólisis 109 103 104 105,33Tª oxidación 688 790 789 755,67Tª reducción 612 769 825 735,33% VolumenH 2 14,04 10,59 14,87 13,17O 2 1,51 4,13 3,90 3,18N 2 46,82 50,27 45,69 47,59CO 21,21 21,33 21,88 21,47CH 4 2,73 2,45 2,72 2,63CO 2 13,05 10,63 10,29 11,32C 2 H 4 0,41 0,38 0,43 0,41C 2 H 6 0,18 0,16 0,18 0,17C 2 H 2 0,05 0,05 0,05 0,05PCI (kcal/Nm 3 ) 1329 1212 1372 1304En cuanto al contenido en materias condensables (agua y alquitranes), se observa una elevadacantidad de estos productos obtenidos simultáneamente en la gasificación, y la eficacia delproceso de limpieza que consigue rebajarlos al nivel del 3,5 % del contenido inicial. Lascondiciones de trabajo del sistema de limpieza han sido: Tª entrada del gas: 185 ºC, Caudal deagua de limpieza: 15 l/min, Tª de salida del gas de la torre de pulverización de agua: 35 ºC, Tª desalida del gas del enfriador-secador: 15 ºC. Pese a la eficacia del sistema de limpieza del gas,después de operar durante un periodo de varias horas, en el motor se observan condensacionesde materia alquitranosa a la entrada del mismo, lo que obligaría, para operaciones en continuo, areducir todavía más el contenido en condensables.El gas obtenido, una vez ha pasado por el sistema de limpieza, se alimenta al grupomotogenerador, siendo los resultados obtenidos para distintas cargas los que se reflejan en laTabla 6. Conforme se somete al motor a una mayor carga, su funcionamiento se vuelve másinestable, disminuyendo el voltaje de la corriente eléctrica generada así como las revoluciones degiro del motor, aumentando igualmente la temperatura de los gases de escape.Tabla 6. Generación de energía eléctrica con gas de gasificación de almendra.Carga(nº resis.)Potencia(kW)Intensidad(A)Voltaje(V)Frecuencia(Hz)rpm Temperatura escape(ºC)0 0 0 231 51,15 3069 2142 1,15 5 228 49,5 2970 3073 1,6 7,23 222 47,5 2850 3864 2,3 10 227 48,5 2910 4105 2,34 11,1 205 47,5 2850 4106 2,42 12,4 190 44,5 2670 408A continuación, en la Tabla 7, se muestran los resultados normalizados obtenidos para el gasgenerado en la gasificación de la poda de olivo, con un caudal de aire de gasificación de 200Nm 3 /h.6


