106
marzo 2012 Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny 1

Gasificación 2012

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Page 1: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny1

Page 2: Gasificación 2012

marzo 2012

Gasificación de la madera

Gasificación. Generalidades. Teoría de la gasificación. Tipos de gasificadores: gasificadores de corriente ascendente o tiro directo, gasificadores de corriente descendente o tiro invertido, gasificadores de tiro transversal, gasificador de

núcleo abierto, otros tipos de gasificadores. Combustibles para la gasificación. Diseño de gasificadores. Depuración del polvo del gas. Refrigeración del gas.

Aplicaciones de la gasificación de la biomasa. Riesgos derivados del empleo del gas pobre

2 Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny

Page 3: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny3

¿Gasificación ?

Proceso en el cual un combustible

en estado sólido - mediante la

combustión controlada e

incompleta pasa a combustible

gaseoso

Aire

Gas

Page 4: Gasificación 2012

marzo 20124 Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny

Combustión controlada

Aire Gas pobre

Combustible (biomasa)

20 a 40 % de la cantidad teórica

COH2

CH4

CO2

N2

H2O

combustibles

PC = 1150 – 1350 kcal/m3

Page 5: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny5

•carbón mineral•madera• carbón vegetal

Máxima utilización durante la Segunda Guerra Mundial

Después de la doble crisis de los combustibles, de 1973 y 1979

Los gasificadores

Camiones AutobusesAutomóvilesBarcosTrenes

Page 6: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny6

Page 7: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny7

Page 8: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny8

PLANTAS GASIFICADORAS

Gasificador con lecho móvil y de corriente en la

misma dirección

Gasificador con lecho móvil y de contra corriente

Gasificador con lecho fluidizado

Gasificador con lecho por

suspensión de arrastre

•Diseño y funcionamiento bastante simple.

•Gas libre de alquitrán

•Diseño y funcionamiento bastante simple.

•Gas con alto grado de alquitrán

•Diseño y funcionamiento complejo

•Gas con alto contenido de alquitrán

•Diseño y funcionamiento complejo

•Gas con bajo contenido de alquitrán

Gasificador de corriente

descendente o de tiro invertido

Gasificador de corriente

ascendente o tiro directo

Combustible: pequeñas partículas(preparación del combustible)

Page 9: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny9

SECADO DEL COMBUSTIBLE

PIROLISIS

COMBUSTIÓN OXIDACIÓN

REDUCCIÓN

PROCESOS EN EL

GASIFICADOR

Page 10: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny10

Teoría de la gasificación

Producción de calor

Aire

Absorción de calor

Absorción de calor

Secado, calentado y

destilado

Alimentación de combustible

Cenizas

Salida de Gas

Zona de Oxidación

Zona de Reducción

Zona de Pirolisis

Zona de Secado

Page 11: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny11

Teoría de la gasificación

Producción de calor

Destilación secundaria y zona reducción

Aire

Zona de oxidación

Zona de reducción primaria

Absorción de calor

Absorción de calor

Secado, calentado y

destilado

Alimentación de combustible

Cenizas

Salida de Gas

C + O2 CO2

2H + ½ O2 H2O

C + CO2 2 CO

C + H2O CO + H2O

CO + H2 CO + H2O

C + 2 H2 CH4

CO + 3 H2 CH4 + H2O

Page 12: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny12

Teoría de la gasificación

Combustible sólidocarbono, hidrógeno y oxigeno

elementos

Oxidación

combustión completa dióxido de carbono

Combustión

+ agua

dióxido de carbono

vapor de agua

Reducción

monóxido de carbono

hidrógenometano

401,9 kJ/mol

2H + ½ O2 H2O 241,1 kJ/mol

C + O2 CO2

Page 13: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny13

Reacciones químicas en la zona de Reducción del gasogeno

C + CO2 2 CO + 164,9 kJ/kmol

C + H2O CO + H2O + 122,6 kJ/kmol

CO + H2 CO + H2O + 42,3 kJ/kmol

C + 2 H2 CH4 + 75,0 kJ/kmol

CO + 3 H2 CH4 + H2O - 205,9 kJ/kmol

reacciones principales de reducción

describe el equilibrio agua-gas

Teoría de la gasificación

La introducción del concepto de equilibrio agua-gas, permite calcular teóricamente la composición del gas procedente de un gasificador que ha alcanzado el equilibrio a una temperatura dada

