09 capitulo vii - experiencias para la puesta en marcha...
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CAPÍTULO VII
EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA
DEL REACTOR DE LECHO FLUIDO BURBUJEANTE
7.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se detalla todo el conjunto de experiencias que se realizaron en la
planta piloto durante el desarrollo del presente proyecto.
Estas pruebas buscan el fin común de poner la planta operativa, para ello se expone
el objetivo, procedimiento experimental, errores y posibles soluciones propuestas
adoptadas para la puesta en marcha.
7.2 ENSAYOS HIDRÁULICOS EN FRÍO
7.2.1 Caracterización del lecho inerte y Vmf
Primero se elige la placa distribuidora a usar o plato y se pasa a su montaje, una vez
colocada es importante comprobar posibles fugas.
El procedimiento experimental sería:
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
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1. Purgar la línea de aire de entrada y colocar el manoreductor de aire de manera
que dispongamos de un caudal de 40 l/min en el rotámetro de entrada
2. Colocar un medidor de presión diferencial midiendo la presión puntual antes del
rotámetro de entrada. Para esto se deja la toma de baja presión libre a la
atmosfera. Con este dato se corregirá posteriormente el caudal del rotámetro
3. Colocar un medidor de presión diferencial de forma que mida la diferencia antes
y después del plato
4. Desconectar el flexible del borboteador y dejar la línea de salida a la atmósfera.
Esto se debe a que el sistema posee una pérdida de carga elevada y como este
ensayo es muy sensible a pequeñas variaciones se elimina todo el tren de
limpieza del gas posterior para no tener problemas.
5. Preparar el sólido inerte, los ensayos suelen realizarse con cortes entre 250-500
micras, el límite inferior la determina el diámetro de los agujeros de los platos.
Un corte inferior supone el taponamiento de estos agujeros. Se pesarán 200 y
300 gramos.
6. Los datos que se toman son caudal, presión de entrada, presión diferencial en el
plato.
7. Se empieza sin lecho, con el fin de poder caracterizar sólo el plato. Desde 40
l/min bajamos de dos en dos al caudal mínimo, mientras se toman los datos que
se comentan en el punto 6. La regulación del caudal se consigue con el
rotámetro de entrada
8. Se introduce 200/300 gramos de sólido inerte por la tolva superior, teniendo en
cuenta el protocolo comentado en capítulos anteriores. Para evitar que este se
deposite sobre los agujeros de los platos, se mantiene en todo momento un
caudal mínimo circulando. Se comienza la prueba como se hizo con el plato, el
procedimiento es el mismo.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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7.2.2 Ensayos de caracterización
Los ensayos de caracterización del lecho presentaron una serie de problemas que se
comentarán a lo largo de este apartado. Dicho esto, se dividen en, ensayos con bomba
LP20, ensayos con bombona de N2, y con aire de alta presión. Por último se expone
gráficas con los mejores ajustes obtenidos de un conjunto de experiencias realizadas.
7.2.2.1 Ensayos realizados con bomba LP-20
La bomba modelo LP-20, fue la que en principio, en la etapa de diseño, cumplía las
especificaciones de caudal y presión suministrada necesarias para los ensayos que se
realizasen en la planta piloto. Su uso suele estar aconsejado para peceras y tanques
pequeños, tiene una capacidad de suministro de 20 l/min y 2kPa de presión máxima.
Tras una serie de ensayos se comprobó que no cumplía los requisitos mínimos como
se expondrá a continuación.
El ensayo se realizó con la bomba LP-20, para la medida de presión se usó los
medidores de la marca magnehelic en el rango adecuado de operación. El corte elegido
de inerte estuvo comprendido entre 250-500 micras y entre 500-800 micras. La bomba
sólo aporta la pérdida de carga de la entrada, la placa distribuidora y el lecho, todo el
sistema de limpieza posterior se desconectó para evitar fluctuaciones y eliminar un
aporte importante en la pérdida de carga total del sistema.
Las pruebas se realizaron de forma consecutiva, primera caracterizando el corte
inferior y luego pasando al superior, repitiendo en cada caso el ensayo de pérdida de
carga de la placa distribuidora aislada.
La curva resultante se presenta en la figura 7.1.
