MEDICIÓN DE EMISIONES DE NOX EN LA MEZCLA DE CARBÓN Y ASERRÍN MEDIANTE EL PROCESO DE CO-FIRING

JULIÁN DAVID MORENO DÍAZ

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

2016

MEDICIÓN DE EMISIONES DE NOX EN LA MEZCLA DE CARBÓN Y ASERRÍN MEDIANTE EL PROCESO DE CO-FIRING

JULIÁN DAVID MORENO DÍAZ

Trabajo de tesis para optar el título de pregrado en Ingeniería Mecánica

Asesor: Gerardo Gordillo Ariza, PhD.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

2016

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer al profesor Gerardo Gordillo por su persistente asesoría, apoyo y comprensión a lo largo del proyecto y de la carrera. Igualmente, al técnico del laboratorio de conversión de energía, Omar Amaya, quién siempre me brindó de la manera más cordial su colaboración. Finalmente, le agradezco a mi familia, mis papás y mis hermanas, quiénes siempre me ofrecieron su apoyo incondicional, además de estar atentos al desarrollo del proyecto.

CONTENIDO

pág.

1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 11 2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 13

2.1 Antecedentes ............................................................................................................... 13 2.2 Trabajos previos .......................................................................................................... 14 2.3 Óxidos de Nitrógeno (NOx) .......................................................................................... 15

3 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 17

3.1 Objetivo general .......................................................................................................... 17 3.2 Objetivos específicos ................................................................................................... 17

4 METODOLOGÍA.................................................................................................................. 18

4.1 Descripción del equipo ................................................................................................ 18 4.2 Obtención de materia prima ....................................................................................... 20 4.3 Caracterización termoquímica de las materias primas ............................................... 20 4.4 Cálculos de las fórmulas químicas del carbón y el aserrín .......................................... 20 4.5 Cálculos de aires teóricos y cantidad de aire para combustión .................................. 22 4.6 Caracterización y calibración de equipos .................................................................... 24 4.7 Diseño de pruebas experimentales ............................................................................. 26

5 RESULTADOS ..................................................................................................................... 27

5.1 Perfil de temperatura .................................................................................................. 27 5.2 Emisiones de NOx ........................................................................................................ 29

6 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................. 30 7 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 32 8 RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 33 9 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 34 10 ANEXOS ........................................................................................................................... 36

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo 1. Resultados análisis próximo y último para el Aserrín (pág. 1-2)........................................ 36 Anexo 2. Resultados análisis próximo y último para el Aserrín (pág. 2-2)........................................ 37 Anexo 3. Resultados análisis próximo y último para el Carbón (pág. 1-2) ....................................... 38 Anexo 4. Resultados análisis próximo y último para el Carbón (pág. 2-2) ....................................... 39 Anexo 5. Curva de calibración del dosificador del Carbón ............................................................... 40 Anexo 6. Curva de calibración del dosificador de la biomasa........................................................... 40 Anexo 7. Estado actual de la termocupla a 800 mm del punto ignición .......................................... 41

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. Curva de calibración del dosificador del carbón .............................................................. 25 Gráfica 2. Curva de calibración del dosificador de la biomasa ......................................................... 25 Gráfica 3. Perfil de temperatura experimento 1 – tasa de alimentación de carbón: 2,23 kg/h ....... 27 Gráfica 4. Perfil de temperatura experimento 2 – tasa de alimentación de carbón: 1,32 kg/h ....... 28 Gráfica 5. Emisiones de gases NOx para diferentes porcentajes de aserrín ..................................... 29 Gráfica 6. Experimento 1 - Normalización del perfil de temperatura .............................................. 31 Gráfica 7. Experimento 2 - Normalización del perfil de temperatura .............................................. 31

LISTA DE ILUSTRACIONES

pág.

Ilustración 1. Fuentes de emisión de NOx (Díez, 2015) ..................................................................... 15 Ilustración 2. Esquema de transporte neumático del carbón (Andes, 2012) ................................... 19 Ilustración 3. Esquema de transporte neumático de la biomasa (Andes, 2012) .............................. 19

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Memoria de cálculos para el compuesto del Carbón .......................................................... 21 Tabla 2. Memoria de cálculos para el compuesto del Aserrín .......................................................... 21 Tabla 3. Valores obtenidos de las constantes para ambos compuestos .......................................... 22 Tabla 4. Valores obtenidos del aire teórico para ambos compuestos .............................................. 22 Tabla 5. Diseño de concentraciones para pruebas experimentales ................................................. 26

GLOSARIO

ANÁLISIS PRÓXIMO: determina la cantidad de humedad total, de cenizas, de material volátil y de carbono fijo; lo cual da un indicio de qué elementos genera la combustión. ANÁLISIS ÚLTIMO: determina la composición química del material, es decir, los elementos base del compuesto (ej. Carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, azufre, etc.). ASERRÍN: es un conjunto de partículas que resulta del proceso de serrado de la madera; Igualmente es el desperdicio o residuo que se obtiene en los trabajos de la transformación de la madera. Dicho material que en principio es un residuo de las labores del corte de madera, se le ha venido buscando diferentes usos. BIOMASA: materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y desechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. Un claro ejemplo de la biomasa son las plantas que transforman la energía solar en energía química a través de la fotosíntesis, en la cual una parte queda almacenada como materia orgánica. Igualmente la biomasa abarca otro tipo de materia como los son los residuos agrícolas, forestales, industriales y urbanos. CÁMARA DE COMBUSTIÓN: lugar donde se realiza la combustión entre el combustible y el comburente, el cual generalmente es aire. Existen diversos tipos de cámaras dependiendo de la forma de inyección, del tipo de combustible y el volumen de la misma. CARBÓN: es un combustible de origen fósil. En otras palabras, se trata de una roca sedimentaria de origen orgánico que se formó a lo largo de millones de años en el periodo carbonífero (360-290 millones de años) (Turns, 2000) y está principalmente compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su calidad depende de la temperatura y presión con la cual se generó. CO-COMBUSTIÓN (CO-FIRING): mezcla entre carbón o gas con biomasa (entre el 2-20% de biomasa), ésta se realiza antes de la combustión con el fin de hallar un nuevo combustible con mejores propiedades ambientales y/o energéticas. COMBUSTIÓN: reacción química que va acompañada de gran desprendimiento de calor (exotérmica) entre la mezcla de un combustible y el oxígeno. La reacción de este tipo de mezclas origina sustancias gaseosas comúnmente CO2 y H2O, denominadas productos o gases de combustión.