Tabla 7. Gas de gasificación de poda de olivoMuestra 1 Muestra 2 MediaPerfil Tª (ºC)Tª Secado 88 138 113Tª Pirólisis 190 229 210Tª Oxidación 581 568 575Tª Reducción 633 608 621% VolumenH 2 15,58 18,94 17,26O 2 2,65 3,84 3,25N 2 45,62 42,71 44,17CO 22,99 17,86 20,43CH 4 2,02 2,72 2,37CO 2 10,49 12,88 11,69C 2 H 4 0,39 0,63 0,51C 2 H 6 0,17 0,21 0,19C 2 H 2 0,09 0,20 0,15PCI (kcal/m 3 N) 1362,82 1409,14 1385,98El contenido en condensables del gas ha sido antes del proceso de limpieza de 187,66 g/Nm 3 ydespués del proceso de limpieza de 0,76 g/Nm 3 . Tanto la composición como el poder calorífico semantienen en valores bastante estables. El perfil de temperaturas en el gasificador es menosacusado que en el caso de la almendra y con unos valores de temperatura significativamentemenores en las zonas de oxidación y reducción. Igualmente se observó una mayor pérdida decarga dentro del gasificador, debido principalmente al menor tamaño del material de la poda frentea la cáscara de almendra, lo que supone una mayor resistencia al flujo de gas.Se observa, al igual que en el caso de la almendra, una elevada cantidad de condensables,aunque en menor cantidad (aproximadamente un 35 % menor) y, también al igual que el caso dela gasificación de cáscara de almendra, una elevada eficacia del proceso de limpieza del gas queconsigue rebajarlos al nivel del 0,40 % del contenido inicial, es decir una eficacia del proceso delimpieza del 99,6 %. Las condiciones de trabajo del sistema de limpieza han sido: Tª entrada delgas: 197 ºC, Caudal de agua de limpieza: 15 l/min, Tª de salida del gas de la torre de pulverizaciónde agua: 22,3 ºC, Tª de salida del gas del enfriador-secador: 16,1 ºC.A diferencia del caso de la almendra, después de un periodo de operación de varias horas encontinuo tanto del equipo de limpieza del gas, como del motor, no se aprecian condensaciones demateria alquitranosa en el sistema de alimentación del motor. El gas obtenido, una vez que hapasado por el sistema de limpieza, se alimenta al grupo motogenerador, siendo los resultadosobtenidos para distintas cargas los que se reflejan en la Tabla 8.Tabla 8. Generación de energía eléctrica con gas de gasificación de poda de olivo.Carga(nº resis.)Potencia(kW)Intensidad(A)Voltaje(V)Frecuencia(Hz)rpm Temperaturaescape (ºC)0 0 0 236 51,5 3090 2001 0,63 2,6 243 50 3000 3192 1,18 5,03 227 46,5 2790 3233 1,76 7,36 210 48,5 2910 3524 1,94 9,33 219 44,5 2670 3695 1,8 10 181 42,5 2550 3457


Conforme se somete al motor a una mayor carga, su funcionamiento se vuelve más inestable,disminuyendo el voltaje de la corriente eléctrica generada así como las revoluciones de giro delmotor, aumentando igualmente la temperatura de los gases de escape. Cuando se conectan 5resistencias, la potencia total generada disminuye, no pudiéndose obtener resultados con 6resistencias ya que el motor no puede asumir tanta carga, bien por las características del gas, unbajo poder calorífico, o del sistema de alimentación que no permite alimentar tanto gas como seríanecesario para mantener un régimen estable.La comparación de los resultados obtenidos en la gasificación de los dos materiales se muestranen la figura 5. Como se puede apreciar la composición del gas obtenido es muy similar para lasdos biomasas, pese a la sensible diferencia existente en cuanto al contenido en materiacondensable que es aproximadamente un 35 % superior en el caso de la cáscara de almendra.5045403530% V/V 2520151050H2O2N2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2ALMENDRAPODAFigura 5. Comparación de la composición del gas obtenido en la gasificación de cáscara dealmendra y de poda de olivo.En cuanto a la comparación de los resultados obtenidos con el grupo motogenerador con losgases de gasificación de los dos materiales se muestran en las figuras 5, 6, 7 y 8.POTENCIA (kW)32,521,510,500 2 4 6 8Nº RESISTENCIASCASCARAPODAFigura 5. Evolución de la potencia generada con el número de resistencias conectadas.VOLTAJE (V)3002502001501005000 2 4 6 8Nº RESISTENCIASCASCARAPODAFigura 6. Evolución del voltaje generado con el número de resistencias conectadas.8


