AGLUTINATE

7/26/2019 AGLUTINATE

1/8

Recibido: enero/2002 Aprobado: junio/2002

Cen t r o Azc a r 29(4): 72-78, octubre-diciembre, 2002

Evaluacin de mezclas y aglutinantes

para la fabricacin de briquetas de

carbn de paja de caa

Regino Ramn lvarez Cancio-Bello, Carlos Romero Perdomo,Fernando Adrin Nodal Ordez, Eduardo Garca Noa, Universidad

Carlos Rafael Rodrguez de Cienfuegos

Se exponen los resultados de una investig acin referente al uso delcarbn de pa ja de caa como fuente a l ternat iva de energa en

aplicacio nes sociales, su mezcla con di ferentes tipos de aglut inantesy la compactacin de las mezclas en form a de bri quetas para su usoc o m o c o m b u s t i b l e . P a ra e l l o s e u t i l i z e l m to d o d e d i s e oexperimental parti endo de las propi edades a evaluar en las briquetasy se realizaron las mediciones y clculo s necesarios. Como resul tadosfundamentales se lograron evaluar varios t ipos de aglutinantes ydist intas mezclas, se determin la presin de compactacin y eld ime t ro ap rop iado de las b r ique tas , eva lundose tamb in lacomposi cin ms adecuada de las briquetas.

Palabras claves: Bri queta, agluti nante, mezcla, comb ust ibl e, carbn ,propiedades, evaluacin

Evaluation of mixtures and agglutin ants in th e manufactureof br iquettes of coal of sugar cane straw

This research expresses the results o f an inv estigation related to theuse of c oal of cane straw as an alternative sour ce of energy in sociala p p l i c a t i o n s , h o w w e l l i t b l e n d s w e l l w i t h d i f f e r e n t t y p e s o f agglutinants and the compaction of the mixture in form o f briquettesfor their use as fuel. The method of experimental design was usedtaking int o account t he properties of the bri quettes to be evaluated,an it was carried out the measurement and the required calculations.As fundam en tal results , i t was possible to eval uate several types ofagg lu t inan ts , d i f fe ren t types o f m ix tu re , i t was de te rmined thepressure compaction and the appropriate diameter of the briquettes.I t was a lso eva lua ted the mos t appropr ia te compos i t ion o f thebriquettes.

Key words: Br iquet te , agg lu t inant , mixes, fue l , coa l , propert ies ,evaluation


2/8

Cen t r o A zca r 4 /2 002

INTRODUCCIN

En Cuba, el descenso significativo de la impor-tacin de combustibles para la coccin de losalimentos ha provocado que la poblacin y lasentidades enfrenten esta escasez mediante la ex-

plotacin indiscriminada del fondo verde, con laconsecuente afectacin para el medio ambientey, en cierta medida, con el empleo de porta-dores energticos destinados a otros usos, comoel incremento del consumo de energa elctrica,lo cual ha creado dos problemas fundamenta-les: uno social, al haberse afectado sensiblemen-te el nivel de vida, y otro ambiental, ya que elfondo verde del pas est siendo sobre-explota-do en grado considerable, producido por el in-

cremento sensible del consumo de lea, agu-dizndose an ms la deforestacin.

En cada zafra azucarera se separan en los 875centros de acopio y de limpieza existentes en el

pas cerca de 6 millones de toneladas de resi-duos agrcolas caeros, como la paja de caa,de los cuales 4,3 millones se queman sin prove-cho en estos centros.

El potencial disponible de los residuos agrcolascaeros es de 4,3 millones de toneladas equiva-lentes a unos 700 mil toneladas de combustibleconvencional, que pudieran utilizarse una vez de-sarrolladas las tecnologas y equipos para sumanipulacin y consumo ms eficientes en losque actualmente trabajan diversas instituciones.Gran importancia tienen los trabajos de tecno-logas para la produccin de briquetas de paja ycarbn de paja de caa por su posible uso comocombustible para la coccin de alimentos.

La paja de caa transformada en carbn de pajade caa posee un alto valor calrico, el proble-ma consiste en determinar los parmetros pti-mos para la elaboracin de las briquetas de car-

bn de paja de caa con diferentes sistemasaglutinantes y mezclas, no existiendo an unatecnologa adecuada para la produccin de estas

briquetas para que puedan ser utilizadas comocombustible en diferentes aplicaciones, como

son hornillas domsticas, calentadores para po-llos, hornos de pequeas industrias, gasgenos, fra-guas, etctera.

