La biomasa ha sido presentada como una alternativa promisoria de energía, no solo por su potencial mundial, sino porque es una fuente de CO₂ neutral, su termo conversión genera bajas emisiones de SO₂ y NO_X y es la única fuente de energía renovable capaz de sustituir a los combustibles fósiles en todos sus mercados de energía. En el mundo el potencial de energía a partir de la biomasa se estima en 70 Gtep/año y en la actualidad ella proporciona entre el 7-14 % de la energía consumida, con posibilidades de incremento entre un 6-9 % en los próximos 20 años. [1]

Entre las fuentes de energía a partir de la biomasa, los residuos de los aserraderos son potencialmente atractivos económicamente, ellos están concentrados en un determinado depósito y su costo de transportación es relativamente bajo. Se estima que durante el proceso de elaboración de la madera se obtienen 0,50 m. de residuos/m. de madera en bolos. [2, 3]

De los procesos de conversión térmica de la biomasa la gasificación presenta grandes perspectivas, ya que ofrece entre otras ventajas, una mayor eficiencia de conversión en comparación con la pirolisis y la combustión. En la práctica la gasificación puede convertir de un 60 % a un 90 % de la energía de la biomasa en energía del gas. [4]

La gasificación de la biomasa es la conversión térmica de la misma en un gas, el cuál puede utilizarse para la producción de electricidad con el empleo de motores de combustión interna con un determinado nivel de eficiencia, que depende de las características de la biomasa y los motores utilizados.

El gas pobre, resultado de la gasificación de biomasa con aire tiene un elevado contenido de sustancias volátiles combustibles (CO, CH₄ y H₂), valor calórico bajo entre (4-7 MJ/Nm.), una alta estabilidad al encendido y un satisfactorio número de metano, pudiendo ser utilizado en motores de combustión interna, el esquema tecnológico se presenta en la figura 1. [5,6]

Figura 1 Figura 1 Esquema general de la tecnología

El gas se produce en un reactor (gasificador), sus características dependen fundamentalmente del tipo de biomasa utilizada y del rango de potencia eléctrica. Este gas es sometido a un proceso de limpieza y luego suministrado al motor de combustión interna. Para la generación de electricidad a pequeña (< 1MW) los reactores más utilizados son los gasificadores downdraft, ellos son capaces de garantizar los requerimientos de calidad del gas a suministrar al motor. [7]

En este trabajo se realiza una evaluación experimental de la eficiencia de conversión de la energía química de la biomasa en electricidad de la tecnología de gasificación y generación de electricidad, con el empleo de motores de combustión interna a partir de mediciones experimentales realizadas a una instalación que trabaja con residuos de la industria de la madera.

La generación de electricidad utilizando gas de la biomasa como combustible en motores de combustión interna es una tecnología en estado comercial. Los motores usados pueden ser de encendido por chispa o de motor diesel.

Las investigaciones realizadas para la evaluación del rendimiento térmico en los motores de combustión interna que funcionan con gas pobre para generar electricidad, muestran diferentes resultados, en dependencia de las características de los motores utilizados, en la tabla 1 se presentan los indicadores.

Tabla 1 Tabla 1 Indicadores de eficiencia de diferentes motores de combustión interna trabajando con gas pobre *

Los números y abreviaturas de la tabla anterior se refieren a los parámetros siguientes:

Las aplicaciones comerciales de la tecnología se localizan en un rango de potencia menor de 1 MW. Los motores utilizados pueden ser de ignición por chispa y Diesel. En los motores de ignición por chispa el gas pobre puede sustituir el 100 % del combustible. La principal modificación a realizar es en el tiempo o punto de ignición a fin de lograr que la presión máxima de combustión se alcance entre 10 y 12 grados APMS y con ello mejores desempeños del motor, dada la mayor velocidad de la llama del gas pobre con respecto al gas natural. [25]

Los motores diesel operan a mayores relaciones de compresión, su operación con gas pobre debe ser dual (sustitución de hasta el 85 % del Diesel). La ventaja radica en su flexibilidad, en caso de un mal funcionamiento del gasificador es posible un cambio inmediato de combustible, operando el motor totalmente con diesel. Cuando se quiere utilizar un motor diesel con gas pobre (100%) hay que implementar un mezclador, un sistema de ignición por chispa y modificarse el ángulo de avance de la ignición. [26]

Basado en lo planteado anteriormente, el objetivo de este trabajo es la evaluación de la eficiencia térmica y global de la instalación de gasificación en la Empresa Forestal Integral de Santiago de Cuba, proyectada para la generación de electricidad a partir de los residuos de la industria forestal.

1. El gas pobre presenta propiedades combustibles inferiores a la del gas natural (densidad energética), no obstante puede ser utilizado en motores de combustión interna de forma satisfactoria, esperándose una reducción de la potencia del motor con respecto a los combustibles tradicionales proporcional a la disminución de su densidad energética. En el caso del motor Leyland P76, la reducción fue de 42% (40 kW) con respecto al Diesel (90,2 kW)

2. La mayor parte de los motores utilizados para trabajar con gas pobre son motores diesel a los cuales se le implementa se le realizan modificaciones. En el caso del motor Leyland P76 se implementó un mezclador tipo Venturi y un sistema de encendido por chispa eléctrica.

3. La evaluación del desempeño de los motores de combustión interna accionados con gas pobre para la generación de electricidad, muestran que ellos trabajan con una eficiencia térmica en un rango de 20-32 % y una eficiencia global entre 12-25 %. En el caso del motor Leyland P76 que trabaja con gas pobre producto de la gasificación de residuos de la industria forestal posee una eficiencia térmica de 25,7 % y una eficiencia global de 14,2 % en su punto de operación (40 kW).