COMBUSTIÓN COMPLETA: se da cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado de oxidación. No se presentan sustancias combustibles en los productos. COMBUSTIÓN CON DEFECTO DE AIRE: produce una cantidad de menor al mínimo necesario. En este tipo de combustión se da la presencia de sustancias combustibles en los productos. COMBUSTIÓN CON EXCESO DE AIRE: se presenta con un elevado exceso de aire y es desfavorable porque disminuye la temperatura de combustión; algunos gases combustibles escapan sin arder provocando la aparición, entre otros, de CO y NOx. COMBUSTIÓN ESTEQUIOMETRICA O TEÓRICA: se produce cuando el aire empleado aporta la cantidad justa de oxígeno para que todos los reactivos se transformen en productos. En otras palabras, para que no se presenten sustancias combustibles en los gases de reacción. COMBUSTIÓN INCOMPLETA: se da cuando por defecto en el suministro de aire no hay oxígeno necesario para que se produzca la oxidación total del carbono. Por lo cual al no transformarse el total de carbono en CO2 por ende hay presencia CO en los productos. CONTENIDO DE HUMEDAD EN BASE HUMEDAD: expresa la humedad de un material como porcentaje del peso del sólido mojado. CONTENIDO DE HUMEDAD EN BASE SECA: expresa la humedad de un material como porcentaje del peso del sólido seco. ESMOG (SMOG): combinación de humos, niebla y diversas partículas que se encuentran en la atmosfera en lugares con alto índice de contaminación. REBURN: crear inicialmente una zona de combustión primaria con el material combustible analizado. Esto se hace para crear una zona de combustión baja en oxígeno, disminución de la temperatura y reducción de los gases NOx en la zona primaria y terciaria.

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1 INTRODUCCIÓN

En el departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Los Andes, el grupo de conversión de energía, se ha enfocado en trabajar en seis áreas de investigación: combustibles, combustión e incineración; energías renovables; uso racional de la energía; secado; gestión y estudios en asuntos aeroespaciales, y máquinas térmicas; las cuales se han convertido en una base fundamental en todo el ámbito que corresponde al uso, desarrollo y creación de nuevas tecnologías para afrontar la crisis ambiental que se está presentando hoy en día. En los últimos años, el mundo se ha afrontado a un progresivo desabastecimiento de combustibles de origen fósil – carbón, gas natural y petróleo – debido a su uso indiscriminado en la producción de energías térmicas y eléctricas; que ha generado diversos problemas sociales, económicos y ambientales. Entre ellos, el cambio climático es de los más peligrosos, dado que el aumento de la temperatura promedio en la tierra ha provocado cambios en el clima afectando la vida de los seres humanos. Este fenómeno ha sido cada vez más evidente debido al incremento de las emisiones de gases del efecto invernadero como el vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxidos de nitrógeno (NOx) y ozono (O3) (Díez, 2015). La mayoría de estos compuestos gaseosos se obtienen de la combustión de los combustibles fósiles. Por ejemplo, las emisiones globales del dióxido de carbono (CO2) aumentaron de 15 a 30 Gigatones (1 𝑥 109 𝑇𝑜𝑛) por año entre 1971 y 2010, siendo el sector energético la principal fuente de generación, con el 41%, seguido por el sector de transporte con el 22% y el sector industrial con el 21% (Forero, Sierra, & Camargo, 2014). De acuerdo con los problemas planteados y con el fin de mitigar el impacto ambiental en el sector energético, a nivel mundial se han desarrollado nuevos sistemas de producción de energía haciendo uso de fuentes más limpias, renovables y sostenibles. La energía hidroeléctrica, eólica y solar como energías alternativas, están presentando limitaciones debido a su alta dependencia de los factores climáticos. Entre 2004 y 2012, la inversión en proyectos de energía renovables pasó de 40 a 240 miles de millones de dólares por año (Forero, Sierra, & Camargo, 2014). El Carbón, a pesar de ser un combustible de origen fósil, tiene reservas probadas a nivel mundial de aproximadamente 984.500 millones de toneladas de acuerdo con la medición realizada en el 2003 (UPME, 2004). Además, Colombia posee las mayores reservas en América Latina, con una disponibilidad de 6.508 millones de toneladas, y es el quinto país exportador de carbón térmico del mundo (Barrera, Pérez, & Salazar, 2014). Este es un recurso abundante en la tierra y se puede seguir explotando dado a sus múltiples aplicaciones: en el sector energético, como fuente principal de alimentación; en el sector industrial, en el uso de metales (hierro y acero) y en el sector químico, gracias a su alto poder calorífico. Sin embargo, el carbón al no ser un combustible limpio, en el proceso de combustión emite gases como lo son los óxidos de nitrógeno (NOx) y

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óxidos de azufre (SOx) que son perjudiciales para la atmosfera de la tierra y para los seres humanos. Esto ha conllevado a la desvalorización notable del carbón en la última década. De acuerdo con lo anterior, es fundamental el estudio de nuevas tecnologías que permitan disminuir los efectos de las emisiones de gases en la combustión del carbón. Una de ellas, que ha tomado fuerza, es el agregado de una biomasa, dado que se caracteriza por tener un bajo contenido de carbono, nitrógeno y azufre, y un alto contenido de oxígeno, hidrogeno y materiales volátiles. La biomasa es una de las fuentes de energía más importante para la humanidad, representa aproximadamente el 14% del consumo total de energía en el mundo (Monteria, 2015). Una de estas tecnologías, es la Co-combustión que se basa en una mezcla entre carbón o gas con biomasa, ésta se realiza antes de la combustión con el fin de hallar un nuevo combustible con mejores propiedades ambientales y/o energéticas (Roncancio, 2012). De acuerdo con lo anterior, es primordial promover e incentivar el trabajo con biomasas en el sector energético, dado que Colombia cuenta con inmensos recursos agrícolas, así como desechos de cultivos y de industrias. Este proyecto se enfocó en trabajar con el aserrín de madera que tiene grandes beneficios ambientales, como por ejemplo, que emite 50 veces menos gases de efecto invernadero que la combustión de carbón negro y 30 veces menos que el gas natural (Infomaderas, 2015). Además, en Colombia la industria forestal y de madera genera al año miles de toneladas de residuos que no están siendo aprovechadas y podrían funcionar como alternativas para el desarrollo sostenible de nuevas tecnologías.

