Investigación de la producción de gas de síntesis mediante la combustión híbrida de gas metano y pellet de madera en medios porosos

Tesis ( Ing.Civil Mecánico)-- (Mag. en Ciencias de la Ing. Mecánica) -- Prof. Guía: Mario Toledo; prof. corref.: Carlos Rosales, Francisco García

El presente trabajo postula la investigación de la producción de gas de síntesis, compuesto principalmente por hidrógeno y monóxido de carbono, mediante un modelo matemático que predice el comportamiento del proceso de combustión híbrido, el cual está compuesto de una pre-mezcla de gas metano-aire y pellet de madera, en un reactor de medio poroso inerte. La relación de equivalencia metano-aire se varía desde 0.2 a 1.1, mientras que el porcentaje de biomasa se varía desde 12.5% hasta 62.5 %. El modelo unidimensional y transciente se formula a partir de la conservación de masa para las especies gaseosas y biomasa, y la conservación de energía para el medio sólido y gaseoso. Los resultados obtenidos son las fracciones molares de las especies químicas consideradas en la mezcla resultante, y la distribución de temperaturas del sólido y gas alcanzadas al interior del reactor. Para los perfiles térmicos se obtuvieron resultados bastante cercanos a la realidad, con una clara tendencia y similitud en la forma de propagación del calor al interior del reactor. La temperatura experimental máxima medida para la biomasa de trigo (973 K) es sólo 10 K superior a la temperatura máxima calculada numéricamente. Si se compara las mediciones para la biomasa de avena con los resultados numéricos, se observa que la temperatura máxima registrada es igual para ambos y con un valor de 963 K. Al comparar los resultados de las especies químicas. Se observa que el cálculo de producción de H2 numéricamente, igual a 1.44 %, tiene buena concordancia con la medición experimental para la biomasa de aceituna, que es igual a 1.2 %. Al variar el porcentaje de biomasa y la relación de equivalencia, numéricamente se obtiene que la concentración de hidrógeno aumenta de 0.13% para un porcentaje de biomasa igual a 12.5% a 4.17% con 62.5% de biomasa y una relación de equivalencia para ambos de 0.2. Se concluye que la variación de biomasa es fundamental para indicar qué proceso de reacción predomina en el sistema, se determinó que para un porcentaje de 40% de biomasa aproximadamente, se produce un punto de inflexión en donde a menor porcentaje de biomasa predominan las reacciones homogéneas y a mayor porcentaje las reacciones heterogéneas. Además, se obtuvo que las ecuaciones de oxidación parcial y completa de carbono, son las principales reacciones del sistema, ya que se necesita de al menos una de estas dos para que se genere la energía suficiente y ocurran las reacciones de gasificación (reacciones endotérmicas).

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