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
176
00,25
0,50,75
11,25
1,51,75
2
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
u (m/s)
P (k
Pa)
250-500500-800
Figura 7.1: Caracterización de placa de 21 agujeros, cortes 250/500 y 500/800 micras
De la figura 7.1 se extrae la primera de las observaciones, y es que para una misma
placa distribuidora, ensayos distintos aportan resultados levemente diferentes en la
caracterización del plato. En este ejemplo se observa comportamientos diferentes
cuando se realizaron las pruebas para el corte 250-500 y 500-800 micras.
A continuación se presentan las curvas de mínima fluidización calculadas a partir de
estas pérdidas de carga de la placa distribuidora.
Las gráficas se presentan con el valor teórico de presión que le corresponde a una
cantidad fija de material en la región de mínima fluidización. Este cálculo se detalló en
el capítulo 3, la expresión usada,
W gP kpa A
(7.1)
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250-500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
00,20,40,60,8
11,21,41,61,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.2: Caracterización del lecho para 200 y 300 g
De la figura 7.2 no se puede concluir que velocidad de mínima fluidización de
forma gráfica es la que le corresponde, como ya se explicó en el capitulo 2. Esto se
debe a que no se disponía de más caudal para terminar de representar la parte final
de la figura.
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 500-800 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
00,20,40,60,8
11,21,41,61,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.3: Caracterización del lecho, 21 agujeros, LP – 20 ( 200 y 300 g)
Para cortes superiores el problema se acentúa no siendo posible determinar la
velocidad de mínima fluidización experimental.
Como conclusión, se observó una problemática en el uso de la bomba LP-20 para
este tipo de ensayos puesto que la pérdida de carga en la línea era elevada y mayor que
las especificaciones de dicha bomba, es por ello, que en estas gráficas no observamos el
punto en el cual pasamos de lecho fijo a fluidizado. Además del problema de
repetitividad en los ensayos, siendo este el posible origen de gráficas muy
distorsionadas como se verá más adelante. Para placas de 51 y 37 agujeros los
problemas se ven más acusados como cabe esperar al aportar mayor pérdida de carga.
Como medida correctora, los siguientes ensayos se realizaron con bombona de N2
teniendo en cuenta las correcciones de caudal pertinentes. El corte inferior 100-250
micras se desecho por provocar taponamiento en los agujeros de los platos.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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7.2.2.2 Ensayos realizados con bombona de N2
Como medida correctora de la poca capacidad de la bomba LP-20 de mantener las
condiciones de presión necesarias para los ensayos, se optó por realizar la
caracterización con las bombonas de nitrógeno que se usan para los ensayos de pirólisis,
como se explica en el capitulo 5, estas bombonas están a muy elevada presión y por
medio de un manoreductor se reduce a la presión deseada, aportando tanto el caudal
como la presión suficientes para los ensayos hidráulicos.
Algunos ensayos se exponen en las figuras 7.3, 7.4, 7.5 y 7,6.
Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kpa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kpa
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa) 300 g
200 g
Figura 7.4: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g)
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kpa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kpa
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.5: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g), serie 1
Este es el primer de un grupo de ensayos en tres días consecutivos. Se trató de ver el
efecto de poca repetitividad realizando el mismo ensayo y comparando los resultados,
en la figura 7.5 se observa una alejada curva experimental respecto al cálculo teórico.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.6: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g), serie 2
La figura 7.6 representa el segundo día de la serie de ensayos, se observa una leve
distorsión para la prueba de 300 g, en esta experiencia se mantuvo las mismas
condiciones que en las anteriores.
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4
2,8
3,2
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.7: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g), serie 3
La figura 7.7 representa el tercer y último día de la serie de ensayos, en este ensayo la
gráfica se distorsiona totalmente sin representar la curva de mínima fluidización
esperada, esto puede deberse a fuertes fluctuaciones en la presión suministrada en los
ensayos de caracterización del lecho y placa distribuidora.
Podemos asumir que existe un error importante en la toma de datos. Este error
puede verse influenciado también por la precisión de la instrumentación de la planta.
