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Autor: David Martín PérezTutor: Antoni Sudrià Andreu
PROYECTO FIN DE MÁSTER
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
Máster Interuniversitario de Ingeniería en Energía
UPC/UB Especialidad Renovables
ÍNDICE
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
4
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Phase
Impulsar proyectos sanitarios, agrícolas y energéticos
Combustible necesario para el Hospital de Goundi
Creacion de la asociación
Cesión de terrenos valorados en 22500 €
Becas y ayudas a estudiantes
Desarrollo e investigación de productos relacionados con la electrónica y electricidad
Estudio y desarrollo de un nuevo sistema de producción eléctrica
Diseño y construcción de un gasificador
Envío
Operarios y primeros Beneficiados
Servicios relacionados con la tecnología del aire Construccíon Montaje
Pruebas en Cabrils
Open source
Producción de electricidad
Voluntarios
Administración municipal
Gasificador GEK 20 kW de All Power Labs
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
OBJETIVOS GLOBALES
OBJETIVOS DEL PROYECTO
Crear una actividad económica y social
Crear un sistema gradual y sostenible
de abastecimiento de electricidad
Evitar la emisión de 13.6 Toneladas anuales de CO2
Diseñar el modelo y crear los planos
Dimensionar en función de la
demanda energética
Describir las instrucciones de
ensamblaje y montaje
Entender el funcionamiento de los gasificadores de
tiro invertido
Conocer y explicar las tareas de operación y
mantenimiento
OBJETIVOS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
Goundi:
• Situación: República del Chad (500 km de la capital).
• Población: 10,000• Actividad: Agricultura de
subsistencia
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1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
7
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
8
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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De lecho fluidizado
• Potencias > 500 kW
• Diseñados para gasificar carbón
De tiro transversal
• Solo combustibles con bajo contenido en alquitranes
De tiro directo
• Gas de síntesis con alto contenido en alquitranes
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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De tiro invertido
• Apto para gasificación de biomasa
• Gas + limpio pero + caliente
• Principios de construcción y operación sencillos
• Modelo + desarrollado y utilizado (GEK & FEMA)
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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𝑉 𝐵=12∙3000 ∙
6241000
=56.2𝑚3/h
𝑉 𝑔=𝜂 ∙𝑉 𝐵
𝑉 𝑡𝑜𝑡
=0.8 ∙ 56,22.1
=21.4𝑚3/ h
• Volumen de barrido
• Cantidad de gas
• Área de la garganta
• Diámetro de la garganta
𝐴𝑔=𝑉 𝑔
𝐺h𝑚𝑎𝑥
∙21.40.9
=23.8𝑐𝑚2
𝐷𝑔=√ 4 ∙𝐴𝑔
𝜋=√ 4 ∙23.8𝜋
=5.5 𝑐𝑚
Dimensionado
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1 kg of biomass
≅ 2 lbs biomass
≅ 2 m3 woodgas
≅ 1 HP-hour
≅ 0.75 kWh electrical
La regla de oro según gasificador GEK de All Power Labs
• Cantidad de gas
• Área de la garganta
• Diámetro de la garganta
𝑉 𝑔=13.9 ∙1.95=26.5𝑚3/h
𝑀𝑏=26.52
=12.6𝑘𝑔/h
𝐴𝑔=𝑉 𝑔
𝐺h𝑚𝑎𝑥
∙26.50.9
=29.4𝑐𝑚2
𝐷𝑔=√ 4 ∙𝐴𝑔
𝜋=√ 4 ∙29.4𝜋
=6.1𝑐𝑚
• Cantidad de biomasa consumida
Dimensionado
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
15
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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• Diagrama de flujo aire-gas
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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• Dimensiones según el tamaño de la garganta y los gráficos de referencia
