1.1. Generalidades
1.2. Razones actuales en favor de los gasificadores de madera
1.3. Resumen del contenido de esta publicación
1.4. Qué se puede esperar de una instalación con gasificador de madera
Los gasificadores de carbón mineral, madera y carbón vegetal han sido empleados, desde el comienzo de este siglo, para el funcionamiento de motores de combustión interna en diversas aplicaciones. La utilización alcanzó un máximo durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se emplearon en el mundo casi un millón de gasificadores, principalmente vehículos que funcionaban con combustibles sólidos nacionales, en vez de gasolina.
Es importante recordar que los pequeños gasificadores se han utilizado bastante en el pasado y que han desempeñado en algunos países un papel muy importante en la reducción o eliminación de las necesidades de importación de combustibles. Sin embargo, no hay necesidad de profundizar más en esta publicación sobre el historial del desarrollo de la tecnología de los pequeños gasificadores. A los que estén interesados en la materia se les recomienda estudiar las reseñas realizadas por la Academia Sueca de Ciencias de la Ingeniería (43) Kaupp y Goss (20) Skov (36) Bailey (3) Earthscan (12) o la Academia Nacional de Ciencias de los EE.UU. (32).
El interés por la tecnología de la gasificación ha mostrado una serie de altibajos durante los últimos ochenta años, como se ilustra elocuentemente en la Figura 1.1. que reproduce un histograma que representa el número de informes sobre gasificación de la madera referidos en el "Chemical Abstracts" a partir del año 1900.
De ello resulta que el interés por la investigación sobre la gasificación está estrechamente relacionado con el coste relativo y la disponibilidad de combustibles fósiles, líquidos y gaseosos. El histograma demuestra que el número de artículos llegó a un máximo histórico en 1979, después de un período de escasa actividad en los años 50 y 60.
Hay, sin embargo, una importante diferencia entre los períodos anteriores de gran interés y la situación actual. Anteriormente, el aumento de la actividad científica se correspondió con un aumento del número de gasificadores en uso. El reciente incremento del interés científico no se ha traducido todavía en una gran actividad práctica y comercial. Las razones se analizan en el próximo capítulo de esta publicación.
Después de la doble crisis de los combustibles, de 1973 y 1979, se ha puesto en evidencia el efecto nocivo de los elevados costes, en continuo aumento, de los precios del petróleo, para la economía y los esfuerzos de progresos de los países en desarrollo importadores de petróleo. Como resultado de ella, se ha producido un aumento del interés por las fuentes nacionales de energías renovables, de las cuales, la biomasa, en forma de madera o de residuos agrícolas, es el más fácilmente disponible en muchos países en desarrollo.
Figura 1.1. Referencias sobré gasificación de madera en el Chemical Abstracts
Una característica del sistema energético de muchos países en desarrollo -en particular en zonas rurales- es que los motores de combustión interna se emplean mucho en instalaciones fijas, como las de producción de energía eléctrica y para el funcionamiento de bombas hidráulicas y fábricas. Tecnologías como la gasificación, que permiten la utilización en tales motores del combustible de la biomasa, tras de una preparación mínima, son, por lo tanto, de especial importancia.
En los países industrializados, los motores de combustión interna se emplean sobre todo para vehículos. La electricidad producida en grandes centrales eléctricas se utiliza para la mayoría de las instalaciones fijas.
Estas diferentes estructuras de los sistemas energéticos explican el que exista un interés bastante reducido en el mundo industrializado por el empleo de los gasificadores de biomasa para el funcionamiento de motores de combustión interna, mientras que varios países en desarrollo están introduciendo gasificadores pequeños de biomasa o están en el proceso de evaluar la tecnología.
Los gasificadores de carbón vegetal dominan la reintroducción actual de pequeños gasificadores para el funcionamiento de motores en los países en desarrollo. Ellos constituyen la base de los sistemas empleados en el programa de Filipinas y en Brasil, véase (5). Gran parte de la investigación y desarrolla nacional que se realiza en la actualidad en los países en desarrollo, se centra también en los gasificadores de carbón vegetal, teniendo en cuenta sus buenas perspectivas para una rápida comercialización.
Tal corno demuestra la Figura 1.2., el empleo de los gasificadores de carbón vegetal representa, sin embargo, mayores demandas sobre los recursos de biomasa, recursos que ya están en realidad excesivamente explotados en muchos países en desarrollo. Por otra parte, al menos algunos modelos de gasificadores de carbón vegetal, tienen menos probabilidad de causar trastornos operativos que los gasificadores de madera o los de residuos agrícolas. Esto se debe a que uno de los problemas potenciales de éstos últimos, el excesivo contenido de alquitrán en el gas, se elimina virtualmente al extraerse la mayoría de los productos volátiles en el proceso de producción del carbón vegetal.
No obstante, la experiencia de la Segunda Guerra Mundial demuestra que los gasificadores de madera diseñados adecuadamente, que funcionan dentro del alcance con que se proyectan y que utilizan combustibles según las especificaciones establecidas (que pueden diferir según el diseño), pueden dar un gas suficientemente libre de alquitrán para un funcionamiento sin problemas.
Uno de los objetivos de esta publicación es hacer que los que toman las decisiones sean más conscientes de las posibilidades de utilizar la gasificación de la madera como sustitutivo de la gasolina y el gasoil, sin un excesivo aumento de la demanda de recursos naturales.
En esta publicación se presenta un resumen de la tecnología de la gasificación y de las principales normas de diseño de los gasificadores de madera de tiro invertido, junto con alguna información sobre experiencias recientes de funcionamiento práctico y algunas evaluaciones económicas de esta técnica.
