ANÁLISIS NUMÉRICO DE UNA ESTUFA EFICIENTE DE BIOMASA: EVALUACIÓN DE EMISIONES CONTAMINANTES

A nivel mundial, la biomasa representa el 57% del total de energías renovables. La mayor parte de la bioenergía proviene de biocombustibles sólidos (SBF, por sus siglas en inglés); en México, los SBF se utilizan en diferentes sectores. En el contexto Nacional, la biomasa representa el ~34% del total de la matriz de energías renovables del cual la leña contribuye con un 70% del total y el restante se atribuye al bagazo de caña. La mayoría de las tecnologías de biomasa que se utilizan actualmente en México tienen bajas eficiencias y son dañinas para la salud humana como resultado de la contaminación por humo y en algunos casos para el medio ambiente como consecuencia de la deforestación. El fogón tradicional de tres piedras (TSF, por sus siglas en inglés) se utiliza aproximadamente en el 90% de los hogares rurales para tareas tales como la cocción, calefacción de espacios y el calentamiento de agua. En este sentido, los Sistemas Energéticos Rurales Sustentables (SERS) representan una alternativa viable capaz de generar, almacenar y distribuir energía sustentable para satisfacer necesidades domésticas básicas, así como promover el desarrollo productivo de las comunidades rurales.

Evaluar numéricamente una estufa eficiente de biomasa para determinar su eficiencia de combustión, emisiones contaminantes y eficiencia térmica en comparación con un dispositivo tradicional de cocción.

En el presente trabajo se utiliza una metodología de diseño CAD, modelado y simulación CFD utilizando los softwares Solid Works, ANSYS Design y ANSYS Fluent, respectivamente, para evaluar una estufa eficiente de biomasa tipo plancha (modelo TUYA) y un fogón tradicional en forma de “U”. Se realizan simulaciones numéricas para evaluar los principales fenómenos de transporte, de tecnologías de aprovechamiento de biomasa, como la transferencia de calor, flujo de fluidos y proceso de combustión. Se utiliza un modelo numérico de combustión de 2 reacciones el cual simula la oxidación parcial y la combustión de la biomasa

Los resultados mostraron que existe una diferencia sustancial en términos de eficiencia de combustión (TUYA: 96.78% vs Fogón U: 80.40%) lo cual se puede explicar debido a la conversión de volátiles de la leña a CO2. La diferencia es aproximadamente del 50% entre ambos dispositivos lo cual también se puede observar en los flujos de volátiles inquemados en la salida (TUYA: 2.69x10-6 kg/s vs Fogón U: 4.93 x10-4 kg/s). La contribución al conocimiento de esta investigación es validar, mediante resultados numéricos de simulación, el hecho de que las tecnologías eficientes de aprovechamiento de biomasa reducen de manera sustancial las emisiones contaminantes y optimizan la transferencia de calor en relación con los dispositivos de cocción tradicionales.