Selección de técnicas de gasificación de bagazo de caña panelera para la producción de energía térmica o eléctrica utilizando optimización de procesos

Abstract

Colombia es uno de los mayores productores de panela en el mundo, sector muy importante para el país ya que vincula a más de 20.000 familias, por lo cual es indispensable realizar estudios para mejorar la rentabilidad de este sector agroindustrial. La gasificación del bagazo de caña panelera, residual del proceso productivo, puede permitir el aprovechamiento más eficiente de éste y suplir los requerimientos de energía térmica y eléctrica del proceso. En este trabajo se implementa una metodología para evaluar diferentes alternativas de aprovechamiento con base en la gasificación de biomasa. Esta metodología involucra la estrategia de recolección del bagazo desde los trapiches hasta la localización del sitio de transformación, evaluando la configuración de gasificadores que permitan obtener un gas de síntesis con alta energía, minimizando los costos de procesamiento. Inicialmente, se caracteriza la zona de estudio, determinando la ubicación y producción de cada trapiche. Posteriormente, se establecen las posibles rutas de recolección y su optimización utilizando la técnica heurística 2-opt y el software Matlab®. La simulación de los sistemas de gasificación se hace utilizando Aspen Plus® V.10.0. La optimización con base en las estrategias de recolección y las alternativa de gasificación, se realiza utilizando la técnica metaheurística de optimización por enjambre de partículas (PSO). La implementación y utilización de la metodología propuesta es posible en cualquier territorio o lugar, en la que se conozca la información necesaria que se requiere ingresar, incluyendo la localización y producción de cada trapiche productor y los requerimientos energéticos del proceso productivo. Como caso hipotético de estudio se selecciona el municipio de Útica, Cundinamarca, con el fin de delimitar la información requerida a ingresar, en el que la implementación de la metodología permite establecer que el costo unitario de energía obtenido es de 159,6 COP/kWh, cuando se dispone de 37 rutas de recolección de bagazo de caña panelera y la instalación de tres sistemas de gasificación de lecho fluidizado doble en la zona. Aumentar el número de sistemas de gasificación incrementa los costos fijos asociados con los equipos de gasificación, mientras que reducirlo implica un mayor costo de la recolección de bagazo, relacionado con la inversión en transporte de recolección. (Texto tomado de la fuente)

Colombia is one of the largest panela producers in the world, a very important sector for the country, which links more than 20.000 families, for which it is essential to carry out studies to improve the profitability of this agro-industrial sector. Gasification of sugar cane bagasse, residual from the productive process, can allow a more efficient use of it and supply the thermal and electrical energy requirements of the process. In this work, a methodology is implemented to evaluate different alternatives of use, based on biomass gasification. This methodology involves the bagasse collection strategy from the mills to the location of the transformation site, evaluating the configuration of gasifiers that allow obtaining a high energy synthesis gas, minimizing processing costs. Initially, the study area is characterized, determining the location and production of each trapiche. Subsequently, the possible collection routes and their optimization are established using the 2-opt heuristic technique and the Matlab® software. The simulation of gasification systems is done using Aspen Plus® V.10.0. Optimization based on collection strategies and gasification alternatives is performed using the particle swarm optimization (PSO) metaheuristic technique. The implementation and use of the proposed methodology is possible in any territory or place, in which the necessary information that is required to be entered is known, including the location and production of each producing mill and the energy requirements of the production process. As a hypothetical case study, the municipality of Útica, Cundinamarca, is selected to delimit the information required to be entered, in which the implementation of the methodology allows establishing that the unit cost of energy obtained is 159.6 COP/kWh, when there are 37 sugar cane bagasse collection routes and the installation of three double fluidized bed gasification systems in the area. Increasing the number of gasification systems increases the fixed costs associated with gasification equipment, while reducing it implies a higher cost of bagasse collection, related to the investment in collection transportation.