Como diferencias más significativas en cuanto al comportamiento del gas obtenido con las dosbiomasas se observa la obtención de una mayor potencia máxima para el caso del gas procedentede la gasificación de la cáscara de almendra, así como también una mayor temperatura de losgases de escape y un funcionamiento más estable en cuanto al régimen de giro del motor, máscercano a las 3000 rpm en el intervalo de potencia estudiado, lo que proporciona junto con unosmayores niveles de voltaje, una frecuencia de la corriente eléctrica generada más próxima a los 50Hz de la corriente comercial.rpm32003000280026002400220020000 2 4 6 8Nº RESISTENCIASCASCARAPODAFigura 7. Evolución de las revoluciones por minuto del motor en función del número deresistencias conectadas.Tª escape (ºC)50040030020010000 5 10Nº RESISTENCIASCASCARAPODAFigura 8. Evolución de la temperatura de los gases de escape del motor en función del número deresistencias conectadas.Para los dos materiales se observa que, conforme se incrementa el número de resistencias (lacarga a la que se somete al grupo motogenerador) hay una disminución progresiva tanto delrégimen de giro, como del voltaje, y un progresivo incremento de la temperatura de los gases deescape, lo que se traduce en un menor rendimiento energético por las pérdidas asociadas conesos gases de escape.Si se compara los resultados obtenidos en la generación con gas de gasificación y concombustibles convencionales como gasolina o butano se obtiene la figura 9, en la que se puedeapreciar que la curva de potencia es muy similar para bajas cargas, para posteriormenteestabilizarse en valores ligeramente menores para la cáscara de almendra y algo menores todavíapara la poda de olivo, que con combustibles convencionales. Esto puede ser debido a un sistemade alimentación de gas al motor incapaz de suministrar el gas necesario para el funcionamiento aaltas cargas. En cualquier caso se demuestra la viabilidad de la utilización de la gasificación debiomasa como alternativa frente a otros combustibles para la generación de energía eléctrica enmotores alternativos de combustión interna como el utilizado en este proyecto.9


Potencia (kW)3,532,521,510,500 2 4 6 8GASOLINAGAS BUTANOCÁSCARAPODANº RESISTENCIASFigura 9. Comparación de la potencia obtenida en función de la carga conectada al motor paradistintos combustibles.4. ConclusiónComo resultado de este trabajo se ha podido comprobar la viabilidad en la utilización de dosbiomasas como cáscara de almendra y poda de olivo en la generación de energía eléctrica de unaforma estable y continuada utilizando un motor alternativo de combustión interna que se alimentacon el gas obtenido en la gasificación de esos dos productos en un gasificador tipo downdraft,previa la limpieza y acondicionamiento a temperatura adecuada de dicho gas.Comprobado el funcionamiento del sistema diseñado y construido, las líneas futuras deinvestigación pasan por analizar la posibilidad de utilizar otros materiales como orujo, paja, podade vid, etc.; mejorar la eficacia del sistema de limpieza del gas cuando la biomasa utilizada así lorequiera, como sería el caso de la cáscara de almendra, para eliminar en mayor medida lasmaterias condensables y permitir el funcionamiento del sistema durante periodos de tiempocontinuados, así como mejorar el sistema de alimentación de gas al motor para permitir laregulación y medida del caudal de gas suministrado.AgradecimientosLos autores del trabajo desean agradecer al Gobierno de Aragón la ayuda prestada para larealización del proyecto (REF P125/2001) ayuda financiada por el Fondo Social Europeo. Losautores de Brasil agradecen a la FAPESP (Proc. # 98/15448-5, 01/10841-5 y 01/08152-7).Palabras claveGasificación, biomasa, reactor Downdraft, electricidadReferencias[1] P. GARCÍA, R. BILBAO, J. ARAUZO, M.L. SALVADOR; Scale-up of downdraft moving-bedgasifiers (25-300 kg/h – Desing, experimental aspects and results; Bioresource Technologi,;48 (3), pp. 229-235; 1994.[2] C. DI BLASI; Dynamic behaviour of stratifed downdraft gasifers; Chem. Eng. Sci.; 55; pp.2931-2944; 2000.[2] M. MUÑOZ, F. MORENO, J. MOREA-ROY, J. RUIZ, J. ARAUZO; Low heating value gas onspark ignition engines; Biomass and Bioenergy; 18; pp. 431-439; 200010

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