Modelado Computacional de la Pirólisis Rápida de Biomasa en Lechos Fluidizados con Enfoque Multifluidos Euleriano
Autores: Venier, Cesar M.; Torres, Erick; Fouga, Gastón G.; Rodriguez, Rosa A.; Mazza, Germán; Reyes Urrutia, Andres
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado Computacional de la Pirólisis Rápida de Biomasa en Lechos Fluidizados con Enfoque Multifluidos Euleriano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Pirólisis rápida
Biomasa
Reactores de lecho fluidizado
Dinámica de fluidos computacional
Cinética química
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investigó la pirólisis rápida de biomasa en reactores de lecho fluidizado utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) con un enfoque multifluido euleriano. Se realizó un análisis detallado sobre la influencia de varios parámetros de modelado, incluidos los modelos hidrodinámicos, las correlaciones de transferencia de calor y la cinética química, en el rendimiento del producto. El marco de simulación integró configuraciones geométricas en 2D y 3D, con experimentos numéricos realizados utilizando OpenFOAM v11 y ANSYS Fluent v18.1 para la validación cruzada. Si bien las predicciones de rendimiento mostraron una sensibilidad limitada a los modelos de arrastre y térmicos (con diferencias de menos del 3% entre configuraciones y códigos computacionales), los resultados subrayan el papel primordial de la cinética química en la determinación de la distribución de bioaceite (TAR), biocarbón (CHAR) y gas de síntesis (GAS). Los esquemas cinéticos simplificados subestimaron consistentemente los rendimientos de TAR en hasta un 20% y sobreestimaron los rendimientos de CHAR y GAS en comparación con los datos experimentales (que se muestran para diferentes composiciones de biomasa y diferentes condiciones de operación) y pueden mejorarse significativamente redefiniendo el esquema de reacción. Los parámetros cinéticos refinados mejoraron las predicciones de rendimiento de TAR a un 5% de los valores experimentales, mientras que redujeron las discrepancias en las salidas de GAS y CHAR. Estos hallazgos subrayan la necesidad de un modelado cinético preciso para mejorar la precisión predictiva de las simulaciones de pirólisis.
Descripción
Este estudio investigó la pirólisis rápida de biomasa en reactores de lecho fluidizado utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) con un enfoque multifluido euleriano. Se realizó un análisis detallado sobre la influencia de varios parámetros de modelado, incluidos los modelos hidrodinámicos, las correlaciones de transferencia de calor y la cinética química, en el rendimiento del producto. El marco de simulación integró configuraciones geométricas en 2D y 3D, con experimentos numéricos realizados utilizando OpenFOAM v11 y ANSYS Fluent v18.1 para la validación cruzada. Si bien las predicciones de rendimiento mostraron una sensibilidad limitada a los modelos de arrastre y térmicos (con diferencias de menos del 3% entre configuraciones y códigos computacionales), los resultados subrayan el papel primordial de la cinética química en la determinación de la distribución de bioaceite (TAR), biocarbón (CHAR) y gas de síntesis (GAS). Los esquemas cinéticos simplificados subestimaron consistentemente los rendimientos de TAR en hasta un 20% y sobreestimaron los rendimientos de CHAR y GAS en comparación con los datos experimentales (que se muestran para diferentes composiciones de biomasa y diferentes condiciones de operación) y pueden mejorarse significativamente redefiniendo el esquema de reacción. Los parámetros cinéticos refinados mejoraron las predicciones de rendimiento de TAR a un 5% de los valores experimentales, mientras que redujeron las discrepancias en las salidas de GAS y CHAR. Estos hallazgos subrayan la necesidad de un modelado cinético preciso para mejorar la precisión predictiva de las simulaciones de pirólisis.