Análisis termoeconómico de gasificación integrada a motores de combustión interna, empleando cascarilla de arroz en el departamento de Córdoba

Abstract

La reutilización de los cultivos de arroz con doble propósito, comercial y energético como medio para ampliar nuevas posibilidades de mercado, disminuyendo costos, teniendo en cuenta el desempeño operativo, impacto industrial, y medio ambiental que representa la utilización de la cascarilla de arroz como fuente de energía para el sector agroindustrial del departamento de Córdoba, enmarcan los objetivos de este proyecto el cual evalúa la tecnología en el sector y utiliza un biocombustible de segunda generación en este proceso, implementado en cuatro fases fundamentales. En una primera fase se calcula el potencial productivo con el que cuenta el departamento de Córdoba para la biomasa residual de cascarilla de arroz, estableciendo un posible suministro en el tiempo, identificando la capacidad de producción focalizada del departamento, calculando la disponibilidad futura, para la cual se empleó un modelo matemático de pronóstico, denominado suavizamiento exponencial simple el cual permitió establecer una producción promedio anual de 14674.6 Ton/Año hasta el año 2020. Esta se realizó con datos actualizados del Instituto Colombiano para el desarrollo rural seccional Córdoba. En una segunda fase se realiza la modelación y posterior simulación de un sistema de gasificación de cascarilla de arroz integrado a un motor de combustión interna, (IGMCI, por sus siglas en inglés), para generación de potencia a baja escala mediante Aspen HYSYS ®. Los resultados muestran un poder calorífico teórico del gas pobre de 2,82 MJ/Kg utilizando como agente gasificante aire en condiciones estándar. Utilizando datos confiables en el software, obtenidos mediante recopilación bibliografía y diferentes consultas especializadas. Consiguiendo potencias, bajo un intervalo definido de eficiencias globales. En la tercera fase se realizó un análisis de sensibilidad de variables con el fin de optimizar las eficiencias energéticas. La potencia y eficiencia global alcanzada luego de la optimización fue de 1,05 MW, y 16,59% respectivamente. Como fase final, un análisis económico para conocer la viabilidad de Implementación de esta tecnología en el departamento. Para ello se utilizó las economías de escala. Obteniendo un costo de producción de 633 Pesos colombianos por kW/hr de generación.

Reusing rice crops with dual purpose, commercial and energetic as a means to expand new market opportunities, reducing costs, taking into account the operating performance, industrial and environmental impact, representing the use of rice husk as an energy source for the agro industrial sector in the department of Córdoba; frame the objectives of this project which evaluates the technology in the sector and uses a second-generation biofuel in this process, implemented in four basic steps. In a first step, the productive potential belonging to the Córdoba department for residual biomass rice husk is calculated, establishing a possible supply over time, identifying the capacity to the targeted production in the department, calculating the future availability, for which a mathematical estimation model was used, called simple exponential smoothing which allowed to establish an average annual production of 14674.6 Ton/Year, until the year 2020. This calculation was performed with updated data from Instituto Colombiano de Desarrollo Rural (Incoder) in Córdoba. In a second stage, the modeling and subsequent simulation of a gasification system of rice husk integrated to an internal combustion engine (IGMCI) for generating small-scale power through Aspen HYSYS ® is made, The results show a theoretical calorific value of the poor gas of 2,82 MJ/kg using air as a gasifying agent under standard conditions, and using reliable data on the software obtained by different specialized bibliography and collection queries. Getting electrical power, under a defined interval overall efficiencies. In the third phase, a sensitivity analysis of variables in order to optimize energy efficiencies was performed. Power and overall efficiency reached after optimization were 1.05 MW and 16.59% respectively. As a final phase, an economic analysis to determine the viability of implementation of this technology in the department was made. For this process economies of scaling was used, getting the production cost of 633 Colombian pesos (COP) per kW/h of generation.