Modelado CFD cinético de la pirólisis de residuos forestales de la norpatagoniaen unidades fluidizadas

Abstract

En este trabajo se aborda la pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos forestales de Bariloche, Argentina, mediante un enfoque combinado de caracterización experimental y modelado numérico. Inicialmente, se llevó a cabo la caracterización físico-química de los residuos, determinando su composición estructural en celulosa, hemicelulosa y lignina y el análisis próximo. En base a estos datos, se desarrolló un modelo utilizando fluidodinámica computacional en ANSYS Fluent, adoptando un enfoque multifluido cinético euleriano para describir el comportamiento de la biomasa en un reactor de lecho fluidizado. Una vez validado el modelo numérico, se realizaron simulaciones en una configuración geométrica 2D basada en un reactor de lecho fluidizado ubicado en la Centro Atómico Bariloche, lo que permitió analizar la dinámica del proceso y los rendimientos de los productos pirolíticos. El modelo fue validado utilizando datos experimentales de la literatura, demostrando una concordancia notable con los rendimientos de productos pirolíticos (tar, char y biogás). Las predicciones de rendimientos obtenidas mediante el modelo computacional aplicado a los residuos locales muestran una buena concordancia con las tendencias esperables en la pirólisis rápida en contactores fluidizados. A partir de los resultados, su aplicación podría extenderse al estudio de otros residuos de la misma naturaleza, a la mejora del diseño de la unidad ya existente, y también al estudio del proceso en unidades de mayor tamaño.

This work addresses the fast pyrolysis of lignocellulosic biomass from forest residues in Bariloche, Argentina, using a combined approach of experimental characterization and numerical modeling. Initially, the physicochemical characterization of the residues was carried out, determining their structural composition in cellulose, hemicellulose, and lignin, and the subsequent analysis. Based on these data, a computational fluid dynamics model was developed using ANSYS Fluent, adopting a multifluid Eulerian kinetic approach to describe the behavior of biomass in a fluidizedbed reactor. Once the numerical model was validated, simulations were performed in a 2D geometric configuration based on a fluidized-bed reactor located at the Centro Atómico Bariloche, which allowed analyzing the process dynamics and the yields of pyrolytic products. The model was validated using experimental data from the literature, demonstrating remarkable agreement with the yields of pyrolytic products (tar, char, and biogas). The yield predictions obtained using the computational model applied to local waste show good agreement with the expected trends in fast pyrolysis in fluidized contactors. Based on the results, its application could be extended to the study of other wastes of the same nature, to the improvement of the design of existing units, and also to the study of the process in larger units.