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Curso: Biocombustibles Sólidos Módulo 1.

Ing. Agr. Enrique Riegelhaupt

[email protected]

Curso Biocombustibles Sólidos – Enrique Riegelhaupt – RTB – Morelia, 01/12/2014

Objetivos

Caracterizar las propiedades de la biomasa y los biocombustibles sólidos (BCS)

Resumir los principales procesos de transformación de los BCS.

Analizar los costos y competitividad de los BCS

Describir las tecnologías de aplicación y usos finales.

Presentar algunos equipos y procesos de elaboración de BCS

Discutir las barreras que se oponen al uso de los BCS en México.

Módulo 1. CONTENIDOS

• Clasificación de la BM para energía. • Biomasa para BCS: Propiedades químicas, físicas y

tecnológicas. • Modificación de las propiedades por corte,

secado, compactación, astillado, molienda, briquetaje, pelletización, torrefacción, carbonización.

• Disponibilidad de biomasa para energía. Evaluaciones nacionales, regionales, locales.

• Variables que condicionan la disponibilidad BM. Estudios existentes.


Fuentes de Biomasa para Energía - FAO UBET

FUENTES LEÑOSAS HERBACEAS FRUTOS Y SEMILLAS OTRAS

DIRECTAS Bosques y selvas Cultivos herbáceos Cultivos energéticos Plantaciones forestales Coproductos de raleo

Coproductos de madereo

INDIRECTAS Coproductos industriales

Residuos Agricolas de Cosechas (RAC)

Residuos Agro Industriales (RAI)

Licor negro

RECUPERADAS Madera de demolicion fibras recicladas

Residuos de frutas y semillas

BASURA RSU

Lodos de PTAR


Propiedades de la biomasa P. FISICAS Afecta a

Humedad Almacenaje, durabilidad, pérdidas, PCI, autoencendido

Poder Calorífico Diseño de planta, uso final

Volatiles Comportamiento en la descomposición térmica

Cenizas Tecnología de combustión, disposición de cenizas, manipulacion

Fusión de cenizas Tecnología, sistemas de control, mantenimiento de equipos

Hongos Riesgos de salud

Densidad "bulk" Logistica de transporte y almacenaje

Densidad de partículas Conductividad térmica , descomposición térmica

Contenido de finos Almacenaje, pérdidas en transporte, formación de polvos

Resistencia mecánica Formacion de finos, segregacion, cambios de calidad


P. QUIMICAS Afectan a

contenido de C PCS (+)

H PCS (++) y PCI (-)

O PCS ( -)

Cl Corrosión, bajo punto de fusión

N emisiones de NOx, N2O

S emisiones de SO3, corrosión

F emisiones de HF, corrosión

K corrosión, fusión de cenizas, aerosoles, nutriente

Na corrosión, fusión de cenizas, aerosoles,

Mg sube temperatura de fusión, nutriente

Ca sube temperatura de fusión, nutriente

P nutriente

Metales pesados emisiones, uso de cenizas, contaminante


Propiedades térmicas BCS procesados HBH MS PCS PCI PE DE DER

% coef MJ/kg MJ/kg kgH/m3 MJ/m3 Relativo a

pellets

Pellets de madera 10 0.9 19.8 16.4 600 9840 100

Chips, latifoliadas, oreado 30 0.7 19.8 12.2 320 3900 40

Chips, latifoliadas, verde 50 0.5 19.8 8.0 450 3600 37

Chips, coniferas, oreados 30 0.7 19.8 12.2 250 3050 31

Chips, coniferas, verde 50 0.5 19.8 8.0 350 2800 28

Corteza, verde 50 0.5 19.8 8.2 320 2620 27

Aserrín, verde 50 0.5 19.8 8.0 240 1920 20

Pasto, fardos alta presion 18 0.92 18.4 13.7 200 2740 28

Triticale, fardos alta presion 15 0.85 18.7 14.5 175 2540 26

Trigo, fardos alta presión 15 0.85 18.7 14.5 120 1740 18


Composición Elemental

COMPOSICION ELEMENTAL C H O Volatiles

% % % %

Madera 47 a 51 6.1 a 6.3 38 a 45 76 a 86

Corteza 49 a 52 4.6 a 6.1 39 a 42 70 a 77

Paja de cereales 43 a 48 5.0 a 6.0 36 a 48 70 a 81

Miscanthus 47 a 51 4.4 a 6.2 42 a 43 78 a 84


Contenido de cenizas

Corteza

Chips c/corteza

Chips s/corteza Aserrín

Madera demolic.

