Modelo matemático de un gasificador de lecho fluidizado burbujeante

Abstract

La tesis tiene como objetivo realizar y aportar un estudio teórico del proceso de gasificación y de los parámetros de control que favorecen la calidad del gas de síntesis obtenido, además, de contrastar los modelos matemáticos propuestos para el comportamiento fluidodinámico en gasificadores de lecho fluidizado burbujeante para obtener un modelo matemático unidimensional con respecto a la altura del reactor, dicho modelo fue implementado en código MATLAB. Con tal fin se presentan los conceptos que definen a la biomasa como su clasificación, ventajas y desventajas, además, se explican los conceptos teóricos y algunas formulaciones matemáticas del proceso de gasificación, con la finalidad de obtener un modelo matemático unidimensional, es decir, con respecto a la altura del reactor, basado en la teoría de las dos fases (llamadas fase emulsión y fase burbuja), para determinar la composición del syngas y su poder calorífico inferior (PCI) mediante ecuaciones empíricas, y conociendo la composición de la biomasa y geometría del reactor. A continuación, se expone los tipos de modelación para gasificación, así como la formulación y explicación de los parámetros del modelo matemático utilizado con sus hipótesis. el modelo matemático en código MATLAB permite obtener gráficas de la evolución de las fracciones molares a lo largo de la altura del reactor de los principales gases que componen al syngas. De esta manera, el modelo matemático de esta investigación presenta una precisión promedio del 71% con respecto a los valores experimentales de las fracciones molares del monóxido de carbono, hidrógeno y metano, debido a la incertidumbre que se tiene en el proceso de gasificación real. Por otro lado, se determinó teóricamente que el gasificador UDEP debe operar entre 750°C y 775°C con un Equivalence Ratio igual a 0.2 para alcanzar una mayor eficiencia energética entre 5.6 a 6.2 MJNm3⁄. Según los resultados obtenidos en el experimento UDEP, se concluye que el modelo matemático presenta una limitante, que es la temperatura de operación al interior del reactor. En la realidad se podría operar el reactor UDEP a una temperatura mayor que 950°C y se obtendrá un gas con cierto poder calorífico, sin embargo, para el modelo unidimensional de esta investigación no es aplicable, esto se justifica debido a selección de las velocidades de reacción y a las ecuaciones empíricas del proceso de devolatilización, que no permiten la iteración del código MATLAB al obtener una baja concentración de las especies gaseosas analizadas.