Page 14: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny14

CO + H2 CO + H2O + 42,3 kJ/kmol

Para cada temperatura, en teoría, la relación entre el producto de la concentración de monóxido de carbono (CO) y el vapor de agua (H2O) y el producto de las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) viene determinada por el valor de la constante de equilibrio agua-gas (kwe).

describe el equilibrio agua-gas

La velocidad de la reacción disminuye al descender la temperatura. En el caso del equilibrio agua-gas, la velocidad de la reacción se reduce por debajo de 700° C

Temperatura (°C) kwe

600 0,38

700 0,62

800 0,92

900 1,27

1 000 1,60

Page 15: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny15

Composición del gas

Contenido de humedad de la madera

Composición del gas de madera en función del contenido de humedad de la madera

Page 16: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny16

Cambio calculado de la

composición del gas de madera

en función de las pérdidas por

convección y radiación

Composición del gas

Page 17: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny17

Cambio estimado de la composición

del gas de madera en función de la

temperatura de salida del gas

(pérdidas por calor sensible)

Temperatura en la salida del generador

Composición del gas

Page 18: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny18

Composiciones normales de gas que se obtienen de gasificadores comerciales de tiro

invertido, de madera y carbón vegetal

Componente Gas de Madera (% vol.) Gas de Carbón vegetal (% vol.)

Nitrógeno 50 - 54 55 - 65

Monóxido de carbono 17 - 22 28 - 32

Dióxido de carbono 9 - 15 1 - 3

Hidrógeno 12 - 20 4 - 10

Metano 2 - 3 0 - 2

Valor calorífico del gas kJ/m³ 5 000 - 5 900 4 500 - 5 600

composición del gas

Combustible Aire

Gas

Page 19: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny19

Eficiencia del gasificador

Gas en motores de combustión interna

eficiencia de la gasificación (%) (Mecánica)

valor calorífico del gas (kJ/m³)

flujo en volumen de gas (m³/s)

valor calorífico inferior del combustible del gasificador

consumo de combustible sólido del gasificador (kg/s)

Page 20: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny20

Eficiencia del gasificador

Gas en combustión directa

eficiencia de la gasificación (%) (Térmica).

densidad del gas (kg/m³)

calor específico del gas (kJ/kg°K)

diferencia de temperaturas entre el gas en la entrada del quemador y el combustible que entra al gasificador (°K).

valor calorífico del gas (kJ/m³)

flujo en volumen de gas (m³/s)

valor calorífico inferior del combustible del gasificador

consumo de combustible sólido del gasificador (kg/s)

Page 21: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny21

Tipos de gasificadores

Gasificador de corriente ascendenteo tiro directo

Combustible

Aire

Gas

Gasificador de corriente descendenteo tiro invertido

Combustible Aire

Gas

Gasificador de flujo transversalo tiro transversal

Combustible

Aire

Gas

Page 22: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny22

Aire

Gas

Gasificador de corriente ascendente o tiro directo

700 oC

Zona de Oxidación

Zona de Pirolisis

Secado

250 - 400 oC

1300 oC

Cenizas

Zona de Reducción

Alimentación de combustible

Page 23: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny23

Gasificador de corriente ascendente o tiro directo

Combustible

Aire

GasVentajas

Posibilidad de funcionar con distintos combustibles (leña, carbón, aserrín, cascaras de cereales, etc.).

Simplicidad de diseño y construcción

Alta proporción de carbón vegetal quemado

Intercambio interno de calor que motiva unas bajes temperaturas salida del gas

Alta eficiencia del equipo

CO 30,8%H2 12 %CH4 0 %CO2 3,6 %O2 0,4 %N2 53,5 %

Composición del gas

Page 24: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny24

Gasificador de corriente ascendente o tiro directo

Desventajas

Posibilidad de que se produzcan

"canalizaciones" en el lecho combustible

Alquitranes Vapor de agua

parrillas de movimiento automático

depuración del gas

Combustible

Aire

Gas

Corriente gaseosa

Page 25: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny25

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Aire

Gas

Cenizas

Zona de Oxidación

Zona de Pirolisis

Secado

Zona de Reducción

Alimentación de combustible

800 - 900 oC

1100 oC

250 - 400 oC

Page 26: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny26

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Los ácidos y alquitranes deben pasar a través de un lecho incandescente

de carbón vegetal

gases permanentes de hidrógeno, dióxido de carbono,

monóxido de carbono y metano.

