����������������������������������������������������������������������������������

 

 

Mantenimiento y puesta en marcha de un gasificador tipo downdraft de 40 kg/h

 

Maintenance and commissioning of a 40 kg/h downdraft type gasifier

 

Manuten��o e comissionamento de um gaseificador tipo downdraft de 40 kg/h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: edwin.jacome@espoch.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

�������� *Recibido: 23 de marzo de 2023 *Aceptado: 17 de abril de 2023 * Publicado: 29 de mayo de 2023

 

        I.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH, Facultad de Mec�nica, Riobamba, Ecuador.

      II.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH, Facultad de Mec�nica, Riobamba, Ecuador.

   III.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, ESPOCH, Facultad de Mec�nica, Riobamba, Ecuador.

   IV.            Investigador Independiente, Riobamba, Ecuador.

     V.            Investigador Independiente, Riobamba, Ecuador.

Resumen

El presente art�culo tiene como objetivo describir la habilitaci�n y mantenimiento del sistema gasificador tipo tiro descendente. Se estableci� el estado de situaci�n inicial y se realiz� un plan de mantenimiento preventivo. Para ello se ejecutaron acciones de: limpieza, reparaci�n, implementaci�n y cambio de elementos en mal estado, se instalaron dos tableros de control el primero con la finalidad de obtener datos de temperatura y as� mismo una inspecci�n breve del funcionamiento mediante la instrumentaci�n. Y el segundo para controlar la alimentaci�n moderada de biomasa al cilindro reactor. Para manejar de manera adecuada los datos y activos se codificaron los elementos aplicando la norma ISO-14224-2016 referente a la recolecci�n e intercambio de datos de confiabilidad en mantenimiento de equipos dirigidos a industrias de petr�leo, petroqu�micas y gas natural. Tras la habilitaci�n del sistema gasificador se obtuvo syngas, siendo una de las caracter�sticas m�s importantes la obtenci�n de un gas limpio y en un volumen adecuado, se ingres� 75kg de materia prima entre aserr�n, carb�n vegetal y madera generando 310 minutos de syngas que se evidenci� mediante una llama busen de color amarillenta rojiza fuerte que pese a las variaciones clim�ticas generadas durante el tiempo de combusti�n se mantuvo encendida. Se concluy� que, mediante la adecuaci�n del equipo, ingreso de biomasa e inyecci�n de agente oxidante se pudo obtener el fluido esperado con componentes intr�nsecos adecuados. Se recomienda el an�lisis de los niveles de calidad y composici�n exacta del gas resultante pues lo ejecutado en este trabajo contiene datos emp�ricos pudiendo ser �stos caracterizados de mejor manera.

Palabras Claves: Sistema Gasificador; Tiro Descendente; Plan de Mantenimiento; Gas S�ntesis.

 

Abstract

The aim of this paper is to describe the commissioning and maintenance of the downdraft type gasifier system. The initial state of the situation was established and a preventive maintenance plan was carried out. For this, actions were carried out: cleaning, repair, implementation and change of elements in poor condition; Two control panels were installed, the first with the purpose of obtaining temperature data and likewise a brief inspection of the operation through the instrumentation. And the second to control the moderate feeding of biomass to the reactor cylinder. To properly manage data and assets, the elements were codified applying the ISO-14224-2016 standard regarding the collection and exchange of reliability data in maintenance of equipment aimed at the oil, petrochemical and natural gas industries. After enabling the gasification system, syngas was obtained, being one of the most important characteristics the obtaining of a clean gas and in an adequate volume, 75kg of raw material was entered between sawdust, charcoal and wood, generating 310 minutes of syngas that was evidenced by a busen flame with a strong reddish yellowish color that despite the climatic variations generated during the combustion time, it remained lit. It was concluded that, by adapting the equipment, entering biomass and injecting an oxidizing agent, it was possible to obtain the expected fluid with adequate intrinsic components. The analysis of the quality levels and exact composition of the resulting gas is recommended, since what has been carried out in this work contains empirical data and these can be better characterized.

Keywords: Gasifier system; Downdraft; Maintenance plan; Synthesis Gas.

 

Resumo

O objetivo deste artigo � descrever o comissionamento e a manuten��o do sistema gaseificador tipo downdraft. Foi estabelecido o estado inicial da situa��o e executado um plano de manuten��o preventiva. Para isso foram realizadas a��es: limpeza, repara��o, coloca��o e mudan�a de elementos em mau estado, foram instalados dois quadros de controlo, o primeiro com o objetivo de obter dados de temperatura e tamb�m uma breve inspe��o do funcionamento atrav�s da instrumenta��o. E o segundo para controlar a alimenta��o moderada de biomassa ao cilindro do reator. A fim de gerenciar adequadamente os dados e ativos, os elementos foram codificados aplicando-se a norma ISO-14224-2016 referente � coleta e troca de dados de confiabilidade na manuten��o de equipamentos voltados para as ind�strias de petr�leo, petroqu�mica e g�s natural. Ap�s a autoriza��o do sistema de gaseifica��o, foi obtido o g�s de s�ntese, sendo uma das caracter�sticas mais importantes a obten��o de um g�s limpo e em volume adequado, foram inseridos 75kg de mat�ria-prima entre serragem, carv�o e madeira, gerando 310 minutos de g�s de s�ntese que foi evidenciado por meio de uma forte chama avermelhada amarelada que, apesar das varia��es clim�ticas geradas durante o tempo de combust�o, permaneceu acesa. Concluiu-se que, atrav�s da adequa��o do equipamento, entrada de biomassa e inje��o de agente oxidante, foi poss�vel obter o fluido esperado com componentes intr�nsecos adequados. A an�lise dos n�veis de qualidade e composi��o exata do g�s resultante � recomendada uma vez que o que foi realizado neste trabalho cont�m dados emp�ricos, que podem ser melhor caracterizados.

