Gasificador de Madera

¿Qué es?

Un gasificador de madera es un reactor que convierte biomasa sólida — astillas, trozos o pellets de madera — en una mezcla de gas combustible, comúnmente llamada gas de productor, gas de síntesis o gas de madera. A diferencia de una hoguera abierta, que quema madera directamente para obtener calor y luz, un gasificador priva y escalona deliberadamente la combustión para que la madera se convierta en una mezcla de gases — principalmente monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H₂), y algo de metano (CH₄), diluidos con nitrógeno y CO₂ — que pueden ser canalizados, filtrados, enfriados y luego quemados por separado en el cilindro de un motor o en la boquilla de un quemador.

¿Para qué sirve?

• Alimentar motores de combustión interna con madera en lugar de gasolina o diésel — la aplicación más conocida, desde los coches "gasógenos" de la Segunda Guerra Mundial hasta los generadores modernos fuera de la red.
• Calefacción y cocina — el gas de madera arde más caliente y limpio en el punto de combustión que la madera cruda, ya que la compleja química del combustible sólido ya ha ocurrido previamente en el reactor.
• Cogeneración de calor y electricidad — pequeños conjuntos de gasificador-generador pueden alimentar un sitio mientras el calor sobrante se captura para secado o calefacción de espacios.
• Utilización de biomasa residual — convierte astillas de madera, cáscaras y residuos agrícolas que son difíciles de quemar directamente en un gas combustible uniforme y canalizable.

La física detrás de esto

Un gasificador de tiro descendente es un reactor vertical con cuatro zonas de reacción distintas apiladas de arriba a abajo, a través de las cuales el combustible desciende a medida que el aire es arrastrado (o empujado) hacia abajo a través de él:

La diferencia clave con la carbonización es lo que sucede con el suministro de aire. La carbonización (ver el artículo complementario) intenta excluir el oxígeno casi por completo para que la pirólisis se detenga en la etapa de carbón vegetal y nada se queme más — el objetivo es preservar el carbono como carbón vegetal sólido. La gasificación hace lo contrario en sus zonas inferiores: permite deliberadamente una pequeña cantidad de aire, estrictamente medida, en la zona de oxidación, luego dirige los productos de combustión calientes de vuelta a través del lecho de carbón vegetal en la zona de reducción, donde reacciones como C + CO₂ → 2CO y C + H₂O → CO + H₂ convierten el carbono sólido en gas combustible. La gasificación es, en efecto, la carbonización con una etapa de reducción controlada adicional acoplada debajo.

El diseño de tiro descendente (frente al de tiro ascendente) es importante porque fuerza a los gases de pirólisis cargados de alquitrán de las zonas superiores a pasar a través de la zona de combustión al rojo vivo antes de salir, craqueando la mayor parte del alquitrán en gases más ligeros y de combustión más limpia. Por eso, casi todos los gasificadores de combustible para motores son de tiro descendente: una unidad de tiro ascendente produce más alquitrán, lo que ensucia rápidamente las tomas y válvulas del motor.

Historia

El gas de madera no es una química nueva — la gasificación de carbón y madera para iluminación y gas industrial es anterior al motor de combustión interna. Su capítulo más famoso es la era de los vehículos de gas de madera: durante la Segunda Guerra Mundial, cuando el petróleo estaba racionado o no disponible en la Europa ocupada y bloqueada, cientos de miles de coches, camiones y autobuses fueron equipados con gasificadores montados en el techo o en remolques ("gasógenos", "Holzgasgeneratoren", unidades "gengas") que quemaban madera o carbón para hacer funcionar motores de gasolina ordinarios con cambios menores en la carburación. El rendimiento disminuyó sustancialmente (a menudo un 20-50% menos de potencia, además de un retraso de 10-20 minutos en el arranque para que el reactor alcanzara la temperatura), pero mantuvo el transporte esencial en funcionamiento. El interés resurgió durante las crisis del petróleo de los años 70 y de nuevo a partir de los 2000 en la comunidad DIY y de energía de biomasa, impulsado por diseños de gasificadores pequeños de código abierto destinados a la generación de energía de respaldo.

Versión simple

Un gasificador básico de tiro descendente de un solo tambor: un tambor de acero exterior forma el cuerpo, una tolva en la parte superior contiene trozos de madera, una garganta estrecha de ladrillo o acero a mitad de camino concentra el aire inyectado allí para crear la zona de oxidación caliente, y una rejilla cerca de la base soporta el lecho de carbón sobre una salida de gas. Sin soplador — el tiro natural aspira aire a través de una ventilación inferior, arrastrado por la succión de un quemador o la entrada de un motor aguas abajo. Adecuado para calor de combustión directa (una llama de quemador) pero demasiado sucio en alquitrán y partículas para un motor sin una limpieza adicional.

