Resumen de Análisis por fluidodinámica computacional de la incineración de residuos lignocelulósicos en un prototipo de lecho fluidizado

Daniela I. Gallardo Correa, José Roberto Hernández Barajas, Raúl Germán Bautista Margulis, Agustín R. Uribe Ramírez

• español

  La incineración en lecho fluidizado ha demostrado ser una de las tecnologías más eficientes y adecuadas para la incineración de residuos lignocelulósicos que por razones higiénicas y ambientales no pueden ser reciclados o reutilizados. En este estudio se analizan los aspectos fluidodinámicos de un prototipo experimental de incineración para examinar el desempeño de cuatro modelos bidimensionales en estado no estacionario, representando a un sistema gas-sólido para las interacciones entre el aire necesario para la combustión y la arena empleada como promotor de la transferencia de masa y de calor. Los modelos examinados fueron definidos de acuerdo al régimen de flujo (laminar y turbulento) y a la temperatura del sistema (temperatura ambiente y temperatura de reacción). Los resultados indican que el prototipo experimental se comporta como un lecho burbujeante en régimen laminar y de tipo slugging en régimen turbulento. Por otra parte, los patrones de flujo de la velocidad demostraron que el sistema en ambos regímenes se comporta como un tanque perfectamente mezclado, debido a que el aire coadyuva en el mezclado turbulento. En el futuro se incluirá la cinética química de la combustión de residuos en el modelo CFD, lo que permitirá sugerir cambios al diseño original mejorando aspectos que impactan en el desempeño global del incinerador tales como la fluidización, el intercambio de masa y energía, y la pérdida del material inerte por arrastre.

• English

  Fluidized bed incineration has been considered as one of the most efficient and appropriate technologies for incineration of lignocellulosic solid waste that, due of health and environmental constraints, could not be recycled or reused. This study analyzes the fluid-dynamic aspects of a prototype incinerator examining the performance of four non-steady state bidimensional models, representing the gas-solid interactions between the air required for combustion and the sand used as a mass and heat transfer promoter. The models examined were defined according to their flow regime, laminar and turbulent, and the temperature of system (room temperature and reaction temperature). The results indicate that the experimental prototype behaves as a bubbling bed using a laminar regime model, and as a slugging bed in the case of a turbulent regime model. Moreover, the velocity patterns showed that both regimes behave as a well-mixed tank because the air contributes to the turbulent mixing. In the future, chemical kinetics of waste combustion will be incorporated in the CFD model in order to suggest modifications to the original design and to improve aspects affecting the overall performance of the incinerator, such as fluidization, mass and energy exchange and loss of inert material by entrainment.

• português

  A incineração em leito fluidizado tem demonstrado ser uma das tecnologias mais eficientes e adequadas para a incineração de resíduos lignocelulósicos que por razões higiênicas e ambientais não podem ser reciclados ou reutilizados. Neste estudo se analisam os aspectos fluidodinâmicos de um protótipo experimental de incineração para examinar o desempenho de quatro modelos bidimensionais em estado no estacionário, representando a um sistema gás-sólido para as interações entre o ar necessário para a combustão e a areia empregada como promotor da transferência de massa e de calor. Os modelos examinados foram definidos de acordo ao regime de fluxo (laminar e turbulento) e à temperatura do sistema (temperatura ambiente e temperatura de reação). Os resultados indicam que o protó- tipo experimental se comporta como um leito borbulhante em regime laminar e de tipo slugging em regime turbulento. Por outra parte, os padrões de fluxo da velocidade demonstraram que o sistema, em ambos os regimes, se comporta como um tanque perfeitamente misturado, devido a que o ar contribui na mistura turbulenta. No futuro se incluirá a cinética química da combustão de resíduos no modelo CFD, o que permitirá sugerir mudanças ao desenho original melhorando aspectos que impactam no desempenho global do incinerador tais como a fluidização, o intercâmbio de massa e energia, e a perda do material inerte por arraste.