DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE SECADOR DE CHIPS DE MADERA SOLAR PARA APLICACIONES EN GASIFICADOR DE FLUJO DESCENDENTE DE LECHO FIJO

Abstract

The theme of this final paper is biomass drying (Eucalyptus wood chips) by using solar thermal power as an energy source, for which purpose we used an experimental installation of renewable energy, located at Solar Energy Laboratory at Federico Santa María Technical University, José Miguel Carrera Seat, in Viña del Mar, latitude 33 [°] 2 [`] South and altitude 120 meters above sea level. The work begins with the study of the theoretical framework on the importance of drying of solids, parameters involved in the process and the classification of different solar drying systems. Subsequently, a drying chamber was designed and implemented which allows the experimental study of the phenomenon that occurs when removing excessive moisture content in the Eucalyptus wood chips. Following, tests were performed without load to determine the optimum operating parameters. Afterwards, biomass with 35% initial moisture content on dry basis was introduced and used for testing during clear days (no cloud cover) from 9 am until 5 pm, with average irradiance values close to 600 watts per square meter. The experimental results, previous to drying, show that having a collecting area equal to 6 square meters, an air volume of 2.5 cubic meters in the chamber, a water volume equivalent to 200 liters, a water flow of 16 liters per minute, and an air speed of 3.8 meters per second, it is possible to reach temperatures close to 50 degrees Celsius for the exchanger water, and about 47 degrees Celsius with values close to 14% relative moisture content for the air inside the chamber. Finally, a study of the behavior of the variables of interest in the device is performed, during drying for a load of 11 kilograms and loads in batches of 10 kilograms with 35% initial moisture content on dry basis. These results determine that the daily drying capacity of the device is 40 kilograms, the water removed per hour in 1.6 [kg.water/hour], and the drying time is 50 minutes to reach 20% moisture content on a dry basis, required for subsequent applications in the downflow fixed bed gasifier.El presente trabajo de título trata el tema de secado de biomasa (chips de madera de eucaliptus) utilizando como fuente de energía la potencia térmica solar, para cuyo objeto se utilizó, una instalación experimental, de Energía Solar, ubicada en el Laboratorio de Energía Renovables, de la Universidad Técnica Federico Santa María, Sede José Miguel Carrera, de Viña del Mar, latitud 33[º] 2[`] Sur y altitud 120 metros sobre el nivel del mar. El trabajo comienza con el estudio del marco teórico sobre la importancia del secado de sólidos, parámetros involucrados en el proceso y la clasificación de los diferentes sistemas de secado solar. Posteriormente, se ha diseñado e implementado un gabinete de secado junto con una batería térmica solar que permite almacenar energía solar en forma de calor en un estanque con agua y a su vez a través de un equipo intercambiador de calor proveer de la energía requerida por el secado. La batería térmica solar responde a la problemática que se presenta debido a que la fuente energética sol no tiene un valor constante durante el trascurso del día, generando variaciones de temperatura no aceptables en el aire durante el secado. Los resultados experimentales muestran que con un área colectora igual a 6 [m2], un volumen de aire en el gabinete de 2.5 [m3], un volumen de agua equivalente a 200 litros, un caudal de agua de 16 litros por minutos y una velocidad del aire de secado igual a 3.8 [m/s], es posible alcanzar temperaturas próximas a los 50°C para el agua en la batería térmica y alrededor de los 47°C con valores cercanos al 14% de humedad relativa para el aire dentro del gabinete. Finalmente, se realiza un estudio sobre el comportamiento de las variables de interés durante el secado de una carga única de 11 [kg] y cargas continuas de 10 [kg]. Los resultados muestran que con un porcentaje de humedad inicial en la biomasa igual a 35% en base seca se alcanza una capacidad diaria de secado equivalente a 40 [kg/día], una razón de agua eliminada por hora de 1.6 [kg.agua/hora] y un tiempo de secado de 50 minutos, esto último para alcanzar el 20% de humedad en base seca requerido para aplicaciones posteriores en el gasificador de flujo descendente de lecho fijo.