Derechos de autor 2021 Investigación e Innovación en Ingenierías
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Diseño de un reactor de tornillos para la obtención de bioaceite a partir de pirólisis rápida de biomasa residual
Corresponding Author(s) : Cristian Antonio Pedraza Yepes
Investigación e Innovación en Ingenierías,
Vol. 9 Núm. 2 (2021): Julio - Diciembre
Resumen
Objetivo: Realizar el diseño mecánico de un reactor de tornillo para la obtención de bioaceite mediante pirólisis rápida de biomasa residual. Metodología: Para seleccionar el reactor más adecuado se aplicó la metodología del Despliegue de la Función Calidad. Se realizó un análisis de esfuerzos mediante la herramienta informática Solidworks®, cuyos resultados permitieron ratificar los parámetros y dimensiones seleccionados para la construcción del reactor. Resultados: Se seleccionó un reactor de doble tornillo con sección transversal en U con base plana. Se determinó que el calor necesario para llevar a cabo la reacción de pirólisis rápida fue 927 kJ/kg. Se seleccionó un tornillo sinfín de 1.68 m de longitud, 1.25 pulgadas de diámetro mayor y 1.5 pulgadas de paso, en acero inoxidable austenítico 316, accionado por un motorreductor de potencia 0.25 HP y torque 20 Nm. Para minimizar pérdidas de calor, se dispuso de una cinta calentadora de 0.1 W/cm2 y un elemento aislante a base de fibra de vidrio, de espesor 130 mm, ambos alrededor del barril contenedor del reactor. Conclusiones: Se seleccionó el modelo de reactor de doble tornillo y sección transversal en forma de U con base plana por ofrecer mayor capacidad volumétrica de transporte y mayor capacidad de mezcla.
Palabras clave
Descargar cita
Endnote/Zotero/Mendeley (RIS)BibTeX
- A. Bamido, “Design of a fluidized bed reactor for biomass pyrolysis”, Master Thesis, University of Cincinnati, USA, 2018.
- Jo. Yong Park Jae-Kon Kim, Chang-Ho Oh, Jong-Wook Park and Eilhann E.Kwon, Production of bio-oil from fast pyrolysis of biomass using a pilot-scale circulating fluidized bed reactor and its characterization, March 2019.
- G. Obando, “Condiciones de diseño de un Reactor de Pirolisis a escala de laboratorio para la obtención de Biocarbón a partir de Residuos Orgánicos Sólidos”, Trabajo de investigación, Universidad de Manizales, Manizales, Colombia, 2016
- J. Pardo y V. Rodríguez, “Análisis de la producción de combustibles alternativos a partir de polietileno de baja densidad (LDPE) mediante pirólisis”, Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia, 2015.
- Semana Sostenible, “Los secretos ocultos de la biomasa”, Revista Semana, septiembre 2017.
- J. Rincón y E. Silva. Bioenergía: Fuentes, conversión y sustentabilidad, La Red Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos Orgánicos en Producción de Energía, Bogotá, 2015.
- J. Rincón, D. Durán Hernández, O. Quintero Montoya, C. Duarte González, P. Guevara Patiño y M. Velásquez Lozano, “Disponibilidad de biomasa residual y su potencial para la producción de biogás en Colombia”, CIDET, Centro de desarrollo industrial TECSOL – Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, noviembre 2018.
- R. Arias, J. Meneses, “Caracterización fisicoquímica de residuos industriales (cascarilla de arroz y cascarilla de café), como materia prima potencial para la obtención de bioetanol,” Tesis pregrado, Depto. Química, Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Managua, 2016.
- L. Suárez, “Pirólisis del bagazo de caña panelera para la producción de combustibles líquidos”, Tesis de Magister, Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia, 2015.
- E. Becerra, “Caracterización del desecho agroindustrial de la palma de aceite para el mejoramiento de las capas granulares de la estructura de pavimento” trabajo de grado, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, Colombia, 2017.
- N. Gómez, S. W. Banks, D. J. Nowakowski, J. G. Rosas, A. V. Bridgwater, “Effect of temperature on product performance of a high ash biomass during fast pyrolysis and its bio-oil storage evaluation,” Fuel Processing Technology Vol. 17, pp. 97-105, 2 April 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.11.021
- C. Wang, Z. Luo, S. Li, X. Zhu, “Coupling effect of condensing temperature and residence time on bio-oil component enrichment during the condensation of biomass pyrolysis vapors,” Fuel, vol. 274, Article 117861, 15 August 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117861
- J. Montoya, F. Chejne-Janna, M. García-Pérez, “Fast pyrolysis of biomass: A review of relevant aspects. Part I: Parametric study”, Washington State University, USA, Universidad Nacional de Colombia, Colombia, 2015.