Pajas de cereales

Paja de caña de azucar

Miscan-thus

Minimo 5 1 0.8 0.5 3 4 7 2

Maximo 8 2.5 1.4 1.1 12 12 12 8


Propiedades que afectan al procesamiento de BM para BCS

BM leñosas BM herbáceas Diámetro *** Longitud *** *

Forma ** ** Dureza *** * Grano ***

Abrasividad ** *** Flexibilidad * **

Indice de Molienda *** ***

Producción de un molino: G (kg/h) = kW * D * JkW. Donde el valor de jKw varia de 5 a 75 = 1:25


Forma y dimensiones

maderas “in natura”: son cilindros mas o menos regulares, de 0.03 a 1.00 m de diámetro y entre 0.50 y 25 m de largo. Pueden ser rectos, curvos o retorcidos.

residuos o coproductos de madera: - maderas recuperadas (de la construcción, de empaques, de tarimas): son

tablas o escuadrías, tienen cuatro caras planas. - costaneros o costeros: son secciones exteriores de cilindros, de pocos dm a

metros, con una cara plana, una cara curva y lados no paralelos - recortes o despuntes: prismas rectangulares, de pocos cm. - aserrín (de sierra cinta, circular, fresas): prismas aplanados, de 0.1 a 2 mm - virutas (de cepilladora): láminas curvas o enrolladas, de pocos mm de largo y

ancho, menos de 1 mm de espesor.


Maderas “in natura” y residuos de madera


Coproductos o residuos de madera

ASERRIN

Viruta de cepillo


Peso específico o densidad básica de maderas

Muy livianas

Livianas Medianas Pesadas Muy pesadas

< 0.3 0.3 – 0.5 0.5 – 0.7 0.7 – 0.9 > 0.9

balsa sauce, álamo

pinos, encinos

Mezquite, mangle rojo, zapote

El peso específico se mide en g/cm3; kg / dm3; t/m3


Coeficientes de apilado

De madera

Rolliza, gruesa En rajas Rolliza, fina de Ramas

0.6 – 0.7 0.65 – 0.75 0.5 0.3

De residuos industriales

Costaneros Astillas Aserrín

0.3 - 0.4 0.42 0.18

Coeficiente de apilado = volumen de madera sólida / volumen de pila = m3r/m cúbico estéreo.


Contenido de humedad

(en base húmeda)

Verde o viva Oreada Seca al aire En equilibrio

48 a 52 % 30 a 40% 20 a 30 % 11 a 13%

El contenido de humedad se determina por pesado y secado en estufa a 102-105 ºC. También puede medirse con higrómetros electrónicos, pero con errores importantes si la madera contiene más del 30% de humedad.

SIEMPRE hay que especificar si es HBH (humedad en base húmeda) o HBS (humedad en base seca)

Es mas seguro y preferible utilizar el Contenido de Materia Seca = PS/PV = peso seco / peso verde, es un coeficiente sin dimensiones, sin porcentajes.


Poder Calorífico Superior de Maderas

Máximo Mínimo Medio

kCal /kg 5000 4200 4600

MJ/kg 20.9 17.6 19.2

kWh/kg 5.8 4.9 5.3

PCS = calor total liberado por la combustión completa de la madera. Se mide en un calorímetro, donde los productos de la combustión quedan a 21 – 22 ºC. Hay poca variación entre las especies (+/- 5%). Mucho más dependiente del contenido de humedad y de cenizas que de la especie, la densidad o la parte del árbol.


Poder Calorífico Inferior de maderas

El PCI, siempre menor al PCS, es el calor liberado por la combustión de la madera MENOS el calor retenido en los productos de combustión, a 130 ºC. Depende de la humedad de la madera y de la cantidad de agua formada en la combustión. La diferencia entre PCI y PCS aumenta con los contenidos de humedad y de H en la biomasa.

Humedad MS PCI PCS PCI/PCS

50% 50% 1925 2300 84%

40% 60% 2410 2760 87%

30% 70% 2895 3220 90%

20% 80% 3380 3680 92%

15% 85% 3622 3910 93%

10% 90% 3865 4140 93%


PCI = PCS (1 - h) – (1-h)*0.52*500 - h*500 (en kcal/kg);

donde h = % humedad /100.


Cenizas: BM leñosas vs. herbáceas Madera de coniferas

Madera de latifoliadas

Cortezas limpias

Paja de cereales

Cascara de Arroz

0,5 a 0,7% 0,5 a 2,0% 1,5 a 5,0% 4 a 7% 18%

Las cenizas reducen el Poder Calorífico, y condicionan el tipo de dispositivo a utilizar para la combustión (horno, quemador, hogar). Su composición química es muy importante, porque si contienen cloruros o metales alcalino-térreos como potasio o sodio, pueden fundirse o volatilizarse en la combustión, depositarse en las superficies de intercambio de calor y erosionar o corroer ductos y tuberías.


Bases de datos y Estándares sobre Biomasa y BCS

BASES DE DATOS

• IEA: www.ieabcc.nl ( 1560 entradas)

• UT Vienna; BIOBIB: www.tuwien.ac.at (650 entradas)

• ECN, Netherlands; Phyllis: www.ecn.nl/Phylllis (3000 entradas)

ESTANDARES: IEA Task 28 TC 335 definieron 30+ estándares sobre:

• Terminología, definiciones y descripcion

• Especificaciones, calidades y aseguramiento de calidad

• Muestreo, reducción de muestras

• Metodos de ensayos físicos y mecánicos

• Metodos de ensayos químicos

NORMAS del CEN / TS : son las más completas


http://www.tuwien.ac.at

http://www.ecn.nl/Phylllis

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