El uso de la bombona de N2 corrigió el poseer suficiente presión para llegar a
velocidades mayores (presiones más altas) para poder representar la curva de mínima
fluidización experimental, pero no soluciona el problema de repetitividad y gráficas
distorsionadas, con este fin, se instala en la planta la alimentación de aire desde una
línea de alta presión (6 bar) que se dispone en los laboratorios de la ESI.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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7.2.2.3 Ensayos realizados con aire de alta presión
Como se ha comentado, el aire se toma de una línea existente en los laboratorios y que
es suministrado por dos soplantes disponiendo en esta línea una presión de 6 bar
constantes. De esta forma se pretende solucionar los problemas de suministro y
regularidad del agente gasificante.
Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35u (m/s)
P (k
Pa)
300 g200 g
Figura 7.8: Caracterización del lecho, aire, 21 agujeros (200 y 300 g)
De todos los ensayos realizados con aire se tomó el mejor ajuste de todos los valores
llegando a tener figura 7.8. La velocidad mínima teórica se calcula con las expresiones
expuestas en el capítulo 3, se puede observar en la figura que el valor de la velocidad de
mínima fluidización experimental :
Vmf exp = 0.15 m/s
Vmf teo = 0.145 m/s
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Plato distribuidor: 51 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa) 200 g
300 g
Figura 7.9: Caracterización del lecho, aire, 57 agujeros (200 y 300 g)
Se realizó el mejor ajuste que se obtuvo en esta serie de ensayos dando un valor de
velocidad de mínima fluidización de:
Vmf exp = 0.19 m/s
Vmf teo = 0.145 m/s
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Plato distribuidor: 37 agujeros
Material: Bauxita
Granulometría: 250 - 500 µm
Peso Lecho: 200/300 g
∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa
∆Pteórico(300 g)=1,3 kPa
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
u (m/s)
P (k
Pa)
200 g300 g
Figura 7.10: Caracterización del lecho, aire, 37 agujeros (200 y 300 g)
Hay que decir que aunque el ensayo de caracterización de la placa distribuidora se
comportó bastante repetitivo, los datos mostrados se refieren al único que aporta una
gráfica aceptable. Todos los demás hacen que sus pequeñas desviaciones generen
gráficas sin forma alguna. El plato de 37 agujeros es el que presenta más problemas al
caracterizarlo, puede ser debido a que aporta una gran pérdida de carga al sistema y
estas pérdidas no son comparables con la que puede ocasionar el lecho fluido.
Vmf exp = 0.24 m/s
Vmf teo = 0.145 m/s
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7.2.2.4 Conclusiones
Las conclusiones se pueden resumir en que existe un error a la hora de generar las
gráficas que pueden tener múltiples orígenes. Podemos hablar de errores de cálculo,
error en la toma de datos, posibles fugas, error asociado a la instrumentación, falta de
precisión en esta, mal funcionamiento del manorreductor en la bombona. Además de
otros posibles. Todos estos comentados han sido descartados de una forma u otra
diseñando experimentos que permitieron hacerlo.
Los medidores de presión diferencial estuvieron montados con una salida a la
atmósfera y no de forma diferencial, de esta forma se toman datos de la presión de
salida de la bombona, que permite la corrección del caudal en el rotámetro, se toma
también la presión antes del plato y después de este, con estos datos tenemos la pérdida
en el plato además de la presión justo después, para así poder comparar si la velocidad
cambia mucho antes y después de este, debida a la expansión.
Se tomó la hipótesis de un error asociado a la precisión de la instrumentación. La
pérdida de carga del lecho es insignificante frente a las demás pérdidas que existen en
las líneas, haciendo que sea muy difícil la elaboración de la curva de mínima
fluidización. Aún así se obtuvieron datos lo bastante satisfactorios como para calcular
las velocidades de mínima fluidización para cada plato, a un corte fijo (250-500 micras).
Por último, el corte elegido para futuras experiencias fue el de 250-500 micras. Un
corte inferior provocaba obstrucciones en los agujeros de los platos. El plato elegido fue
el de 21 agujeros, como se observa en los ensayos es el que mejor se comporta y menos
pérdida de carga generó en las experiencias. Como se ha comentado el problema de la
gran pérdida de carga que ya posee la línea completa, la elección está justificada.
