Nota

Universidad Nacional de Río Cuarto - Facultad de Ingeniería

05 de Junio de 2023 | 9 ′ 44 ′′

Un reactor de biomasa de alto rendimiento para generar electricidad

Investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto (UNRC) desarrollan un prototipo de gasificador de alto rendimiento para la generación de energía eléctrica en una planta industrial de Colonia Caroya. Se trata de una iniciativa que brinda una alternativa sustentable para que las industrias aprovechen sus desperdicios y se autoabastezcan energéticamente.
Un reactor de biomasa de alto rendimiento para generar electricidad

Gasificador de 500KVA colocado Colonia Caroya, adquirido en el marco de un proyecto del Fondo Argentino Sectorial (FONARSEC). El desarrollo actual complementa este gasificador

El ingeniero Leonardo Molisani, director del proyecto por la UNRC, puntualizó que se trata de “la instalación y la puesta en funcionamiento de un prototipo de gasificador de alto rendimiento para la generación de energía eléctrica en la planta industrial de Canale SRL que contribuya al desarrollo de investigación, desarrollo e innovación y a la generación distribuida en la región”.

El desarrollo es llevado a cabo en el marco de un consorcio asociativo público privado integrado por la Universidad Nacional de Río Cuarto y Canale SRL. Se trabaja para darle valor agregado a residuos de origen industrial. La empresa produce pallets que van a parar a la industria autopartista y las exportaciones, por lo que tiene mucho scrap de madera –astillas– que pueden usarse como combustible en un reactor, el cual produce gas de síntesis, que alimenta a motogeneradores productores de energía eléctrica. Ni en la Argentina, ni en América Latina se producen estos dispositivos con capacidad para convertir la biomasa en un gas combustible, comúnmente llamado gas de síntesis -syngas, en inglés-.

Sobre el desarrollo de gasificadores de biomasa Molisani subrayó que se procura proponer la tecnología de fabricación para luego ofrecerla al mercado, y reemplazar la importación por la producción nacional.

Una vez que comience la etapa industrial del gasificador de alto rendimiento, la investigación del Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud –IDAS- impactará en el desarrollo de nuevos empleos locales y significará una mejora de la economía regional, a partir de la transferencia de tecnología.

En esta etapa, los universitarios locales diseñan el reactor, que luego pretenden que se produzcan en serie en el país. A escala piloto hay una planta de generación de unos 500 KVA eléctricos en Colonia Caroya. Y en la Universidad se desarrollan pequeñas plantas de gasificación de laboratorio para continuar con la optimización y el estudio de este tema. Son plantas de 25 kilovatios de potencia.

Con los estudios quieren optimizar esta tecnología y aumentar el rendimiento, es decir, la conversión de la biomasa –scrap de madera– en gas de síntesis; esto es acrecentar la cantidad de producción por kilogramo de biomasa. Ya han diseñado algunos reactores y han podido comprobar que cuentan con la capacidad necesaria para mejorarlos y aumentar su rendimiento. Ahora, el gas frío es del 70% y pretenden llevarlo al 85-90%.

Para realizar las tareas de investigación y desarrollo tecnológico se adecuaron los laboratorios en la UNRC. Los reactores son la primera etapa del trabajo en las plantas de generación de energía eléctrica por gasificación; las otras dos etapas en las plantas de generación son el filtrado del syngas y la producción de energía con un motogenerador.

Se persigue la optimización del proceso de gasificación a nivel nacional e internacional y el fortalecimiento de las capacidades individuales, a la vez que contribuir al autoabastecimiento energético total por parte de empresas productoras de biomasa.

El gas producido en el gasificador sale a elevadas temperaturas y debe enfriarse para poder ser ingresado al motor. Este salto térmico actualmente es desaprovechado, por lo que se quiere diseñar un gasificador que acondicione la biomasa en la etapa de entrada al gasificador, denominada secado, y también para elevar la temperatura del agente gasificante, que normalmente es aire. El proceso aumenta la conversión de la biomasa en gas de síntesis.

Para aplicar el aumento de conversión a un prototipo de gasificador es necesario analizar, modelar físicamente y experimentar en el laboratorio para obtener los parámetros principales de las reacciones en la gasificación, el perfil de las temperaturas y las variables de control del proceso. Con los resultados obtenidos en estas pruebas piloto, se realizarán las modificaciones estructurales, fluidodinámicas y de control a un gasificador de 500 KVA, para obtener el aumento de rendimiento en la conversión de la biomasa en syngas.

Los desechos industriales como la biomasa –astillas de madera, cáscara de maní, marlo de choclo– causan problemas tanto en su almacenamiento como en su eliminación. Este proyecto propone una opción sustentable para que las industrias aprovechen sus desperdicios y se autoabastezcan energéticamente.