En el capitulo 2 se exponen las posibilidades de alimentar con gas de madera diferentes tipos de motores, la teoría de la gasificación de la madera, los combustibles para gasificación, los tipos de gasificadores y sus normas de diseño. No hay que considerar este capítulo como un manual completo de diseño de los gasificadores de madera de tipo invertido sino más bien como una guía para los que deseen determinar la conveniencia de un sistema determinado de gasificador para un motor específico. También se describen los riesgos sanitarios y ambientales relativos al uso del gas de madera.
En los capítulos 4 a 6 se analiza la economía del uso de los gasificadores de madera para distintas aplicaciones fijas. Estos capítulos incluyen también información sobre experiencias recientes de funcionamiento.
En el capítulo 3 se analiza el uso de los gasificadores para el funcionamiento de vehículos modernos, basándose en experiencias suecas recientes. Este capítulo pretende ayudar a evaluar la viabilidad de los gasificadores de madera para vehículos de carretera o tractores.
Aunque los resultados que se presentan en los capítulos 3 a 6 sólo son válidos, en sentido estricto, para las circunstancias específicas de los casos descritas, pueden ser también útiles como indicación de lo que puede esperarse en situaciones similares. La información puede adaptarse para aplicaciones cuyas condiciones de funcionamiento o circunstancias económicas sean diferentes.
En el último capítulo se analiza el futuro del gas de madera como combustible para motores, destacándose también la necesidad de una cooperación internacional continua en este campo.
El funcionamiento de los motores modernos de carácter fijo, de encendido por chispa o por compresión, con combustible de gasolina o gasoil, se caracteriza generalmente por su gran seguridad y por el pequeño esfuerzo del operario. En circunstancias normales el papel de éste se limita a repostar de combustible y al mantenimiento. Hay poca necesidad de acción y prácticamente no hay riesgo de mancharse. Arranque y funcionamiento pueden hacerse en realidad automáticamente.
Quien espere algo semejante del funcionamiento de motores con gas de madera, se verá frustrado. La preparación del sistema para el arranque puede exigir media hora o más. El combustible es voluminoso y difícil de manejar. Suele ser necesario repostar con frecuencia de combustible, lo que limita el tiempo en que puede funcionar el motor sin atenderlo. El encargarse de los residuos, como cenizas, hollín y condensados de alquitrán, exige mucho tiempo y es sucio.
Es un error corriente suponer que cualquier tipo de biomasa que entre por la abertura de la tapa de repostar, puede emplearse como combustible. Muchas de las dificultades operativas que encuentran los usuarios inexpertos de gasificadores obedecen al empleo de combustibles inadecuados. A fin de evitar la obturación del depósito de combustible, la reducción de potencia debida a fuertes pérdidas de presión o "gas débil", los bloques de escoria, alquitrán en el motor y daños al gasificador ocasionados por recalentamiento, es necesario en la mayoría de los modelos, mantener las características del combustible dentro de unos márgenes bastante estrechos. Esto no constituye necesariamente una limitación superior a la de tener que utilizar gasolina "super" para los motores de encendido por chispa de alta compresión, en lugar de gasolina "normal" o de gasoil. Pero en el caso del funcionamiento de un gasificador, la responsabilidad del control de la calidad del combustible depende sobre todo del operario. La necesidad de unas normas estrictas sobre el combustible está bien demostrada por las experiencias recogidas de la Segunda Guerra Mundial (43). Es lamentable que algunas empresas comerciales, con poca experiencia práctica, pero que tratan de aprovechar el renovado interés por la gasificación, hayan anunciado la posibilidad de utilizar casi cualquier tipo de biomasa, incluso con gasificadores que sólo funcionarán bien con combustibles que cumplan unas normas bastante estrictas. Esto ha creado en algunos casos expectativas ilusorias y ha ocasionado frustraciones con la tecnología.
El funcionamiento de motores con gas de madera puede ser también peligroso si el operario no cumple las normas de seguridad o descuida el mantenimiento del sistema. Los accidentes por envenenamiento, explosiones y fuegos, han sido ocasionados por proyectos poco seguros o por el manejo descuidado de los equipos. Es de suponer que las instalaciones modernas están proyectadas de acuerdo con las mejores normas de seguridad pero sigue siendo necesario manejar los equipos de manera responsable.
Finalmente, hay que comprender que la tecnología actual se basa generalmente en diseños de mediados de los años 40. Sólo algunas personas han mantenido un conocimiento práctico detallado del diseño, de la selección del material y de los sistemas de funcionamiento y mantenimiento. Muchos de los fabricantes actualmente en actividad no tienen acceso a la experiencia de tales personas y basan sus proyectos en la información disponible en la bibliografía y en experiencias recientes, comparativamente limitadas. Se han registrado algunas mejoras de la tecnología, por ejemplo en el diseño de los filtros, a base de nuevos materiales, pero la experiencia práctica operativa con estos sistemas perfeccionados es aún limitada. Una consecuencia de ello es que, durante el primer periodo de reintroducción de los gasificadores de madera, se producirán averías de los equipos, ocasionadas por errares de diseño, elección de materiales inapropiados o instrucciones incompletas para los usuarios sobre su funcionamiento y mantenimiento.
Los informes sobre dificultades operativas que se presentan en esta publicación y en otras fuentes, deben valorarse teniendo esto en cuenta. Es de suponer con cierta seguridad, que las instalaciones de la segunda generación ofrecerán mejores resultados.
Los interesados en esta tecnología deben aceptar que exige el trabajo duro de un operario responsable, que soporte tener las manos sucias, y que esta tecnología no es todavía perfecta. Pero, tal como se demuestra, es útil y económica en muchas aplicaciones, a pesar de sus inconvenientes.