Los recursos utilizados para la realizacin de estetrabajo fueron: prototipo de mezcladora, pren-sa hidrulica manual, dispositivo manual decompactacin, balanza de barra triple,dinammetro, hornilla eficiente, horno elctrico,termmetro, prensa hidrulica elctrica. Estos

implementos existen, una parte en la Universi-dad de Cienfuegos, y otra en talleres y laborato-rios de otros organismos.

Los mtodos usados fueron la investigacin ex-perimental, con el uso del diseo de experimen-tos, mtodos de procesamiento estadstico, tc-nicas de computacin y mtodos de anlisis eco-nmico.

MATERIALES Y MTODOS

Propiedades que se evaluaron

- Valor calrico.- Contenido de cenizas.- Desmoronabilidad hmeda.- Desmoronabilidad seca.- Resistencia a la compresin seca.

1) Densidad de la briqueta seca.

Factores que influyen en las propiedades de

las briquetas

Se definieron los factores que influyen sobre laspropiedades de las briquetas, como son:1) Tipos de aglutinantes.2) Composicin de la mezcla.3) Presin de compactacin.4) Dimetro de la briqueta.

1. Tipos de aglutinantes

Se utilizaron los aglutinantes siguientes: 1) Mielfinal; 2) Cachaza y 3) Arcilla.

2. Composicin de la mezcla

Considerando estudios precedentes que han uti-lizado aglutinantes similares se hicieron determi-nadas composiciones de mezclas para cada aglu-tinante. Se tuvieron en cuenta las composicionesempleadas, los resultados obtenidos en la eva-luacin de las propiedades y los factores influ-

yentes de las briquetas experimentales, as comoel uso racional de los aglutinantes, buscando lo-grar una composicin adecuada de la mezcla de


3/8

Cen t r o A zc a r 4 / 2 002

carbn de paja de caa y el sistema aglutinante. Lascomposiciones de mezclas para cada aglutinantefueron las que aparecen en las tablas 1, 2 y 3.

Tabla 1. Miel final

Tabla 2. Cachaza

Tabla 3. Arcilla

3. Presin de compactacin

Se seleccionaron las presiones de compactacinsiguientes:P

1= 14 MPa

P2= 17 MPa

P3= 20 MPa

4. Dimetro de la briqueta

Se seleccionaron 3 valores de dimetros debriquetas:

1) D1 = 27 mm2) D

2= 36 mm

3) D3

= 45 mm

Los mtodos para evaluar cada una de las pro-piedades se estudiaron de la forma siguiente:

1. Desmoronabilidad hmeda

Para evaluar la desmoronabilidad hmeda se pesuna briqueta sin secar, se dej caer desde una

altura de un metro y se determin su peso; esteprocedimiento se realiz tres veces consecutivasy con el peso final e inicial se determin la prdi-

da de peso, expresada en por ciento (%). Para pesarlas briquetas se utiliz una balanza de barra triple,de fabricacin mexicana, con un intervalo de me-dicin de 0 a 610 g y precisin de un gramo.

2. Desmoronabilidad seca

Para valorar la desmoronabilidad seca se pesuna briqueta seca, se dej caer desde una alturade un metro y se determin su peso. Este proce-dimiento se efectu tres veces consecutivas y conel peso final e inicial se determin la prdida de

peso, expresada en por ciento (%). El peso delas briquetas se determin mediante la balanzade barra triple caracterizada anteriormente.

3. Resistencia a la compresin seca

Para analizar la resistencia a la compresin delas briquetas secas se utiliz en el laboratorio deensayos mecnicos una prensa hidrulica elctri-ca de fabricacin japonesa, de la marca Maruto,con fuerza mxima de 20 t = 196 200 N; su pre-cisin es de 1 kg para cargas hasta 1 t = 9 810 N,la cual permite regular su fuerza mxima en 1 t= 9 810 N, 2 t = 19 620 N, 5 t = 49 050 N, 10 t= 98 100 N, y 20 t = 196 200 N, la que posee uncontrol de medicin mecnico para realizar me-diciones de fuerzas de compresin.

