Evaluación de la eficiencia de combustión del bagazo de caña de una caldera industrial usando dinámica computacional de fluidos

Abstract

Los modelos integrales de CFD se han utilizado para estudiar la combustión de la biomasa. En este trabajo se realiza un estudio CFD con el objetivo de evaluar el rendimiento de una caldera industrial que utiliza bagazo de caña de azúcar como combustible. La combustión es una reacción química relativamente rápida, mediante la cual se combina el oxígeno del aire con los diferentes elementos oxidantes del combustible, originándose un desprendimiento de calor, es un proceso que incluye la vaporización de la humedad, la volatilización y la combustión del carbón presentes en la biomasa; para dar cálculo de estos fenómenos las partículas de bagazo son modeladas como fase discreta. Se realizó un análisis de granulometría para el bagazo con el objetivo de determinar la distribución de tamaño de partículas; parámetro que influye en la cinética de la combustión. Para establecer los parámetros del modelo de desvolatilización de la biomasa, primero se analizó una muestra de bagazo en un sistema de análisis termogravimétrico (TGA) a tres velocidades constantes de calentamiento 5, 10 y 15 °C / min, se empleó el método Coats-Redfern (1964) para seleccionar los mejores mecanismos de reacción que combinaran con los datos generados por el TGA a través de todos los intervalos de la fracción de conversión y poder calcular el factor de frecuencia y la energía de activación. La simulación fue desarrollada en el software comercial ANSYS FLUENT; los resultados dejan claro que la volatilización es el fenómeno más influyente en la simulación y por lo tanto es un factor significativo en la predicción de los campos térmicos que están directamente relacionados con la eficiencia de la caldera. Los indicadores generales de eficiencia obtenidos en la simulación se compararon con datos experimentales y se observó una afinidad satisfactoria calculando una eficiencia del 92,73% para la caldera.