Planteamiento y resolución de un modelo matemático de un reactor de lecho fluidizado para la gasificación de cuesco de palma utilizando aire como agente gasificante

Abstract

En la actualidad uno de los grandes problemas que tiene la sociedad actual es la dependencia de los combustibles fósiles tales como el carbón, petróleo y gas natural. Estos combustibles son energías no renovables y por tal razón no se tiene una forma de sostener estos recursos. Un aspecto importante es la contaminación producida por las emisiones resultantes del proceso de combustión usado para la generación de energía, como lo son el dióxido de carbono causante del efecto invernadero, el monóxido de carbono y los compuestos azufrados. En los últimos años la comunidad mundial a invertir en la investigación, para el desarrollo y aplicación de energías alternativas para la generación de energía limpia. Una de las ventajas más importantes del uso de energías alternativas se encuentra en que las emisiones de gases contaminantes son mínimas. Dentro de las energías renovables se encuentran: la energía eólica, hidráulica, hídrica, geotérmica y la biomasa. De todas las anteriores la biomasa es una de las energías mejor aprovechadas a nivel mundial ya que representa aproximadamente el 11% de consumo mundial.[16][41] La biomasa hace referencia al conjunto de materia orgánica de origen animal, vegetal o de transformación artificial o natural de la misma. La biomasa como combustible posee uno de los mayores inconvenientes recae en la cantidad que se debe invertir de este recurso y el transporte, para así poder obtener un beneficio del mismo. Por ende una de las mejores formas de administras este material es por medio de los procesos de gasificación ya que con la obtención de un gas se resolvería fácilmente los inconvenientes anteriormente presentados. El gas obtenido de estos procesos estos compuestos con diversos elementos (CO, H20, N, etc.) y su energía proveniente de este gas se determina con la calidad y el porcentaje de obtención de los diversos componentes. Por este motivo diversos autores se enfocado en la construcción de máquinas, las cuales puedan aprovechar en gran medida la biomasa, otros en la biomasa solamente y algunos en la combinación de ambos para tener una optimización pero siempre buscando una mejoría en el gas obtenido; otra de las formas de aprovechamiento energético se puede realizar por medio de procesos bioquímicos (digestión aeróbica y anaeróbica) y físico químicos (extracción y transesterificación).[52] En Colombia existen estudios sobre la biomasa residual y la biomasa natural. En gran mayoría se utiliza el bagazo de caña, la cascarilla de arroz, la cascarilla de café y el cuesco de palma de aceite por su aprovechamiento energético. Una gran parte de estos residuos es empleada con fines energéticos dentro de las mismas plantaciones. [28] Las tecnologías más recientes incluyen análisis de los procesos a escala y además construcción de equipos a nivel de planta piloto, para después llegar a su implementación a nivel industrial. Para llevar a cabo el desarrollo de estos análisis se debe realizar un planteamiento de modelos matemáticos que describen los procesos que se llevan a cabo. Los modelos matemáticos se utilizan para poder ver el comportamiento de los equipos a nivel piloto, para después poder llevarlos a una escala aún mayor y además poder optimizar los parámetros de operación. Además una ventaja de implementar los modelos matemáticos es que facilitan la comprensión de los fenómenos físicos que se presentan dentro de los procesos, dando lugar al desarrollo de nuevas tecnologías y solución de problemas mediante ideas innovadoras. Una de las grandes desventajas cuando de desconocer los fenómenos presentes en los procesos, es la limitación del desarrollo tecnológico a una adaptación de tecnologías existentes, lo cual es poco práctico a la hora de utilizar procesos de gasificación para el aprovechamiento energético de la biomasa. Al utilizar modelos matemáticos se facilita la determinación de los parámetros más influyentes dentro de los procesos de manera práctica y eficiente, además de la evaluación de variables de interés. La gasificación de biomasa es un fenómeno complejo en los que se presenta transferencia de calor y de masa de manera simultánea, el desarrollo de varias pruebas experimentales que permiten evaluar la influencia de cada uno de los parámetros que influyen en la gasificación por lo que requiere de gran esfuerzo económico, disponibilidad de tiempo y de personal calificado. Es fundamental para obtener una óptima operación del equipo que permitan obtener gases combustibles con un alto poder calorífico y bajo de alquitranes, es necesario un tratamiento previo de limpieza riguroso.