Palavras-chave: Sistema gaseificador; Corrente descendente; Plano de manuten��o; G�s de S�ntese.

 

Introducci�n

Actualmente la producci�n de biocombustibles a trav�s del uso de biomasa es uno de temas m�s interesantes debido a la necesitad de mitigar el impacto ambiental y las enfermedades que significa usar combustibles de origen f�sil que son com�nmente derivados del petr�leo. Durante varios a�os se han investigado alternativas que ayuden a mejorar el proceso de generaci�n de combustibles con menos impacto ambiental y haciendo uso de recursos f�ciles de encontrar y producir, dentro de estas alternativas se encuentra la gasificaci�n que es un proceso termoqu�mico mediante el cual se utiliza de biomasa como materia prima misma que siendo sometida a un proceso puede generar gas s�ntesis.

La importancia de analizar este tema surge con la necesidad de buscar formas que posibiliten la ejecuci�n de proyectos alternativos como lo es la gasificaci�n que no es m�s que un proceso termoqu�mico mediante el cual se obtiene una mezcla de gases, dicho gas resultante deber� contener componentes espec�ficos que lo califiquen como eficiente o ineficiente, esto depender� del tipo de biomasa que se utilice, el equipo en que se haga la transformaci�n y el tipo de agente oxidante empleado.

En nuestro pa�s se han desarrollado proyectos de obtenci�n de biocombustibles apoyados por el gobierno basados en la extracci�n de aceite de pi��n con resultados de generaci�n de electricidad, se ha usado la ca�a de az�car tambi�n como materia prima obteniendo alcohol anhidro carburante componente que se usa en la gasolina y ha sido distribuida en varios sectores del pa�s. Del mismo modo se han realizado investigaciones de generaci�n de biocombustibles mediante un proceso de gasificaci�n en concreto que usa residuos urbanos para obtenerlo, como resultado se ha obtenido un gas con las caracter�sticas adecuadas calor�ficamente hablando.

En este trabajo se pretende habilitar el sistema de gasificaci�n que se encuentra ubicado en la Facultad de Mec�nica de la ESPOCH, sabiendo de antemano que el sistema en su totalidad se encuentra deteriorado debido a que est� expuesto a los diversos cambios clim�ticos, se pretende reparar los elementos en mal estado, cambiar otros y mejorar algunos subsistemas mediante controladores, de igual forma se realizar� un plan de mantenimiento preventivo que describir� actividades sencillas para conservar el estado funcional del equipo una vez sea reparado y puesto en marcha. Todas estas actividades se las ejecutar� con el fin de generar biog�s con biomasa para que este biocombustible m�s adelante sea usado como principio de energ�a en otros procesos relacionados tratando de mitigar parte del impacto ambiental producido por fluidos de origen f�sil.

Thomas Shirley en el a�o de 1959, realiz� una primera investigaci�n basada en experimentos que serv�an para generar gas hidr�geno carburado, sustancia que era utilizada para fines dom�sticos como la calefacci�n y el alumbrado, estos t�rminos fueron ampliamente utilizados en Gran Breta�a durante los a�os 1850 y 1870, sin embargo, la demanda de combustible hab�a sido satisfecha por la industria petroqu�mica en los a�os 1940. Para 1970 se buscaban nuevas alternativas de fuentes de combustible siendo la gasificaci�n una de ellas, este hecho fue argumentado por varios autores que consideraron que en la naturaleza existe mucha materia disponible de biomasa alojada en plantas y animales (Jahromi et al., 2021, p.18).

En cuanto a la tecnolog�a que existe para la conversi�n energ�tica de biomasa, existen algunos tipos de gasificadores entre los m�s importantes est�n:

Gasificador de lecho fijo, normalmente se los utiliza en sistemas con eficiencias globales cercanas al 20% es decir alcanzan una conversi�n de 1,2 kg para generar 1 kWh, una de las caracter�sticas del gas que produce este gasificador es que crea poco contenido de alquitr�n pudiendo purificarlo mediante tanques de filtraci�n, se recomienda utilizar biomasa en peque�as cantidades con baja humedad. Por otro lado, est� el gasificador de lecho fluidizado siendo su principal ventaja la generaci�n de electricidad a gran escala pudiendo llegar hasta los 100 kWh con una baja producci�n de alquitranes y cenizas, este tipo de equipo logra la combusti�n con masa en suspensi�n consiguiendo trabajar con distintos tipos de biomasa. As� tambi�n los gasificadores de lecho m�vil Downdraft son equipos que producen peque�as cantidades de electricidad menores a 1 MW, sus aplicaciones m�s relativas se sit�an en motores y turbinas de gas de combusti�n interna su principal desventaja es la producci�n de ceniza.�

Finalmente, los gasificadores de lecho m�vil de corriente ascendente son sistemas de potencia entre 4 a 6 MW, producen un elevado contenido de alquitr�n y se les imposibilita la generaci�n de gas s�ntesis de forma permanente (Blanco, 2021, p.619).