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2 MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes Una alternativa prometedora para la producción de energía eléctrica a partir de un combustible fósil, como lo es el carbón, y una biomasa, es la Co-combustión. Tecnología que se ha aplicado en centrales térmicas convencionales (ciclo de vapor, sistemas eléctricos, sistemas de refrigeración y parte de la caldera), debido a sus amplias ventajas. La primera de ellas, la baja inversión en infraestructura ya que no requiere mayor cambio en las instalaciones de la central, solo basta con la adición del alimentador de la biomasa. Una segunda ventaja es la generación de energía eléctrica con gran rendimiento: en una planta de biomasa (usualmente de potencia inferior a 25 MWe) se obtienen rendimientos de 25%, mientras que en grandes centrales de Co-combustión (producción de 100-500 MWe de energía eléctrica) se alcanzan rendimientos del orden del 32-38% (Royo, Canalis, & Sebastián, 2008). Como tercera ventaja hay mayor flexibilidad en la operación: una central que opera con el proceso de Co-combustión posibilita, en caso de poca disponibilidad de biomasa -por escasez o alza de precios-, continuar trabajando con el combustible para el que fue diseñada en mayor proporción o de forma exclusiva. Finalmente una cuarta ventaja es la reducción de los gases NOx: debido que al contener menor contenido de nitrógeno en la biomasa, como a los efectos sinérgicos entre ésta y el carbón (Royo, Canalis, & Sebastián, 2008), su reacción emite menores emisiones de gases. Sin embargo, esto debe ser comprobado y cuantificado en cada proceso, dado que se pueden presentar diferentes efectos. Cabe mencionar también, que la implementación de esta tecnología generaría un incremento en la mano de obra en las plantas de Co-combustión y en el sector agroforestal. De igual forma, a futuro contribuiría al desarrollo del sector industrial ya que gran parte de la tecnología y de la materia prima podría ser de origen nacional, abriendo así nuevos mercados (Royo, Canalis, & Sebastián, 2008). Esta tecnología se ha venido trabajando con gran éxito en varias centrales de Europa y Estados Unidos de América. Sin embargo, en Colombia esta tecnología hasta ahora se encuentra en fase de experimentación en laboratorios de investigación científica principalmente en instituciones de educación superior (Patiño, 2014).

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2.2 Trabajos previos Se han venido realizando en los últimos años, en la Universidad de los Andes, trabajos experimentales relacionados con la medición de emisiones de gases NOx para procesos de combustión entre carbón y biomasa por el método de Co-firing y Reburn. Jorge Roncancio (2012) dio inicio a la investigación en este campo, trabajando en el “diseño, la construcción y la puesta en marcha de una cámara de combustión, para Co-firing y Reburn, con el fin de determinar la viabilidad del bagazo de caña como reductor de emisiones de NOx cuando se quema con carbón bajo la tecnología de Co-firing”. De este trabajo pudo concluir que quemar carbón bituminoso con bagazo de caña de azúcar bajo la técnica de Co-firing permite disminuir las emisiones de NOx, sobretodo en la concentración de 90% carbón y 10% biomasa. Además, el poder calorífico de ambos combustibles es parecido y significativo en cuanto a potencial energético. Este resultado permitió que se obtengan múltiples beneficios energéticos y ambientales sin requerir mucha potencia térmica (Roncancio, 2012). Conjuntamente, Mónica Villate (2012), trabajó en la “implementación de un sistema de monitoreo en la cámara de combustión para experimentación en procesos de Reburn y en la evaluación del potencial del bagazo de caña de azúcar como combustible para la reducción de los NOx”. De la investigación realizada se concluyó que mediante la técnica de quemado Reburn y la mezcla entre carbón y el bagazo de caña de azúcar es posible reducir las emisiones de NOx, sobretodo en la concentración de 95% carbón y 5% biomasa. Además, a medida que se incrementaba el porcentaje de biomasa disminuía la temperatura de operación debido a su inferior valor de poder calorífico en comparación con el carbón (Villate, 2012). Posteriormente, Sergio Parra (2014), estudió el “efecto de la cascarilla de arroz en la reducción de las emisiones de NOx, en la combustión de carbón mediante el proceso de Reburn”. De dicho estudio se concluyó que la cascarilla de arroz es un combustible secundario apropiado bajo el proceso de Reburn para la disminución de la producción de NOx, sobretodo en la concentración de 95% carbón y 5% biomasa. Por otro lado, desde el punto de vista de la temperatura, tienen una buena aplicación en la industria, pues la pérdida calorífica fue de tan solo el 8%, mientras las ganancias ambientales superaron el 23% (Parra, 2014). Finalmente, Felipe Uribe (2014) realizó la “medición de las emisiones de NOx en el proceso de combustión de mezclas de carbón y cascarilla de arroz por el método de Co-firing”. De dicho estudio se concluyó que la mezcla entre cascarilla de arroz y carbón, bajo el método de Co-firing permite la disminución de la producción de NOx, sobretodo en la concentración de 90% carbón y 10% biomasa. Además, determinó que ambos combustibles tiene un comportamiento distinto, ya que la cascarilla de arroz se quema más rápido cerca al punto de ignición a temperaturas

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mayores a 1000°C, mientras el carbón se quema más lentamente a temperaturas cercanas a los 850°C (Uribe, 2014). De acuerdo con lo anterior, dichas investigaciones sugieren continuar experimentando con la cámara de combustión bajo el proceso de Co-firing y Reburn, utilizando concentraciones de la biomasa entre el 0% – 20% en peso, con el fin de analizar los efectos generados en las emisiones de NOx. 2.3 Óxidos de Nitrógeno (NOx) Son compuestos de nitrógeno y oxígeno, especialmente, el óxido de nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) debido a su alta presencia y facilidad de transformación con el oxígeno del aire, y se forman en los procesos de combustión. El sector de transporte (automóviles y otros vehículos) genera la principal fuente de emisiones de NOx seguido por las plantas térmicas de producción de energía, que contribuyen con un cuarto de las emisiones globales (Díez, 2015). Véase en la ilustración 1 las principales fuentes de emisiones de NOx con su respectivo porcentaje.

