Estudio de la fluidización de mezclas binarias de biomasa-arena por Fluidodinámica Computacional

Abstract

Existe un interés mundial cada vez mayor en el desarrollo de tecnologías que permitan la explotación de fuentes de energía renovable, tanto por razones ambientales como económicas. En este contexto, la biomasa es considerada como una de las alternativas más prometedoras y viables. Los sistemas más avanzados y eficientes de generación de energía partir de biomasa emplean el proceso de gasificación en reactores de lecho fluidizado burbujeante. Estos equipos se caracterizan por presentar un excelente contacto gas-sólido, alta tasa de transferencia de calor y temperatura uniforme y controlable. Para mejorar la fluidización de las partículas de biomasa comúnmente se agrega un material inerte como arena ó alúmina. El objetivo de este trabajo comprende el estudio fluidodinámico de mezclas binarias biomasa-arena, fluidizadas con aire, con el fin de lograr un conocimiento exhaustivo de su comportamiento, abarcando los principales indicadores tales como velocidad de mínima fluidización, pérdida de carga y expansión del lecho, para distintas proporciones de arena y biomasa. La interpretación minuciosa y la representación detallada de la fluidodinámica de la operación de estas unidades, es una etapa previa e indispensable para lograr la simulación completa del proceso de gasificación de biomasa en lecho fluidizado. De las herramientas disponibles actualmente para llevar a cabo el modelado de estos lechos, la fluidodinámica computacional (CFD) es una de las que más posibilidades ofrecen. Gracias al incremento de la capacidad de cómputo que se ha producido en la última década, hoy proporciona un nuevo enfoque para comprender la fluidodinámica y los mecanismos de transferencia predominantes en los flujos multifásicos, y si bien se encuentra aún, para estos sistemas, en la etapa de validación y desarrollo, se esperan importantes avances que permitan optimizar su aplicación con el fin de reducir el tiempo de diseño de nuevos equipos y su costo. En este estudio se utilizó la versión académica del software ANSYS-Fluent 14.0, basado en el método numérico de los volúmenes finitos. Las simulaciones se llevaron a cabo en estado transitorio. Se aplicó el modelo multifásico Euler-Euler que incorpora la teoría cinética granular para describir el comportamiento del sistema. La información obtenida a partir de las simulaciones fue contrastada con los valores experimentales para partículas de arena, biomasa y biomasa-arena combinadas en distintas proporciones, observándose una muy buena concordancia.