Transformación

Aire

Gas

Cenizas

Zona de Oxidación

Zona de Pirolisis

Secado

Zona de Reducción800 - 900 oC

1100 - 1500 oC

250 - 400 oCAlquitranes

Ácidos

Page 27: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny27

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Diseños convencionales

Toberas laterales y garganta convencional

Aire

Gas

Toberas centrales y garganta convencional

Aire Aire

Gas Gas

Page 28: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny28

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Diseños convencionales

Toberas laterales y plato estrangulador

Aire Aire

Gas

Toberas centrales y garganta convencional

Gas Gas

Aire

Page 29: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny29

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Combustible Aire

Gas

Ventajas

descomposición prácticamente completa de los alquitranes.

gas sin alquitrán apropiado para aplicarlo a motores

menor contenido de alquitranes en el liquido condensado

Menores impactos ambientales

CO 23 %H2 14 %CH4 0,9 %CO2 7 %O2 0,2 %N2 54,9 %

Composición del gas

Page 30: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny30

Gasificador de corriente descendente o tiro invertido

Combustible Aire

Gas

Desventajas

Necesidad de combustibles preparados

Humedad del combustible baja

Poder calorífico del gas bajo

Presencia de cenizas en el gas

Page 31: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny31

GasAire

Secado

Pirolisis

Reducción

Oxidación

Alimentación de combustible

Cenizas 1500°C

Gasificador de flujo transversal o tiro transversal

Page 32: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny32

Combustible

Aire

Gas

Gasificador de flujo transversal o tiro transversal

Ventajas

Económicamente viables en muy pequeñas escalas(instalaciones inferiores a los 10kW)

Baja capacidad de transformación del alquitrán

Desventajas

Cuidado de la calidad del carbón, éste debe ser excelente

Page 33: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny33

Gasificador de lecho fluidizado

Consiste en un

lecho de pequeñas

partículas de

material inerte y

de combustible

que se mantienen

en suspensión

mediante una

corriente gaseosa

de flujo controlado

inyectado en la

base del reactor

Page 34: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny34

Cilindro de precipitado de partículas

Cilindro para el filtrado de partículas

Gasificador de núcleo abiertoReactor de núcleo abierto

Cilindro de precipitado de partículas

Salida de gas

Page 35: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny35

Gasificador de núcleo abierto

Reactor de núcleo abierto

Aire Aire

Gas

Ceniza

Ladrillo Refractario

Oxidación

Reducción

Extracción de cenizas

Parrilla

Combustible

Salida de gas

Contenedor de chapa de acero

Ferrocemento

Page 36: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny36

Gasificador de núcleo abierto

Cilindro precipitador

Gas

Ingreso de GAS

Salida de gas

Ferrocemento

Page 37: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny37

Gasificador de núcleo abierto

Cilindro de filtrado

GasIngreso de GAS

Salida de gas

Manga de filtro

Ferrocemento

Page 38: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny38

Gasificador de núcleo abierto

Cilindro de filtrado

Salida de GAS

Manga de filtro

Salida de gas

Ingreso de GAS

Ingreso de GAS

Ferrocemento

Page 39: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny39

Gas

Reactor

Tanquede

Ferrocemento

Page 40: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny40

Combustibles para la gasificación

carbón vegetal

madera

residuos de madera

residuos agrícolas

RamasRaícesCortezaAserrínRecortes de madera

mazorcas de maízCascaronesdesperdicios de cocopajas de cerealescáscaras de arrozetc

alrededor del 75% - 80%

Page 41: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny41

Combustible

Aire

Gas

Combustible Aire

Gas

Combustible

Aire

Gas

Lecho fluidizado

Gas

Aire

Combustible

Page 42: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny42

Propiedades del COMBUSTIBLE

•contenido energético

•contenido de humedad

•materias volátiles

•contenido de cenizas

•Tamaño

•distribución por tamaño

•densidad aparente

•propiedades de carbonización

Page 43: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny43

Contenido energético del combustible

influye en el cálcalo de la eficiencia de un sistema determinado de gasificación

eficiencia de la gasificación (%) (Mecánica)

valor calorífico del gas (kJ/m³)

flujo en volumen de gas (m³/s)

valor calorífico inferior del combustible del gasificador

consumo de combustible sólido del gasificador (kg/s)