Ilustración 1. Fuentes de emisión de NOx (Díez, 2015)

En los procesos de combustión, cualquier combustible fósil emite gases NOx debido a las altas temperaturas, y a la presencia de oxígeno y nitrógeno, en el aire comburente como en el combustible. Del gas que se encuentra dentro de la cámara de combustión, el 95% del NOx existe en forma de óxido nítrico (NO), el restante es dióxido de nitrógeno (NO2); pero cuando el NO se oxida en la atmósfera gran parte se convierte en NO2. Existen tres mecanismos de formación de los gases NOx. El primero, el NOx térmico: producido por la oxidación del nitrógeno contenido en el aire de combustión. El segundo, el NOx del combustible: producido por la oxidación del nitrógeno contenido en el combustible. Y finalmente,

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el NOx súbito: producido por la conversión del nitrógeno molecular en presencia de hidrocarburos, en el frente de la llama (Prieto, 2004). La combustión de cualquier tipo de carbón produce las emisiones más elevadas de gases NOx, esto varía de acuerdo con la granulometría del combustible, al tipo de quemador y al diseño de la cámara de combustión. Por otro lado, la composición química de este combustible también influye en factores como: material volátil, oxígeno y humedad. Estos óxidos de nitrógeno tienen efectos perjudiciales en la salud y el medio ambiente. La reacción del dióxido de nitrógeno con sustancias químicas producidas por la luz solar lleva a la formación de ácido nítrico, principal constituyente de la lluvia ácida. El dióxido de nitrógeno reacciona con la luz solar, lo cual lleva a la formación de ozono y esmog en el aire que respiramos (Mexico, s.f.). Finalmente, las pruebas realizadas a nivel mundial se basan en dos técnicas para reducir las emisiones de los óxidos de nitrógeno. La primaria, es la encargada de controlar la formación de NOx en la caldera, mientras que la secundaria hace referencia a los diseños para el tratamiento de los humos. Para el alcance de este proyecto se aplicó la técnica primaria, que cumple con el diseño de la máquina de la Universidad, ya que tiene en cuenta los diferentes mecanismos de formación y los principales parámetros de NOx como son:

Temperatura de combustión Contenido de O2 en la zona de combustión Tiempo de residencia del nitrógeno en la zona de alta temperatura Contenido de nitrógeno en el combustible

Las medidas básicas para evitar la formación de NOx térmico pasan por la reducción de las temperaturas máximas, del tiempo de residencia, y de la concentración de oxigeno atómico en zonas del alta temperatura (Prieto, 2004).

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3 OBJETIVOS

3.1 Objetivo general Establecer los efectos de los gases NOx en el proceso de Co-firing para una mezcla de carbón y aserrín. 3.2 Objetivos específicos

Caracterizar termoquímicamente el carbón y el aserrín, para determinar la composición de los compuestos.

Definir diferentes concentraciones en peso entre el carbón y aserrín.

Realizar mediciones de temperatura y emisiones de gases NOx para las diferentes

concentraciones

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4 METODOLOGÍA

Para cumplir con los objetivos planteados en este proyecto, se realizaron siete pasos experimentales que se listan a continuación:

Descripción del equipo Obtención de materia prima Caracterización termoquímica de las materias primas Cálculos de las fórmulas químicas del carbón y el aserrín Cálculos de aires teóricos y cantidad de aire para combustión Caracterización y calibración de equipos Diseño de pruebas experimentales

4.1 Descripción del equipo Como equipo base, se utilizó la cámara de combustión experimental para Co-firing/Reburn diseñada y desarrollada por Roncancio (2012), habilitada en el laboratorio de conversión de energía (ML-041) de la Universidad de los Andes. Ésta, es vertical y cuenta con un ducto en la parte inferior para la liberación de gases, seis (6) puertos laterales para inyección de combustible (en configuración Reburn), diez (10) puertos para instalación de instrumentación, una sección de atemperación de gases de combustión y captura de material articulado por aspersión de agua, descarga de cenizas por puerto inferior ubicado al final de la sección vertical del equipo (Andes, 2012). Para mayor información detallada acerca de la cámara combustión se puede remitir a la tesis de maestría de Roncancio (2012) o al Manual de operación y mantenimiento cámara de combustión experimental Co-firing/Reburn de la Universidad de los Andes (2012). La cámara de combustión cuenta con dos sistemas para la alimentación del combustible: el alimentador de Carbón suministra el combustible por la parte superior de la cámara y trabaja igual tanto para la operación Co-firing como para Reburn (véase ilustración 2). El alimentador de la Biomasa hay que configurarlo para trabajarlo en la operación deseada, para Co-firing, la alimentación se realiza por la parte superior (véase ilustración 3, Operación Co-firing), mientras que para Reburn la alimentación se lleva a cabo por la parte media de la cámara (véase ilustración 3, Operación Reburn). Como se hace evidente en las ilustraciones, cada sistema cuenta con su propio aire de transporte para facilitar el flujo del material y evitar taponamientos y/o estancamientos. Igualmente, es claro, que el carbón entra por la parte externa al ducto de la cámara mientras que, la biomasa entra por la parte interna y se juntan al final del ducto, donde se produce la combustión.

