BRIQUETAS DE ASERRIN I.- Concepto de Briqueta Las briquetas o bloque sólido, son bio-combustibles para generar calor utilizados en estufas, chimeneas, salamandras, hornos y calderas. Es un producto 80 % ecológico y renovable, catalogado como bio-energía sólida, que viene en forma cilíndrica o de ladrillo y sustituye a la leña con muchas ventajas. El término "briqueta" es un término confuso porque puede estar fabricada con diversos materiales compactados. La materia prima de la briqueta puede ser biomasa forestal (procedente de aserraderos, fábricas de puertas, fábricas de muebles, fábricas de tableros de partículas, etc.), biomasa residual industrial, biomasa residual urbana, carbón vegetal o simplemente una mezcla de todas ellas. Generalmente están hechas con materia residual, como madera, cascarilla de arroz, bagazo de caña de azúcar, residuos de pulpa de papel, papel, cascara de coco, residuos de algodón, cartón, carbón, etc. Y se aglomeran con agua, aunque en algunos casos con otros residuos orgánicos. Estas leñas compactadas son utilizadas para calefacción, para cocinar y para uso industrial como ladrillos, cal, cemento, metalurgias, secadores, tostadores y demás procesos que consumen grandes cantidades de madera. II.- Composición de las briquetas La briqueta más utilizada es la leña de aserrín compactado, también conocida como leñetas, que no utilizan ningún tipo de aglomerante ya que la humedad y la propia lignina de la madera funcionan como pegamento natural. Son 100 % naturales y ecológicas, ya que están hechas de desperdicios forestales tales como el serrín, viruta, chips, ramas, restos de poda, raleo fino, etc. Los mismos son molidos, secados a un 10 % de humedad y luego se compactan para formar briquetas generalmente de formato cilíndrico o cuadrado. Esta leña de serrín compactado posee mayor poder calorífico que la leña tradicional, encienden más rápido, no desprenden humos ni olores y su uso evita la tala indiscriminada de árboles.
III.- Ventajas de las briquetas Ventajas del producto
Mayor poder calorífico que la leña Fácil y rápido encendido Baja humedad Alta densidad Ocupa menos espacio Limpias Homogéneas Fácil manipulación Sin olores, humos ni chispas Sin aglutinantes ni aditivos Menor porcentaje de cenizas 100 % ecológicas y naturales Ventajas ambientales Energía limpia no contaminante Fuente renovable Fabricados con restos forestales contribuye a la limpieza del medio ambiente 100% reciclado Natural, no tóxico Sin conservantes, químicos ni aditivos Producen poco humo Sin malos olores Menos ceniza CO2 neutro, lo que evita el efecto invernadero, cambio de clima y calentamiento global No genera impacto ambiental Ayuda a preservar el ambiente IV.- Forma, tamaño y color de una briqueta La forma de las briquetas puede ser muy variable y depende de la maquinaria utilizada en su obtención. Sin embargo, casi todas las briquetas fabricadas en la actualidad son de forma cilíndrica .Otra forma de las briquetas es la de sección octogonal, con un
hueco redondo en el centro. De esta manera se consigue una ignición más rápida; esto puede resultar ventajoso o perjudicial (dependiendo del objetivo buscado). Otra forma es la sección rectangular, ligeramente redondeada en las cuatro esquinas para así no desintegrarse con los golpes. Este tipo de briquetas arden más despacio pero se almacenan mucho mejor pues ocupan menos volumen a igualdad de peso que el tipo cilíndrico o el de prisma octogonal hueco. La casa Krupp , ofrece presas briquetadoras en las que la matriz final puede ser alterada con lo que la forma de la briqueta es muy variable, desde formas cilíndricas hasta prismas rectangulares ligeramente recortados en los bordes pasando por secciones que asemejan a varios cilindros unidos o varios prismas octogonales unidos. En la figura adjunta se observan mejor estas formas. Las briquetas de sección octogonal tienen una distancia entre dos caras opuestas de 62Mm. y un orificio interior central de diámetro igual a 15 mm. El largo es variable y depende del fabricante de la briqueta pues puede cortarla al largo que estime oportuno. Se procura que el aspecto de la briqueta sea lo más parecido al de la leña para que así en las chimeneas parezca que arda leña. Por ello se prefieren las briquetas cilíndricas. V.- Densidad de las briquetas Los factores que influyen en la densidad de la briqueta son de dos tipos: La materia prima empleada. Cuanto mayor sea la densidad de la materia prima mayor será la densidad del producto final. La presión ejercida por la prensa en el proceso de fabricación y el correcto diseño y manipulación de la misma. Las presiones de compactación son variables, dependiendo de la maquinaria empleada. Para determinar la densidad de Briquetas deben realizarse ensayos de laboratorio que son distintos en el caso de la briqueta. Para la briqueta (dado su mayor tamaño) basta con evaluar su masa (en una balanza) y su volumen (cálculos Ortiz L., Compactación de biomasa residual, en La biomasa como fuente de Energía y productos para la agricultura y la industria, CIEMAT, Madrid, 1989 geométricos) para obtener la densidad aproximada.4 VI.- Humedad de las briquetas La humedad de la briqueta es función de la forma en que se suministre el Producto. Como en el proceso de prensado que sufre la materia prima hasta convertirse en briqueta se suelen utilizar partículas secas (humedad menor del 12% base húmeda) y además en el mismo se seca aún más la partícula, al final la humedad de la briqueta resulta ser de una 8-10% a la salida de la prensa. Posteriormente puede ocurrir que: Se envasen varias briquetas en un plástico haciendo un paquete de 10 a 25 Kg. (los más usuales son los de 10Kg). Se vendan a granel. Esto suele ocurrir con los pellets y ocurre a veces con las briquetas.