Versión avanzada

Añadir un separador ciclónico para centrifugar las gotas de alquitrán más pesadas y las partículas de ceniza, seguido de un serpentín de enfriamiento o radiador para condensar el alquitrán restante y bajar la temperatura del gas (lo que también aumenta su densidad energética por volumen), y una etapa de filtrado final (de astillas de madera, tela o malla fina) antes de que el gas llegue a un motor. Un soplador de tiro forzado reemplaza el tiro natural, lo que permite un control mucho mejor de la relación aire-combustible y un arranque más rápido. Este es aproximadamente el nivel de un gasificador de vehículo funcional al estilo de la Segunda Guerra Mundial o una configuración seria de generador DIY.

Versión industrial

Gasificadores de lecho fluidizado y de lecho fijo multietapa que funcionan continuamente en centrales eléctricas de biomasa, alimentando turbinas de gas o grandes motores estacionarios. Estos añaden dosificación automatizada de combustible, eliminación continua de cenizas, trenes de limpieza de gas multietapa (ciclones, lavadores húmedos, craqueo catalítico de alquitrán) y acondicionamiento de gas a calidad de tubería o motor. Las plantas de gasificación de biomasa de ciclo combinado pueden alcanzar eficiencias eléctricas sustancialmente más altas que la combustión directa de madera en una caldera, porque el gas puede accionar una turbina en lugar de solo generar vapor.

Construye el tuyo

1. Cuerpo del reactor: un tambor de acero de 200 litros funciona bien como recipiente principal — el mismo material de partida utilizado para un horno de caja de carbonización, pero reelaborado internamente.
2. Tolva: un tambor o cono más pequeño soldado/atornillado en la parte superior, dimensionado para contener varias horas de trozos de madera (piezas de 2–5 cm se gasifican de manera más uniforme) y recargable sin apagar la unidad si se construye con una tapa sellada.
3. Garganta/boquilla: el punto más estrecho del reactor, revestido con ladrillo refractario o arcilla refractaria, donde las boquillas de aire inyectan un flujo de aire medido para mantener la zona de oxidación. Esta es la dimensión más importante a acertar — demasiado ancha y las temperaturas bajan demasiado para una buena reducción; demasiado estrecha y ahoga el flujo.
4. Rejilla y zona de cenizas: una rejilla debajo de la garganta soporta el lecho de carbón, permite que las cenizas caigan y sean retiradas, y permite que el gas salga lateralmente o hacia abajo.
5. Tren de limpieza: canaliza el gas crudo a través de un ciclón, luego un serpentín de enfriamiento y luego un filtro antes de cualquier motor o quemador de precisión. Omitir este paso es la razón más común por la que los motores de gasificador DIY fallan en cuestión de horas.
6. Arranque: los gasificadores necesitan varios minutos para alcanzar la temperatura de funcionamiento (a menudo quemando el gas crudo con una antorcha hasta que arda con una llama azul limpia en lugar de amarilla humeante) antes de cambiarlo al motor o quemador.

Errores comunes

Nota de seguridad: el gas de madera suele contener un 15–25% de monóxido de carbono por volumen. Es incoloro, inodoro (en esta mezcla) y letal en un espacio cerrado o mal ventilado. Un gasificador de madera siempre debe operarse, almacenarse y ventilarse al aire libre o con tuberías dedicadas y probadas contra fugas directamente al punto de combustión — nunca se debe hacer funcionar ni dejar en ralentí en un garaje, sótano o cualquier estructura cerrada.

Cómo medir

• Prueba de llama: el gas canalizado a la punta de una antorcha debe arder con una llama limpia, mayormente azul, una vez que el reactor alcanza la temperatura. Una llama amarilla-naranja humeante significa exceso de alquitrán o una zona de reducción con falta de aire.
• Monitoreo de temperatura: un termopar en la garganta debe leer aproximadamente 900–1100 °C en operación estable; la zona de reducción debajo debe estar más baja, alrededor de 600–800 °C. La caída de la temperatura de la garganta indica puenteo de combustible o problemas de suministro de aire.
• Composición del gas (si está instrumentado): un objetivo aproximado para un buen gas de productor es alrededor de 18–22% de CO, 15–20% de H₂, 1–3% de CH₄, el resto CO₂ y nitrógeno, con un valor calorífico de aproximadamente 4–6 MJ/m³ — una densidad energética mucho menor que el gas natural, por lo que los motores de gasificador necesitan mayores volúmenes de admisión y pierden potencia de salida.
• Verificación de arrastre de alquitrán: haga pasar gas a través de un papel de filtro blanco limpio o un paño durante un tiempo fijo; una muestra muy amarronada o pegajosa indica que el tren de limpieza está subdimensionado o que el reactor está funcionando demasiado frío.
• Comportamiento del motor: ralentí irregular, pérdida de potencia o acumulación de hollín en las bujías/válvulas después de períodos cortos de funcionamiento es una señal fiable aguas abajo de una limpieza de gas inadecuada aguas arriba.

Videos

(TODO)

PDF descargable

(TODO)