La cantidad de inerte se estimó razonable entre 200 y 300 gramos, las experiencias no
arrojaron datos relevantes para decidir entre una cantidad u otra. Por tanto se elegirá en
función de la cantidad de biomasa que requiera el ensayo a realizar.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
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7.2.3 VELOCIDAD DE MÍNIMA FLUIDIZACIÓN DE LODOS DE
DEPURADORAS Y CHAR DE LODOS
7.2.3.1 Velocidad de mínima fluidización de lodos de depuradoras
La velocidad de mínima fluidización para lodos de depuradoras se obtuvo de la misma
forma que se expuso en el caso del inerte. Para ello, se usó lodos de tamaño como se
muestra en la granulometría siguiente:
Lodos (mm) %
x > 5 0
5 < x < 2,8 52,9
2,8 < x < 2 42,1
2 < x 5
Tabla 7.1: Granulometría lodos de depuradoras
Con una densidad en torno a 1260 kg/m3. La cantidad fue de 100 g y el plato usado el
de 21 agujeros.
El caudal de aire de entrada se bajó desde 60 Nl/min hasta 34 Nl/min, para llegar a
dichos caudales se precisó colocar dos rotámetros para poder alcanzar el flujo deseado
al ser este elevado para los equipos disponibles.
La gráfica de mínima fluidización se expone en la figura 7.11.
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: Lodos de depuradoras
Granulometría: tabla 7.1
Peso Lecho: 100 g
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,5
1,7
0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4 0,44 0,48
u (m/s)
P (k
Pa)
100 g
Figura 7.11: Caracterización del lecho, aire, Lodos de depuradoras, 21 agujeros (100 g)
De la gráfica observamos que la velocidad de mínima fluidización para los lodos está
entorno a:
Vmf = 0,38 m/s
Vmf teo = 0,97 m/s
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
189
7.2.3.2 Velocidad de mínima fluidización de char de lodos
Siguiendo el procedimiento descrito en apartados anteriores, la velocidad de mínima
fluidización del char de lodos se obtiene de la misma forma que para los lodos de
depuradoras.
Este char se obtuvo de una prueba previa en la planta piloto de gasificación. La
granulometría de dicho char es:
char (mm) %
x > 5 0
5 < x < 2,8 0,81
2,8 < x < 2 14,5
2 < x < 1 38,6
x < 1 46,12
Tabla 7.2: Granulometría de char de lodos de depuradoras
Su densidad es de 1430 kg/m3. La cantidad fue de 100 g y el plato usado fue el de 21
agujeros.
El caudal de aire de entrada se bajó desde 50 Nl/min hasta 22 Nl/min, para llegar a
dichos caudales se precisó colocar dos rotámetros en paralelo al ser la prueba en frío y
requerir de mayor caudal para llegar a las mismas velocidades.
La gráfica de mínima fluidización es la siguiente:
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
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Plato distribuidor: 21 agujeros
Material: char de lodos de depuradoras
Granulometría: tabla 7.2
Peso Lecho: 100 g
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,16 0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4
u (m/s)
P (k
Pa) 100 g
Figura 7.12: Caracterización del lecho, aire, char de lodos de depuradoras, 21 agujeros (100 g)
De la gráfica observamos que la velocidad de mínima fluidización para los lodos está
entorno a:
Vmf = 0.26 m/s
Vmf teo = 0.48 m/s
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
191
7.3 PRUEBA DE RECOGIDA DE LECHO INERTE (Bauxita)
El objetivo de la prueba de recogida de lecho inerte es determinar la cantidad de
inerte que se puede conseguir extraer del reactor por medio de los rebosaderos y
extracción por el cenicero. De esta forma podemos tener conocimiento de la cantidad
existente de inerte dentro del sistema y como consecuencia, la cantidad necesaria que se
debe o no aportar en las pruebas en continuo para mantener una masa constante de
material inerte.
La prueba se efectuó con bauxita con un corte 250-500 micras. Se impuso una
velocidad nominal de 0.5 m/s (62 l/min). Se tomó 300 y 400 gramos de inerte. Con el
tornillo de paso al cenicero totalmente abierto, se retiraba la cantidad recogida en el
mismo tras un intervalo de tiempo que se estableció en 2 minutos. Tras pesar y anotar
dicha cantidad, se retornaba al reactor con el fin de suponer una cantidad de biomasa
constante en el interior y determinar la cantidad media que sale del reactor al finalizar la
prueba, dicho fin se dio por aceptado cuando la cantidad expulsada se mantuvo
constante. El experimento se repitió para dos cantidades de lecho en el interior del
reactor, 300 y 400 g siendo estas, cantidades normales de operación del inerte según la
biomasa de entrada impuesta por el diseño inicial.
