N3 Avanzado · Lección 6 de 8 · 40 min

Alquitranes: el problema que decide si un gasificador funciona

Conversión termoquímica de la biomasa

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Definir los alquitranes y clasificarlos en primarios, secundarios y terciarios.
Comparar los niveles de alquitrán de los principales tipos de gasificador con la tolerancia de los equipos de uso final.
Calcular la eficiencia de limpieza necesaria y la masa de alquitrán que hay que gestionar.

Conviene saber antes

Lección «Gasificación: reacciones, relación de equivalencia y límites del equilibrio».

Los alquitranes son los compuestos orgánicos condensables del gas de gasificación. No tienen una definición química única: Milne, Evans y Abatzoglou (1998) advierten que los valores publicados varían en dos órdenes de magnitud en parte por las distintas definiciones de «alquitrán», por las condiciones de muestreo y por el tratamiento de los condensados antes del análisis.

Según esa revisión, los alquitranes evolucionan con la severidad térmica: primarios (oxigenados, derivados directos de la celulosa, la hemicelulosa y la lignina), secundarios (fenoles y olefinas) y terciarios (aromáticos poliaromáticos más estables). Los gasificadores de corriente ascendente producen sobre todo alquitranes primarios; los de corriente descendente, casi exclusivamente terciarios; los lechos fluidizados, una mezcla de secundarios y terciarios. Su cantidad depende sobre todo del diseño del gasificador y de cómo recorren los volátiles las zonas calientes (Basu, 2018). Los modelos de equilibrio, útiles para la composición del gas, no predicen el alquitrán, que es un producto cinético: hacen falta modelos cinéticos o de dinámica de fluidos computacional (Puig-Arnavat et al., 2010; Ibrahim, 2025).

Figura 1Alquitrán en el gas bruto según el tipo de gasificador (g/Nm³, escala logarítmica)

Como generalización «muy cruda», Milne et al. (1998) sitúan el updraft en ≈100 g/Nm³, el lecho fluidizado en ≈10 y el downdraft en ≈1 g/Nm³: dos órdenes de magnitud entre el más sucio y el más limpio.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Alquitrán en el gas bruto según el tipo de gasificador (g/Nm³, escala logarítmica)
Gasificador	Mínimo	Máximo
Corriente ascendente (updraft)	1	160
Lecho fluidizado y circulante	0,32	195
Corriente descendente (downdraft)	0,01	5

Fuente: Milne, Evans y Abatzoglou (1998), NREL/TP-570-25357, Tabla 3.1 (pp. 15–17) y texto de la p. 14. Mínimo y máximo de los valores en g/Nm³ que la tabla recoge de distintos autores, con definiciones de «alquitrán» y condiciones diferentes (el máximo de los lechos fluidizados corresponde a un gasificador con solo vapor); no son límites de diseño.

Tabla 1 Niveles típicos de alquitrán y tolerancia de motores
Concepto	Valor	Fuente
Promedio en gasificadores de corriente ascendente	≈50 g/Nm³	Milne et al. (1998), p. 14
Promedio en lechos fluidizados y circulantes	≈10 g/Nm³	Milne et al. (1998), p. 14
Corriente descendente bien operado	< 1 g/Nm³ (en operación comercial rutinaria, a menudo más)	Milne et al. (1998), p. 14
Motores de encendido por chispa y diésel	de 10 a 100 mg/Nm³ según el autor; «preferiblemente 50 mg/Nm³»	Milne et al. (1998), Tabla 5.1

Fuente: Milne, Evans y Abatzoglou (1998), NREL/TP-570-25357.

\eta_{limp} = 1 - \frac{c_{salida}}{c_{entrada}} \qquad \dot m_{alq} = \dot V_{gas}\,(c_{entrada} - c_{salida})

Eficiencia de remoción de alquitranes necesaria y masa de alquitrán retenida por hora.

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$\eta_{limp}$	eficiencia de limpieza	fracción
$c$	concentración de alquitrán	g/Nm³
$\dot V_{gas}$	caudal de gas	Nm³/h
$\dot m_{alq}$	alquitrán retenido	g/h

Ejemplo resuelto 1

¿Cuánto hay que limpiar el gas para un motor?