Si son envasadas en plástico las briquetas ya no absorben más agua y su humedad sólo aumenta ligeramente. Si son vendidos a granel, como la madera que constituye las Briquetas es higroscópica, éstos pueden coger algo de agua y aumentar su humedad. Sin embargo durante el proceso de briquetado y paletizado aparece un calentamiento en la superficie lateral exterior que provoca un baquelizado de la briqueta. Este proceso origina que en el exterior de la briqueta aparezca una tina película plástica, de color más o menos negruzco, que impide la entrada fácil de agua en el interior del producto y, por tanto, que aumente fácilmente su humedad. Este dato es muy interesante, pues el poder calorífico de cualquier biocombustible forestal disminuye al aumentar la humedad del mismo. En nuestros ensayos de laboratorio hemos obtenido humedades entre el 7% (base húmeda) y el 12%; un valor medio ha sido el de 9,5%.5 VII.- Residuos como base de briquetas En el mundo, son millones las toneladas que se generan anualmente en biomasa forestal, producto de los procesos básicos que adelanta la industria maderera –tala en bosque, aserrío y fabricación de producto en planta– y que, en su mayoría, son consideradas desperdicios sin posibilidad de aprovechamiento. De hecho, y pese a los diferentes usos que ofrece este tipo de sobrante en segmentos como el de fertilizantes, cosméticos y productos farmacéuticos–según un informe de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación (FAO)– durante los tres procesos de transformación citados, un alto porcentaje de empresas en el mundo, no los recolecta ni utiliza. Así es como, durante las labores de tala, residuos como ramas, hojas y raíces son abandonadas en sitio, con el peligro que provoquen desastres naturales de grandes proporciones, incendios que anualmente arrasan con cientos de hectáreas de bosque en zonas donde las fuertes temperaturas en verano, convierten los desechos en combustible, como sucede específicamente en la Península Ibérica; incluso, afirma la FAO, que cerca de un 70 por ciento de los incendios podría evitarse con la recolección y el aprovechamiento de los sobrantes. En los aserraderos, por ejemplo, durante la transformación del tronco a tablas, según la FAO, únicamente un 30 por ciento del material se aprovecha como madera aserrada, lo que da como resultado entre un 70 o 60 por ciento del árbol talado, convertido en residuos como cortezas, virutas, lijaduras y pedazos de madera que se quedan en el bosque . VIII.- Mercados de las briquetas Las briquetas y pellets son fabricados y comercializados, principalmente, en Europa, Norteamérica y algunos países de Suramérica como Argentina, Uruguay, Paraguay, Chile y Brasil; lugares en los que esta industria ha logrado un desarrollo importante estimulado por sus consumos internos, pues las briquetas cumplen la función de generar energía calórica frente a las extremas condiciones de temperaturas que en la temporada de invierno, presentan estos lugares. La Comunidad Europea, por ejemplo, ha dado gran importancia y estimulado, durante los últimos 15 años, el consumo de briquetas y los beneficios que ofrecen como energía renovable, en la industria y el hogar; De allí que actualmente, exista una gran
demanda en los países productores citados y en los que la escasez del producto es frecuente; lo que ha convertido estos países destinos de mercado llamativo para los países que no pertenecen a la comunidad europea. Paralelamente, otros sectores que las demandan, alrededor del mundo, son las empresas que necesitan en sus equipos de producción, importantes cantidades de calor para alimentarlos, como las fábricas de ladrillo, cemento, cal, metales, vidrio, entre otras. A nivel mundial, presentaciones.