Los valores se presentan en las siguientes tablas 7.3 y 7.4:
300 g 400 g
T (min) W (g) T (min) W (g)
2 88,5 2 155
4 47,8 4 93,8
6 71,6 6 150,5
8 66,5 8 160,8
10 69,4 10 151,8
12 71,8 12 154,2
media 69,8 media 154,3
Tabla 7.3 y 7.4 : Recogida de lecho inerte para 300 y 400 g
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
192
Calculando los caudales de salida tenemos:
Q (300g) = 2.09 Kg/h
Q (400g) = 4.63 Kg/h
Conclusiones de la prueba:
Estos valores de salida, son aproximados para Bauxita y los cortes que se usaron en la
experiencia. Dando conocimiento sobre el caudal de salida del inerte y la cantidad que
se deberá reponer al reactor para trabajar en continuo. Para futuras pruebas, se podrá
fijar nuevas cantidades de inerte presente en el reactor, corte usado y velocidades de
operación distintas, según se adapten mejor a las pruebas de gasificación que
correspondan.
7.4 PRUEBA DE ACUMULACIÓN CON LODOS DE DEPURADORAS
En esta experiencia se persigue tener conocimiento sobre la capacidad de evacuación
de biomasa que el sistema puede tener. El reactor dispone de un rebosadero por el cuál
se puede ir retirando la biomasa sin reaccionar, el char y las cenizas que se van
generando. Como se comenta en el manual de incidencias sólo está disponible una de
las aperturas del rebosadero, estando la superior gripada.
Para la prueba que se describe a continuación, se operó de la siguiente forma:
1. El alimentador se lleno con lodos de depuradoras, con un corte por debajo de 2.8
mm. Con una densidad de 1260 kg/m3.
2. El caudal alimentado fue de 1.1465 kg/h (90 Hz en el variador de frecuencia)
3. El caudal de aire fue de 62 Nl/min (v = 0.5 m/s)
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
193
4. Se comenzó a alimentar y se puso el cronómetro en marcha.
5. Cada 15 minutos se tomó el peso recolectado en el recipiente de recogida del
rebosadero.
6. La prueba finalizó a los 36 minutos al observar un aumento de la pérdida de carga
en el interior del lecho.
El aumento de pérdida de carga fue como consecuencia de un atasco dentro del
reactor ocasionado porque la velocidad de llenado fue mayor a la de evacuación.
Los valores recogidos se detallan en la tabla 7.5.
Prueba de acumulación
t (min) W (g) kg/h intervalo kg/h tiempo total
15 27,5 0,11 0,11
30 54,9 0,22 0,16
36 21,5 0,22 0,17
Tabla 7.5 : Recogida de lodos de depuradoras
El peso recogido tras la prueba en el interior del lecho tras el atasco fue de:
512.8 g
Conclusiones de la prueba:
La capacidad de evacuación media del reactor es de unos 0.22 kg/h de lodos de
depuradoras para una velocidad de operación de 0.5 m/s.
Una posible solución sería aumentar dicha velocidad con el fin de expandir el lecho y
tener una mayor cantidad de sólidos en la salida del rebosadero disponible (ya que el
primer rebosadero está actualmente fuera de servicio).
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
194
También hay que tener en cuenta la reducción de tamaño de la biomasa en operación
con una posible mejora en la salida de los sólidos a través del rebosadero.
7.5 DETERMINACIÓN DEL LAG – TIME (tiempo de retraso)
El tiempo que tarda los volátiles en recorrer el camino desde su formación en el reactor
al analizador habrá que tenerlo en cuenta, puesto que el dato se recoge con cierto
desfase con respecto a la creación de estas especies.
Es por ello que habrá que determinar este desfase llamado lag-time. Este tiempo será
restado posteriormente de los tiempos de conversión.