Un gasificador de corriente descendente entrega 1 g/Nm³ de alquitrán y otro de corriente ascendente 50 g/Nm³ (valores típicos de Milne et al., 1998). ¿Qué eficiencia de limpieza necesita cada uno para llegar a 50 mg/Nm³?

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$c_{down}, c_{up}$	1; 50	g/Nm³	Milne et al. (1998), p. 14
$c_{motor}$	0,05	g/Nm³	Milne et al. (1998), Tabla 5.1 («preferiblemente 50 mg/Nm³»)

Corriente descendente.
$\eta = 1 - \frac{0{,}05}{1} = 0{,}950$
Corriente ascendente.
$\eta = 1 - \frac{0{,}05}{50} = 0{,}9990$

Resultado

\eta_{down} = 95\ \%;\quad \eta_{up} = 99{,}9\ \%

Interpretación: Pasar de 95 % a 99,9 % de eficiencia no es un 5 % más de esfuerzo: es reducir lo que escapa de 1 parte en 20 a 1 en 1000. Por eso los gasificadores de corriente ascendente se usan para quemar el gas en hornos, no en motores.

Ejemplo resuelto 2

El alquitrán que hay que gestionar en una planta pequeña

Con el volumen de gas de la lección anterior (≈2,21 Nm³/kg) y un consumo supuesto de 100 kg/h de madera, ¿cuánto alquitrán por hora retiene la limpieza de un downdraft que baja de 1 g/Nm³ a 0,05 g/Nm³?

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$V_{gas}$	2,21	Nm³/kg	lección anterior (derivado con supuestos)
$\dot m_{comb}$	100	kg/h	supuesto
$c_{entrada}, c_{salida}$	1; 0,05	g/Nm³	Milne et al. (1998)

Caudal de gas.
$\dot V = 100 \times 2{,}21 = 221\ \mathrm{Nm^3/h}$
Alquitrán retenido.
$\dot m = 221 \times (1 - 0{,}05) = 210\ \mathrm{g/h}$

Resultado

\dot m_{alq} \approx 5{,}0\ \mathrm{kg/d}

Interpretación: Unos kilogramos al día de un residuo orgánico tóxico, mezclado con el agua de lavado si la limpieza es húmeda: su tratamiento es parte del costo y del permiso ambiental del proyecto.

Hipótesis contrastadas

¿Basta con elegir un gasificador de corriente descendente para resolver el problema de los alquitranes?

H1 Sí: es el diseño más limpio y entrega menos de 1 g/Nm³.
Evidencia a favor
- Milne et al. (1998): operado según especificaciones, produce el gas más limpio, típicamente < 1 g/Nm³, con alquitranes casi exclusivamente terciarios.
Evidencia en contra
- La misma revisión advierte que en operación comercial rutinaria los downdraft a menudo superan 1 g/Nm³.
- Aun con 1 g/Nm³, un motor necesita una limpieza de ≈95 % para llegar a 50 mg/Nm³ (ejemplo de la lección).
- Los alquitranes terciarios son los más estables y difíciles de craquear (Milne et al., 1998; Han y Kim, 2008, revisan los métodos de reducción).
Fuentes: Milne et al. (1998); Han y Kim (2008)
H2 No: el diseño reduce el problema, pero el resultado depende de la operación (humedad, tamaño de partícula, carga) y siempre exige limpieza del gas para motores.
Evidencia a favor
- Los valores de alquitrán dependen del combustible y de la operación, y los publicados varían dos órdenes de magnitud dentro de un mismo tipo (Milne et al., 1998).
Evidencia en contra
- Para usos de quema directa en hornos o calderas, el alquitrán puede quemarse con el gas y la limpieza exigente no es necesaria.
Fuentes: Milne et al. (1998)

Certeza alta

Conclusión: Sobrevive la segunda, con certeza alta: el tipo de gasificador fija el orden de magnitud, la operación fija el valor real, y el uso final fija la limpieza. Para cascarilla de arroz hay un riesgo adicional: su ceniza voluminosa y su baja densidad dificultan el flujo estable en lechos fijos de corriente descendente, lo que debe probarse antes de elegir el diseño.