- T. Lestander, L. Sandström, H. Wiinikka, O. Öhrman, M. Thyrel “Characterization of fast pyrolysis bio-oil properties by near-infrared spectroscopic data,” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 13, pp. 9-15, 3 August 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.05.009
- J. Brown, “Development of a lab-scale auger reactor for biomass fast pyrolysis and process optimization using response surface methodology”, Master Thesys, Iowa state university, Ames, Ioxa, USA, 2009
- T. Hessing, “Quality Function Deployment (QFD) and House of Quality(HOQ), QFD tutorial online, disponible: https://sixsigmastudyguide.com/house-of-quality-hoq/, 2016.
- J. Klinger, T. Westover, R. Emerson, C. Williams, J. Ryan, “Effect of biomass type, heating rate, and sample size on microwave-enhanced fast pyrolysis product yields and qualities,” Applied Energy, vol. 228, pp. 535-545, 15 October 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.107
- G. Clavijo, “Formulación del modelo teórico del proceso de gasificación de biomasa de un reactor de lecho fijo”, Tesis de grado, Universidad Francisco de Paula Santander, Ocaña, Colombia, 2015.
- A. Díaz, J. Martínez, R. García, et al., “Análisis para la modelación y optimización geométrica de un reactor tipo tornillo sin-fin empleando el método de grafos dicromáticos”, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Facultad de Ingeniería Mecánica, Habana, Cuba, 2015.
- P. Brassard, S. Godbout, V. Raghavan, “Pyrolysis in auger reactors for biochar and bio-oil production: A review,” Biosystems Engineering, vol. 16, pp. 80-92, 1 September 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.06.020
- K. Guzmán, D. Castilla Caballero y J. Colina, “Diseño, construcción y evaluación de un reactor fotocatalítico solar de placa plana para degradar ácido tereftálico”, Trabajo de grado, Facultad de Ciencias E Ingenierías, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, 2015.
- D. Heldman, R. Singh, Food process engineering, New York: Springer, 1981.
- A. Funke, R. Grandl, M. Ernst, N. Dahmen, “Modelling and improvement of heat transfer coefficient in auger type reactors for fast pyrolysis application,” Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, vol. 1, pp. 67-75, 30 August 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2018.05.023
- W. Hussam, T. Tsai, G. Sheard, “The effect of rotation on radial horizontal convection and Nusselt number scaling in a cylindrical container,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 7, pp. 46-59, 7 October 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.05.007
- C. Ghernoug, M. Djezzar, A. Bouras, “The Natural Convection in Annular Space Located Between Two Horizontal Eccentric Cylinders: The Grashof Number Effect,” Energy Procedia, vol. 36, pp. 293-302, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.034
- K. Gangawane, “Computational analysis of mixed convection heat transfer characteristics in lid-driven cavity containing triangular block with constant heat flux: Effect of Prandtl and Grashof numbers,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 10, pp. 34-57, 5 February 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.061
- SolidWorks 2019, Dassault Systèmes SE, Suresnes, Francia, 2018.
- J. Pardo, M. Sierra, “Diseño mecánico de un reactor de doble tornillo para la obtención de bioaceite mediante pirólisis rápida de biomasa residual,” Trabajo de grado, Departamento de ingeniería mecánica, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia, 2020.
Referencias
A. Bamido, “Design of a fluidized bed reactor for biomass pyrolysis”, Master Thesis, University of Cincinnati, USA, 2018.
Jo. Yong Park Jae-Kon Kim, Chang-Ho Oh, Jong-Wook Park and Eilhann E.Kwon, Production of bio-oil from fast pyrolysis of biomass using a pilot-scale circulating fluidized bed reactor and its characterization, March 2019.
G. Obando, “Condiciones de diseño de un Reactor de Pirolisis a escala de laboratorio para la obtención de Biocarbón a partir de Residuos Orgánicos Sólidos”, Trabajo de investigación, Universidad de Manizales, Manizales, Colombia, 2016
J. Pardo y V. Rodríguez, “Análisis de la producción de combustibles alternativos a partir de polietileno de baja densidad (LDPE) mediante pirólisis”, Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia, 2015.
Semana Sostenible, “Los secretos ocultos de la biomasa”, Revista Semana, septiembre 2017.
J. Rincón y E. Silva. Bioenergía: Fuentes, conversión y sustentabilidad, La Red Iberoamericana de Aprovechamiento de Residuos Orgánicos en Producción de Energía, Bogotá, 2015.
J. Rincón, D. Durán Hernández, O. Quintero Montoya, C. Duarte González, P. Guevara Patiño y M. Velásquez Lozano, “Disponibilidad de biomasa residual y su potencial para la producción de biogás en Colombia”, CIDET, Centro de desarrollo industrial TECSOL – Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, noviembre 2018.