Para ello, se impuso un caudal nominal tal que la velocidad en el lecho fuese 0.5 m/s,
teniendo en cuenta que la prueba se realizó a 800 ºC. Se introdujo 10 Nl/min de aire,
para dicho fin. A continuación se alimentó un caudal de CO2 de 3 Nl/min, por la entrada
de aire secundario simulando de esta forma lo mejor posible la zona de su formación.
El tiempo medio tras varias pruebas fue de 38 segundos.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
195
7.6 PRUEBA DE CALENTAMIENTO DE LA PLATA PILOTO
Las pruebas de calentamiento tratan de caracterizar el comportamiento térmico de la
planta. En el capítulo 5, se detalló ampliamente la configuración de termopares que
están instalados en todo el sistema (figura 7.11).
Figura 7.13: Configuración de termopares en planta y tarjeta de adquisición de datos
Con la ayuda de estos termopares colocados estratégicamente en puntos claves, se
observará dicho comportamiento a estímulos o perturbaciones que podamos ejecutar
durante la prueba. Las temperaturas tomadas por estos termopares de tipo K quedan
registradas en el ordenador por medio de la tarjeta de adquisición de datos como ya se
explicó en capítulos anteriores. Estos datos se pueden tomar con el intervalo de
muestreo que se tome oportuno. En este caso se dejó por defecto cada 3 segundos,
tiempo más que suficiente para observar variaciones en temperatura, ya que esta
magnitud evoluciona lentamente normalmente.
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
196
Los termopares a los que se les asigna la comparación con el set point, son TCI19
(zona lecho) y TCS17 (zona del freeboard) siendo este punto de operación fijado en los
PID en 800ºC.
Los termopares T20 (zona del lecho) y T18 (zona del freeboard) son los encargados
de medir la temperatura de las resistencias que aportan el calor en el horno. En el cuadro
de control se establece una alarma cuando estos termopares registren 1000ºC, como
medida preventiva.
Las perturbaciones que se realizaron a lo largo del ensayo fueron, cambio de
velocidades de operación de 0,5, 0,3 y 0,7 m/s, encendido del traceado de entrada, de
nuevo cambio a 0,9, 0,5 y 0,3 m/s.
En la figura 7.14 se presenta el ensayo completo. Las líneas verticales grises
representan cuando se le aplicó la perturbación de velocidad y la verde cuando se
encendió el traceado de entrada.
197
7.6.1 Evolución de las temperaturas
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
TC1
T1
T2
T3
T4
T5
T7
T8
Encendidotraceado
Figura 7.14: Evolución de las temperaturas durante el ensayo
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
198
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
199
7.6.2 Entrada al reactor
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
TC1
T1
Encendidotraceado
Figura 7.15: Evolución de las temperaturas a la entrada del reactor
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
200
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
201
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
580
600
620
640
660
680
700
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
T1
Encendidotraceado
Figura 7.16: Evolución de la temperatura del precalentador (T1)
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
202
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
203
La temperatura máxima de T1 es del orden de 700 ºC, como se observa en la figuras
7.15 y 7.16.
De la figura 7.15 se extrae que la temperatura T1, medida en la entrada inmediata al
reactor, y antes de la placa distribuidora, no se ve influenciada como cabía esperar al
encender el traceado de entrada. Por tanto, el precalentamiento de esta zona, (tubo
anterior al precalentador) no será necesario para ensayos que no requieran la generación
de vapor. La potencia del horno es suficiente para precalentar el gas a su entrada en el
lecho.
Con el traceado apagado, la temperatura máxima de T1 es 640 ºC, que se alcanza a
una velocidad de 0,7 m/s. El pico de 700 ºC se explica con una fluctuación, a la baja, del
caudal de aire, el momento en el que se consigue estabilizar el caudal la temperatura
comienza a disminuir.
Se distinguen dos temperaturas máximas, el primer caso es con el traceado de entrada
apagado y el segundo encendido. Con el traceado apagado, la temperatura máxima es de
640 ºC a 0,7 m/s, al encender el traceado la temperatura asciende a 665 ºC. Una vez
encendido el traceado la temperatura máxima T1 si es 670 ºC a 0,9 m/s.
Con el traceado encendido, la temperatura máxima a 0,7 m/s es de 665 ºC
estabilizándose en 667 ºC para 0,9 m/s.