El proceso de gasificaci�n de calor es el m�todo econ�mico m�s ecol�gico y factible para producir energ�a �til con menos emisiones de di�xido de carbono. El uso de biomasa agr�cola tiene un futuro prometedor en la fertilidad sostenible. Los estudios experimentales y de an�lisis estudian la viabilidad de usar varios tipos de materias primas, como conchas de arroz, residuos de madera, c�scara de man� entre otros. Se debe aseverar el funcionamiento de un gasificador por su capacidad para acomodar diferentes tipos de biomasa como materia prima. Las c�scaras de productos agr�colas como nueces, avellanas, almendras y semillas de girasol presentan mejores caracter�sticas de combusti�n y pueden utilizarse como combustibles s�lidos potenciales para aplicaciones a peque�a escala (Murugan y Sekhar, 2021, p.1).

Actualmente uno de los aspectos econ�micos m�s notables en el mundo es la producci�n de energ�a y con el paso del tiempo el aumento estimado de la necesidad energ�tica entre los a�os 2017 y 2040 ser� del 38,33 %, una de las opciones para resolver estos d�ficits energ�ticos se encuentra estrechamente ligada a la producci�n de combustibles de origen renovable que servir�n tambi�n para atenuar la gravedad ambiental y fluctuaciones que var�an con el crecimiento de la poblaci�n y el uso permanente de combustibles f�siles, tras realizar estudios estad�sticos y pol�ticos se pretende hacer uso de energ�as de procedencia renovable por medio de gasificadores que trabajen con biomasa y que no interfieran con el calentamiento global que afecta a la sociedad en general (Jahromi et al., 2021 p.4).

Seg�n algunos estudios uno de los pa�ses con mayor producci�n de biocombustibles a trav�s de biomasa es Estados Unidos. En el a�o 2018 este pa�s produjo una cantidad de 38 millones de Toneladas Equivalentes de Petr�leo como unidad de energ�a, sigui�ndolo con 21 millones de toneladas Equivalentes de Petr�leo Brasil. Es importante indicar que los biocombustibles obtenidos son a base de plantas (Boris, 2021).

En nuestro pa�s Ecuador ubicado en el Sur de Am�rica tambi�n se ha trabajado en proyectos encaminados a la producci�n de biocombustibles utilizando como materia prima biomasa, el gobierno ha invertido en proyectos investigativos para la generaci�n de biocombustibles de segunda generaci�n como lo es la gasificaci�n de Residuos S�lidos Urbanos (URS), al mando del� Instituto de Investigaci�n Geol�gico y Energ�tico (IIGE). Este proceso se llev� a cabo con la intervenci�n de residuos org�nicos que tras la combusti�n se obtuvo gas s�ntesis, El IIGE realiz� una experimentaci�n en Santo Domingo de los Ts�chilas en donde se instal� una planta piloto que prob� la capacidad de generaci�n de biog�s a partir de los residuos urbanos con la obtenci�n de energ�a continua, en el reactor se utiliz� gas vegetal de fuentes como la palma africana, la caracterizaci�n del gas de s�ntesis lleg� a concentraciones de alrededor del 10% de hidr�geno y 43 % de mon�xido de carbono, siendo un gas de f�cil combusti�n (Boris, 2021).

Considerando lo antes mencionado y la problem�tica ambiental que el uso exagerado de combustibles s�lidos ha generado al medio ambiente es necesario contemplar la posibilidad de poner en marcha el gasificador construido tiempo atr�s en la ESPOCH, Facultad de Mec�nica, con el objetivo de obtener gas para a continuaci�n ser utilizado en otros procesos amigables para el planeta, esto se realizar� usando residuos como biomasa de forma s�lida para posteriormente convertirla en un gas combustible rico en mon�xido de carbono e hidr�geno generado por un proceso termoqu�mico que se desarrolla en una c�mara sellada que normalmente trabaja por debajo de la presi�n atmosf�rica (Herrera, 2019, p.20).

 

Metodolog�a

Para iniciar con el proceso de habilitaci�n del gasificador tipo Downdraft de la ESPOCH que tiene como finalidad generar gas a partir de biomasa y previo al desmontaje de elementos a continuaci�n se describen y caracterizan los elementos necesarios para un correcto funcionamiento del sistema, sabiendo que algunos de ellos no se encuentran f�sicamente en el equipo y otros no est�n h�biles para cumplir su funci�n requerida. Partiendo desde el subsistema reactor, siguiendo con el subsistema de instrumentaci�n y terminando con el subsistema de alimentaci�n.