Page 44: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny44

Combustible Contenido de humedad (%) Valor calorífico inferior (kJ/kg)

Madera 20 - 25 13 - 15 000

Carbón vegetal 2 - 7 29 - 30 000

Turba 35 - 50 12 - 14 000

Promedios de los valores caloríficos inferioresFuente: FAO, el gas de madera como combustible para motores, pag.34

Contenido energético del combustible

Page 45: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny45

Contenido de humedad del combustible

sobre base húmeda sobre base seca

Page 46: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny46

Contenido de humedad del combustible

Combustible

Aire

Gas

Combustible Aire

Gas

Lecho fluidizado

Gas

Aire

Combustible

Entre el 25 a 40 % sobre base húmeda

Hasta el 30% sobre base húmeda

Hasta el 50 % sobre base húmeda

Page 47: Gasificación 2012

marzo 2012

combustible con más del 10% de materias volátiles,

debe emplearse en gasógenos de tiro invertido

Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny47

Contenido de materias volátiles

Combustible Aire

Gas

Gas

Aire

Page 48: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny48

Contenido de cenizas del combustible

Las cenizas

Problemaformación de escoria

aglomeración de cenizas

Taponamiento del gasogeno

Acumulación

Page 49: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny49

Contenido de cenizas

inferior al 5 ó 6%.

12 por ciento y más

Page 50: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny50

Fuente: FAO, el gas de madera como combustible para motores, pag.38

Combustibles que dan escoria Tanto por ciento de

contenido de cenizas

Grado de formación

de escoria

Mezcla de paja de cebada 10,3 fuerte

Paja de fríjoles 10,2 fuerte

Tallos de maíz 6,4 moderado

Restos de desmotado del algadón 17,6 fuerte

Tallos de algodón prensados 17,2 fuerte

Gránulos de combustible obtenido de

desechos

10,4 fuerte

Cáscaras de arroz en gránulos 14,9 fuerte

Paja de cárcamo 6,0 pequeño

Mezcla de cáscaras de nueces, en gránulos 5,8 moderado

Paja de trigo y tallos de maíz 7,4 fuerte

Contenido de cenizas

Page 51: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny51

Combustibles que no forman escoria Contenido de cenizas

Paja de alfalfa prensada 6,0

Cáscaras de almendra 4,8

Mazorcas de maíz 1,5

Huesos de aceituna 3,2

Huesos de melocotón 0,9

Huesos de ciruela 0,5

Cáscaras de nuez (prensadas) 1,1

Bloques de madera de abeto Douglas 0,2

Podas municipales de árboles 3,0

Residuos de fabricación de productos de madera 0,3

Astillas de madera de trozas enteras 0,1

Fuente: FAO, el gas de madera como combustible para motores, pag.38

Contenido de cenizas

Page 52: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny52

Tamaño

Distribución por tamaño

Un combustible de grano fino

problemas de circulación en el depósito del gasificador

caída inadmisible de presión

Un combustible de tamaño excesivo de las partículas o trozas

menor reactividad del combustible

problemas de arranque, mala calidad del gas

Page 53: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny53

Tamaño

Distribución por tamaño

El tamaño aceptable

del combustible para los sistemas de

gasificación

Depende del diseño de

las instalaciones

Gasificadores

funcionan con tarugos de madera y astillas

8 x 4 x 4 cm a 1 x 0,5 x 0,5 cm de madera

de carbón Funcionan con pedazos de carbón vegetal

1 x 1 x 1 cm y 3 x 3 x 3 cmlecho fluidizado

diámetros de partículas

entre 0,1 y 20 mm

Page 54: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny54

Densidad aparente del combustible

La densidad aparente se define

como el peso por unidad de volumen de combustible simplemente apilado

Combustible Densidades aparentes (kg/m³)

Madera 300 - 550

Carbón vegetal 200 - 300

1 m

1 m

1 m

1 m

1 m

1 m

Page 55: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny55

combustible conveniente para todo tipo de gasificadoresCarbón vegetal

Muy bajo contenido de alquitranes

como combustible

representa una pérdida de

energía y aumenta el riesgo

de agotamiento de los

recursos madereros

Page 56: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny56

Madera

contenidos de ceniza inferiores al 2 por ciento

combustibles apropiados para los gasificadores de lecho fijo.

