Ajuste de un modelo matemático para la combustión de bagazo de caña en una cámara Ward-Cimpa

• Autores: Oscar Mendieta Menjura, Zamir Sanchez
• Localización: Ciencia y Tecnología Agropecuaria, ISSN-e 0122-8706, Vol. 15, Nº. 2, 2014, págs. 133-151
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Setting of a mathematical model for the sugarcane bagasse combustion in a Ward-Cimpa chamber
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• Resumen
  • español

    La agroindustria panelera colombiana utiliza el bagazo de caña, subproducto de la etapa de molienda, como combustible en hornos de lecho fijo para obtener la energía necesaria en el proceso de producción de panela. El horno más eficiente con que se cuenta en el momento es la cámara de combustión Ward-Cimpa; sin embargo, su diseño y construcción se realizan empíricamente, ya que no existen modelos matemáticos detallados que describan la combustión de la biomasa en estos hornos. Esto ocasiona en muchos casos diseños inadecuados que generan pérdidas por combustión incompleta de 10% y material inquemado hasta de 40%. En la presente investigación se propone un modelo matemático -que involucra expresiones cinéticas- para las etapas de secado, de desvolatilización y de oxidación de volátiles y material carbonizado, a partir de los balances de masa, energía y cantidad de movimiento, para la fase sólida y la fase gaseosa. Los parámetros cinéticos se ajustaron con datos experimentales utilizando el algoritmo de optimización estocástica: recocido simulado. El modelo ajustado describe con un error promedio de 11% la tasa de combustión, la temperatura del lecho y la concentración de CO2 y O2 en los gases de combustión, en función del flujo de aire primario y la fracción másica de humedad. No obstante, el modelo sobreestima en 50% la concentración de CO.

  • English

    Colombian panela agroindustry uses bagasse, a milling byproduct, as fuel for fixed bed furnaces to obtain the energy required in the panela production process. At the moment, the Ward-Cimpa combustion chamber is the most efficient furnace available; but, it is empirically designed and constructed, since detailed mathematical models describing the combustion of biomass in these furnaces are not reported. This situation leads in many cases to inappropriate designs, which generate losses of 10% by incomplete combustion and of 40% unburned material. This research proposes a mathematical model -which involves kinetic expressions- for drying, devolatilization and oxidation of volatiles and carbonized material stages, based on the mass, energy and momentum balances for the solid and gaseous phases. The kinetic parameters were fitted to expermental data using the stochastic optimization algorithm: simulated annealing. The fitted model describes with an average error of 11%, the combustion rate, bed temperature and CO2 and O2 concentration in the flue gas, depending on the primary air flow and the moisture mass fraction. However, the model overestimated the CO concentration by about 50%