Para lograr un mejor manejo de informaci�n se ha dividido del sistema gasificador en tres subsistemas que se muestran a continuaci�n:

��Subsistema reactor�

�Subsistema de instrumentaci�n�

�Subsistema de alimentaci�n

 

Subsistema reactor

Si bien es cierto, la obtenci�n del gas se da en la c�mara de combusti�n del equipo, tras pasar la biomasa por la zona de secado, pir�lisis, gasificaci�n y finalmente la etapa de oxidaci�n reacciones que dan como resultado el gas s�ntesis esto con ayuda del aire que act�a como agente oxidante y es inyectado por tuber�a mediante un blower que es el encargado de abastecer el fluido necesario al interior del cilindro para llevar a cabo las reacciones.

El reactor es un cuerpo cil�ndrico robusto asentado sobre una caja rectangular ambos elementos construidos con material resistente a altas temperaturas, en el interior del cilindro se aloja una malla con agujeros que sirve como aislante del calor, hay tuber�as para el ingreso de aire y salida del syngas, y una l�nea para realizar la purga de los desechos; la parte rectangular del sistema internamente se encuentra cubierta por material refractario en donde se acumulan las cenizas producto de la combusti�n de la biomasa, dando lugar a la existencia de dos compuertas que permiten realizar el proceso de limpieza peri�dica para evitar obstrucciones excesivas de desechos.

 

Subsistema de instrumentaci�n�

En este subsistema se consideran aquellos elementos que intervienen tanto en la medici�n de temperatura con la que trabaja el sistema en general, para ello se manejan elementos como termocuplas, RTDs.

Para controlar el proceso de manera adecuada se necesita tomar medidas de temperatura en cada una de las etapas para analizar la calidad de gas que se obtendr� posteriormente. Las termocuplas y RTD que intervienen en el proceso deben ser adecuadas para soportar las temperaturas generadas. Por un lado, los RTD de tipo Pt100 son colocados en las zonas de secado, pir�lisis y combusti�n y las termocuplas se encuentran alojadas en la zona de reducci�n y cenizas en donde seg�n experimentos anteriores se genera una temperatura m�s elevada a diferencia de las dem�s zonas.

Para controlar desde un mismo punto los resultados de las temperaturas es necesario realizar el dise�o y montaje de un tablero, con controladores de temperatura y elementos de protecci�n que salvaguarden el sistema y sus operadores, permitiendo que las medidas generadas en los controladores sean analizadas de manera adecuada.

 

Subsistema de alimentaci�n�

Este subsistema es el encargado de proporcionar la cantidad necesaria de producto y la mezcla ideal para que el proceso de gasificaci�n se ejecute con normalidad. Fue dise�ado y estructurado de tal manera que cumpla caracter�sticas que permitan transportar diferentes tipos de biomasa, precisi�n, carga entre otras variables, el material de construcci�n y su forma se lo realiz� con ayuda de c�lculos pretendiendo cumplir con todas las caracter�sticas de dise�o y construcci�n antes mencionadas.

Por otro lado, en este espacio se montar� un tablero capaz de controlar el encendido, apagado y variaci�n de velocidad del sistema para facilitar el manejo de quienes lo operen y seg�n el sistema de gasificaci�n necesite de biomasa, considerando elementos de protecci�n tanto al motor como a los operadores, adem�s cuenta con luces piloto que indican voltaje y corriente durante el proceso y un paro de emergencia en caso de que el proceso detecte alguna falla y el subsistema deba ser parado de manera espont�nea, para volver a encender el motor se debe seccionar y conmutar el selector nuevamente para continuar con su funcionamiento manteniendo el proceso idealizado para generar biog�s.

 

Situaci�n inicial del sistema

Por lo que respecta a este apartado se trabaja con el objetivo de conocer las partes que componen el equipo y el estado funcional de cada una de ellas, as� como tambi�n conocer sus dimensiones y caracter�sticas generales; al realizar la inspecci�n se observaron particularidades tales como: piezas faltantes, instrumentos en mal estado, cables sueltos, corrosi�n, entre otros. Para este fin se har� uso de un formato que sirva para ordenar y detallar los enunciados mencionados con anterioridad y de esa manera procesar la informaci�n con mayor exactitud pues esto se usar� m�s adelante para llevar a cabo otras actividades como el plan de acci�n, inventario y el plan de mantenimiento preventivo eventualmente.

 

Estado de situaci�n inicial del subsistema de instrumentaci�n�

Al revisar el subsistema de instrumentaci�n se evidenci� el deterioro de algunos sensores de temperatura que necesitaban ser reemplazados y otros ser�n revisado mediante aparatos que brinden la informaci�n adecuada sobre su estado.

En adici�n, se pretende montar un tablero capaz de controlar las medidas de temperatura en las distintas zonas de reacci�n y a su vez manejar el encendido y apagado de los blowers que intervienen en el sistema, para ejecutar esta acci�n se presenta el dise�o del circuito con los aparatos de protecci�n necesarios para el ensamblaje y conexi�n de este �tem que ser� implementado.

 

Estado de situaci�n inicial del subsistema de alimentaci�n

El subsistema de alimentaci�n no se encontraba dentro del equipo, sin embargo, los elementos que lo constituyen se alojaban en algunos laboratorios dentro de la Facultad de Mec�nica. Por consiguiente, se cree necesario la posibilidad de armar un tablero de control capaz de manejar el encendido y apagado del subsistema desde un mismo punto con el fin de automatizar la mayor parte del proceso, debido a la importancia de este apartado dentro del sistema, pues es el encargado de alimentar el sistema de biomasa para posteriormente ejecutarse el proceso de combusti�n y a que se den las distintas reacciones.

