Simulación de Gasificación de Residuos Agroindustriales Carbonizados en un Reactor de Lecho Fluidizado

Simular la gasificación de residuos agroindustriales carbonizados en un reactor de lecho fluidizado

La demanda energética mundial continúa en aumento, impulsada por las necesidades energéticas de los países en desarrollo, que se incrementan rápidamente. Según estimaciones recientes, los combustibles carbonosos continuarán siendo las fuentes de energía más grandes del mundo hasta los años 2030-40. Entre estos, el carbón seguirá siendo la segunda fuente de energía, detrás del petróleo y otros líquidos, mientras que las energías renovables continuaran siendo las de crecimiento más rápido.

Dentro de las energías renovables, la biomasa como materia orgánica, se destaca por su gran disponibilidad y diversidad. Entre las fuentes más comunes de biomasa se encuentran los desechos o residuos forestales, agrícolas, agroindustriales y municipales. La creciente conciencia de la limitada disponibilidad de combustibles fósiles y la mayor sensibilidad respecto a los problemas ambientales, han contribuido al aumento sustancial de las actividades de investigación científica relacionadas con la biomasa. Los productos basados en carbono como el carbón y la biomasa, pueden ser convertidos en gas combustible mediante el proceso de gasificación. La gasificación es la conversión termoquímica del combustible sólido en gas combustible que contiene principalmente hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano y nitrógeno. El gas producido también contiene algunos contaminantes como partículas de carbón, cenizas y algunos hidrocarburos superiores o alquitrán. La composición química y el uso del gas producido, también conocido como gas de síntesis (syngas), varía según los siguientes parámetro. El proceso de gasificación es complejo e incluye numerosas reacciones químicas en las etapas de secado, desvolatilización, oxidación y gasificación. Existen varios métodos de gasificación, de los cuales la gasificación por lecho fluidizado se considera como uno de los más eficientes, ya que el combustible se fluidiza generalmente en aire, oxígeno o vapor. Entre las ventajas más destacadas de los reactores de lecho fluidizado se encuentran las altas tasas de calentamiento de partículas y buenas propiedades de mezcla.

La gasificación en lecho fluidizado es un fenómeno multifase entre gases y partículas de combustible y también un problema de flujo reactivo, que implica reacciones homogéneas entre gases y reacciones heterogéneas entre partículas de combustible y gases. Esto conduce a que el modelado de estos sistemas sea extremadamente complejo y continúa siendo un desafío para la comunidad científica y ramas de la ingeniería relacionadas.

Para modelar el comportamiento de combustibles carbonosos en un sistema de gasificación se utilizan modelos matemáticos complejos que incluyen el transporte de momento, masa, energía y el seguimiento de especies químicas. Los modelos más completos combinan diferentes submodelos matemáticos para caracterizar el comportamiento multifase y las reacciones químicas implicadas. Debido a su complejidad, el estado del arte en este tipo de modelado aplica las técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) más recientes.