Taller de Briquetas Combustibles ConEIQ 2018 by Evandreas

Taller de Ejercicios de Briquetas 10/10/18

Taller de Ejercicios de Briquetas Problema NÂ°3

Correos: eva.soto@usach.cl o esoto@upla.cl

Problema 3 Usted dispone de un residuo orgĂĄnico, debe producir 2 toneladas al mes, compare su producto: pellets o briquetas, establezca la capacidad calorĂfica, determine o estime emisiones por cada kilogramo de su producto a combustionar. Presente consideraciones y/o suposiciones. Indique mezclas con el ligante. Valores que desconozca pregunte a profesora del curso.

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Para la elaboración de Briquetas combustibles, se requiere un residuo orgánico, junto con un elemento ligante, que aglutine y contribuya a mantener la forma del producto. Si tiene 2 toneladas al mes, debe contener un % en masa de ligante del 10 al 20%, el resto es el residuo vegetal. Puede ser el ligante: restos de nopal, aloe vera, ágave u otra resina que permita aglutinar y contribuir en términos de forma y aporte de carbono. Por ejemplo si se selecciona una mezcla de 10% p/p de ligante y 90% de residuo vegetal. Elemento

Contenido

%p/p

Masa, ton

Residuo Vegetal

Cáscaras de Zanahoria

0,9*2 = 1,8

Ligante

Aloe Vera

0,1*2 = 0,2

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Por lo general las briquetas tienen una masa total de 20 a 200 gramos, dependiendo de la forma geométrica y de la capacidad de cohesión y resistencia. Se seleccionan briquetas de 20 gramos cada una, sino hay pérdidas al mes produciríamos: 2 ton = 2.000 kg 2.000 kg = 2.000.000 g N° Briquetas 2.000.000/20 = 100.000 briquetas al mes La idea es determinar la capacidad calorífica de ellas. Hay dos principales opciones para determinar dicho parámetro. El uso de un calorímetro o bien correlaciones de probada validez con combustibles sólidos.

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La calorimetría es una prueba fundamental en la producción o utilización de combustibles sólidos o líquidos. Una de las pruebas más importantes para evaluar materiales para quemar, como son los combustibles, es la determinación del poder calorífico. Estas mediciones se realizan con las Bombas Calorimétricas. La Bomba Calorimétrica, "TBCF", es un dispositivo clásico utilizado para determinar el poder calorífico de muestras de combustible sólido y líquido a un volumen constante. Quema una muestra de combustible y transfiere el calor a una masa de agua conocida. El poder calorífico puede calcularse a partir del peso de la muestra de combustible y el aumento de temperatura del agua. El poder calorífico obtenido en un ensayo con bomba calorimétrica representa el calor de combustión bruto por unidad de masa de la muestra de combustible. Este es el calor producido cuando se quema la muestra más el calor cedido cuando se condensa el vapor de agua recién formado y se enfría a la temperatura de la bomba.

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La determinación de los poderes caloríficos es extremadamente importante; los combustibles se encuentran entre las mayores materias primas del mundo por su poder calorífico. El objetivo del estudio con la Bomba Calorimétrica (imagen) es obtener un mejor entendimiento de los principios de funcionamiento de la bomba calorimétrica y también averiguar los poderes caloríficos brutos de distintos tipos de combustibles.

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A falta de calorĂmetro estĂĄn las correlaciones una de ellas es la de: Jigisha Parikh et.al, 2006

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Para el cálculo de Factores de emisión, también hay literatura al respecto, pero ojo no necesariamente las condiciones y los residuos son idénticos a los chilenos.

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El Carbono Fijo (el que es “combustionable”) es función del % de carbono (C) en la briqueta y de los sólidos volátiles presentes (Sv)

Para determinar el % de carbono (C) se requiere el análisis proximal de la briqueta, sino se debe estimar en función de los hidratos de carbonos presentes, por ejemplo de la tabla de composición de los alimentos.