 

Plan de acci�n en los subsistemas

Tras realizar una inspecci�n general del sistema se procedi� a desmontar el equipo con la finalidad de cambiar los elementos que necesitaban ser reemplazados e incrementar los que no exist�an, se realizaron trabajos de acuerdo a las necesidades que se iban presentando con un estimado de fechas para realizar las tareas que sean necesarias en cada subsistema y obtener buenos resultados en la habilitaci�n del sistema.�

 

Plan de acci�n para el subsistema reactor

Se presentan tareas para el subsistema reactor tratando de contemplar todas aquellas posibilidades de fallo o da�o en sus elementos para que �ste pueda encontrarse en estado operacional al finalizar la intervenci�n, en adici�n a ello, se detallan las fechas de intervenci�n de los distintos elementos para facilitar el trabajo de campo realizado paulatinamente seg�n se crea conveniente la disponibilidad de repuestos.

Para este plan de acci�n se consideran elementos tales como: blower, l�nea de ingreso de aire, cilindro de combusti�n y l�nea de purga con esta divisi�n se pretende realizar actividades programadas considerando el tiempo en que se van a adquirir aquellos elementos que van a ser reemplazados y la disponibilidad que representen. Por otro lado, los trabajos de desmontaje y limpieza de elementos se los har� paulatinamente seg�n las necesidades que surjan durante todo� el proceso de habilitaci�n del sistema gasificador, sin dejar de lado que las acciones se deben desarrollar conjuntamente con el sistema de filtrado y enfriado del gas s�ntesis.

 

Tabla 1. PLAN DE ACCI�N DEL SUBSISTEMA REACTOR

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Plan de acci�n para el subsistema de instrumentaci�n�

Las actividades planteadas en este subsistema van de la mano con el montaje de un tablero de control con controladores de temperatura conectados a las termocuplas y termopares para facilitar la toma de datos de esta variable. Algunos de los sensores de temperatura van a ser reemplazados por otros con caracter�stica similares y otros van a ser habilitados con algunos cambios, de igual forma se presentan fechas de intervenci�n considerando la disponibilidad de los elementos de instrumentaci�n usados para dicho fin. El subsistema contempla tambi�n el dise�o y montaje de un tablero de control para facilitar el proceso de operaci�n del gasificador manejando el encendido y apagado del blower, as� como tambi�n la toma de datos de temperatura, se estima una fecha para el montaje del tablero analizando la disponibilidad de todos los elementos para su montaje, a�adiendo a lo anterior se examinar� el sitio adecuando de instalaci�n para que quienes lo manejen puedan hacerlo de forma segura y acertada, contemplando as� tambi�n, elementos de seguridad tanto para el sistema como para quienes lo manipulen.

 

Tabla 2. Plan de acci�n del subsistema reactor

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Plan de acci�n para el subsistema de alimentaci�n

Par este subsistema se han descrito varias actividades que permitir�n el montaje y limpieza de elementos que contribuyan al correcto funcionamiento del subsistema de alimentaci�n de biomasa para el sistema gasificador sabiendo que todos los elementos solo se los va a volver a instalar haciendo ciertas modificaciones en la programaci�n del variador de frecuencia que es el elemento que presenta inconvenientes.

Para la elaboraci�n del tablero de control se contemplan actividades como el dise�o y el montaje de elementos capaces de controlar lo mencionado anteriormente.

 

 

 

 

 

Tabla 3. Plan de acci�n del subsistema de alimentaci�n

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Resultados

El objetivo principal de este art�culo es habilitar el sistema gasificador, para ello se ha establecido un estado de situaci�n inicial y se han anotado algunas tareas de mantenimiento; para ejecutarlas se consideraron caracter�sticas como disponibilidad de elementos y tiempo a continuaci�n se describen los trabajos que se han realizado en los diversos subsistemas.

Iniciando con el sistema reactor se implement� un blower que es el encargado de inyectar agente oxidante al sistema, seguido se mont� la l�nea de ingreso de aire en el que se contemplan accesorios que permitir�n la regulaci�n de fluido, del mismo modo se modific� ciertos elementos en el cilindro de combusti�n y la l�nea de purga llevando el material contaminante a un mismo punto de almacenamiento.

Para el subsistema de instrumentaci�n se implementaron sensores de temperatura y un tablero en que se puede visualizar el estado en diversos puntos dentro del reactor permitiendo el manejo de datos. Por otro lado, el subsistema de alimentaci�n fue mejorado circunstancialmente permitiendo manejarlo desde un mismo punto y seccionarlo de acuerdo a las necesidades que requiera el proceso.�

 

Subsistema reactor

Se consideraron las tareas establecidas en el plan de acci�n, a continuaci�n, se detallan las actividades realizadas en cada �tem para la habilitaci�n e implementaci�n de varios elementos que permitan el correcto funcionamiento del subsistema reactor que es el encargado de combustionar la biomasa y convertirla en biog�s.

