TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM KERNEL SHELL (PKS) EN … · 2016-04-14 · Informe de ensayos PKS 3...
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TEST DE FU KERNEL SHE NATURAL FIRE S.L. Avd. de la Paz 208 30510 Yecla (Murcia) Tlf. +34 968 0115 03 - España www.naturalfire.es / info@nat UNCIONAMIENTO DE P ELL (PKS) EN UN QUEM NATURAL FIRE a turalfire.es PALM MADOR
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TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM
KERNEL SHELL (PKS) EN UN QUEMADOR
NATURAL FIRE S.L.
Avd. de la Paz 208
30510 Yecla (Murcia)
Tlf. +34 968 0115 03 - España
www.naturalfire.es / [email protected]
TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM
KERNEL SHELL (PKS) EN UN QUEMADOR
NATURAL FIRE
a
www.naturalfire.es / [email protected]
TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM
KERNEL SHELL (PKS) EN UN QUEMADOR
Informe de ensayos PKS www.naturalfire.es
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………… 3
2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ………………….. 3
3. TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS ……………………….. 4
3.1 GRANULOMETRÍA …………………………..………………………… 4
3.2 EXPERIMENTO 1 (PKS TRITURADO) ………………………… 4
ENSAYO A
ENSAYO B
4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES ………………………………… 9
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1. INTRODUCCIÓN
El presente informe pretende llevar a cabo la viabilidad del uso del Palm Kernel Shell (PKS)
en los quemadores de la gama Natural Fire.
¿QUÉ ES EL PKS?
El PKS es la cáscara de un fruto poco común en Europa, pero abundante en Suramérica. Se
trata de un biocombustible similar a la cáscara de almendra, aunque este presenta un poder
calorífico superior al de este último.
Resulta bastante interesante su uso como fuente energética ya que se trata de un
biocombustible económico y ecológico. Su poder calorífico inferior (PCI) es de unos 22.94
MJ/kg, lo cual lo hace un biocombustible muy apto para su uso. Además puede descomponer
completamente entre 400 y 500°C. Su composición química se basa fundamentalmente en
lignina (50%), celulosa (7%) y hemicelulosa (26%). Además contiene micro poros que liberan
sustancias volátiles necesarias para la producción de bioenergía.
Durante el presente informe se va a detallar la metodología llevada a cabo para el análisis
del biocombustible en un quemador de la gama Natural Fire, así como el análisis de los datos
obtenidos y sus conclusiones. Para ello se empleará dos muestras diferentes de PKS con
diferente granulometría, ya que una muestra está sin triturar y la otra triturada.
2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para la realización de los experimentos se utiliza un quemador de la marca Natural Fire,
modelo Y-70r, con sistema de extracción de cenizas de forma manual tal y como se muestra en
la siguiente figura.
Figura 1. Quemador Y-70r
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Se utiliza un sinfín de alimentación de 2 metros de longitud con Motor SPG de 25 W y
Reductora SPG con relación de reducción R1:50. Se utiliza controlador Unitronics (versión del
software 7.5.2) y tolva de 250 L.
Se disponen de dos muestras de PKS de unos 25 kg cada una de ellas. Una de ellas triturada
y la otra sin triturar. Los ensayos comprenderán la viabilidad o no del uso de este tipo de
biocombustible en la gama de quemadores Natural Fire.
Para ello se realizan varios ensayos durante un periodo aproximado de entre 40 y 50
minutos cada uno de ellos en los que se obligará al quemador a pasar por los estados de
ignición, estabilización, ciclos de arranque progresivo, ciclo de limpieza, potencia máxima y
apagando quemador.
3. TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS
3.1 GRANULOMETRÍA
Se ha tomado diversas muestras del grano a emplear durante los ensayos
obteniendo los siguientes datos:
PKS triturado:
Se mide un grano bastante homogéneo con tamaño máximo de grano de 6 mm,
llegando incluso a obtener granos de menos de 1 mm de tamaño medio. El tamaño
medio del grano triturado es de 3 mm.
3.2 EXPERIMENTO 1 (PKS TRITURADO)
Para el primer experimento se utiliza PKS triturado. En la siguiente figura se muestra el
material depositado en la tolva de almacenaje.
Figura 2. PKS triturado
Se pesa una muestra de 86 gramos en un recipiente con forma de prisma rectangular con
medidas 45x42x72 mm, lo cual equivale a un volumen de 1.36 · 10-4
m3, obteniendo una
densidad aparente del material de 631.98 kg/m3.