Figura 2Tren de limpieza de gas de gasificación: ciclón, craqueo térmico o catalítico, lavador, filtro y motor

Ejercicios

Cálculo●○○
Un lecho fluidizado entrega 10 g/Nm³. ¿Qué eficiencia de limpieza necesita para 100 mg/Nm³ y para 10 mg/Nm³?
Ver la solución
100 mg/Nm³: 1 − 0,1/10 = 99 %. 10 mg/Nm³: 1 − 0,01/10 = 99,9 %.
Criterio●●○
Explica por qué un gasificador de corriente descendente produce sobre todo alquitranes terciarios.
Ver la solución
Porque los vapores de pirólisis atraviesan la zona de oxidación, la más caliente, antes de salir: la severidad térmica craquea los primarios y secundarios y deja los aromáticos más estables (terciarios), en menor cantidad total.
Caso●●●
Una oferta comercial promete «gas sin alquitrán» de cascarilla de arroz para un motor de 100 kW. Escribe cinco preguntas técnicas para el proveedor.
Ver la solución
1. ¿Qué protocolo de muestreo y análisis de alquitranes se usó y a qué concentración llega el gas en la entrada del motor? 2) ¿Con qué humedad y granulometría de cascarilla se midió y durante cuántas horas continuas? 3) ¿Cómo se maneja la ceniza (≈20 %) sin bloquear el lecho? 4) ¿Qué se hace con el agua de lavado y los condensados? 5) ¿Qué referencias de plantas con cascarilla en operación pueden visitarse?

Autoevaluación

¿Qué tipo de gasificador produce más alquitrán?
1. Corriente descendente
2. Corriente ascendente
3. Lecho fluidizado
4. Todos igual
Ver la respuesta
Respuesta: B. El updraft promedia ≈50 g/Nm³ según Milne et al. (1998).
¿Qué alquitranes predominan en un gasificador de corriente descendente?
1. Primarios
2. Secundarios
3. Terciarios
4. Ninguno
Ver la respuesta
Respuesta: C. Casi exclusivamente terciarios, por la alta severidad térmica.
¿Qué concentración de alquitrán consideran preferible para motores varias fuentes citadas por Milne et al.?
1. 5 g/Nm³
2. 1 g/Nm³
3. 50 mg/Nm³
4. 0,1 mg/Nm³
Ver la respuesta
Respuesta: C. Menos de 100 mg/Nm³ y preferiblemente 50 mg/Nm³.

Referencias

Milne, T. A., Evans, R. J., & Abatzoglou, N. (1998). Biomass gasifier «tars»: Their nature, formation, and conversion (NREL/TP-570-25357). National Renewable Energy Laboratory. https://doi.org/10.2172/3726
Han, J., & Kim, H. (2008). The reduction and control technology of tar during biomass gasification/pyrolysis: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(2), 397–416. https://doi.org/10.1016/j.rser.2006.07.015
Basu, P. (2018). Gasification theory. En Biomass gasification, pyrolysis and torrefaction: Practical design and theory (3.ª ed., pp. 211–262). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812992-0.00007-8
Puig-Arnavat, M., Bruno, J. C., & Coronas, A. (2010). Review and analysis of biomass gasification models. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(9), 2841–2851. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.030
Ibrahim, A. (2025). New thermodynamic equilibrium and computational fluid dynamics approaches for modelling biomass gasifiers [Tesis doctoral, Durham University]. https://etheses.durham.ac.uk/id/eprint/16243/

Para profundizar

Milne, Evans y Abatzoglou (1998), NREL. — La revisión clásica sobre la naturaleza, formación y conversión de los alquitranes, con tablas de niveles por tipo de gasificador y de tolerancias de equipos.
Han y Kim (2008), Renewable and Sustainable Energy Reviews. — Revisa las tecnologías de reducción de alquitranes: medidas primarias en el gasificador y secundarias (craqueo térmico y catalítico, lavado, filtración).

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Alquitranes: el problema que decide si un gasificador funciona (Versión 2026-10) [Lección del curso «Conversión termoquímica de la biomasa»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/conversion-termoquimica/alquitranes-y-limpieza-de-gas/

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