Modelación de la combustión de bagazo de caña en un módulo de producción de azúcar no centrifugado

Abstract

El azúcar no centrifugado de caña (ANC) es un edulcorante sólido no refinado con un gran potencial de comercialización debido a sus atributos nutracéuticos. Sin embargo, los módulos de producción de ANC presentan problemas de baja eficiencia térmica debido al diseño empírico de sus componentes como la cámara de combustión causando que la energía suministrada por el combustible (bagazo de caña) no sea suficiente para cubrir la demanda energética del proceso. Como resultado, se obtienen bajas temperaturas de combustión y altas tasas de emisión de gases contaminantes. Consecuentemente, para establecer modificaciones y criterios de diseño en estos equipos, es necesario comprender los fenómenos de conversión termoquímica que experimenta el combustible. Por lo tanto, se planteó el desarrollo de un modelo de combustión de bagazo de caña a partir de técnicas de dinámica computacional de fluidos (CFD) en una cámara de combustión plana de lecho fijo. El modelo fue planteado a partir de los balances de energía y masa en estado transitorio para un sistema heterogéneo compuesto por dos fases: gas y sólido. Se tiene en cuenta los procesos de transferencia de calor, masa y las reacciones químicas derivadas de los procesos de degradación térmica del combustible. El modelo fue validado a partir de datos experimentales tomados en una cámara de combustión de lecho fijo para bagazo de caña, dónde se midieron los perfiles de distribución de temperatura y la composición de especies (CO2, CO y O2). El modelo permite determinar la distribución de los perfiles de temperatura y la concentración de especies generadas o destruidas durante el proceso. La validación del modelo muestra la capacidad de predecir un comportamiento promedio de la temperatura y composición de especies que se generan en la combustión de bagazo de caña. (Texto tomado de la fuente).

Non-centrifuged cane sugar (NCS) is an unrefined solid sweetener with great commercialization potential due to its nutraceutical attributes. However, NCS production modules present problems of low thermal efficiency due to the empirical design of its components such as the combustion chamber causing the energy supplied by the fuel (cane bagasse) is not sufficient to cover the energy demand of the process. As a result, low combustion temperatures and high pollutant gas emission rates are obtained. Consequently, to establish modifications and design criteria for these equipment, it is necessary to understand the thermochemical conversion phenomena experienced by the fuel. Therefore, the development of a cane bagasse combustion model was proposed using computational fluid dynamics (CFD) techniques in a flat fixed-bed combustion chamber. The model was based on the energy and mass balances in transient state for a heterogeneous system composed of two phases: gas and solid. It takes into account the heat and mass transfer processes and the chemical reactions derived from the thermal degradation processes of the fuel. The model was validated from experimental data taken in a fixed bed combustion chamber for sugarcane bagasse, where temperature distribution profiles and species composition (CO2, CO y O2) were measured. The model allows determining the distribution of temperature profiles and the concentration of species generated or destroyed during the process. The validation of the model shows the ability to predict an average behavior of the temperature and species composition generated in the combustion of sugarcane bagasse.