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Ilustración 2. Esquema de transporte neumático del carbón (Andes, 2012)

Ilustración 3. Esquema de transporte neumático de la biomasa (Andes, 2012)

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4.2 Obtención de materia prima Las dos materias primas (Carbón y Aserrín) utilizadas en el proyecto son productos nacionales. La empresa Delta procesadora de Minerales E.U. de la ciudad de Bogotá suministró un carbón bituminoso pulverizado con granulometría de malla 200, dado que este tamaño es óptimo para lograr la combustión completa en la cámara de combustión de la Universidad (Uribe, 2014). El aserrín empleado fue suministrado por la empresa Ladrilleras Santander de Bogotá y presentaba una granulometría malla 30 que es suficiente ya que los requerimientos no son estrictos, dado que el alimentador es un dosificador gravimétrico dotado de una celda de carga que mantiene la precisión para utilizar diferentes tipos y formas de biomasa (Andes, 2012). 4.3 Caracterización termoquímica de las materias primas Posterior a la adquisición de la materia prima, se realizó una caracterización termoquímica para ambas muestras. Esto se logró por medio de la empresa Cotecna Mineral S.A.S. con sede en Zipaquirá, Colombia. Ésta realizó el análisis próximo y último para ambas muestras con el fin de conocer su composición química y su poder calorífico, para así realizar los cálculos estequiométricos y determinar la fórmula química y el peso molecular que tiene el compuesto (Turns, 2000). 4.4 Cálculos de las fórmulas químicas del carbón y el aserrín La estequiometria es muy importante en la combustión ya que hace referencia a la cantidad de reactante y productos en un reacción, lo cual permite conocer la cantidad de oxidante (generalmente oxígeno) para que el combustible se consuma completamente. La reacción tiene la siguiente forma:

𝐶𝑎𝐻𝑏 + 𝐴𝑡ℎ(𝑂2 + 3.76𝑁2) = 𝑎𝐶𝑂2 +𝑏

2𝐻2𝑂 + 3.76𝐴𝑡ℎ𝑁2

Donde 𝑎 y 𝑏 son los coeficientes de la molécula del combustible y 𝐴𝑡ℎ es la cantidad de moléculas de aire requeridas para quemar totalmente el combustible (Turns, 2000). El análisis próximo arrojó el porcentaje en masa de la humedad total, la materia volátil, las cenizas y el carbono fijo; por otro lado el análisis último arrojó el porcentaje en masa de los compuestos

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químicos como: Carbono, Nitrógeno, Hidrógeno y Oxígeno. Véase los resultados de los análisis en los anexos en las ilustraciones 4-7. A partir de estos resultados se realizaron los cálculos correspondientes para la obtención de las fórmulas químicas y el peso molecular para las muestras de Carbón y Aserrín. Las tablas 1 y 2 muestran un resumen de los cálculos realizados para ambas muestras.

Carbón

Elemento Contenido

(%) Masa en la muestra (g)

Masa Atómica (g/mol)

# Moles

Coeficientes Peso molecular

(g/mol)

Azufre 0,49 0,49 32 0,015 0,002 0,077

Carbono 76,28 76,28 12 6,357 1,000 12,000

Hidrógeno 5,33 5,33 1 5,330 0,838 0,838

Nitrógeno 1,78 1,78 14 0,127 0,020 0,280

Oxígeno 16,12 16,12 16 1,008 0,158 2,536

15,732 Total Tabla 1. Memoria de cálculos para el compuesto del Carbón

Aserrín

Elemento Contenido

(%) Masa en la muestra (g)

Masa Atómica (g/mol)

# Moles

Coeficientes Peso molecular

(g/mol)

Azufre 2,00 2,00 32 0,063 0,016 0,517

Carbono 46,39 46,39 12 3,866 1,000 12,000

Hidrógeno 5,70 5,70 1 5,700 1,474 1,474

Nitrógeno 3,12 3,12 14 0,223 0,058 0,807

Oxígeno 42,79 42,79 16 2,674 0,692 11,069

25,868 Total

Tabla 2. Memoria de cálculos para el compuesto del Aserrín

De dichas tablas se obtienen las fórmulas químicas para los dos compuestos:

Carbón: 𝐶𝐻0,838𝑁0,020𝑂0,158𝑆0,002

Aserrín: 𝐶𝐻1,474𝑁0,058𝑂0,692𝑆0,016

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4.5 Cálculos de aires teóricos y cantidad de aire para combustión Para obtener los valores de aire teórico, se balancearon las ecuaciones, es decir, se hallaron los valores de las constantes (𝑎, 𝑏, 𝑐 𝑦 𝑑) y así mismo el aire teórico (𝐴𝑡ℎ). A continuación se muestran las ecuaciones planteadas para una combustión completa teórica para ambos compuestos. Carbón:

𝐶𝐻0,838𝑁0,020𝑂0,158𝑆0,002 + 𝐴𝑡ℎ(𝑂2 + 3,76𝑁2) → 𝑎𝐶𝑂2 + 𝑏𝑁2 + 𝑐𝐻2𝑂 + 𝑑𝑆𝑂2

Aserrín:

𝐶𝐻1,474𝑁0,058𝑂0,692𝑆0,016 + 𝐴𝑡ℎ(𝑂2 + 3,76𝑁2) → 𝑎𝐶𝑂2 + 𝑏𝑁2 + 𝑐𝐻2𝑂 + 𝑑𝑆𝑂2

Igualmente, en la tabla 3 y 4 se listan los resultados obtenidos al resolver el sistema de ecuaciones.

Constantes Carbón Aserrín

a 1,000 1,000

b 4,269 3,935

c 0,419 0,737

d 0,002 0,016 Tabla 3. Valores obtenidos de las constantes para ambos compuestos

Aire Teórico Carbón Aserrín

Ath 1,133 1,038 Tabla 4. Valores obtenidos del aire teórico para ambos compuestos

De acuerdo con lo anterior, las ecuaciones balanceadas quedan de la siguiente manera: Carbón:

𝐶𝐻0,838𝑁0,020𝑂0,158𝑆0,002 + 1,133(𝑂2 + 3,76𝑁2) → 𝐶𝑂2 + 4,269𝑁2 + 0,419𝐻2𝑂 + 0,002𝑆𝑂2

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Aserrín:

𝐶𝐻1,474𝑁0,058𝑂0,692𝑆0,016 + 1,038(𝑂2 + 3,76𝑁2) → 𝐶𝑂2 + 3,935𝑁2 + 0,737𝐻2𝑂 + 0,016𝑆𝑂2

Por otro lado, para determinar la cantidad de aire que se requiere para quemar cierta cantidad de combustible hay que mejorar la calidad de la combustión por medio de un exceso de aire. El valor de esta constante está ligado a varios factores como lo son: el tipo de combustible, la granulometría del combustible, la densidad del aire, la presión, etc. Es por ello que se optó por un valor del 20%, porcentaje que se ha venido trabajando en este tipo de investigaciones. A continuación se muestran los cálculos realizados.

