Las mediciones de radar pueden mejorar significativamente una tecnología clave para las industrias energética y manufacturera

Los lechos fluidizados se utilizan en diversas industrias y juegan un papel importante en la transición a la energía verde y en la producción de alimentos y medicinas. Sin embargo, el proceso de lecho fluidizado es extremadamente complejo y, debido a la falta de técnicas de medición efectivas, sigue siendo en gran parte desconocido.

Ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han desarrollado una técnica de radar de alta frecuencia que puede medir con precisión lo que sucede dentro de un lecho fluidizado con una precisión sin igual. Este avance podría conducir a procesos completamente nuevos y más eficientes en varias industrias, incluida la conversión de energía. El trabajo fue publicado en la revista Combustible.

La combustión en lecho fluidizado es una de las principales tecnologías utilizadas en las centrales térmicas del mundo. Esta tecnología convierte combustibles sólidos como la biomasa y los residuos en calefacción urbana y electricidad. La tecnología de fluidización también es fundamental para muchos otros procesos que se espera que desempeñen un papel importante en la transformación de los sistemas energéticos y los flujos circulares de recursos, como la captura de carbono, el almacenamiento de energía y la producción de hidrógeno y otros combustibles libres de fósiles.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han desarrollado una técnica de radar capaz de caracterizar en detalle el flujo de sólidos en lechos fluidizados, cuya falta está frenando el desarrollo de estos procesos.

Los lechos fluidizados ya son la tecnología más efectiva para convertir biocombustibles sólidos en energía. Esta tecnología asegura una tasa de combustión eficiente y constante a medida que las partículas sólidas asumen un estado líquido, lo que ayuda a distribuir el calor de manera uniforme en toda la cámara de combustión. En resumen, la tecnología de fluidización se basa en soplar gas a través de un lecho de pequeñas partículas similares a la arena en un reactor para que estas partículas sólidas, el combustible y el gas se mezclen completamente.

Como una tormenta de arena y un incendio forestal en uno

Para lograr una eficiencia aún mayor en este proceso, debe poder comprender y controlar el comportamiento de las partículas en la mezcla. Pero el entorno del reactor a menudo es caliente, sucio y corrosivo, como una tormenta de arena y un fuego, todo en uno, lo que hace imposible cualquier tipo de medición y, por lo tanto, limita nuestra comprensión de lo que realmente sucede dentro del reactor.

La nueva solución de los investigadores de Chalmers a este problema es una técnica de radar de muy alta frecuencia que puede medir flujos de partículas en lechos fluidizados con una precisión sin igual. Inspirada en el radar Doppler pulsado utilizado para rastrear fenómenos meteorológicos como la lluvia o la nieve, la técnica se demostró por primera vez en el contexto de un lecho fluidizado. Se espera que este avance allane el camino para procesos nuevos y más eficientes en muchas industrias.

“El uso del radar de terahercios de alta frecuencia demostrado en nuestra investigación tiene el potencial de revolucionar la forma en que se diseña y utiliza la tecnología de lecho fluido en una amplia variedad de sectores industriales, desde la conversión de energía hasta la producción de alimentos y productos farmacéuticos. muy pocas demostraciones del uso de la técnica de radar pulso-Doppler en frecuencias de onda submilimétricas, y esta es la primera vez que se utiliza para realizar mediciones en lecho fluidizado”, dice Diana Carolina Guío Pérez, investigadora de tecnologías energéticas en Chalmers.

Precisión de medición sin igual

Si bien las técnicas de medición utilizadas en lechos fluidizados tienden a tener baja resolución, producen resultados difíciles de interpretar o causan perturbaciones en el flujo, la técnica de radar de terahercios de alta frecuencia de los investigadores de Chalmers puede penetrar el reactor desde el exterior y medir el comportamiento de las partículas en su interior sin perturbar el flujo. La tecnología de radar también puede medir la velocidad y la concentración de partículas simultáneamente con alta precisión y alta resolución en el tiempo y el espacio. Esto significa que incluso los cambios mínimos en el flujo pueden detectarse en tiempo real, lo cual es importante para monitorear y controlar los procesos industriales.

El estudio de los investigadores demostró la técnica en la práctica por primera vez en una caldera de lecho fluidizado circulante de tres metros. Sus hallazgos mostraron que la calidad de las mediciones fue muy superior a la obtenida con métodos utilizados anteriormente en el campo.

“Hemos podido demostrar que la tecnología de radar de pulso Doppler con frecuencias de hasta 340 GHz puede medir tanto la distribución como la velocidad de las partículas en un reactor de proceso con una resolución mucho mayor que otras tecnologías. falta en este campo y permitirá mejorar y ampliar los reactores de proceso y, en el caso de la conversión de energía, reducir las emisiones de productos residuales indeseables”, dice Marlene Bonmann, postdoctorado en el Laboratorio de Terahercios y Ondas Milimétricas de Chalmers. Universidad de Tecnologia.

“El conocimiento que se puede obtener de nuestra técnica de radar de terahercios de alta frecuencia tiene el potencial de abrir nuevas vías en nuestra comprensión de los flujos sólidos en reactores de lecho fluidizado y otras unidades de manejo de sólidos. Por ejemplo, puede conducir a una operación mejorada y al diseño del reactor necesario para los procesos de conversión de lecho fluidizado existentes y completamente nuevos, como la captura y el almacenamiento de carbono, el almacenamiento de energía y el ciclo térmico”, dice Diana Carolina Guío Pérez.