El experimento 1 consta de dos ensayos, a y b. El objetivo del ensayo inicial será buscar las
condiciones óptimas para el funcionamiento en régimen estacionario del quemador Y-70r de la
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marca Natural Fire utilizando PKS como biocombustible, mientras que en el segundo de ellos
se llevará a cabo de forma continuada con los valores modificados del primero de ellos.
ENSAYO A:
El ensayo a se realiza bajo las siguientes condiciones iniciales:
Carga en 30 segundos = 350 g.
Carga inicial = 180 g. T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 %
Fotocélula = 50%
Pot. Encendido = 210 s T on = 1 T off = 10 Ventilación = 60 %
Pot. Máxima = 70 kW Ventilación = 55 %
Se utilizan 3 ciclos para el arranque progresivo durante 120 segundos, por tanto, 40
segundos para cada uno de los ciclos.
PCI utilizado es de 5 kW/kg.
Tiempo (s)
Tiempo (min)
Estado Descripción
0 0 Ciclo limpieza Configuración inicial. Comienza el ensayo
140 2:20 Ignición Se observa como la carga inicial resulta pobre
280 4:40 Estabilización El quemador entra en estabilización. El ciclo es
demasiado agresivo. Cambio a T off = 15 en
estabilización
400 6:40 Estabilización Potencia de encendido o estabilización
600 10:00 Ciclos El quemador entra con los ciclos de arranque
progresivo
800 13:20 P. Máxima Quemador trabajando en potencia máxima. La
ventilación es pobre para quemar el material.
1000 16:40 P. Máxima El quemador entra en potencia máxima
1680 28:00 P. Máxima Cañón muy lleno. Cambio de ventilación al 70%
2000 33:20 P. Máxima El material llega al extremo de la parrilla
2220 37:00 P. Máxima Ventilación subida al 75%
2550 42:30 P. Máxima Cañón prácticamente lleno
2700 45:00 Paro quemador Ventilación al 60%
3534 58:54 Quemador apagado El quemador se apaga completamente
Una vez finalizado el ensayo se comprueba la cantidad de material quemado en el
controlador y se pesa la cantidad de ceniza generada durante todo el experimento.
Cantidad total de material quemado: Mtotal = 7.2 kg
Cantidad de cenizas recogidas: mcenizas =222 g
Suponiendo un 5 % en pérdidas de cenizas sobre el total recogido se obtiene el porcentaje
de cenizas a partir de la siguiente expresión:
%Cenizas = �m ������ +m ������ · 0.05M�����
� · 100 = 3.24%
Observaciones:
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Durante el arranque del quemador se observa que la cantidad de material inicial para la
ignición resulta algo pobre.
Durante estabilización se observa que el ciclo de adición de material es demasiado agresivo
y ahoga el material.
La fase de estabilización lleva más tiempo del previsto debido a que el nivel de luz es
demasiado elevado. Hay que tener en cuenta que el ensayo se lleva a cabo en vacío, y que el
nivel de fotocélula deberá ser por tanto más elevado de lo normal.
Se forma una costra blanda en la parrilla al retirar toda la ceniza del interior del cañón del
quemador.
Figura 3. Costra formada. En el cañón y extraída de la parrilla
ENSAYO B:
El ensayo a se realiza bajo las siguientes condiciones iniciales:
Carga en 30 segundos = 350 g.
Carga inicial = 210 g. T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 %
Fotocélula = 30%
Pot. Encendido = 210 s T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 %
Pot. Máxima = 70 kW Ventilación = 75 %
Se utilizan 3 ciclos para el arranque progresivo durante 120 segundos, por tanto, 40
segundos para cada uno de los ciclos.
El ciclo de limpieza se configura para que se lleve a cabo cada 20 minutos al 100% durante
60 segundos.
El principal cambio respecto al ensayo anterior reside en el ajuste de la ventilación que se
lleva a cabo desde el principio al 75% de ventilación.