 

Habilitaci�n del blower

Para empezar con el proceso de habilitaci�n del subsistema reactor se habilit� el blower asent�ndolo en un soporte adecuado, dicho sea de paso, este elemento es el encargado de proporcionar aire al cilindro de combusti�n para que se desarrollen las distintas reacciones internas dentro de �l. Este aparato fue adquirido y tiene una capacidad de 3 pulgadas que son las adecuadas para ingresar aire al sistema.

 

Tabla 4. Habilitaci�n del subsistema reactor

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

 

Habilitaci�n de l�nea de ingreso de aire

La l�nea de ingreso de aire fue habilitada de tal modo que el fluido sea inyectado al cilindro de combusti�n a partir de un blower, sabiendo que fue elaborado con material de PVC, debido a que el aire que ingresa es frio y no necesita de una tuber�a que soporte calor.

 

Tabla 5. Habilitaci�n del subsistema reactor

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Habilitaci�n del cilindro de combusti�n

En el cilindro de combusti�n se realizaron varias actividades particularmente la revisi�n de pernos, sellado de compuertas, limpieza interna y una de las actividades con m�s resalte el cambio de malla que se encontraba totalmente corro�da y es la encargada de aislar de manera particular el cilindro de combusti�n.

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 6. Habilitaci�n del cilindro de combusti�n

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Habilitaci�n de la l�nea de purga

La l�nea de purga dentro del subsistema reactor es importante pues mediante ella desembocan materiales tales como alquitr�n y otras impurezas resultado de la combusti�n interna en el cilindro, cabe mencionar que el conjunto de purgas sale a un mismo punto con el objetivo de realizar estudios posteriores de los residuos que el sistema de gasificaci�n, filtrado y enfriamiento crean finalmente.

 

Tabla 7. Habilitaci�n de la l�nea de purga

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Habilitaci�n del subsistema de instrumentaci�n�

En lo que respecta al subsistema de instrumentaci�n la mayor parte de este subsistema fue implementado con el af�n de que el proceso sea m�s sistematizado y controlado, es por ello que se mont� un tablero de control con sensores capaces de indicar la temperatura de trabajo en las distintas zonas de reacci�n. Del mismo modo se instalaron elementos capaces de manejar el encendido y apagado de blowers tanto de inyecci�n de aire como el de enfriamiento del fluido.�

Los sensores de temperatura instalados en el tablero de control y conectados a los sensores de temperatura que se encuentran en diversos puntos facilitan la toma de datos de temperatura y mejoran la calidad del an�lisis del gas resultante.

 

Tabla 8. Habilitaci�n del subsistema de instrumentaci�n - sensores de temperatura

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Tabla 9. Habilitaci�n del subsistema de instrumentaci�n � Tablero de control

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Habilitaci�n del subsistema de alimentaci�n�

El subsistema de alimentaci�n es indispensable pues su funci�n es abastecer de biomasa al subsistema reactor que es en d�nde se dan las distintas reacciones, se realizaron los montajes de los diferentes elementos existentes, as� tambi�n se dise�� y elabor� un tablero de control con el fin de manejar el subsistema desde un mismo punto.

As� tambi�n, es necesario comprender que este subsistema es el que inicia el proceso de gasificaci�n dentro del sistema general del gasificador pues partimos de alimentar el sistema para posteriormente poner en marcha el subsistema reactor y por consiguiente el de instrumentaci�n que ser� el que nos brinde los medios necesarios de an�lisis de temperatura siendo estos 3 subsistemas esenciales en todo proceso de obtenci�n gas sin dejar de ser importante el subsistema de conducci�n y filtrado para obtener un gas con caracter�sticas y componentes adecuados para usos posteriores.

Para efectuar el montaje del sistema alimentador en el sistema gasificador se consideraron algunos criterios como lo son precio y la adaptaci�n al gasificador, siendo el segundo uno de los criterios m�s importantes pues se rescata la facilidad de montaje y desmontaje del subsistema. De forma acertada se us� un acople que une al subsistema reactor con el de alimentaci�n sin interferir en su funcionamiento progresivo.�

En adici�n a ello se consider� el factor de precisi�n tratando de evitar la posibilidad de que se generaran fugas principalmente de gas, mismo que se produce dentro de la c�mara de combusti�n del reactor.�

 

Habilitaci�n del motorreductor

Como se mencion� anteriormente este subsistema exist�a en bodega, nuestras actividades fueron solo las del montaje oportuno tanto del motor con del reductor. El motorreductor fue seleccionado en base a la potencia que necesita el subsistema para alimentar el sistema siendo de 1 HP y 30 RPM.�

Sin embargo, las velocidades que se requieren para que el subsistema de alimentaci�n act�e con total normalidad requiere del uso de un variador de frecuencia que posibilite una alimentaci�n adecuada y pertinente. Al seleccionar un motor y un reductor para un proceso se requiere conocer la potencia que se requiere para llevar a cabo la dosificaci�n de biomasa y la velocidad de giro de la materia prima a utilizar.