R. Arias, J. Meneses, “Caracterización fisicoquímica de residuos industriales (cascarilla de arroz y cascarilla de café), como materia prima potencial para la obtención de bioetanol,” Tesis pregrado, Depto. Química, Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Managua, 2016.
L. Suárez, “Pirólisis del bagazo de caña panelera para la producción de combustibles líquidos”, Tesis de Magister, Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia, 2015.
E. Becerra, “Caracterización del desecho agroindustrial de la palma de aceite para el mejoramiento de las capas granulares de la estructura de pavimento” trabajo de grado, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, Colombia, 2017.
N. Gómez, S. W. Banks, D. J. Nowakowski, J. G. Rosas, A. V. Bridgwater, “Effect of temperature on product performance of a high ash biomass during fast pyrolysis and its bio-oil storage evaluation,” Fuel Processing Technology Vol. 17, pp. 97-105, 2 April 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.11.021
C. Wang, Z. Luo, S. Li, X. Zhu, “Coupling effect of condensing temperature and residence time on bio-oil component enrichment during the condensation of biomass pyrolysis vapors,” Fuel, vol. 274, Article 117861, 15 August 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117861
J. Montoya, F. Chejne-Janna, M. García-Pérez, “Fast pyrolysis of biomass: A review of relevant aspects. Part I: Parametric study”, Washington State University, USA, Universidad Nacional de Colombia, Colombia, 2015.
T. Lestander, L. Sandström, H. Wiinikka, O. Öhrman, M. Thyrel “Characterization of fast pyrolysis bio-oil properties by near-infrared spectroscopic data,” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 13, pp. 9-15, 3 August 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.05.009
J. Brown, “Development of a lab-scale auger reactor for biomass fast pyrolysis and process optimization using response surface methodology”, Master Thesys, Iowa state university, Ames, Ioxa, USA, 2009
T. Hessing, “Quality Function Deployment (QFD) and House of Quality(HOQ), QFD tutorial online, disponible: https://sixsigmastudyguide.com/house-of-quality-hoq/, 2016.
J. Klinger, T. Westover, R. Emerson, C. Williams, J. Ryan, “Effect of biomass type, heating rate, and sample size on microwave-enhanced fast pyrolysis product yields and qualities,” Applied Energy, vol. 228, pp. 535-545, 15 October 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.107
G. Clavijo, “Formulación del modelo teórico del proceso de gasificación de biomasa de un reactor de lecho fijo”, Tesis de grado, Universidad Francisco de Paula Santander, Ocaña, Colombia, 2015.
A. Díaz, J. Martínez, R. García, et al., “Análisis para la modelación y optimización geométrica de un reactor tipo tornillo sin-fin empleando el método de grafos dicromáticos”, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Facultad de Ingeniería Mecánica, Habana, Cuba, 2015.
P. Brassard, S. Godbout, V. Raghavan, “Pyrolysis in auger reactors for biochar and bio-oil production: A review,” Biosystems Engineering, vol. 16, pp. 80-92, 1 September 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.06.020
K. Guzmán, D. Castilla Caballero y J. Colina, “Diseño, construcción y evaluación de un reactor fotocatalítico solar de placa plana para degradar ácido tereftálico”, Trabajo de grado, Facultad de Ciencias E Ingenierías, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, 2015.
D. Heldman, R. Singh, Food process engineering, New York: Springer, 1981.
A. Funke, R. Grandl, M. Ernst, N. Dahmen, “Modelling and improvement of heat transfer coefficient in auger type reactors for fast pyrolysis application,” Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, vol. 1, pp. 67-75, 30 August 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2018.05.023
W. Hussam, T. Tsai, G. Sheard, “The effect of rotation on radial horizontal convection and Nusselt number scaling in a cylindrical container,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 7, pp. 46-59, 7 October 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.05.007
C. Ghernoug, M. Djezzar, A. Bouras, “The Natural Convection in Annular Space Located Between Two Horizontal Eccentric Cylinders: The Grashof Number Effect,” Energy Procedia, vol. 36, pp. 293-302, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.034
K. Gangawane, “Computational analysis of mixed convection heat transfer characteristics in lid-driven cavity containing triangular block with constant heat flux: Effect of Prandtl and Grashof numbers,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 10, pp. 34-57, 5 February 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.061
SolidWorks 2019, Dassault Systèmes SE, Suresnes, Francia, 2018.
J. Pardo, M. Sierra, “Diseño mecánico de un reactor de doble tornillo para la obtención de bioaceite mediante pirólisis rápida de biomasa residual,” Trabajo de grado, Departamento de ingeniería mecánica, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia, 2020.