para motores

sistemas de tiro invertido

Page 57: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny57

Aserrín

En equipos de lecho fijo

Caída inadmisible de presión

Excesiva producción de alquitrán

Falta de circulación en el depósito de combustible por la formación de bóvedas

Equipos de lecho fluidizado

Producción de gas de buena calidad para hornos

Sistema de depuración bastante complicado para el uso en motores

Page 58: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny58

Residuos agrícolas

En los gasificadores de tiro directo , es posible gasificar la mayoría de los tipos de residuos agrícolas

Generación de calor

Para motores

eliminación de condensados de alquitrán

mantenimiento y mano de obra

En los gasificadores de tiro invertido , es posible gasificar la mayoría de los

tipos de residuos agrícolas

Tecnología apropiada para motores

Page 59: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny59

Aire

Gas

Cenizas

Zona de Oxidación

Zona de Pirolisis

Secado

Zona de Reducción

Alimentación de combustible

800 - 900 oC

1100 - 1500 oC

250 - 400 oC

Diseño de gasificadores de tiro invertido

100 oC

Page 60: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny60

Diseño de gasificadores de tiro invertido

El dimensionamiento del gasificador Imbert

Aire Aire carga del hogar

cantidad de gas pobre reducida a condiciones normales (p, T), dividida por el área de la superficie de la "garganta" en la circunferencia

mínima (Bg)

Nm³/cm² hcantidad de combustible seco consumido, dividida por el área de la superficie del estrechamiento más angosto (Bs)

kg/cm² h

un kilogramo de madera con una humedad del 25% produce alrededor de 2,5 Nm³ de gas pobre

Bg = 2,5 Bs

Page 61: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny61

Diseño de gasificadores de tiro invertido

El dimensionamiento del gasificador Imbert

Aire Aire carga del hogar

cantidad de gas pobre producida a condiciones normales (p, T), dividida por el área de la superficie de la "garganta" en la circunferencia

mínima (Bg)

Nm³/cm² hcantidad de combustible seco consumido, dividida por el área de la superficie del estrechamiento más angosto (Bs)

kg/cm² h

Bg = 0,30 a 0,35

Los generadores normales de tipo "Imbert" presentan valores

Bs = 0,13 a 0,16

Page 62: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny62

Diseño de gasificadores de tiro invertido

dh mm

h/dh

100 150 200 250 300

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Altura de las toberas sobre el estrechamiento mínimo

dh

dr

hTobera

dr1

Page 63: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny63

Diseño de gasificadores de tiro invertido

Diámetro del anillo de las toberas y apertura

de éstas, en relación con el estrechamiento

del hogar y en función del diámetro del

hogar, para diversos modelos de

generadoresdh

dr

hTobera

dr1

dr/dh ; dr1/dh

100 150 200 250 300dh mm

701,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Page 64: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny64

Diseño de gasificadores de tiro invertido

GasTobera

Aire Aire

GasTobera

Aire Aire

Bs = 0,4Bs = 0,11la inclinación de la garganta

debe estar entre los 45° y 60° diámetro del hogar a la altura de la entrada

de aire debe ser 10 cm mayor que el diámetro de la

garganta

diámetro del hogar a la altura de la

entrada de aire debe ser 20 cm mayor

que el diámetro del estrechamiento

La altura del plano de las toberas de entrada de aire

debe ser de 10 cm sobre el estrechamiento máximo

Altura de la zona de reducción 20 cm

Page 65: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny65

Diseño de gasificadores de tiro invertido

v = 30 a 35 m/sAire

Toberas

dh

dr

hTobera

dr1

Page 66: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny66

Uso del gas de

madera

Motores de combustión interna

Combustión directa

Gasogeno de flujos en contra corriente

Gasogeno de flujos

paralelo, transversal

Limpieza y enfriamiento del

gas

Page 67: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny67

Combustión directa

Gasogeno de flujos en contra corriente

Gas pobre

Quemadores de cámara torsionales

Page 68: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny68

Gasificador de flujo ascendente

Caldera

Quemador Combustión

directa

Gasogeno de flujos en contra corriente

Gas pobre

Page 69: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny69

Uso del gas de madera

Motores de combustión interna

Gasogeno de flujos

paralelo, transversal

Gasificador

Depurador

Enfriador

Motor

Chimenea de encendido

Page 70: Gasificación 2012

marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny70

Limpieza del gas

La eliminación del polvo es el principal objetivo para el uso del gas en motores de combustión interna

Gas

Tobera

Aire Aire

la corriente de gas se invierte

180° en el interior del

aparato

extrae el polvo más grueso

cantidad de polvo por m³ existente en el gas

cantidad de polvo por m³ existente en el gas

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Nordström realizó investigaciones sobre la

dimensión y distribución por tamaño del polvo del gas del generador.