4. Densidad de la briqueta seca

Para determinar la densidad de la briqueta secase le hicieron mediciones a las briquetas selec-cionadas como: peso y longitud real, utilizandola balanza de barra triple sealada anteriormentey una regla plstica de 300 mm. Con los valoresobtenidos se calcul la densidad mediante la ecua-cin siguiente:

v

m

=

donde:: Densidad de la briqueta (kg/m3)m: Masa (kg): Volumen (m3)

En todos los experimentos se hicieron tresmediciones por cada propiedad y se determinel valor promedio para su anlisis.

5. Contenido de cenizaPara la valoracin del contenido de cenizas sedeposit en crisoles y cpsulas una muestra de


4/8


briqueta por composicin de cada aglutinante; las muestras se introdujeron en un horno mufla conuna temperatura de 850 0C, durante tres horas. Estas muestras fueron debidamente pesadas antes ydespus de la combustin; con esta diferencia de peso se determin el contenido de ceniza expresadoen por ciento (%). Esta prueba se realiz en el laboratorio de metalografa de la Universidad deCienfuegos, el horno mufla es de fabricacin alemana y su regulador de temperatura tiene un intervalode medicin de100 a 1 200 0C y precisin de 20 0C. Las muestras se pesaron en la balanza de barra

triple, adems se utiliz una pinza de acero para introducir y extraer del horno los crisoles, lascpsulas y se emplearon guantes de cuero.

6. Valor calrico

Para determinar el valor calrico de las briquetas se utiliz el mtodo analtico, debido a la limitacinde no encontrar una bomba calorimtrica con precisin adecuada por ser este un equipo deficitario.A travs de este mtodo se calcul el valor calrico mediante una ecuacin que incluye la composicinelemental de la masa combustible del carbn de paja de caa, para lo cual se tomaron los valores

promedio de cada componente en las temperaturas del proceso de pirlisis de la paja de caa. Laexpresin procede de un documento de la IDEA, y es la siguiente:

( ) ( ( ) ( ) ( )H5400W600S25008OH34200C8100VCi ++=donde:VCi : Valor calrico inferior (kcal/kg)

Composicin elemental de la masa combustible

C: % de carbono [Fraccin molar]H: % de hidrgeno [Fraccin molar]O: % de oxgeno [Fraccin molar]S: % de azufre [Fraccin molar]

W: % de humedad. [Fraccin molar]

Posteriormente se calcul el valor calrico inferior total de las briquetas, considerando los aglutinantescon propiedades combustibles como la miel final y la cachaza, el por ciento (%) de aglutinante y el

por ciento (%) de carbn en cada composicin; la ecuacin utilizada fue la siguiente:

VCit = C . VCc + A . VCa (2)

donde:Vcit: Valor calrico inferior total [kcal/kg]

VCc: Valor calrico del carbn de paja de caa [ kcal/kg]Vca: Valor calrico del aglutinante [kcal/kg]C: por ciento (%) de carbn de paja de caa [fraccin molar]A: por ciento (%) de aglutinante [fraccin molar]

RESULTADOS Y DISCUSIN

Evaluacin de las briqueta

Para esta investigacin se realizaron diferentes ensayos en los que se evaluaron las seis propiedadesplanteadas para las briquetas de cada uno de los experimentos diseados, teniendo en cuenta los

factores influyentes.

A continuacin se expone un anlisis de algunos de los resultados ms importantes

(1)


5/8

Cen t r o A zc a r 4 / 2 002

- Resistencia a la compresin seca

Atendiendo a los resultados logrados en los ex-perimentos de resistencia a la compresin reali-zados a las diferentes briquetas, se ofrecen losresultados principales en las tablas siguientes.

Tabla 4. Resultados de aglutinantes y com-posiciones

Tabla 5. Resultados de las presiones

Tabla 6. Resultados de los dimetros

Como puede observarse, los mejores resultadosen los ensayos de resistencia a la compresin seca

se alcanzaron con el aglutinante cachaza en suprimera composicin (2/1), con un valor mediode 0,0297 MPa, en la presin de 14 MPa, con unvalor medio de 0,0284 MPa y en el dimetro de27 mm, con un valor medio de 0,0314 MPa, aun-que se debe sealar que la diferencia entre losvalores medios obtenidos en las distintas varia-

bles es mnima, por lo que se puede plantear queen esta prueba los resultados ms importantes selograron con la cachaza como aglutinante en su

primera composicin, con el valor mnimo depresin de compactacin (14 MPa) y con el va-lor mnimo de dimetro (27 mm) de las briquetas.