Si se compara las temperaturas alcanzadas para 0,5 m/s se aprecia que el efecto de
tener el traceado es de unos 50 ºC, menor para el caso 0,3 m/s que sólo son unos 30 ºC.
se justifica por tanto encender el precalentamiento en determinados ensayos como se
explica al principio.
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
204
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
205
7.6.3 Reactor
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
780
800
820
840
860
880
900
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
T2
T3
Encendidotraceado
TCS17
TCI19
Figura 7.17: Evolución de las temperaturas en el reactor
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
206
La figura 7.17 representa la evolución de las temperaturas en el lecho y freeboard,
TCS17 controla la temperatura en el freeboard mientras que TCI19 lo hace en el lecho.
Las perturbaciones en el ensayo no afectan a estas temperaturas, consiguiendo mantener
el set point establecido rápidamente. Se extrae como conclusión que las resistencias
poseen la suficiente potencia para mantener sin fluctuaciones una temperatura
constante, lo cual será de suma importancia para los ensayos de gasificación.
Para una temperatura de operación, a una velocidad de 0,7 m/s , se ve como en el
interior del reactor se alcanza una temperatura máxima de unos 835ºC , dándose esa
temperatura en T3, el comienzo del freeboard.
La temperatura en el freeboard también se observa que es mayor que en el lecho. La
velocidad influye relativamente poco, unos 20 ºC, por tanto pequeñas fluctuaciones de
caudal en el rotámetro de entrada, no afectarán enormemente a la temperatura de
operación. No obstante no serán recomendables, teniendo que controlar este dato
durante los ensayos.
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
207
7.6.4 Salida del reactor
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
450
500
550
600
650
700
750
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
T7
T8
Encendidotraceado
Figura 7.18: Evolución de las temperaturas a la salida del reactor
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
208
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
209
A la salida del reactor una disminución de la velocidad de operación se traduce en
una disminución de la temperatura de salida, caso contrario a lo ocurrido en el lecho.
La temperatura T7, justo a la salida del freeboard, registra unos 100ºC menos que en
el interior, y T8 justo detrás del ciclón y a unos 20 centímetros de T7 se reduce otros
90ºC más. Estas zonas están calorifugadas y aun así pierden enormes cantidades de
calor. Reduciendo unos 200ºC en apenas 40 cm de tubo de salida. De ahí la importancia
de colocar un buen aislamiento en todas las zonas calefactadas.
La pérdida de calor es uno de los problemas asociados a plantas de pequeña escala,
es por ello que las resistencias se sobredimensionaron como se comentó en el capítulo
de diseño, permitiendo aportar todo el calor que se pierde (siendo este calor el factor
limitante en el diseño)
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
210
CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B
211
7.6.5 Temperaturas de control (TCI19, TCS17) y temperaturas de resistencias (T18, T20)
u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento
520
560
600
640
680
720
760
800
840
880
920
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00
Hora
T (º
C)
T2
T3
EncendidotraceadoTCI19
TCS17
T18
T20
Figura 7.19: Evolución de las temperaturas de control y resistencias
DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA
212
En la figura 7.19 se muestran las temperaturas del lecho (T2 y TCI19) y freeboard (T3
y TCS17) así como las temperaturas de la resistencia superior (T18) e inferior (T20).
Lo primero observable, es que la resistencia superior (T18), aporta casi toda la
potencia necesaria, siendo su temperatura de unos 850ºC en régimen. Para una
temperatura de operación de 800ºC, manteniéndose en este valor todo el tiempo. La
resistencia inferior, por el contrario, está muy por debajo del set point asignado, siendo
su temperatura de régimen de unos 640ºC.
La temperatura en la zona superior del lecho (T2) se mantienen por encima de la
temperatura de resistencia y set point, mientras que la temperatura en la zona inferior
del freeboard (T3) se mantiene entre la temperatura de set point y resistencia, estando
más cercana a esta última. Lo que significa que hay una buena transferencia desde las
resistencias al lecho.
Por último, se observa como a 0,9 m/s se mantiene la misma temperatura, siendo esta
la temperatura de operación (800ºC) en todo el lecho (TCI19 y T2).