1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑒𝑟𝑒 → 1,133 ∗ 1,2 = 1,359 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑚𝑎𝑟𝑠𝑒

Peso molecular del aire (𝑂2 + 3,76𝑁2) = ((16 𝑔/𝑚𝑜𝑙) ∗ 2 + 3,76 ∗ (14𝑔

𝑚𝑜𝑙) ∗ 2) = 137,28 𝑔/𝑚𝑜𝑙

Por lo cual, 1,359 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑖𝑟𝑒

1 𝑚𝑜𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛∗

137,28 𝑔

𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒= 186,61 𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒 por cada mol de carbón:

Peso molecular del carbón (véase tabla 1): 15,73 𝑔/𝑚𝑜𝑙

Por lo cual, 186,61 𝑔/𝑚𝑜𝑙

15,73 𝑔/𝑚𝑜𝑙= 11,86 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒

Teniendo en cuenta que la densidad de la ciudad de Bogotá, sitio donde se realizaron las pruebas, es de aproximadamente: 887,8 𝑔/𝑚3. Ahora, por cada kilogramo de carbón que se queme, debe utilizarse:

→11,86 𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒

0,887 𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒/𝑚3= 13,37 𝑚3 𝑎𝑖𝑟𝑒 / 𝑘𝑔 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛

Realizando el mismo procedimiento para el aserrín, se obtuvo:

→11,86 𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒

0,887 𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒/𝑚3= 7,46 𝑚3 𝑎𝑖𝑟𝑒 / 𝑘𝑔 𝑎𝑠𝑒𝑟𝑟í𝑛

24

4.6 Caracterización y calibración de equipos Se realizó una caracterización y calibración de los equipos a utilizar para ambos combustibles. Primero se calibró el carbón. Dado que el alimentador es un equipo de dosificación volumétrica, se requiere previa experimentación, como realizar una curva de calibración alrededor de los puntos de dosificación a utilizar durante la experimentación (Andes, 2012). Aunque el alimentador de la biomasa es un equipo de dosificación gravimétrica, fue necesario realizar una calibración para garantizar su correcto funcionamiento en la cámara de combustión. Para lograr la curva de calibración del dosificador del carbón se variaron cinco porcentajes de frecuencia de la corriente alterna que alimenta el dosificador utilizando el variador de potencia. Para cada porcentaje de frecuencia se hicieron tres repeticiones, en cada una de las mediciones se dejó una bolsa sellada a la salida del dosificador durante tres minutos y luego se pesó la cantidad de material depositado en ésta. Véase la curva de calibración en la gráfica 1 y la tabla con la toma de datos en los anexos en la tabla 6. Para realizar la curva de calibración del dosificador de la biomasa se variaron cuatro velocidades de descarga. Para cada velocidad se hicieron dos repeticiones, en cada una de las mediciones se dejó una bolsa sellada a la salida del dosificador durante dos o tres minutos y luego se pesó la cantidad de material depositado en ésta. Véase la curva de calibración en la gráfica 2 y la tabla con la toma de datos en los anexos en la tabla 7. Como se puede ver en las gráficas 1 y 2, las curvas de calibración son coherentes dado que en ambas los puntos tienden a tener un comportamiento lineal, donde la tasa de alimentación y el porcentaje de frecuencia son directamente proporcionales. Así mismo, al colocar una línea de tendencia a las gráficas se obtuvo lo siguiente: para el dosificador del carbón un coeficiente de correlación de Pearson de 0,9959, mientras que el coeficiente de correlación para el dosificador de la biomasa fue de 0,9811. Esto permite concluir que para ambas existe una correlación positiva y confiable que garantiza un buen funcionamiento de los dosificadores y así realizar las pruebas experimentales.

25

Gráfica 1. Curva de calibración del dosificador del carbón

Gráfica 2. Curva de calibración del dosificador de la biomasa

y = 0,0238x + 0,2196R² = 0,9959

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tasa

de

Alim

en

taci

ón

(kg

/h)

Porcentaje de Frecuencia (%)

y = 0,0148x + 0,3285R² = 0,9811

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 50 100 150 200 250

Tasa

de

Alim

en

taci

ón

(kg

/h)

Porcentaje de Frecuencia (%)

26

4.7 Diseño de pruebas experimentales Se definieron dos experimentos, uno con una tasa de alimentación de 2,23 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛/ℎ con cuatro cambios de concentración de la biomasa (0%, 5%, 10% y 15%) para analizar el comportamiento de la generación de los gases NOx y el perfil de temperatura en la cámara de combustión. Y otro, con una tasa de alimentación de 1,32 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛/ℎ con tres cambios de concentración de la biomasa (0%, 5% y 10%) para disminuir la temperatura de combustión y el exceso de oxígeno. En la tabla 5 se muestra el diseño para el experimento 1, cambiando las concentraciones de la biomasa y el carbón.

# Prueba Porcentaje de Concentraciones

Carbón Aserrín

1 100% 0%

2 95% 5%

3 90% 10%

4 85% 15% Tabla 5. Diseño de concentraciones para pruebas experimentales

Las tasas de alimentación se eligieron con base en la curva de calibración realizada anteriormente, para el experimento 1 se utilizó una tasa de alimentación de 2,23 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛/ℎ que corresponde a un porcentaje de frecuencia del 85% y para el experimento 2 se utilizó una tasa de alimentación de 1,32 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛/ℎ que corresponde a un porcentaje de frecuencia del 45%. Estos valores son para trabajar 100% carbón. En el momento de utilizar aserrín, se varió el porcentaje de frecuencia directamente en el tablero de operación, lo cual genera el cambio correspondiente en la tasa de alimentación, para cuadrar las diferentes combinaciones expuestas en la tabla 5.

27

5 RESULTADOS 5.1 Perfil de Temperatura Para el experimento 1 se obtuvo el perfil a lo largo de la cámara de combustión para las cuatro concentraciones de carbón-aserrín definidas anteriormente, a partir de las lecturas de las siete termocuplas una vez se estabilizó la temperatura de la cámara (véase la gráfica 3).

Gráfica 3. Perfil de temperatura experimento 1 – tasa de alimentación de carbón: 2,23 kg/h

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pe

ratu

ra (°C

)

Distancia desde el punto de ignición (mm)

100% Carbón - 0% Aserrín

95% Carbón - 5% Aserrín

90% Carbón - 10% Aserrín

85% Carbón - 15% Aserrín

28

Para el experimento 2 se obtuvo el perfil a lo largo de la cámara de combustión para las tres concentraciones de carbón-aserrín definidas anteriormente, a partir de las lecturas de las siete termocuplas una vez se estabilizó la temperatura de la cámara (véase la gráfica 4).