Densidad de la briqueta seca

Considerando los resultados obtenidos en la de-terminacin de la densidad de la briqueta secaefectuadas a las distintas muestras, se presentana continuacin los resultados fundamentales (se-gn tablas 4, 5 y 6):

Tabla 7. Resultados de la densidad por

aglutinantes


presiones


dimetros

Como se puede apreciar los mejores resultadosen la evaluacin de la densidad de la briquetaseca se obtuvieron en el aglutinante miel final ensu segunda composicin (2/1), con un valor me-dio de 416 kg/m3, presin de 17 MPa, con unvalor medio de 336 kg/m3y en el dimetro de 45mm, con un valor medio de 335kg/m3, por loque se puede expresar que en esta propiedad losresultados fundamentales se lograron utilizando

como aglutinante la miel final en su segunda com-posicin, con el valor medio de presin de pren-


6/8


sado de 17 MPa y con el valor mximo de di-metro 45 mm de las briquetas evaluadas.

Contenido de ceniza

La prueba del contenido de ceniza se realiz to-mando muestras de cada composicin de las

briquetas elaboradas de los distintos tipos deaglutinantes. En esta prueba no influyen facto-res como la presin de compactacin y el di-metro. A continuacin se muestran los resulta-dos ms significativos (segn tablas 4, 5 y 6):

Tabla 10. Resultados del contenido de

ceniza

Como se puede observar, los mejores resultadosen la prueba de contenido de ceniza se lograroncon el aglutinante miel final en su primera com-

posicin (1/1), con un valor medio de 9,0 %, locual significa que las briquetas elaboradas conesta composicin son las de mayor masa com-

bustible y las que ms aprovechamiento tienendurante el proceso de combustin al quemar el91 % de la masa total.

Valor calrico

La determinacin del valor calrico se realizmediante el mtodo analtico. Primeramente secalcul el valor calrico inferior del carbn de

paja de caa con la ecuacin (1); posteriormentese determin el valor calrico inferior total conla expresin (2) a cada composicin de briquetaselaboradas con los aglutinantes miel final y concachaza, no as a las fabricadas con arcilla, porser un aglutinante no combustible, siendo su va-lor calrico el del carbn de paja de caa. Setomaron los por ciento (%) de aglutinante y de

carbn expresados en fraccin molar. A conti-nuacin, en la tabla 11, aparecen los resultadosms importantes (segn tablas 4 5 y 6)

Tabla 11. Resultados del valor calrico

Para el clculo del valor calrico inferior delcarbn de paja de caa se tomaron los valo-res promedio de la composicin elementalde la masa combustible en base seca, los

cuales fueron los siguientes:

Carbn: 70,9 % = 0,709 (fraccin molar)Hidrgeno: 6,44 % = 0, 644 (fraccin molar)Oxgeno: 19,42 % = (fraccin molar)Azufre: 0,20 % = 0,002 (fraccin molar)Humedad: 6,29 % = 0,0629 (fraccin molar)

Para el clculo del valor calrico inferior to-tal se tomaron las magnitudes de valor ca-

lrico de la miel final, de la cachaza y lospor ciento (%) de aglutinante y de carbnde las diferentes composic iones de

briquetas. Las magnitudes uti lizadas de va-lores calricos de los aglutinantes fueron lossiguientes.

Valor calrico de la miel final: 2 200 kcal/kg.

Valor calrico de la cachaza: 1 700 kcal/kg.

Como se puede apreciar, los mejores resul-tados en la evaluacin del valor calrico delas briquetas se alcanzaron con el aglutinantemiel final en su primera composicin (1/1),con un valor de 6 270 kcal/kg. Entre loselementos que ms influyen en esta propie-dad estn el por ciento (%) de carbono y el

por ciento (%) de oxgeno y el valor calri-co del aglutinante; no influyen en esta eva-

luacin la presin de prensado y el dime-tro de la briqueta.


