Modelo matemático de gasificador de tipo downdraft para biomasa agrícola

Abstract

El uso de la biomasa como alternativa energética ha experimentado un crecimiento notable gracias al avance en tecnologías de conversión de biomasa en calor o energía, como es el caso de la gasificación. En el contexto de Colombia, un país excepcionalmente rico en biodiversidad, existe un potencial energético significativo que podría aprovecharse mediante la implementación de tecnologías como la gasificación. Sin embargo, dicha implementación se ha visto limitada en países como Colombia debido al escaso desarrollo tanto tecnológico como académico en el ámbito de la gasificación. El presente trabajo tiene como objetivo presentar un modelo matemático de equilibrio estequiométrico restringido para el proceso de gasificación de biomasa lignocelulósica, específicamente utilizando eucalipto, como un instrumento fundamental para el progreso tecnológico y académico en esta área. La composición del residuo de eucalipto se obtuvo a partir de estudios experimentales, sobre la cual se fundamentó el desarrollo del modelo de gasificación. Este modelo implementa dos reacciones fundamentales del proceso de gasificación: la Reacción de Hidrogasificación y la Reacción de Desplazamiento de Gas de Agua (WGSR). Las ecuaciones de equilibrio químico representativas para estas dos reacciones se determinaron mediante el concepto de la energía libre de Gibbs. Los datos resultantes se analizaron comparando el error cuadrático medio (MSE) y la raíz del error cuadrático medio (RMSE) para la composición de CO, H2 y CH4 en tres relaciones de equivalencia (RE): 0.374, 0.396 y 0.42. Los hallazgos más destacados de este estudio incluyen un ajuste satisfactorio del modelo mediante tres restricciones de rendimiento, enfocado especialmente en la corrección de la concentración de CH4. Este ajuste condujo a una reducción del MSE del 66,03% a un ínfimo 0,30%. Asimismo, se llevó a cabo una validación del modelo con otros tipos de biomasa como corteza de pino, aserrín y tuza de maíz, los cuales mostraron valores de MSE por debajo del 10%. Estos resultados evidencian la validez del modelo para estimar porcentajes de composición resultantes de un proceso de gasificación con diferentes composiciones de biomasa. Tales conclusiones son de suma importancia para la aplicación y desarrollo de procesos de gasificación con biomasa en el contexto colombiano.