Gráfica 4. Perfil de temperatura experimento 2 – tasa de alimentación de carbón: 1,32 kg/h

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pe

ratu

ra (°C

)

Distancia desde el punto de ignición (mm)

100% Carbón - 0% Aserrín

95% Carbón - 5% Aserrín

90% Carbón - 10% Aserrín

29

5.2 Emisiones de NOx

Las lecturas de las emisiones de los gases NOx, al igual que los perfiles de la temperatura, se tomaron una vez se estabilizó la temperatura de la cámara. Para esto se utilizó el analizador de gases. Las curvas de las emisiones de gases NOx de ambos experimentos se muestran en la gráfica 5.

Gráfica 5. Emisiones de gases NOx para diferentes porcentajes de aserrín

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%

Emis

ion

es

de

NO

x (p

pm

)

Porcentaje de Aserrín (%)

Experimento 1

Experimento 2

30

6 ANÁLISIS DE RESULTADOS Al comparar el contenido de nitrógeno de los dos combustibles, se observa que el aserrín (3,12%) presenta un mayor valor que al del carbón (1,78%), lo que ocasionó que se tuviera una cantidad mayor de nitrógeno en el sistema. Cuando se realizó el experimento 1 (tasa de alimentación del carbón de 2,23 𝑘𝑔/ℎ) en la primera prueba (100% carbón), se encontraron lecturas de temperaturas anómalas (el perfil no presentó el comportamiento esperado) como se puede apreciar en la gráfica 3. Por ello se revisaron todas las termocuplas, encontrándolas en mal estado pero la que estaba ubicada a 800 mm del punto ignición era la más deteriorada (véase anexo ilustración 8). Ésta se reubicó en la posición de 1400 mm del punto ignición porque en este punto se encuentra la menor temperatura. Además, se presenta una temperatura máxima correspondiente a la termocupla que se encuentra a 400 mm del punto de ignición, debido a que allí se hace presente la combustión. Para el experimento 1, en el perfil de temperatura (gráfica 3) se puede apreciar que la curva de 5% se encuentra por debajo de la curva 100% carbón, mientras que las curvas 10% y 15% están por encima. Al finalizar el experimento 1, se revisó la caja de recolección de lodos, encontrando parte del carbón, lo que representa una reacción incompleta debida su tasa de alimentación. Para el experimento 2 (tasa de alimentación del carbón de 1,32 𝑘𝑔/ℎ), se puede observar que al aumentar el contenido de biomasa en el sistema, el perfil de temperatura aumenta lo que era de esperarse (gráfica 4); sin embargo, las lecturas de temperaturas de las diferentes termocuplas no presenta una tendencia definida. Debido a la incertidumbre en las lecturas de las diferentes termocuplas para los dos experimentos, se normalizaron los datos mediante la interpolación, las cuales se pueden apreciar en las gráficas 6 y 7. En cuanto a las emisiones de gases NOx (gráfica 5), se aprecia que las emisiones son mayores para el experimento 2. Las curvas presentan una relación directa al aumentar la concentración de biomasa debido su alto contenido de nitrógeno y a las altas temperaturas de combustión. Sin embargo, se puede observar en el perfil del experimento 1 que en el rango entre el 5% y 10% no se presentó un cambio significativo en la concentración de NOx en los gases y que el perfil de temperatura para el 5% de biomasa está por debajo de la curva de 100% carbón.

31

Gráfica 6. Experimento 1 - Normalización del perfil de temperatura

Gráfica 7. Experimento 2 - Normalización del perfil de temperatura

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pe

ratu

ra (°C

)

Distancia desde el punto de ignición (mm)

100% Carbón - 0% Aserrín

95% Carbón - 5% Aserrín

90% Carbón - 10% Aserrín

85% Carbón - 15% Aserrín

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tem

pe

ratu

ra (°C

)

Distancia desde el punto de ignición (mm)

100% Carbón - 0% Aserrín

95% Carbón - 5% Aserrín

90% Carbón - 10% Aserrín

32

7 CONCLUSIONES Con base en los resultados obtenidos en el proyecto y los objetivos planteados en el capítulo 3, se llegaron a las siguientes conclusiones:

El alto contenido de nitrógeno en el aserrín (3,12%), en comparación al del carbón (1,78%), influyó en el aumento de la generación de gases NOx, por la mayor cantidad de nitrógeno en el sistema.

Para el experimento 1, en el perfil de temperatura, la curva del 5% está por debajo de la

curva de 100% carbón.

Para los dos experimentos, el perfil de temperatura aumenta a medida que se incrementa la concentración de la biomasa (aserrín).

Para el experimento 1, se alcanzó una temperatura máxima de 1220°C con concentración del 15% y para el experimento 2 se alcanzó la misma temperatura máxima con 10% de biomasa.

A medida que se aumentó el porcentaje en peso del aserrín, de 0% a 15%, se observó un

incremento en las emisiones de gases NOx.

En el rango de concentración de biomasa entre 5% y 10% no se presentó un cambio significativo en la emisión de gases NOx.

Con la tasa de alimentación del carbón de 2,23 𝑘𝑔/ℎ se presentó una menor emisión de gases NOx que con la tasa de 1, 32 𝑘𝑔/ℎ.

33

8 RECOMENDACIONES Con el fin de continuar trabajando en este campo y para futuros proyectos se plantearon las siguientes recomendaciones a corto y largo plazo:

En cuanto a los equipos e instrumentación, se sugiere cambiar las siete termocuplas dado al estado en que se encuentran por el constante uso y a las altas temperaturas a las que se exponen.

Para eliminar el error en las mediciones de temperatura, se recomienda llevar acabo un

mayor número de pruebas para las mismas concentraciones de biomasa. De la experiencia de este trabajo y los realizados anteriormente se propone emplear concentraciones de biomasas por debajo del 10% para alcanzar menores emisiones de NOx.