el mercado de briquetas las comercializa en diferentes
En Europa, como en Norteamérica es frecuente conseguirlas en forma cilíndrica; de prisma hexagonal; en forma octogonal –el tipo menos común y que tiene como característica especial un orificio para acelerar su combustión–; y de forma rectangular, con sus cuatro esquinas redondeadas para que, si impactan contra el suelo o tienen algún tipo de choque en su transporte, no se quiebren; estas últimas tienen también la ventaja de arder más despacio, razón por la cual son las más vendidas para uso casero, específicamente, al sur de América. IX.- Aserraderos La forma normal de industrializar y comercializar la madera proviene de aserraderos, en donde mediante máquinas y herramientas trozan la materia prima y producen elementos de las más variadas formas y tamaños dependiendo del requerimiento del cliente. García (2002) expresa que las instalaciones industriales donde se efectúa la elaboración de la madera en rollo para obtener madera aserrada, reciben el nombre de serrerías o aserraderos. En los aserraderos, aunque es recomendable que la operación de elaboración se complemente con la de secado en cámaras de los productos obtenidos, no tienen por qué incluir necesariamente esta última, por ello generalmente, los productos finales de aserrado, tablones, tablas, vigas y viguetas se venden con una humedad del 15 al 20 %. Egas (1998) expresa que existen un grupo de autores que consideran dos formas de expresar el rendimiento volumétrico: rendimiento volumétrico por surtidos y rendimiento volumétrico total. El primer indicador no es más que la relación entre el volumen de madera aserrada de un pedido específico o de una clase de calidad determinada y el volumen total de madera aserrada obtenida de una troza o grupo de trozas (ambos volúmenes en m3) expresado en porcentaje. El rendimiento volumétrico total caracteriza el nivel de utilización de la madera de la troza sin considerar las dimensiones ni la calidad de madera aserrada obtenida por lo que es un indicador importante pero no suficiente para caracterizar la eficiencia de conversión en un aserradero.
Igualmente existe otro grupo de autores que mencionan tres formas de expresar el rendimiento volumétrico: el % de conversión, el factor de conversión de madera aserrada y el factor de conversión cúbico. X.- Materia prima aserrín de madera El serrín o aserrín es el desperdicio del proceso de serrado de la madera, como el que se produce en un aserradero informalmente se le conoce de la misma manera como "colochos" por la forma ondulada que tienen. A este material, que en principio es un residuo o desecho de las labores de corte de la madera, se le han buscado destinos diferentes con el paso del tiempo. Dentro del campo de la carpintería se usa para fabricar tableros de madera aglomerada y de tablero de fibra de densidad media (DM). Ya fuera del campo de la carpintería ha sido usado durante mucho tiempo en el campo de la higiene para ser extendido en el suelo y mejorar la adherencia de este y facilitar su limpieza por ejemplo en negocios donde pueda ser habitual el derrame de líquidos en el suelo. Se ha usado también como cama o lecho para animales, bien en bruto o bien tras su procesado, siendo aglutinado y paletizado. En los últimos años ha aumentado su uso para la fabricación de pellets destinados a la alimentación de calderas de biomasa. XI.- Importancia de la briqueta La briqueta de aserrín es un producto amigable con el medio ambiente, capaz de resistir mucho más que otros productos calóricos, ideal para industrias, comercios, hogares, su uso permite una energía económica y renovable, ayuda a proteger el medio ambiente, fácilmente adaptable a cualquier fuente de generación de energía, no produce chispas peligrosas, por lo que es ideal para el uso en las industrias. Varios usos eficientes pueden hacerse con este producto. En el hogar puede ser de calefacción, estufas, cocinas, parrillas, barbacoas, en las industrias su uso es mucho más eficiente, especialmente para las calderas, porque necesitan generar energía y, como no expiden gases ni chispas, son mucho más seguras. Comparativamente la ventaja de su uso en las chimeneas es que no produce humo, y no suelta gases como el carbón. El valor calórico de la briqueta es prácticamente el doble que una leña normal; las leñas tienen 2.200 a 2.400 aproximadamente, y las briquetas tienen 4.500 a 5.000 de valor calórico, también la densidad del producto aumenta debido a que la compactación es mejor, no ensucian la mano y ocupan menos espacio. Sin lugar a dudas, la relación con la eficiencia económica que pueda tener un producto incide en la preferencia del mercado, más allá de la responsabilidad ambiental. En este sentido, la relación en economía entre carbón y leña, la briqueta estaría ganando debido a que en una presentación de 10 kilos, por ejemplo, estaría llegando al cliente final a G. 15 mil y rinde mucho más que el carbón. XII.- Evolución de la industria Carbón y Briquetas
