1. Autor: David Martín Pérez
Tutor: Antoni Sudrià Andreu
PROYECTO FIN DE MÁSTER
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA
POTENCIA ELÉCTRICA
Máster Interuniversitario de Ingeniería en Energía UPC/UB
Especialidad Renovables

2. ÍNDICE
 1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
2

3.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
3

4.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
4
CCDCITCEA-UPCMyDpGADFG
Jefatura
Goundi
Tallers
d’Aspiració
Phase
Impulsar proyectos
sanitarios, agrícolas
y energéticos
Combustible
necesario para el
Hospital de Goundi
Creacion de
la asociación
Cesión de terrenos valorados en
22500 €
Becas y ayudas
a estudiantes
Desarrollo e investigación
de productos relacionados
con la electrónica y
electricidad
Estudio y desarrollo de
un nuevo sistema de
producción eléctrica
Diseño y construcción
de un gasificador
Envío
Operarios y primeros
Beneficiados
Servicios relacionados con
la tecnología del aire
Construccíon Montaje
Pruebas en
Cabrils
Open
source
Producción de
electricidad
Voluntarios
Administración
municipal
Gasificador GEK 20 kW de All Power Labs

5. DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
5
 1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
OBJETIVOS GLOBALES
OBJETIVOS DEL PROYECTO
Crear una actividad
económica y social
Crear un sistema
gradual y sostenible
de abastecimiento de
electricidad
Evitar la emisión de
13.6 Toneladas
anuales de CO2
Diseñar el modelo
y crear los planos
Dimensionar en
función de la
demanda
energética
Describir las
instrucciones de
ensamblaje y
montaje
Entender el
funcionamiento de
los gasificadores de
tiro invertido
Conocer y explicar las
tareas de operación y
mantenimiento
OBJETIVOS

6. DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
 1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
Goundi:
• Situación: República del Chad (500 km
de la capital).
• Población: 10,000
• Actividad: Agricultura de subsistencia
6

7.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
7

8.  2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
8

9.  2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
9
De lecho fluidizado
• Potencias > 500 kW
• Diseñados para
gasificar carbón
De tiro transversal
• Solo combustibles
con bajo contenido
en alquitranes
De tiro directo
• Gas de síntesis con
alto contenido en
alquitranes

10.  2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
10
De tiro invertido
• Apto para gasificación de
biomasa
• Gas + limpio pero + caliente
• Principios de construcción y
operación sencillos
• Modelo + desarrollado y
utilizado (GEK & FEMA)

11.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
11

12.  3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
12
𝑉𝐵 =
1
2
∙ 3000 ∙
624
1000
= 56.2 𝑚3
ℎ
𝑉𝑔 = 𝜂 ∙
𝑉𝐵
𝑉𝑡𝑜𝑡
= 0.8 ∙
56,2
2.1
= 21.4 𝑚3
ℎ
• Volumen de barrido
• Cantidad de gas
• Área de la garganta
• Diámetro de la garganta
𝐴 𝑔 =
𝑉𝑔
𝐺ℎ𝑚𝑎𝑥
∙
21.4
0.9
= 23.8 𝑐𝑚2
𝐷𝑔 =
4 ∙ 𝐴 𝑔
𝜋
=
4 ∙ 23.8
𝜋
= 5.5 𝑐𝑚
Dimensionado

13.  3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
13
1 kg of biomass ≅ 2 lbs biomass ≅ 2 m3 woodgas ≅ 1 HP-hour ≅ 0.75 kWh electrical
La regla de oro según gasificador GEK de All Power Labs
• Cantidad de gas
• Área de la garganta
• Diámetro de la garganta
𝑉𝑔 = 13.9 ∙ 1.95 = 26.5 𝑚3
ℎ
𝑀 𝑏 =
26.5
2
= 12.6 𝑘 𝑔 ℎ
𝐴 𝑔 =
𝑉𝑔
𝐺ℎ𝑚𝑎𝑥
∙
26.5
0.9
= 29.4 𝑐𝑚2
𝐷𝑔 =
4 ∙ 𝐴 𝑔
𝜋
=
4 ∙ 29.4
𝜋
= 6.1 𝑐𝑚
• Cantidad de biomasa consumida
Dimensionado