En el caso de continuar trabajando con la biomasa empleada en este trabajo se sugiere evaluarla para concentraciones por debajo del 10% con la finalidad de verificar si se logra disminuir las emisiones de NOx.

Continuar trabajando con la mezcla de carbón-aserrín mediante el proceso de Co-firing

pero con la variación de mezclar previamente los combustibles y alimentarlos solo mediante el dosificador del carbón con el fin de estudiar los efectos en las emisiones de los gases NOx y compararlos con los resultados del proyecto actual. Para mayor detalle en la configuración del proceso véase Andes (2012). Por otro lado, también se sugiere trabajar mediante el proceso de Reburn para analizar y comparar los resultados bajo el proceso de Co-firing.

A largo plazo, se recomienda estudiar el diseño de la cámara de combustión para que se

pueda alimentar por dentro del ducto el combustible que presente el mayor contenido de nitrógeno, y así evaluar los efectos de los gases NOx. Véase Hein & Bemteng, (1998).

34

9 BIBLIOGRAFÍA Andes, U. d. (2012). Manual de Operación y Mantenimiento Cámara de Combustión Experimental

Co-firing/Reburn. Bogotá: Universidad de Los Andes.

Barrera, R., Pérez, J., & Salazar, C. (2014). Carbones colombianos: clasificacion y caracterización

termoquímica para aplicaciones energéticas. Bucaramanga.

Díez, F. (2015). Centrales Termicas. Control y eliminación de los NOx. Recuperado el 15 de abril de

2016, de http://files.pfernandezdiez.es/CentralesTermicas/PDFs/33CT.pdf

Forero, C. A., Sierra, F. E., & Camargo, G. (2014). Modelos de compresión aplicados al proceso de

densificación de combustibles sólidos binarios carbón-madera. Bogotá.

Hein, K. R., & Bemteng, J. M. (1998). EU clean coal technology—co-combustion of coal and

biomass. Stuttgart.

Infomaderas. (2015). Infomaderas. Información sobre la protección y acabados de la madera.

Recuperado el 8 de marzo de 2016, de http://infomaderas.com

Mexico, U. d. (s.f.). Biblioteca digital. Tesis digitales. Recuperado el 16 de abril de 2016, de

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/18046/Capitulo1.pdf

Monteria, U. p. (2015). Energías renovables integradas al motor productivo del departamento de

Córdoba. Monteria.

Parra, S. (2014). Estudio del efecto de la cascarilla de arroz en la reducción de las emisiones de

NOx en la combustión de carbón mediante el proceso Reburn. Recuperado el 20 de enero

de 2016, de https://biblioteca.uniandes.edu.co

Patiño, P. (2014). Innovaciencia. Biomasa residual vegetal: tecnologías de transformación y

estado actual. Recuperado el 10 de abril de 2016, de

http://revistas.udes.edu.co/site/index.php/innovaciencia/article/view/255

Prieto, I. (2004). Universidad de Oviedo. Reducción de emisiones contaminantes en grandes

instalaciones de combustión. Recuperado el 16 de abril de 2016, de

http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/1015/mod_resource/content/1/1C_C12757_0910/0

4_GT17_Reduccion_de_NOX_en_humos.pdf

35

Roncancio, J. (2012). Diseño, construcción y puesta en marcha de una cámara de combustión,

para Co-firing y Reburn, con el fin de determinar la viabilidad del bagazo de cala como

reductor de emisiones de NOx cuando se quema con carbón bajo la tecnología de Co-firing.

Recuperado el 19 de enero de 2016, de https://biblioteca.uniandes.edu.co

Royo, J., Canalis, P., & Sebastián, F. (2008). eoi. Co-Combustión. Recuperado el 10 de abril de 2016,

de http://api.eoi.es/api_v1_dev.php/fedora/asset/eoi:45272/componente45271.pdf

Turns, S. (2000). An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. Boston: McGraw-Hill.

UPME. (2004). Plan de infraestructura de transporte y portuaria para el desarrollo minero en

Colombia. Bogotá.

Uribe, F. (2014). Medición de las emisiones de NOx en el proceso de combustión de mezclas de

carbón y cascarilla de arroz por el método de co-firing. Recuperado el 19 de enero de 2016,

de https://biblioteca.uniandes.edu.co

Villate, M. (2012). Implementación de un sistema de monitoreo en una cámara de combustión

dual carbón-biomasa para experimentación en procesos de reburn y evaluación del

potencial del bagazo de caña de azucar como combustible para la reducción de los NOx.

Recuperado el 20 de enero de 2016, de https://biblioteca.uniandes.edu.co

36

10 ANEXOS

Anexo 1. Resultados análisis próximo y último para el Aserrín (pág. 1-2)

37

Anexo 2. Resultados análisis próximo y último para el Aserrín (pág. 2-2)

38

Anexo 3. Resultados análisis próximo y último para el Carbón (pág. 1-2)

39

Anexo 4. Resultados análisis próximo y último para el Carbón (pág. 2-2)

40

Porcentaje de Frecuencia (%)

Masa (g) Tiempo (s) Tasa de

Alimentación (g/s)

Tasa de Alimentación

(kg/h)

50

72,2 180 0,401 1,444

71,8 180 0,399 1,436

72,0 180 0,400 1,440

75

100,2 180 0,557 2,004

100,6 180 0,559 2,012

100,2 180 0,557 2,004

100

145,6 203 0,717 2,582

145,0 203 0,714 2,571

145,1 203 0,715 2,573

125

155,6 180 0,864 3,112

155,2 180 0,862 3,104

155,8 180 0,866 3,116

150

193,4 180 1,074 3,868

194,0 180 1,078 3,880

194,5 180 1,081 3,890 Anexo 5. Curva de calibración del dosificador del Carbón

Velocidad de Descarga (%)

Masa (g) Tiempo (s) Tasa de

Alimentación (g/s)

Tasa de Alimentación

(kg/h)

50 48,0 180 0,267 0,960

49,0 180 0,272 0,980

100 63,2 120 0,527 1,896

63,2 120 0,527 1,896

150 89,2 120 0,743 2,676

89,9 120 0,749 2,697

200 105,3 120 0,878 3,159

105,0 120 0,875 3,150 Anexo 6. Curva de calibración del dosificador de la biomasa

41

Anexo 7. Estado actual de la termocupla a 800 mm del punto ignición