Análisis energético del proceso de gasificación de la cascarilla de arroz en el departamento del Tolima

Este estudio evalúa la viabilidad técnica y energética de la gasificación de cascarilla de arroz, un residuo agrícola abundante en el Tolima (Colombia), mediante un modelo matemático que simula condiciones estequiométricas e ideales, con el fin de producir gas de síntesis (syngas) de alto valor ener...

Full description

Autores:: Guzmán Loaiza, Daniel Enrique

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2024

Institución:: Universidad de Ibagué

Repositorio:: Repositorio Universidad de Ibagué

Idioma:: spa

Description
Summary:	Este estudio evalúa la viabilidad técnica y energética de la gasificación de cascarilla de arroz, un residuo agrícola abundante en el Tolima (Colombia), mediante un modelo matemático que simula condiciones estequiométricas e ideales, con el fin de producir gas de síntesis (syngas) de alto valor energético y analizar su potencial en sistemas de generación eléctrica. La investigación partió de la caracterización de la biomasa, la cual presenta un alto contenido de carbono (38.33%) e hidrógeno (5.17%), junto con bajos niveles de azufre (0.413%) y nitrógeno (0.287%), lo que la identifica como un recurso óptimo para procesos termoquímicos limpios, con capacidades para reducir emisiones en hasta un 60% comparado con combustibles fósiles. Durante la gasificación, se identificaron como variables críticas el flujo de aire y la temperatura: un exceso de aire reduce drásticamente el poder calorífico superior (HHV) del syngas, al favorecer la formación de gases inertes como CO₂ y H₂O en detrimento de compuestos energéticos como H₂, CO y CH₄, los cuales aportan el 80-90% del HHV en condiciones óptimas. Bajo parámetros controlados, el proceso alcanzó una eficiencia del 81%, con un incremento del 43% en el HHV del syngas respecto a la cascarilla cruda (de 15,111 kJ/kg a 21,628.89 kJ/kg), destacándose el hidrógeno (H₂) como el componente principal (87.1% del HHV total), seguido por el CO (7.5%) y el CH₄ (5.4%). Aunque se observó una alta generación de alquitranes, la eficiencia global del proceso validó su viabilidad técnica para transformar residuos en recursos energéticos, incluso en condiciones operativas desafiantes. Para la conversión energética del syngas, se compararon tres sistemas: motores de combustión interna, ciclo Brayton y ciclo combinado. Los resultados mostraron que, si bien los motores de combustión interna presentan una eficiencia moderada (15-20%) y bajo costo técnico, y el ciclo Brayton alcanza eficiencias del 30-35%, el ciclo combinado supera ampliamente a ambos con una eficiencia hasta 63% mayor que el Brayton y 150% superior al motor de combustión, aunque requiere equipos más robustos. Estos hallazgos resaltan que, a mayor eficiencia, aumenta la complejidad técnica, pero también los beneficios para el abastecimiento energético regional, particularmente en el Tolima, donde la disponibilidad de biomasa residual y la demanda de soluciones sostenibles justifican la implementación de tecnologías avanzadas. El modelo matemático desarrollado permitió predecir el comportamiento del gasificador y optimizar variables clave, validando la gasificación como una tecnología estratégica para diversificar la matriz energética y promover la sostenibilidad. La cascarilla de arroz no solo demostró ser una fuente versátil para la producción de syngas limpio y de alto rendimiento, sino también una alternativa para mitigar el impacto ambiental de los residuos agrícolas y reducir la dependencia de combustibles fósiles. Este trabajo contribuye a la transición hacia energías renovables en regiones rurales, integrando innovación técnica con impacto socioambiental, y sienta las bases para futuras investigaciones enfocadas en la escalabilidad y adaptación de sistemas de ciclo combinado en contextos locales.

Análisis energético del proceso de gasificación de la cascarilla de arroz en el departamento del Tolima

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