Es posible separar alrededor del 60% al 70% de polvo, de la corriente de gas, por medio de un ciclón bien diseñado.

Tamaño de las partículas de polvo micras

Porcentaje en el gas %

más de 1 000 1,7

1 000 - 250 24,7

250 - 102 23,7

102 - 75 7,1

75 - 60 8,3

menos de 60 30,3

Gas

Gas

Limpieza del gas

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Limpieza del gas

fibra de sisal

lana de vidrio

astillas de madera empapadas de aceite

tamaño medio de partículas inferior a 60 micrones

virutas de madera

Filtros Húmedos

Tipos de filtros

Filtros Secos

Gas

Gas

Agua

Agua + impurezas

filtros de tela

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Limpieza del gas

Gas

Gas

Válvula de seguridad

Agua de enfriamiento

Tobera de agua para enfriamiento

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gas gas

Limpieza del gas

Filtro con cama de agua estacionario

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Limpieza del gas

Gas

Gas

Filtro de tela

Gas

Gas

Filtro de tela

Filtro de choque

Aceptables hasta una potencia eléctrica de 150 kW

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Refrigeración del gas

de agua

convección natural

convección forzada

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convección natural

Refrigeración del gas

Gas

Gas

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Refrigeración del gas

convección forzada

ventilador

Gas

Gas

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Refrigeración del gas

Gas

Gas

Válvula de seguridad

Agua de enfriamiento

Tobera de agua para enfriamiento

Bomba de agua

Mayor complicación del

mantenimiento

Necesidad de agua dulce

Consumo de energía

resultante de la utilización de una bomba hidráulica

Purificación del agua de

refrigeración (fenoles y alquitran

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Aplicaciones de la gasificación de la biomasa

Gasificadores

producción de calor motores de combustión interna

combustible combustible

Exigencias al contenido de alquitrán

Exigencias en cuanto al valor

calorífico del gas

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Gasificadores

producción de calor

combustible

Aplicaciones de la gasificación de la biomasa

capacidad para producir mayores temperaturas que las que se pueden lograr con una combustión convencional en

parrilla

Gasificador sistema de combustión

aumento de la

eficienciay

producción de la

caldera

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Aplicaciones de la gasificación de la biomasa

Gasificadores

producción de calor

combustible

metalurgia, cerámicacementocalpasta de celulosasecaderos (yerba mate, te negro, granos, etc.)

En industrias:

Instalaciones convencionales alimentadas con petróleo

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marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny85

Aplicaciones de la gasificación de la biomasa

Gasificadores

motores de combustión interna

combustible

energía mecánica o eléctrica

Aplicaciones de gran dimensión 500 kW y sup.

Aplicaciones de dimensión intermedia 30-500 kW

Aplicaciones de pequeña dimensión 7-30 kW

Aplicaciones en microescala (1-7 kW)

Aplicaciones en automóviles, camiones, autobuses, trenes, tractores, barcas y barcos,

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Aplicaciones de la gasificación de la biomasa

Gasificadores

motores de combustión interna

combustible

Valor calorífico superior a 4200 kJ/m³ (1150 kcal/m3

Prácticamente libre de alquitrán

Prácticamente libre de polvo

Lo más frío posible

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Riesgos derivados del empleo de la

gasificación de la biomasa

% CO en el aire ppm Efectos

0,005 50 sin efectos importantes

0,02 200 posiblemente dolor de cabeza, en la frente y ligero durante 2 ó 3 horas

0,04 400 dolor en la frente y náuseas, después de 1 a 2 horas; en la parte posterior de la cabeza, después de 2,5 a 3,5 horas

0,08 800 dolor de cabeza, mareos y náuseas en 45 minutos; colapso y posiblemente inconsciencia, en 2 horas

0,16 1 600 dolor de cabeza, mareos y náuseas en 20 minutos; colapso e inconsciencia y posible fallecimiento, en 2 horas