 

Tabla 10. Habilitaci�n del motorreductor

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

Plan de mantenimiento preventivo del sistema gasificador

Tras la habilitaci�n y puesta en marcha del sistema gasificador, se establecieron tareas de mantenimiento preventivo con el objetivo de valorar y precautelar el funcionamiento del sistema gasificador. En �l se detallan tareas y actividades con una frecuencia de ejecuci�n para cada una de ellas. As� tambi�n se describe el n�mero de personas que se necesita para la realizaci�n de dichos trabajos, adem�s, los materiales que se necesitan. El plan de mantenimiento se muestra en el las tablas 11, 12,y 13, se describen cada una de las tareas propuestas en el plan de mantenimiento preventivo, con una secuencia de pasos y el tiempo estimado.

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 11. Plan de mantenimiento preventivo - subsistema reactor

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

 

 

 

 

Tabla 12. Plan de mantenimiento preventivo - subsistema de instrumentaci�n

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

 

 

 

Tabla 13. Plan de mantenimiento preventivo - subsistema de alimentaci�n

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

 

Conclusiones�

Como resultado del mantenimiento y puesta en marcha del gasificador tipo Downdraft de la Facultad de Mec�nica se cumplieron los objetivos planteados inicialmente, siendo un ejemplo de ello la obtenci�n de un gas pobre tras el proceso respetivo de combusti�n y filtraci�n a trav�s de materia prima renovable amigable con el planeta y permiti�ndose ser un indicador de generaci�n de energ�a el�ctrica y t�rmica.

Durante la habilitaci�n del gasificador se repararon elementos en mal estado e implementaron otros que mejoraron el proceso general, esto a trav�s del planteamiento del estado de situaci�n inicial del sistema, que facilit� el acondicionamiento del gasificador incluyendo los subsistemas de alimentaci�n, reacci�n, instrumentaci�n, filtraci�n, conducci�n y el�ctrico.

Al efectuar la puesta en marcha del sistema gasificador contemplando sus diversos subsistemas se pudo apreciar un syngas con caracter�sticas adecuadas de uso conjuntamente con sus componentes inherentes, particularidades que se comprobaron al encender el gas logrando una llama busen de color amarillo rojizo brillante.

Por otro lado, se mejor� el control del subsistema de alimentaci�n antes dise�ado, para lograrlo se mont� un tablero de control con indicadores de voltaje, frecuencia y amperaje del motorreductor para de esta forma manejar de manera acertada la distribuci�n de biomasa, as� mismo se mejor� el control de temperatura.

Finalmente, se elabor� un plan de mantenimiento preventivo para precautelar el correcto funcionamiento del sistema gasificador para que sirva de ayuda para quienes lo manipulen m�s adelante, se consideraron tareas y procesos sencillos pero indispensables para que el sistema cumpla con su funci�n original que es la de generar syngas a partir de biomasa.

 

Referencias

1.      Alvarez, Mar�a. Ense�anza de las reacciones qu�micas a trav�s de metodolog�as activas para 3� de E.S.O en el contexto de la vida cotidiana (Trabajo de titulaci�n). (Maestr�a) Universidad P�blica de Navarra, Facultad de Ciencias Humanas. 2021. pp. 54-59

2.      Antar, Mohammed, LYU, Dongmei, NAZARI, Mahtab, SHAH, Ateeq, ZHOU, Xiaomin and SMITH, Donald L. �Biomass for a sustainable bioeconomy: An overview of world biomass production and utilization�. Renewable and Sustainable Energy Reviews [en l�nea], 2021(Canad�) 139, pp. 110691. [Consulta: 15 julio 2022].� ISSN 13640321. DOI 10.1016/j.rser.2020.110691. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110691

3.      Blanco, Napole�n. �Selecci�n de gasificador para la generaci�n de energ�a el�ctrica a peque�a escala empleando biomasa agr�cola� Nexo Revista Cient�fica [en l�nea], 2021(Nicaragua) 34(2), pp. 616�624. [Consulta: 14 julio 2022]. ISSN 1995-9516. Disponible en: https://doi.org/10.5377/nexo.v34i02.11547

4.      Boris, German. Ecuador y los Biocombustibles. Petroenerg�a [blog], [Consulta: 19 abril

5.      2022]. Disponible en: https://www.petroenergia.info/post/ecuador-y-los-biocombustibles

6.      Brites, Carlos D.S., BALABHADRA, Sangeetha and CARLOS, Lu�s D. �Lanthanide‐Based Thermometers: At the Cutting‐Edge of Luminescence Thermometry�. Advanced Optical Materials [en l�nea], 2019 7(5), pp. 1801239. [Consulta: 14 julio 2022].� ISSN 2195-1071. Disponible en: https://doi.org/10.1002/adom.201801239

7.      Bu�ay, Samuel. Arranque de un grupo electr�geno Otto usando el gas de s�ntesis del gasificador Downdraft acondicionados como un sistema de micro generaci�n el�ctrica para fines did�cticos [en l�nea] (Trabajo de titulaci�n). (Ingenier�a), Universidad Cat�lica de Santiago de Guayaquil. Ecuador. 2019. pp.33-35.� [Consulta 2022-04-18]. Disponible en: http://repositorio.ucsg.edu.ec/handle/3317/12702