En la mayoría de los países, la leña consumida como fuente de energía primaria, por lo general es comercializada de manera informal, o bien apropiada directamente de los bosques, montes, o de la industria maderera (en forma de residuos). Esta característica, como resulta obvio suponer, margina a la leña de toda contabilidad o registro formal. Esto se observa claramente en los países con petróleo y petroleros tales como, por ejemplo, Argentina, Bolivia, Ecuador y Venezuela, pero también en países con abundancia de recursos forestales como todavía Paraguay. Paraguay es uno de los países en América Latina cuya población presenta un alto porcentaje de consumo de leña y carbón. En efecto, la biomasa juega un rol muy importante en la matriz energética del país. En 2002, el Censo de Población y Vivienda registraba que el 34,60% del total de las viviendas utilizaban leña; 10% en residencias urbanas y 70% en áreas rurales. Además 70% del consumo industrial de energía provenía de la leña o de los residuos vegetales. En el año 2002, entre el 57% y 72% del consumo final de energía correspondía a la energía primaria, en lo fundamental leña . La leña, junto con el carbón y el GLP, suman el 84% del consumo energético del sector residencial y comercial (PULFER, 2005). Son destinados principalmente a la cocción de alimentos y en el caso de los comercios y las pequeñas industrias a diferentes procesos térmicos, muchas veces vinculados con la elaboración o transformación de alimentos. En proporción muy inferior los mencionados combustibles son utilizados para la calefacción de las viviendas. XIII.- Procedimiento Las briquetas fueron preparadas usando residuos de madera (aserrín de pino blanco) de partícula fina. El residuo de madera se seca hasta aprox. un 6% de contenido de humedad antes de ser procesado; luego se procede a molerlo hasta formar harina de madera la cual es introducida en la briquetadora, junto con los otros ingredientes, comprimiéndolo manualmente con una masa como se muestra en la foto a continuación. Los elementos utilizados fueron: horno eléctrico a 105 ºC, Mufla eléctrica y Balanza de precisión marca Mettler P1210 de 0,01 gr de apreciación, de procedencia Suiza, capacidad: 12000 gr. Se midieron 500 ml de este aserrín en un vaso de precipitados, de la misma forma, se midieron unos 300 ml de aglomerante (almidón de mandioca) y agua a discreción. El almidón de mandioca es un elemento de consumo muy difundido en la región por sus cualidades culinarias. Se mezcló estos ingredientes hasta obtener una masa homogénea.
A
continuación se introdujo la mezcla dentro de un tubo de PVC de 31,5 cm de largo y 45,5 mm de diámetro interior, con separadores internos de plástico cada 10 cm aproximadamente. Se compactó la muestra dentro del tubo ejerciendo presión, La compactación del material se consiguió mediante el golpeteo, producido sobre la mezcla, por un pistón accionado manualmente, escurriéndose el resto del agua y dando lugar a cilindros cuyas dimensiones fueron de 10 cm de largo por 45 mm de base, aproximadamente. Se lograron 8 tandas de carga de la briquetera, que constituyeron unas 24 briquetas. Análisis Inmediato El análisis inmediato es un ensayo rápido que permite predecir el comportamiento de un combustible en ciertos casos. Se trata de una simple separación de los compuestos del combustible en función de sus diferentes volatilidades, proporcionando los contenidos en peso de las fracciones de cenizas, materias volátiles y carbono fijo. Se consultaron las normas IRAM 17.005 carbones y coque. Después de desmoldadas las muestras, se pesó (peso húmedo) una cantidad determinada, para obtener su peso verde o inicial. Luego se lleva la muestra a horno eléctrico a 105 ºC por aproximadamente 24 hs. para obtener su peso libre de agua. Con estos valores se pudo calcular el contenido de humedad de la muestra con la fórmula de diferencia de peso .