14.  3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
14

15.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
15

16. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
16
• Diagrama de flujo aire-gas

17. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
17
• Dimensiones según el tamaño de la
garganta y los gráficos de referencia
• Grosor de chapa según Temperatura
• Material de chapa según temperatura y
condiciones de soldadura
• Geometría del gasificador

18. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
18
Garganta Reactor interior Reactor exterior
Chapa aislante Cubierta exterior Depósito y tolva
• Ensamblajes

19. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
19
Tabla resumen de Ensamblajes
Ensamblaje Pieza Material Temperatura (ºC) Medidas (mm) Grosor de chapa (mm) Función
Garganta
Cono Superior
AISI-310 700-1200
D=120, d=60, h= 50 3 Reacción de Oxidación
Cono inferior D=120, d=60, h= 120 3 Reacción de Reducción
Disco garganta D=170, d=120 5 Unión con RI
Reactor interior (RI)
Tubo
AISI-310 600-1000
D=228, h=400 3 Cámara de biomasa hacia la garganta
Disco D=270, d=120 5 Unión con garganta y RE
Reactor exterior (RE)
Tubo
AISI-304
300-600 D=274, h=430 1,5 Segunda capa de reactor, cámara de aire
Disco superior 200 D=394, d=240 2 Unión con el depósito de biomasa
Disco medio 300-400 D=394, d=274 2 Unión al RE , cámara de aire, tubos flexibles
Cuello 200-300 D=346, d=274, h=118 1,5 Acceso puertos, cámara de aire.
Chapa aislante Tubo AISI-304 200 D=344, h=450 1 Aislante térmico
Cubierta exterior
Tubo
AISI-304
100 D=348, h=500 1,5 Estructura exterior, acceso puertos
Disco superior 100 D=394, d=348 2 Unión con RE
Tapa inferior 100 D=348 2 Fondo cenizas
Puerto limpieza 100 140x190 2 Limpieza de fondo y parrilla
Puerto agitación 100 140x144 2 Agitación de la parrilla
Puerto salida gas 100 80x80 2 Salida del gas al ciclón
Parrilla Disco agujereado Acero estándar 300-350 D=335 5 Recogida de partículas
Depósito biomasa
Tubo
AISI-304 100-150
D=394, h=800 1,5 Almacén biomasa e intercambiador con gas
Disco inferior D=394, d=300 2 Unión con RE
Tolva
Cono
AISI-304 100-150
D=233, d=120, h=49 1,5 Guía biomasa hacia reactor
Disco superior D=20, D=230 2 Soporte tolva y unión con depósito
Sistema retención D=60 2 Alivio de presión en el reactor

20. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
20
Vista explosionada de ensamblajes Corte longitudinal del gasificador

21. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
21
Garganta Reactor interior
Unión
Aislamiento
Atornillada (5xM8)
Fibra de vidrio ysilicona alta T
Reactor exterior Cubierta exterior
Unión
Aislamiento
Atornillada (10xM8)
Fibra de vidrio ysilicona alta T
Reactor interior Reactor exterior
Unión
Aislamiento
Soldada
x
Cubierta exterior Depósito biomasa
Unión
Aislamiento
Atornillada (10xM8 ytuercas de soldadura)
Fibra de vidrio ysilicona alta T

22. 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
22
• Accesorios
1
2
3
4
1. Puerto de encendido
- 2 codos roscados ½”
- 1 tapón roscado ½”
- 1 tubo roscado 70 mm y ½”
- 1 tubo roscado 130 mm y ½”
2. Entrada de aire fresco a la cámara
- 1 racor roscado de 1”
- 1 tapón roscado de 1”
3. Acceso termopar
- 1 racor roscado de ½ ”
- 1 tapón roscado de ½ “
4. Circulación de aire-intercambiador
- 5 codos roscados ½”
- 5 codos reductores ½”- ¼”
- 5 tubos roscados 170 mm y ½”
- 5 tubos flexibles de 1,5 m y ½”
- 5 racores de ½”