7/8

Cen t r o A zc a r 4 / 2 002

CONCLUSIONES

1) La composicin ms adecuada para labriqueta de carbn de paja de caa es la 1/1,que tiene 70 % de carbn, 10 % de miel finaly 20 % de agua, la cual arroj los mejores

resultados en las principales propiedades eva-luadas.

2) En la composicin seleccionada se obtuvie-ron las propiedades principales siguientes:a) Valor calrico inferior total: 6 270 kcal/kg

b) Contenido de ceniza: 9,0 %c) Desmoronabilidad seca: 73,2 %d) Desmoronabilidad hmeda: 47,1 %e) Resistencia a la compresin seca: 0,0249

MPaf) Densidad de la briqueta seca: 205 kg/m3

3) La presin de compactacin de 17 MPa fuela que aport los resultados ms importantesen las propiedades evaluadas, por lo que re-sult la presin ms apropiada.

4) El dimetro de 27 mm de la briqueta fue el demejores resultados en las propiedades eva-luadas, siendo el dimetro ms adecuado deltrabajo desarrollado.

5) El diseo del experimento realizado permitidesarrollar adecuadamente los experimentos

planificados.

FUENTES DE INFORMACINCONSULTADAS

1) lvarez Guerra, M. A.: Experiencias enla utilizacin de los residuos agrcolas ca-eros como combustible en el CAI-Refine-ra Ramn Ponciano, Construccin deMaquinaria (2): 24-29, 1995.

2) Betancourt Pineda, L.: Resultados de losanlisis realizados en el laboratorio de com-

bustin en las muestras de carbn de pajade caa, 11 pp., Centro de tecnologas decombustin, Cienfuegos, 1992.

3) Briquetas combustibles: Patente No.4369042, EE.UU., 3-8-1981 (en ingls).

4) Comisin Nacional de Energa: Progra-ma de desarrollo de las fuentes naciona-

les de energa, 78 pp., La Habana, 1993.5) Cuba. Departamento de Industria bsica

Comit Central del PCC: Programa ener-gtico integral. Propuestas de alternati-

vas, 17 pp., La Habana,1992.6) Donald, J.; D. Spearfish; S. Dak: Briquetasde carbn vegetal con un aglutinador or-

gnico y arcilla disuelta en agua y su m-

todo,Patente No. 5, 221, 290, EE.UU., 22-6-1993 (en ingls).

7) Erikson, S.: El briqueteado de los dese-chos de la agricultura para combustible,Energy and Environment, pp. 8-11, (Ita-lia), 1990 (en ingls).

8) Herrera, F. y otros: Planificacin de losexperimentos, 155 pp., Editorial Edicio-nes, La Habana 1985.

9) ICINAZ-IMRE-MINFAR: Obtencin decarbn y otros derivados a partir de la pajade caa, 54 pp., informe de investiga-cin, La Habana, 1994.

10)Llpiz, J. C.: Contribucin a la metodo-loga de la caracterizacin de portadoresenergticos procedentes de la biomasa, 28

pp., Primer Taller Cientfico Tcnico sobre

obtencin de carbn vegetal y los deriva-dos piroleosos, ICINAZ, Santiago deCuba, 1991.

11)Marn Olivera, Jenny M. y otros: Proyec-to de una planta tpica para el aprovecha-miento de la paja de caa con fines energ-ticos, 78 pp., trabajo de diploma, Univer-sidad de Cienfuegos, 1995.

12)Menndez Blanco, C. A.: Carbn de lapaja de caa, ATAC5 (2): 22-25, (Cuba),1994.

13) MINAZ: Situacin actual y proyeccin delprograma de desarrollo de las fuentes na-cionales de energa en la agroindustria azu-carera, 56 pp., La Habana, 1995.

14)MINFAR: Obtencin de carbn vegetal apartir de la paja de caa y procesamientodel destilado piroleoso, 45 pp., informeal Consejo Cientfico del Centro de Inves-tigaciones de armamento y tcnica, La Ha-

bana, 1992.15)Romero Perdomo, C. E.: Briquetas de dese-

chos de coque, Construccin de Maquina-ria(3): 23-25, (Santa Clara),1986.


8/8

AGLUTINATE

Documents

Transcript of AGLUTINATE