Evaluación de producción energética a partir de la gasificación de residuos de semillas de sacha inchi

Solano Pérez, Andrés Fabián

Evaluación de producción energética a partir de la gasificación de residuos de semillas de sacha inchi

dc.contributor.advisor	Rueda Ordóñez, Yesid Javier
dc.contributor.author	Solano Pérez, Andrés Fabián
dc.contributor.evaluator	Castellanos Olarte, Javier Mauricio
dc.contributor.evaluator	Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto
dc.date.accessioned	2022-09-21T20:22:38Z
dc.date.available	2022-09-21T20:22:38Z
dc.date.created	2022-09-07
dc.date.issued	2022-09-07
dc.description.abstract	La gasificación de biomasa representa nuevas oportunidades para producir energía eléctrica, beneficiando especialmente a sectores no conectados a la red y el cuidado del medio ambiente. Se ha simulado un modelo de equilibrio termoquímico del proceso de gasificación utilizando Aspen Plus ® para un gasificador de lecho fijo que trabaja con biomasa y utiliza aire como agente gasificador. El modelo busca predecir la composición del gas productor producido a partir de la gasificación de biomasa, identificar su potencial energético y caracterizar la eficiencia del proceso en términos de eficiencia de conversión de carbono (CCE) y eficiencia de gas frío (CGE). Para validar el modelo, se analizaron experimentalmente muestras de cáscara de arroz, paja de arroz y su mezcla en un gasificador a escala de laboratorio. Para completar la validación del modelo, también se utilizan en este estudio datos experimentales de seis biomasas diferentes, ampliamente disponibles en la literatura: mazorca de maíz (CC), cáscara de arroz (RH), tallos de algodón (CT), cáscara de nuez (WS), bagazo de caña de azúcar (SB) y tallos de café (CS). La comparación entre el modelo y los datos experimentales muestra una gran aproximación. En esta investigación se presenta un análisis exergético y exergoeconómico para un sistema de producción de energía eléctrica de 35 kW de capacidad a través de la gasificación de residuos de Sachi inchi (Plukenetia volubilis L.) producidos en el departamento de Santander, Colombia. La simulación del sistema se desarrolló en Aspen plus, donde el flujo másico, energético, y exergético se registra para cada línea de transporte de gas y sólidos, a partir de las condiciones del gasificador, cámaras de combustión del motor de gas, intercambiadores de calor, entre otros, así como la composición del combustible sólido. Los resultados de la simulación de la gasificación muestran que una razón de equivalencia igual a 0,25 es el valor óptimo para la generación de syngas con poder calorífico inferior de 6,126 MJ/kg, eficiencia de conversión de carbono del 100% y eficiencia de gas frío de 73,5%. Se efectuó una comparación exergética entre dos tecnologías las cuales producen energía eléctrica alimentadas por residuos del Sacha inchi biomasa combustible, una de ellas por medio de gasificación, y la otra con la combustión directa de la biomasa. Los resultados muestran que las eficiencias exergéticas son notablemente mayores para el sistema con gasificación integrada, principalmente porque la naturaleza del proceso de combustión directa es más irreversible que la gasificación. Asimismo, queda evidenciado que el consumo de combustible y aire es mucho mayor dentro del sistema de combustión directa, y por lo tanto es productor de más gases de combustión que contaminan el medio ambiente.
dc.description.abstractenglish	Biomass gasification represents new opportunities to produce electricity, especially benefiting off-grid sectors and environmental care. A thermochemical equilibrium model of the gasification process has been simulated using Aspen Plus® for a fixed-bed gasifier working with biomass and using air as the gasifying agent. The model aims to predict the composition of the producer gas produced from biomass gasification, identify its energy potential and characterize the efficiency of the process in terms of carbon conversion efficiency (CCE) and cold gas efficiency (CGE). To validate the model, samples of rice husk, rice straw and their mixture were experimentally analyzed in a laboratory-scale gasifier. To complete the model validation, experimental data from six different biomasses, widely available in the literature, are also used in this study: corn cob (CC), rice husk (RH), cotton stalks (CT), walnut shell (WS), sugar cane bagasse (SB) and coffee stalks (CS). Comparison between the model and experimental data shows a close approximation. This research presents an exergy and exergoeconomic analysis for an electric energy production system of 35 kW capacity through the gasification of Sachi inchi (Plukenetia volubilis L.) residues produced in the department of Santander, Colombia. The simulation of the system was developed in Aspen plus, where the mass, energy, and exergy flow is recorded for each gas and solid transport line, based on the conditions of the gasifier, gas engine combustion chambers, heat exchangers, among others, as well as the composition of the solid fuel. The gasification simulation results show that an equivalence ratio equal to 0.25 is the optimum value for syngas generation with lower calorific value of 6,126 MJ/kg, carbon conversion efficiency of 100% and cold gas efficiency of 73.5%. An exergetic comparison was made between two technologies which produce electricity from Sacha inchi biomass fuel residues, one by gasification and the other by direct combustion of the biomass. The results show that the energy efficiencies are notably higher for the system with integrated gasification, mainly because the nature of the direct combustion process is more irreversible than gasification. It is also evident that fuel and air consumption is much higher in the direct combustion system, and therefore produces more environmentally polluting combustion gases.
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería Mecánica
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/11678
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería Mecánica
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Mecánica
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Combustión
dc.subject	Gasificación
dc.subject	Modelado Cinético
dc.subject	Rendimiento Másico
dc.subject	termogravimetria
dc.subject	pirolisis
dc.subject.keyword	Thermogravimetry
dc.subject.keyword	Pyrolysis
dc.subject.keyword	Combustion
dc.subject.keyword	Gasification
dc.subject.keyword	Kinetic Modeling
dc.subject.keyword	Mass Yield
dc.title	Evaluación de producción energética a partir de la gasificación de residuos de semillas de sacha inchi
dc.title.english	Evaluation of energy production from the gasification of sacha inchi seed residues
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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