Análisis de un gasificador de flujo concurrente para el aprovechamiento energético de residuos biomásicos aplicando dinámica de fluidos computacional

Abstract

Se realizó una modelación numérica que simula el comportamiento térmico, fluido-dinámico y de generación de especies químicas característico del proceso de gasificación de biomasa en un reactor de lecho concurrente utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD). Un modelo tridimensional fue establecido para representar el interior del reactor de gasificación, ANSYS Workbench © 18.0 fue utilizado para generar el mallado del reactor y establecer los distintos modelos físico-químicos que representaran adecuadamente el proceso de gasificación. Se asumió el proceso de simulación como un estado estacionario. Los modelos de energía, turbulencia, transporte de especies y multifásicos fueron establecidos para representar adecuadamente las ecuaciones que rigen la transferencia de masa, momento y energía en el proceso de degradación termo-química de biomasa, resueltos a partir del método de volúmenes finitos implementado por Fluent®. Las variaciones en el caudal de aire ingresado al reactor, así como la posición en la que se ingresa el mismo, fueron establecidas a fin de determinar el punto de operación óptimo del reactor. Los resultados del modelo numérico desarrollado permitieron identificar una mayor interacción entre la fase de compuestos volátiles y la fase sólida de pellets en la zona superior del reactor, producto del aumento de temperatura que se genera en esta zona, debido a la alta turbulencia presentada; este comportamiento se cumple para los distintos escenarios planteados en la investigación. Además, se determinó que empleando un caudal de 400 l/min de aire e ingresándolo por encima de la garganta del reactor se obtienen los mejores resultados en términos de calidad de syngas producido, estableciendo esta condición como punto de operación óptimo del reactor.