0,32 3 200 dolor de cabeza y mareos en 5 a 10 minutos; inconsciencia y peligro de muerte, en 30 minutos

0,64 6 400 dolor de cabeza y mareos, en 1 a 2 minutos, inconsciencia y peligro de muerte, en 10 a 15 minutos

1,28 12 800 efecto inmediato; inconsciencia y peligro de muerte en 1 a 3 minutos

Fuente: FAO, el gas de madera como combustible para motores, pag.59

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Riesgos derivados del empleo de la

gasificación de la biomasa

CAUSAS

Elevada temperatura exterior del equipo

Riesgos de chispas al recargar el combustible

Llanas en la entrada de aire del gasificador

Llamas en la tapa de recarga

Prevención

Aislamiento de las partes más calientes del sistema

Instalación de un dispositivo de llenado de doble compuerta

Instalación de una válvula de retorno de la llama en la entrada del gasificador

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Riesgos derivados del empleo de la

gasificación de la biomasa

Filtración de aire en el sistema de gas

Filtración de aire en un gasificador frío que contiene

todavía gas

Retroceso de la llama desde el quemador de gases de escape

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Riesgos derivados del empleo de la

gasificación de la biomasa

LA GASIFICACIÓN DE LA MADERA

CENIZAS

LÍQUIDO CONDENSADO

RESINAS FENÓLICAS

ALQUITRÁN

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Mezclador aire /gas

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Demanda de gas de un motor de 4 tiempos

Vm : mezcla de gas y aire de combustión

Vc :volumen total de los cilindros

n : revoluciones del motor por segundos

ev : eficiencia volumétrica 0,8 (valor estimado)

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La mezcla estequiometria de gas pobre y aire de combustión es aproximadamente 1:1. La cantidad de gas pobre aspirada por el motor es

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DISEÑO DEL GASOGENO

S

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Diámetro de la garganta

Altura h del plano de las toberas sobre la sección transversal más estrecha de la garganta

dh mm

h/dh

100 150 200 250 300

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

h/dh = x

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marzo 2012

dr/dh = x

Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny97

Diámetro (dr) de la cámara de combustión

dr/dh ; dr1/dh

100 150 200 250 300dh mm

701,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

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Calculo del aire necesario para Gasificación

Calculo de combustión

Calculo de la cantidad de oxigeno necesario para la combustión

Calculo del aire teórico necesario para la combustión

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Calculo del aire necesario para Gasificación

Calculo del aire teórico necesario para la combustión

Calculo del aire para la gasificación 20 a 40 % de At

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Calculo del aire necesario para Gasificación

Calculo del aire teórico necesario para la combustión

Calculo del aire para la gasificación 20 a 40 % de At

Pi = poder calorífico inferior

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Calculo del aire necesario para Gasificación

kg/cm² h Nm³/cm² h

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marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny102

GASOGENO DISEÑADO EN LA FACULTAD DE INGEIERIA DE OBERA - MISONES

Page 103: Gasificación 2012

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GASOGENO DISEÑADO EN LA FACULTAD DE INGEIERIA DE OBERA - MISONES

DETALLES CONSTRUCTIVOS DEL REACTOR

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GASOGENO FLUJO TRANSVERSAL EN LA FACULTAD DE INGEIERIA DE OBERA - MISONES

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GASOGENO FERROCEMENTO

Motor : 2 litros

Flujo de gas: 30 m3/h

Valor calorífico del gas: 4600kj/m3

Comp Gas: CO= 30%, CO2= 4%, H2= 8%

Potencia Mec: 5kw

Consumo carbón vegetal: 5kg/h

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marzo 2012Mgter. Ing. Lucio H. Posluszny106

BIBLIOGRAFIA

El gas de madera como combustible para motores

Estudio FAO Montes 72

Organización de las Naciones Unidas para la

Agricultura y la Alimentación

FAO - Roma, 1993

& Ibarra E. Cruz. Producer – gas technology for rural applications.

FAO, Roma 1985

& Kowalski, Víctor, Posluszny, Lucio; Gasificación de la Madera

informe de investigación. FI UNAM, Oberá, 1993

& Kaupp; Albert; Goss, John. Small scale gas producer engine systems.

GTZ, Eschborn, 1984

& Ogara, Mario. Tecnologías para la conversión térmica de biomasa.

Documento INTI, 1989