23.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
23

24.  5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
24
Sistema de limpieza del gas
Dimensiones del filtro y modelo
(Oriol Pujoldevall Sánchez de Toledo)
Filtro húmedo y seco (modelo)
(Oriol Pujoldevall Sánchez de Toledo)
1
2
3

25.  5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
25
Sistema de alimentación de biomasa
• Automática/tornillo Sinfin
• Sistema inestable
• Más caro
• Difícil de instalar
• Precisa de electricidad
• Puede averiarse

26.  5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
26
Sistema de alimentación de biomasa
• Por gravedad
Se necesita un depósito de dimensiones tales que como máximo se produzca el
llenado una vez a la hora, que sea estable y que posea un sistema de retención
𝑉𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜 = 𝜋 𝑟2
ℎ = 𝜋 ∙ 2002
∙ 800 = 100,531 𝑚𝑚3
𝑉𝑠𝑒𝑟𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑛 = 𝑉𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜 − 𝑉𝑠ú𝑡𝑖𝑙 = 100.53 − 𝜋 ∙ 1652
∙ 400 + 𝜋 ∙ 200 ∙ 400
Cálculo de la altura necesaria
100.53 ∙ 10−3
𝑚3
∙
150 𝑘𝑔
𝑚3
∙
1 ℎ
12.6 𝑘𝑔
= 1.19 ℎ = 71.80 𝑚𝑖𝑛
84.48 ∙ 103
𝑚3
∙
150 𝑘𝑔
𝑚3
∙
1 ℎ
12.6 𝑘𝑔
= 1 ℎ = 60 𝑚𝑖𝑛𝑉𝑠ú𝑡𝑖𝑙 = 84.48 𝑙

27.  5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
27
Sistema de alimentación de biomasa
• Por gravedad
Sistema retención tipo chapa
Sistema retención tipo cono
Tubos flexibles
de 6,5 m y 35 mm
de grosor

28.  5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
28
Instrumentación y conexión entre equipos
Termopar tipo K Manómetro
Vsútil=84.48 l
Pallet y tuberías rígidas

29.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
29

30.  6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
30
Vsútil=84.48 l
Arranque y apagado Operación normal

31.  1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
 2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
 3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
 4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
 5. EQUIPOS AUXILIARES
 6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
 7. PRESUPUESTO
 8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
31

32.  7. PRESUPUESTO
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
32
Nombre Misión y Desarrollo para Goundi
Dirección Cabrils (Barcelona)
Web http://www.misionydesarrolloparagoundi.com/
Concepto Diseño de un gasificador de pequeña potencia eléctrica
Fecha 01/03/2014
Validez 9 meses
unidades Precio TOTAL (€)
1.200,00
4.639,56
625,00
2.014,00
Total bruto
IVA 21%
Total Presupuesto
Subtotal 4
8.478,56 €
1.780,50 €
10.259,06 €
Otros gastos
Subtotal 1
Subtotal 3
Generador
Recursos Humanos
Subtotal 2
Datos del presupuesto
Gasificador
Datos del cliente
Descripción

33.  8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
33
- La gasificación en un sistema de generación de electricidad antiguo que aún no se ha desarrollado a
nivel teórico/científico.
- Las únicas fuentes de información fiable son de carácter práctico, de diseños realizados en base a
mejoras de versiones anteriores, como los gasificadores de All Power Labs.
- El gasificador de tiro invertido es el que mejor se adapta a las necesidades del proyecto por las
característica del gas de salida y por sus principios de construcción.
- El dimensionado del gasificador es directamente proporcional al volumen de desplazamiento del
motor de combustión.
- La memoria del proyecto es un documento guía flexible cuyas instrucciones han de adaptarse a las
necesidades y/o problemas existentes en la etapa de diseño y construcción.
- Realizar un trabajo de esta índole requiere paciencia y dedicación al principio, pero con el paso del
tiempo, se ven los resultados. Ha sido una gran satisfacción colaborar en este proyecto práctico con
fines cooperativos y ver el diseño a ordenador hecho realidad.

34. DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
34
AGRADECIMIENTOS

35. F I NGRACIAS POR SU ATENCIÓN
35
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA