Webinario IV

Punta Arenas, 23 de mayo del 2014
CENTRO DE
ESTUDIO DE LOS
RECURSOS
ENERGÉTICOS
Gasificador Power Pallet, 10 kW
INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE UN
GASIFICADOR DE BIOMASA DE PEQUEÑA
ESCALA EN EL SUR DE CHILE
REBIBIR 2019
WEBINARIO: ¿Qué se hace en Iberoamérica en temas de Biomasa y
Bioenergía?
Humberto Vidal
humberto.vidal@umag.cl
CERE, Universidad de Magallanes.

AGENDAAGENDA
• ANTECEDENTES GENERALES
• FUNCIONAMIENTO DEL
GASIFICADOR
• ARMADO E INSTALACIÓN
• PUESTA EN MARCHA Y ENSAYOS
• ALGUNOS RESULTADOS
PRELIMINARES

CENTRO DE ESTUDIO DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS -
CERE
En los años 2014-2015-2016, se desarrolla proyecto FONDEF,
financiado por CONICYT:
“Construcción, instalación y puesta en marcha de gasificador
de biomasa para comunidades aisladas”

CERE

OBJETIVO GENERAL
CERE
•Implementar según requerimientos locales, la mejor
tecnología de gasificación de biomasa para la generación
de energía eléctrica, formando las capacidades necesarias
para su instalación, operación y mantención en pequeñas
comunidades aisladas.

Características de la región de Magallanes
Características de la Región
-gran presencia de localidades off-grid
(pequeños pueblos, granjas aisladas y caseríos)
no conectados a la red eléctrica
-baja densidad poblacional
-localidades de difícil acceso
“extensión de la red eléctrica
regional es económicamente
inviable”
La gasificación de desechos de
madera podría ser una
interesante alternativa para la
producción eléctrica en sectores
remotos
CERE

Oportunidad de Aprovechar Biomasa regional
CERE
Especies de arboles nativos presentes en Magallanes

Oportunidad de Aprovechar Biomasa regional
CERE
Uso energético de los residuos de madera provenientes de aserraderos y explotación forestal
Nothofagus pumilio, comúnmente
conocida como “Lenga”

ENERGY RESOURCES CENTER - CERE
Gasificadores de pequeña escala
FLUIDYNE gasifier, (New Zealand)
10 kWe, Pioneer Class
35 kWe, Pacific Class

Gasificadores de pequeña escala
ANKUR gasifier, 4 kWe (India)
Colombia (2012)
ANKUR gasifier, 11 kWe

Power Pallet Gasifier, 10 kW. (All Power Labs)
Gasificador de pequeña escala - Power Pallet 10 kW

Partes principales
Producción de calor y
electricidad
Aspectos Básicos de Gasificación
3
2
Funcionamiento del Gasificador
CERE
✓ 1

Partes Principales – Gasificador Power Pallet 10 kW
CERE
Gasificando 1 kg de biomasa
se producen cerca de 2 m3 de gas
lo cual produce cerca de 1 HP-hr ( 0.75 kWh)

Partes Principales – Gasificador Power Pallet 10 kW
CERE

✓
3
1
2
CERE
Partes principales
electricidad

Sub headline
FUNCIONAMIENTO DEL GASIFICADOR
321
Astillas de Lenga
•Caracterización Termoquímica
•Tamaño
•Humedad
Tecnología de Gasificación
•Lecho Fijo, tipo Imbert
•Flujo Paralelo
•Tipo Downdraft
•Aire como agente gasificador
Generación de energía
eléctrica
•Motor a gas
•Generador
•10 kW ( 7.5 kW nominal )
CERE

Caracterización de la Lenga (Nothofagus Pumilio)
CERE

CERE
La gasificación es un proceso de transformación
donde la materia prima sufre una descomposición
termo-química, a elevadas temperaturas a través de
su paso por el reactor, en una corriente gaseosa de
alto contenido energético.
Gas de la madera debe ser rico en monóxido de
carbono para ser usado en motores de combustión
interna.
Producción de Electricidad
Gasificador Downdraft:
-A menudo usado para apps
de pequeña escala.
-Es compacto
-Gas productor contiene
pequeña cantidad de
alquitranes (TAR)
-Gas limpio puede ser usado
en un motor de combustión
interna.

Secuencia del Proceso
● Secado— se remueve la humedad de
la biomasa que está siendo alimentada
● Pirólisis— descomposición térmica de
la biomasa en gases de alquitrán y
charcoal (carbón vegetal)
● Combustión— quemado de los gases
de alquitrán con aire, en una reacción
exotérmica que entrega calor al resto
del proceso
● Reducción y craqueo de alquitranes
— convirtiendo los productos de la
combustión en combustible gaseoso.

Funcionamiento del Gasificador – Zona de Secado
CERE
• Materia prima desciende por
gravedad desde la tolva hacia la
Cubeta de Secado.
• C u b e ta d e s e c a d o e s u n
intercambiador de calor de doble
pared que ayuda al secado de la
materia prima (entre 100 y 200°C)
utilizando el calor recuperado
desde el gas de madera.
• Esto permite gasificar biomasa
con un contenido de humedad en
base seca de hasta un 30%.