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Hidratos de carbonos presentes, por ejemplo de la tabla de composiciรณn de los alimentos. Ademรกs es indispensable contar con una aproximaciรณn del almidรณn presente, glucosa, fructosa, etc. y de cada uno de esos elementos se sacan % y luego los aportes de carbono en cada uno de ellos para obtener un ponderado de la muestra. Por ejemplo: La zanahoria tiene 7 g de hidratos de carbono por 100 gramos de muestra,

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https://alimentos.org.es/carbohidratos-zanahoria

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Por ejemplo: La zanahoria tiene 7 g de hidratos de carbono por 100 gramos de muestra, Tomamos la composiciĂłn de la tabla, establecemos % de cada componente. Y cada uno de ellos tiene un % de carbono. Glucosa C6H12O6: ((12*6)/180)*100 = 40% Lo mismo para cada componente Si tenemos 7 gramos de Zanahoria, este tiene (%glucosa en la zanahoria/100)*(%carbono en la glucosa/100)*Masa Zanahoria + (%sacarosa en la zanahoria/100)*(%carbono en la sacarosa/100)*Masa Zanahoria y asĂ sucesivamente.

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Para efecto del problema tomamos un valor estimado de % de carbono del ligante y del residuo, para seguir calculando los otros elementos de las correlaciones. AdemĂĄs del % de carbono, se requiere conocer la humedad y luego los volĂĄtiles, estos Ăşltimos se hacen sin mayor problema en el laboratorio, usando estufa y mufla, respectivamente. Con las disposiciones de seguridad atingentes en cada caso.

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El Carbono Fijo (FC) y Sรณlidos volรกtiles (Sv)

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% CARBONO %P/P %CARBONO HUMEDAD MASA CARBONO HUMEDAD VEGETAL

9,9

11,7

LIGANTE

0,7

1,8

TOTAL

10,6

13,5

Tabla para 20 gramos, equivalente a una briqueta. Con la composiciรณn en carbono y la humedad de los elementos, se obtienen los valores presentados en la tabla. % de carbono en la briqueta = (10,6/20)*100 = 53% % de humedad en la briqueta = (13,5/20)*100 = 67,5%

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Por indicaciĂłn del problema, se precisa que se volatiliza el 80%, cabe seĂąalar que esto debe hacerse con los valores reales, luego del trabajo experimental en laboratorio. De la humedad el 80% se volatiliza, es decir, (80/100)*13,5 = 10,8 g En % equivale a (10,8/20)*100 = 54%

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Con C = 53 y Sv = 54 FC = 44,63 Con FC y Sv se calcula T y con ello el poder calorĂfico HHV se expresa en kJ/kg

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C = 53 Sv = 54 FC = 44,63 T = 98,63 Luego HHV es igual a 20056,7 (kJ/kg), es decir 20 (MJ/kg), es decir cada briqueta de 20 gramos aportará: 0,4 (MJ) 20

gramos

0,02

kilogramos

401,134

0,401134

La leña tiene 11,45 (MJ/kg) con un 33% de humedad http://dataset.cne.cl/Energia_Abierta/Estudios/Minerg/MEDICI%C3%93N%20DEL% 20CONSUMO%20NACIONAL%20DE%20LE%C3%91A%20Y%20OTROS%20COMBUSTIBL ES%20S%C3%93LIDOS%20DERIVADOS%20DE%20LA%20MADERA.pdf

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Factores de emisión aproximados para briquetas en base a residuos vegetales, expresado en g/kg Briqueta MP 10 MP 2,5 NOX SOX CO COV

28 30 0,8 0,1 390 180

 http://www.declaracionemision.cl/documentos/2502681e05202ed19008ee5af6084c40.p df  http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2014/08/7.-Reduccio%CC%81n-deemisiones-Osorno.pdf

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Cada briqueta de 20 gramos quemada en estufa, bosca u otro aparato, generarĂa esos gramos de cada contaminante por 1 de ellas. MP 10

0,56

MP 2,5

0,6

NOX

0,016

SOX

0,002

7,8

COV

3,6

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