La generación de energía mediante gasificadores se realiza en forma móvil y modular, por lo que este desarrollo permitirá la construcción de una generación distribuida con diversificación de la matriz eléctrica a partir de la biomasa como combustible.

La generación distribuida es el uso de fuentes renovables como el sol, el viento, el agua en cauces de río, la biomasa y otros, para producir energía eléctrica destinada al autoconsumo y la inyección del excedente a la red de distribución.

El grupo de trabajo está integrado por Leonardo Molisani, doctor en Ingeniería Mecánica –formado en el Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia -EEUU-; María del Carmen Prámparo - ingeniera química, magíster y doctora en Ingeniería- y María Fernanda Gayol -ingeniera química y doctora en Ciencias de la Ingeniería-. Además, Norberto Canale participa como director por la parte privada -Canale SRL-. Se suman al GAV - Grupo de Acústica y Vibraciones- los doctores Juan Fontana, Ronald O'Brien y Leisa Magallanes, la ingeniera Sol Gutiérrez y José Saavedra, personal de apoyo de Conicet.

Para este emprendimiento, la Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación aporta 35 millones de pesos, la empresa privada 8,35 millones y la UNRC 17 millones, a través de los sueldos de los investigadores involucrados, como contraparte. Y los equipamientos adquiridos son propiedad del consorcio.

Puesta punto de la tecnología de fabricación para luego ofrecerla en el mercado

En cuanto a las actividades realizadas en estos primeros nueve meses transcurridos desde la puesta en marcha del proyecto, Molisani señaló: “Se desarrolla un modelo cinético con el fin de modelar de forma precisa cada una de las etapas que componen el proceso de gasificación. Es decir, que se aplicarán distintos conjuntos de reacciones, dependiendo de la zona del reactor en la que se encuentre. Se creó, en el software de simulación Aspen Plus, un modelo termofísico del proceso de gasificación, su tren de purificación y el motogenerador, para la obtención de energía eléctrica. Se realizó una simulación por pasos, en la cual cada etapa de la gasificación es representada en un reactor distinto, de modo de poder aplicar las condiciones particulares de dicha etapa. Se tiene así un bloque para la etapa de secado, luego dos que componen la pirolisis -degradación térmica de una sustancia en ausencia de oxígeno-, uno para cada una de las dos combustiones que ocurren y, por último, uno que representa la etapa de reducción”.

Y agregó: “Como salida de este último bloque se tiene el gas de síntesis crudo, que luego se someterá al tren de purificación compuesto por el ciclón y el intercambiador de calor -también simulados exhaustivamente-, donde alcanzarán las especificaciones requeridas para ingresar al motor de combustión interna”.

“Se definen condiciones óptimas de biomasa y agente gasificante, entre ellos: temperatura del aire de entrada, humedad de la biomasa y del aire ingresante, y relación entre la cantidad de cada uno de ellos” explicó Molisani y mencionó que se adquirieron los sensores, los actuadores y los componentes eléctricos y electrónicos necesarios para realizar el monitoreo y el control de las variables críticas del proceso, a la vez que se comenzó con el desarrollo de una interfaz de usuario para la visualización en tiempo real de los valores de las variables medidas y para la interacción del usuario con el proceso a partir del manejo de ciertos comandos, por ejemplo, el control de encendido de una bomba de agua o de un motor eléctrico.

Se compraron termocuplas –sensores– con diferentes rangos de operación para medir temperaturas en varios puntos del proceso. También se adquirieron caudalímetros –instrumentos que evalúan caudal– para la medición de flujos. “Las señales generadas por estos sensores son procesadas por un microcontrolador alojado en una placa Arduino, el cual se comunica con una PC, mediante un puerto USB”, detalló Molisani. Y acotó: “Se realizó la programación de este microcontrolador para que reciba y procese los datos de los sensores y los envíe a la PC. También, se incluyó en el programa una funcionalidad que le permite recibir datos/información desde la PC para comandar dos motores de corriente alterna a partir de un módulo con relés de estado sólido”. “En una segunda instancia se reemplazará este tipo de microcontroladores por PLC industriales”.

Finalmente, el investigador señaló: “Se inició el proceso de compra de un equipo de gasificación de biomasa de 10KW para comenzar con las pruebas experimentales en la UNRC, donde se validará lo obtenido en la simulación”.

Producción Periodística:
Deolinda Abate Daga

Responsable Institucional:
Deolinda Abate Daga
Universidad Nacional de Río Cuarto

Departamento de Prensa y Difusión
prensa@rec.unrc.edu.ar
www.unrc.edu.ar


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