Donde: CH: contenido de humedad de la muestra P.inicial: peso húmedo
P.seco: peso final después de 24 hs. en estufa a 105ºC Valor hallado:
CH = 12,3 %
Las materias volátiles son desprendimientos gaseosos de la materia orgánica durante el calentamiento exigido por la norma (ASTM 3175, ISO 562) y están constituidas por hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuros de hidrógeno, metano, amoníaco, benceno, naftaleno, tolueno y vapores alquitranes. La muestra se llevó a mufla eléctrica a 550ºC (p550) hasta peso constante y luego calcinación a 780 ºC (p780) . Como regla general se puede afirmar que carbones con alto contenido de volátiles combustionan mas fácilmente y con llama larga. Valor hallado:
MV = 60,9 %
Las cenizas, si la combustión ha sido completa, son exclusivamente inorgánicas. Su conocimiento es importante ya que forma depósito en las paredes de los hornos y normalmente cuando están en gran cantidad se deben extraer del carbón. El porcentaje de cenizas indica la cantidad de materia sólida no combustible por kilogramo de material. Las cenizas reducen el poder calorífico del combustible y el rendimiento térmico de un horno por interferir en la transferencia de calor; además, su eliminación de los hogares de combustión supone un encarecimiento del proceso. En este estudio la muestra seca, luego de haber pasado por la mufla a 550 ºC, se dejo enfriar en desecador, y luego se registro el peso (cenizas). Valor hallado: CEN = 1,9 % El carbono fijo es la parte que no es volátil y que quema en estado sólido. Se encuentra en el residuo de coque que queda en el crisol luego de determinadas las materias volátiles. Si a este residuo se le restan las cenizas se obtiene el carbono fijo, por lo que generalmente el porcentaje de carbono fijo no se obtiene pesando el residuo, sino por diferencia una vez conocidas la humedad, las cenizas y las materias volátiles. Es importante para calcular la eficiencia en equipos de combustión. CF + CEN + MV = SS o ST Sólidos secos o sólidos totales = 100 % 37,2 % + 1, 9 % + 60, 9 % = 100 % = SS La muestra tenia 12,3 % de contenido de humedad, o se que: 12, 3% + 87,7% de sólidos secos o sólidos totales = 100% En la observación de estos resultados del análisis inmediato podemos verificar un bajo contenido de cenizas, dato importante a tener en cuenta para su utilización como fuente de energía directa, ya que un alto contenido en materia inorgánica disminuye el poder calorífico (Raveendran, K. y Ganesh, A. 1996), además de limitar otras aplicaciones como materia prima para otros procesos (metalurgia o preparación de carbones activos) Las briquetas obtenidas se han preparado a temperaturas de 780ºC con tiempo de carbonización de 2 horas aproximadamente.
CONCLUSIONES La fabricación de briquetas a partir de residuos forestales procedente de carpinterías y aserraderos constituye una importante fuente energética y contribuye positivamente al cuidado del medio ambiente y desarrollo sostenible de la región. Esta primera experiencia permitió obtener briquetas con bajo contenido de cenizas y bajo de contenido de humedad, lo que evita la generación de polvo, evita el retraso en el encendido del carbón, y permite pensar en la continuidad de los ensayos para optimizar la producción y constituir una actividad rentable en la medida de lograr un producto de calidad. La información requerida para la valoración energética de las briquetas fabricadas pudo constatarse con la aplicación de una ecuación sencilla que permitió calcular el poder calorífico a partir del análisis inmediato. No se realizaron pruebas de friabilidad∗ ya que las muestras obtenidas resultaron con una buena compactación y tampoco se realizó el análisis elemental (% C, % H, % N y % O), lo que se podría realizar en etapas siguientes y con el instrumental necesario. Considerando que la materia prima de este producto logrado tiene un contenido de humedad entre 8 a 12 %, obteniendo una eficiencia energética de 4672,45 Kcal/kg como poder calorífico superior, en consecuencia la combustión de briquetas contribuye a disminuir las concentraciones de CO2, SOx y NOx causantes del efecto invernadero y el cambio climático. La fabricación de estos combustibles sólidos contribuye a solucionar varios problemas de la región Nordeste, por un lado reutilizar la inmensa cantidad de desechos madereros que se acumulan en grandes espacios al aire libre, linderos a los aserraderos y brindar a la comunidad un combustible alternativo principalmente a las poblaciones rurales que viven alejadas de los centros de provisión de combustibles convencionales.
“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”
CURSO: TECNOLOGIA FORESTAL
ALUMNO: MEZA RODRIGUEZ ALIVER
PROFESOR: MIGUEL CASTRO, LEONIDAS
TEMA: BRIQUETAS DE ASERRIN
28 de mayo del 2014