Funcionamiento del Gasificador – Zona de Pirólisis
CERE
• Materia prima seca se introduce
en el Pyrocoil mediante un tornillo
sin fin.
• El Pyrocoil es otro IC de doble
pared que ayuda a la Pirolisis
mediante la exposición de la
biomasa a tras mayores al intervalo
de 300°C - 600°C utilizando el
calor recuperado desde el escape
del motor.
• La Pirólisis es el proceso mediante
el cual la materia prima se
convierte en carbón vegetal
m i e nt ra s o c u r re u n g ra n
desprendimiento de gases de
alquitrán inflamables.

Funcionamiento del Gasificador - Combustión
CERE
• El carbón vegetal y los gases de
alquitrán producidos en el
Pyrocoil descienden a la Campana
de Reducción.
• La campana de reducción posee
cinco boquillas de aire que
proporcionan un flujo de aire
precalentado a la zona de
combustión.
• -En esta zona, los gases de
alquitrán son forzados a pasar a
través de la garganta de la
campana y se oxidan parcialmente
con las temperaturas de llama que
oscilan entre 1000°C-1200°C.

Funcionamiento del Gasificador – Zona de Reducción
CERE
• -El ( H2O)v y el (CO2) producidos
en la zona de combustión
descienden por la campana de
reducción y pasan a través del
carbón reactivo caliente en la
zona de reducción.
• -Alta reactividad del C a
temperaturas entre los 600 °C –
900 °C, hace que los gases y
alquitranes se reduzcan – por la
eliminación de un átomo de
oxígeno – a H2, CO y algo de CH4,
principales componentes del gas
de síntesis de la madera.
• -Esta conversión de la materia
prima sólida, rica en energía, en
gases de madera inflamables de
combustión limpia, es el objetivo
final de la gasificación.

✓
2
1
3
CERE
Partes principales
electricidad

Produccion de Calor y Electricidad
CERE
Motor Kubota DG972
Placa Motor Kubota
DG972
Placa DSR del Generador

Armado e Instalación
CERE

CERE
Preparación de la biomasa: astillas de Lenga

CERE
Armado del Filtro de Gas

CERE
Instalación Final

Puesta en Marcha y Ensayos
CERE
Instrumentación

CERE
Analizador de gases Gasboard 3100P

CERE
Instalación de cargas eléctricas en Laboratorio

Ensayos en Laboratorio
CERE

Algunos Resultados – Composición gas de síntesis
CERE
H2 [%] 20.2
CO [%] 26.6
CO2 [%] 11.5
CH4 [%] 3.0
O2 [%] 0.3
Densidad del syngas [kg/m3] 1.02
Poder Calorífico Inferior del gas
producido [MJ/m3]
6.6
Rendimiento del Gasificador [m3/kg] 1.85

Comparación de resultados experimentales con la literatura
Referencia Biomasa usada LHV
(MJ/kg)
Gas rate
(m3/kg)
Dogru et al. (2002) Hazelnutshell
15 2.73
Zainal et al. (2002) Furniture wood
5.62 1.08
Sheth et al. (2009)
Dalbergia sisoo
wood 6.34 1.62
Present study Lenga wood
6.60 1.85

Ensayo en Sector Rural de Punta Arenas
CERE

CERE
Principales resultados
• El modelo de gasificador ensayado, no acepta cualquier tamaño de
astillas y humedad no debe superar el 30%
• Modelo de gasificador no es 24/7, puesto que tolva de almacenamiento
tiene volumen limitado y depósito de cenizas debe ser vaciado.
• Variación brusca de cargas eléctricas, afecta el funcionamiento del
gasificador. (se recomienda conectar al equipo por ej. demandas de
iluminación)
• PCI (LHV) resulta muy bueno, cuando se compara con otras biomasas,
luego los residuos de madera de Lenga son energéticamente atractivos.

Gracias…
CERE

Aspectos económicos preliminares
CERE
V / S
10 kW
19.000 US$
1,4 kg à 1 kWh
0,1 (US$/kWh)
10 kW
7.900 US$
0,35 lt à 1 kWh
0,27 (US$/kWh)
0,076 (US$/kg) à (76 US$/Ton)
0,76 (US$/lt)
Promising numbers should be
analyzed performing a full
economic analysis

Algunos Resultados Preliminares - Rendimiento
CERE
Variable Valor Unidad
Coeficiente de Flujo 0,7 (Unidimensional)
Diámetro de la restricción 0,0163 (m)
Área del orificio 0,00021 (m2)
Diferencia de Presión 676 (Pascales)
Densidad 1,02 (kg/m3)
Caudal Syngas
0,0053 (m3/seg)
0,32 (m3/min)
19,1 (m3/hr)
Variable Valor Unidad
Diámetro del hopper 0,58 (m)
Área consumo del Hopper 0,2642 (m2)
Altura que se consumió 0,7291 (m)
Volumen Consumido de Biomasa 0,193 (m3)
Densidad Aparente 200,3 (kg/m3)
Masa consumida 38,58 (kg)
Diferencial de Tiempo 222,82 (min)
Flujo másico biomasa
0,1732 (kg/min)
10,39 (kg/hr)
Rendimiento del Gasificador
1,84 (m3/kg)

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