8.      He, Qing, GUO, Qinghua, UMEKI, Kentaro, DING, Lu, WANG, Fuchen and YU, Guangsuo. �Soot formation during biomass gasification: A critical review�. Renewable and Sustainable Energy Reviews [en l�nea], 2021(China) 139, pp. 110710. ISSN 13640321. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110710

9.      Herrera, Ra�l. An�lisis t�rmico de un gasificador tipo Downdraft al combustionar residuos forestales [En l�nea] (Trabajo de titulaci�n). (Ingenier�a) Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba. 2019. pp. 20-25 [Consulta: 27-04-2022]. Disponible en: http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/13243

10.  ISO 14224:2016. Industrias de petr�leo, petroqu�mica y gas natural � recolecci�n e intercambio de datos de confiabilidad y mantenimiento de equipos. Parte 6: calidad de datos�

11.  Jahromi, Reza, REZAEI, Mahdi, HASHEM SAMADI, Seyed and JAHROMI, Hossein. �Biomass gasification in a Downdraft fixed-bed gasifier: Optimization of operating conditions�. Chemical Engineering Science, 2021, vol. 231, pp. 116249. ISSN 00092509. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.116249

12.  Legrand. Tableros a norma. [blog], [Consulta: 28 abril 2022]. Disponible en: https://www.legrand.cl/

13.  Mu�oz, Mario. �Gasificaci�n y torrefacci�n de residuos agr�colas de la cosecha de ca�a, tecnolog�as para diversificar los biocombustibles de la agroindustria azucarera�. ResearchGate [en l�nea], 2019, (Guatemala), pp. 2-4. [Consulta 2022-04-19].� S.l. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/337445412_GASIFICACION_Y_TORREFACCION _DE_RESIDUOS_AGRICOLAS_DE_LA_COSECHA_DE_CANA_TECNOLOGIAS_PARA_DIVERSIFICAR_LOS_BIOCOMBUSTIBLES_DE_LA_AGROINDUSTRIA_AZUCARERA

14.  Murugan, P.C. and JOSEPH SEKHAR, S. �Investigation on the yield of producer gas from tamarind shell (Tamarindus Indica) as feedstock in an Imbert type biomass gasifier�. Fuel [en l�nea], 2021, (India), 292, pp. 120310. [Consulta 2022-04-19]. ISSN 00162361. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120310

15.  Patuzzi, Francesco, BASSO, Daniele, VAKALIS, Stergios, ANTOLINI, Daniele, PIAZZI, Stefano, BENEDETTI, Vittoria, CORDIOLI, Eleonora and BARATIERI, Marco. �State-of-the-art of small-scale biomass gasification systems: An extensive and unique monitoring review�. Energy [en l�nea], 2021, (Italia) 223, pp. 120039. [Consulta 2022-04-19].�� ISSN 03605442. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120039

16.  P�rez, Juan, DIAZ, �scar, OBANDO, Roberto and MOLINA, Alejandro. �Dise�o conceptual de un gasificador de biomasa de lecho fijo en equicorriente a escala piloto� Tecnol�gicas [en l�nea], 2009, (Colombia), (22), pp. 121-140 [Consulta: 23 April 2022]. ISSN 0123-7799. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/3442/344234314008.pdf

17.  Proenza, N�stor. �Gas Pobre: Factibilidad de su uso en los motores, ZIL � 130� Redalyc.org [en l�nea], 2011, 32(3), p. 1-8. [Consulta: 21 April 2022]. ISSN 1815-5901�� Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=329127748001

18.  Ramos, A., Monteiro, E., & Rouboa, A. �Numerical approaches and comprehensive models for gasification process: A review�. Renewable and Sustainable Energy Reviews [en l�nea], 2019, (Portugal) ������������������������������������ 110. �������� p. ������� 188�206. ������� [Consulta: ����� 22 ������ April � 2022]. ����������������������������������������������������� S.l. ���������� Disponible ���� en: https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.048

19.  Safarian, S., Unn��rsson, R., & Richter, C. �A review of biomass gasification modelling�. Renewable and Sustainable Energy Reviews [en l�nea], 2019, (Islandia) 110, p. 378�391. [Consulta: 22 April 2022]. S.l. Disponible en https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.05.003

20.  Salomon, C. P., Ferreira, C., Sant�Ana, W. C., Lambert-Torres, G., da Silva, L. E. B., Bonaldi, E. L., de Lacerda de Oliveira, L. E., & Torres, B. S. �A study of fault diagnosis based on electrical signature analysis for synchronous generators predictive maintenance in bulk electric systems�. Energies [en l�nea], 2019, 12(8), p. 1-30. [Consulta: 22 April 2022].� ISSN 1506. Disponible en:� https://doi.org/10.3390/en12081506

21.  UNE-EN 13306: 2018. Terminolog�a del Mantenimiento. Parte 2: T�rminos fundamentals

22.  Wu, J. A Basic Guide to Thermocouple Measurements Application Report A Basic Guide to Thermocouple Measurements. [blog].� [Consulta: 21 April 2022]. S.l. Disponible en: https://www.ti.com/lit/an/sbaa274/sbaa274.pdf?ts=1661041689061&ref_url=https%253A%252 F%252Fwww.google.com%252F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).