Tiempo (s)
Tiempo (min)
Estado Descripción
0 0:00 Ciclo limpieza Parrilla completamente limpia
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Tiempo (s)
Tiempo (min)
Estado Descripción
120 2:00 Ignición La carga inicial cubre la resistencia. Aporte correcto
de material en carga inicial
240 4:00 Estabilización Aparece llama y presenta buena consistencia
360 6:00 Estabilización La llama presenta mayor consistencia
480 8:00 Estabilización En 8:45 pasa a ciclos de arranque progresivo
600 10:00 Ciclo 3 Alcanza la potencia máxima en 10:15
720 12:00 Pot. Máxima Llama muy buena, el cañón apenas acumula material
840 14:00 " Llama consistente. Empieza a acumularse PKS en la
parrilla
960 16:00 " Parrilla medio llena de material
1080 18:00 " Parrilla medio llena de material
1200 20:00 " La parrilla se va llenando poco a poco. Se producen
proyecciones por la parte delantera del cañón
1320 22:00 " Mucho material acumulado en la parrilla. Aún no llega
al extremo de la parrilla
1440 24:00 " El material llega al extremo de la parrilla
1560 26:00 " Comienza a acumularse el material en el cañón
1680 28:00 Ciclo de limp. Ciclo de limpieza a 28:20. Ha avivado la llama un poco
pero apenas ha hecho efecto alguno
1800 30:00 Pot. Máxima Se va formando un enorme braserío en el interior del
cañón
1920 32:00 " El material no llega a rebosar por la parte delantera
2040 34:00 Ciclo de limp. Simulación de ciclo de limpieza durante 60 segundos
al 100% de ventilación
2160 36:00 Pot. Máxima Cañón muy cargado de material. Proyecciones
normales
2280 38:00 " Braserío completo en la parrilla
2400 40:00 Apagando
quemador
Comienza el apagado
2520 42:00 Ciclo limpieza Comienza a alternar entre ciclo de limpieza y
apagando quemador
2640 44:00 Apagando
quemador
Continúa el apagado del quemador. El braserío es
pequeño
2760 46:00 Quemador
apagado
La parrilla presenta buen estado para volver a
empezar otro ciclo de encendido
Una vez finalizado el ensayo se comprueba la cantidad de material quemado en el
controlador y se pesa la cantidad de ceniza generada durante todo el experimento.
Cantidad total de material quemado: Mtotal = 7.57 kg
Cantidad de cenizas recogidas: mcenizas = 212 g
Suponiendo un 5 % en pérdidas de cenizas sobre el total recogido se obtiene el porcentaje
de cenizas a partir de la siguiente expresión:
%Cenizas = �m ������ +m ������ · 0.05M�����
� · 100 = 2.94%
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Observaciones:
La carga inicial resulta adecuada para el arranque del quemador, así como los parámetros
de la fase de estabilización.
Se forma una costra blanda detectada al finalizar el ensayo.
Al extraer la parrilla a la finalización del ensayo, parte de la costra queda en el interior del
cañón y hay que retirarla manualmente.
Figura 4. Y-70r quemando PKS triturado trabajando a potencia máxima (ensayo B)
Figura 5. Proyecciones emitidas durante el funcionamiento del ensayo B.
La costra formada es blanda, por lo que no presenta problemas para el rearme, sin
embargo resultaría recomendable emplear un quemador de parrilla móvil para un óptimo
funcionamiento del equipo que requiera unos tiempos de mantenimiento menores.
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4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES
En la siguiente tabla se muestra un resumen de los datos obtenidos en los ensayos
realizados comparado con un Pellet DIN PLUS:
PKS triturado Pellet DIN PLUS
Densidad (kg/m3) 631.98 650
% Cenizas 3.10 ≤ 1
PCI (KJ/kg) 22 940 18 000
El material triturado presenta una mayor densidad, con lo que se aprovecha mejor la
capacidad de generar potencia del quemador, además presenta un porcentaje de cenizas o
impurezas menor que el que no está triturado. Esto se traduce en un mejor funcionamiento
del equipo y menos mantenimiento durante su uso.
En cuanto a la viabilidad del uso del PKS en un quemador como el utilizado en los ensayos
se llegan a las siguientes conclusiones:
El PKS triturado puede ser utilizado en un quemador de la gama Natural Fire. Se
recomienda su uso en quemadores de parrilla móvil, aunque también será posible utilizarlo en
quemadores estándar con extracción de parrilla manual. Si se eligiera esta última opción hay
que tener en cuenta que se trata de un material que genera un residuo elevado y el
mantenimiento de la parrilla se debería hacer por lo menos una vez al día, siendo lo
recomendable dos veces por día.
Resumiendo, en cualquiera de los casos se recomienda el uso de quemadores de parrilla
móvil, donde el material se puede usar sin ningún tipo de problema, pudiendo emplearse el
PKS triturado en quemadores de parrilla con sistema de extracción manual, aunque se advierte
que el mantenimiento será elevado.