• Grosor de chapa según Temperatura
• Material de chapa según temperatura y condiciones de soldadura
• Geometría del gasificador
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Garganta Reactor interior
Reactor exterior
Chapa aislante
Cubierta exterior
Depósito y tolva
• Ensamblajes
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Tabla resumen de Ensamblajes
Ensamblaje Pieza Material Temperatura (ºC) Medidas (mm) Grosor de chapa (mm) Función
GargantaCono Superior
AISI-310 700-1200
D=120, d=60, h= 50 3 Reacción de Oxidación
Cono inferior D=120, d=60, h= 120 3 Reacción de Reducción
Disco garganta D=170, d=120 5 Unión con RI
Reactor interior (RI) Tubo AISI-310 600-1000D=228, h=400 3 Cámara de biomasa hacia la garganta
Disco D=270, d=120 5 Unión con garganta y RE
Reactor exterior (RE)
Tubo
AISI-304
300-600 D=274, h=430 1,5 Segunda capa de reactor, cámara de aire
Disco superior 200 D=394, d=240 2 Unión con el depósito de biomasa
Disco medio 300-400 D=394, d=274 2 Unión al RE , cámara de aire, tubos flexibles
Cuello 200-300 D=346, d=274, h=118 1,5 Acceso puertos, cámara de aire.Chapa aislante Tubo AISI-304 200 D=344, h=450 1 Aislante térmico
Cubierta exterior
Tubo
AISI-304
100 D=348, h=500 1,5 Estructura exterior, acceso puertos
Disco superior 100 D=394, d=348 2 Unión con RE
Tapa inferior 100 D=348 2 Fondo cenizas
Puerto limpieza 100 140x190 2 Limpieza de fondo y parrilla
Puerto agitación 100 140x144 2 Agitación de la parrilla
Puerto salida gas 100 80x80 2 Salida del gas al ciclónParrilla Disco agujereado Acero estándar 300-350 D=335 5 Recogida de partículas
Depósito biomasa Tubo AISI-304 100-150 D=394, h=800 1,5 Almacén biomasa e intercambiador con gas
Disco inferior D=394, d=300 2 Unión con RE
TolvaCono
AISI-304 100-150
D=233, d=120, h=49 1,5 Guía biomasa hacia reactor
Disco superior D=20, D=230 2 Soporte tolva y unión con depósito
Sistema retención D=60 2 Alivio de presión en el reactor
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Vista explosionada de ensamblajes
Corte longitudinal del gasificador
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Garganta Reactor interior
Unión
Aislamiento
Atornillada (5xM8)Fibra de vidrio y silicona alta T
Reactor exterior Cubierta exterior
Unión
Aislamiento
Atornillada (10xM8)Fibra de vidrio y silicona alta T
Reactor interior Reactor exterior
Unión
Aislamiento
Soldada x
Cubierta exterior Depósito biomasa
Unión
Aislamiento
Atornillada (10xM8 y tuercas de soldadura)Fibra de vidrio y silicona alta T
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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• Accesorios
12
3
4
1. Puerto de encendido
- 2 codos roscados ½”- 1 tapón roscado ½”- 1 tubo roscado 70 mm y
½”- 1 tubo roscado 130 mm
y ½”2. Entrada de aire fresco a la cámara
- 1 racor roscado de 1”- 1 tapón roscado de 1”
3. Acceso termopar
- 1 racor roscado de ½ ”- 1 tapón roscado de ½ “
4. Circulación de aire-intercambiador
- 5 codos roscados ½”- 5 codos reductores ½”- ¼” - 5 tubos roscados 170 mm y
½”- 5 tubos flexibles de 1,5 m y
½”- 5 racores de ½”
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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1. Ciclón 2.Enfriador 3. Filtro
Sistema de limpieza del gas
Dimensiones del filtro y modelo(Oriol Pujoldevall Sánchez de Toledo)
Filtro húmedo y seco (modelo)(Oriol Pujoldevall Sánchez de Toledo)
1
2
3
5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Sistema de alimentación de biomasa
• Automática/tornillo Sinfin
• Sistema inestable
• Más caro
• Difícil de instalar
• Precisa de electricidad
• Puede averiarse
5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Sistema de alimentación de biomasa
• Por gravedad
Se necesita un depósito de dimensiones tales que como máximo se produzca el llenado una vez a la hora, que sea estable y que posea un sistema de retención
𝑉 𝑑𝑒𝑝 ó𝑠𝑖𝑡𝑜=𝜋 𝑟2h=𝜋 ∙2002 ∙800=100,531𝑚𝑚3
𝑉 𝑠𝑒𝑟𝑝𝑒𝑛𝑡 í 𝑛=𝑉 𝑑𝑒𝑝 ó𝑠𝑖𝑡𝑜−𝑉 𝑠ú 𝑡𝑖𝑙=100.53− (𝜋 ∙1652 ∙400+𝜋 ∙200 ∙400 )
Cálculo de la altura necesaria
100.53 ∙10−3𝑚3 ∙150𝑘𝑔
𝑚3 ∙1h
12.6𝑘𝑔=1.19h=71.80𝑚𝑖𝑛
84.48 ∙103𝑚3 ∙150𝑘𝑔
𝑚3 ∙1h
12.6𝑘𝑔=1h=60𝑚𝑖𝑛𝑉 𝑠ú 𝑡𝑖𝑙=84.48 𝑙
5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Sistema de alimentación de biomasa
• Por gravedad
Sistema retención tipo chapa
Sistema retención tipo cono
Tubos flexibles de 6,5 m y 35 mm de grosor
5. EQUIPOS AUXILIARES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Instrumentación y conexión entre equipos
Termopar tipo K
Manómetro
Vsútil=84.48 l
Pallet y tuberías rígidas
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Vsútil=84.48 l
Arranque y apagado Operación normal
1. DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
2. LA GASIFICACIÓN Y TIPOLOGÍAS DE GASIFICADORES
3. DIMENSIONADO DEL GASIFICADOR
4. DISEÑO Y MONTAJE DE LAS PIEZAS
5. EQUIPOS AUXILIARES
6. OPERACIÓN DEL SISTEMA
7. PRESUPUESTO
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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7. PRESUPUESTO
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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Nombre Misión y Desarrollo para GoundiDirección Cabrils (Barcelona)Web http://www.misionydesarrolloparagoundi.com/
Concepto Diseño de un gasificador de pequeña potencia eléctricaFecha 01/03/2014Validez 9 meses
unidades Precio TOTAL (€)
1.200,00
4.639,56
625,00
2.014,00 Total bruto
IVA 21%
Total Presupuesto
Subtotal 48.478,56 €1.780,50 €
10.259,06 €
Otros gastos
Subtotal 1
Subtotal 3Generador
Recursos Humanos
Subtotal 2
Datos del presupuesto
Gasificador
Datos del cliente
Descripción
8. CONCLUSIONES
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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- La gasificación en un sistema de generación de electricidad antiguo que aún no se ha desarrollado a nivel teórico/científico.
- Las únicas fuentes de información fiable son de carácter práctico, de diseños realizados en base a mejoras de versiones anteriores, como los gasificadores de All Power Labs.
- El gasificador de tiro invertido es el que mejor se adapta a las necesidades del proyecto por las característica del gas de salida y por sus principios de construcción.
- El dimensionado del gasificador es directamente proporcional al volumen de desplazamiento del motor de combustión.
- La memoria del proyecto es un documento guía flexible cuyas instrucciones han de adaptarse a las necesidades y/o problemas existentes en la etapa de diseño y construcción.
- Realizar un trabajo de esta índole requiere paciencia y dedicación al principio, pero con el paso del tiempo, se ven los resultados. Ha sido una gran satisfacción colaborar en este proyecto práctico con fines cooperativos y ver el diseño a ordenador hecho realidad.
DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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AGRADECIMIENTOS
F I NGRACIAS POR SU
ATENCIÓN
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DISEÑO DE UN GASIFICADOR DE PEQUEÑA POTENCIA ELÉCTRICA
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