medición del poder calórico de pellets de broza de café

8/19/2019 Medición Del Poder Calórico de Pellets de Broza de Café

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II MARCO TEORICO

1.1 Manejo de residuos sólidos

biomásicos en Costa Rica

En Costa Rica además de los residuos

orgánicos generados en el sector

doméstico, existe una gran producción de

residuos biomásicos del sector agrícola e

industrial. De acuerdo con la Encuesta de

Oferta y Consumo Energético Nacional a

partir de la biomasa, realizada por la

Dirección Sectorial de Energía en el año

2006, existe una gran producción de

residuos biomásicos que pueden

analizarse con el fin de valorar su

potencial energético. A continuación se

muestra un cuadro la producción

aproximada en toneladas durante en la

industria del café en el 2006. (Cortés,2009)

Cuadro 1. Toneladas de biomasa

generada durante el año 2006 (Fuente:

Encuesta de oferta y consumo

energético nacional a partir de la

biomasa Costa Rica-2006/DSE)

Fuente Producción

(toneladas)

Cascarilla de café 25 000

Broza de café 252 000

1.3 Características de la broza de café

La broza ha sido tradicionalmente un

asunto de preocupación por

contaminación ambiental. Gran cantidad

de estudios de aprovechamiento

energético se han realizado en Costa Rica

sin logros claros (Mata, 2013). Algunascaracterísticas de esta biomasa se

muestra en el Cuadro 2

Cuadro 2. Características principales de

la broza de café (Mata, 2013)

Parámetro Valor

Porcentaje de

humedad, H/( )

13

Azúcares

reductores/( )

12.4

Azúcares no

reductores/( )

2.0

Sustancias

pécticas/( )

6.5

Poder calórico,

Hg/(MJ/kg)

16.1

1.3 Calor de combustión

La energía liberada por un combustible al

arder es lo que comúnmente se conoce

como calor de combustión. Su valor

depende del tipo de combustible y del

tipo de combustión realizada. En una

combustión completa, se considera que

el calor de combustión es el producto de

la masa de combustible empleada

multiplicada por su poder calorífico.

Aunque existen dos valores para el poder

calorífico: poder calorífico superior

(PCS) y poder calorífico inferior (PCI), lo

común es tomar el PCI como valor real de



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la energía liberada por una sustancia

durante su combustión (Bueno, 2014).

El calor de combustión de las sustancias,

calculado con una bomba calorimétrica

se obtiene con la ecuación:

e

(1)

Donde,

Hg: calor de combustión

calculado, cal/g: cabio de teperatura, ˚C

W: energía equivalente del

caloríetro, cal/˚C

e: corrección por el calor del

alambre fusible, cal

m: masa de la pastilla, g

El valor del cambio de temperatura sedetermina con la ecuación:

(2)

Donde,

: cabio de teperatura, ˚C

Tc: temperatura máxima

alcanzada, ̊ C

Ta: temperatura mínima

alcanzada, ̊ C

La corrección por el calor del

alambre fusible se calcula con la

ecuación:

e , c (3)

Donde,

e: corrección por el calor del

alambre fusible, cal

c: centímetros de alambrefundidos, cm

La corrección por la energía equivalentedel calorímetro se obtiene con laecuación:

(4)

Donde,

W: energía equivalente delcaloríetro, cal/˚C

Href : valor de la literatura delcalor de combustión de lasustancia de referencia, cal/g

mref : masa de la pastilla desustancia de referencia, g

I METODOLOGÍA

Primeramente, se utilizó el ácido

benzoico como sustancia de referencia

para realizar el cálculo de la capacidad

calorífica del calorímetro, se realizó la

elaboración de una pastillas con un peso

inferior a 1,1 g, además se colocó la

pastilla en la cápsula de combustión.

Luego, se realizó la medición de 10 cm de

alambre níquel-cromo, el cual se fijó a los

electrodos y se puso en contacto con la

muestra, cuidando que este no estuviera

en contacto con las paredes de la cápsula.

Seguidamente se llevó cabo dos

lavados con oxígeno a la bomba, antes derealizar el llenado de la misma, donde el



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valor de la presión no debe superar las

25 atm. La cubeta del calorímetro se

llenó con 2000 g de agua destilada y secolocaron los cables de ignición a la

bomba para así introducir la misma

dentro de la cubeta con agua.

Posteriormente se realizó el proceso de

combustión de la muestra mediante la

programación adecuada del equipo del

calorímetro.

Una vez finalizado el proceso se

revisó la cápsula de combustión para

buscar evidencia, si es que la hay, de que

la combustión haya sido incompleta. Se

retiraron los trozos no quemados del

alambre fusible para medir su longitud y

con el valor de la longitud inicial se

determina por diferencia la cantidad neta

de alambre quemado.

Se realizó el mismo

procedimiento detallado anteriormente

para la realización por triplicado del

calor de combustión de los pellets de

broza de café con una composición 70%

broza y 30% cascarilla, con una humedad

relativa de 15-20% utilizando un

calorímetro Parr 6772. Resaltar que no

se utilizó el empastillador, pues la

materia ya se encuentra densificada y

sólo se aseguró que la masa del pellet

fuera de 1.1 g o menor

Cuadro 3. Materiales y equipos utilizados en el laboratorio.

Nombre Fabricante Ámbito SeriePlaca

UCRIncertidumbre

Bomba

calorimétrica

Parr

Instrument- 6755 - -

Termómetro

calorimétrico

Parr

Instrument

(10-50)

˚C 67722130628425 350879 ± 0.0001 ˚C

Balanza

analítica 2OCONY 0-6000 g 7132100084 325968 ± 0.001 g

Balanza

analítica 2AE ADAM 0-360 g - 223343 ± 1 g



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Diagrama de equipo

a) b) c)

d) e)

Figura 1. a) Bomba calorimétrica con adquisición de datos. b) Alambre Parr 45C10

níquel-cromo c) Bomba. d) Balanza analítica 1. e) Balanza analítica 2.

II DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El Cuadro 4 muestra los valores de calor de

combustión obtenidos tanto para el ácido

benzoico, la sustancia de referencia, (el

cual se asume que es de alta pureza, es

decir que el calor de combustión que

presente el ensayo corresponde realmente

al valor teórico); como para los pellets de

broza de café, valores que se obtiene a

partir de la Ecuación 1. Importante

mencionar que se realizaron dos lavados

con oxígeno a una presión de 5 atm y 10

atm, con una tercera carga a 25 atm para

evitar realizar la corrección por formación

de ácido nítrico y solo la corrección por el

calor del alambre fusible fue tomada en

cuenta

Cuadro 4. Resultados obtenidos del calorde combustión de las sustanciasanalizadas

Sustancia Corrida

Calor de

combustión,

Hg/(cal/g)

Ácidobenzoico

3 6315.49

Pellet debroza

4 4068.67

1 4071.54

2 4028.06



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Al obtener la energía equivalente del

calorímetro, con un valor de 2445.1273

cal/°C, utilizando la sustancia dereferencia, se logra obtener los valores

de calor de combustión que se muestran

el Cuadro 4. En el Cuadro 5 se aprecia el

valor promedio del poder calórico

encontrado experimentalmente para el

pellet 70-30 broza de café-cascarilla

respectivamente; un valor de 16.98

MJ/kg, similar a los 16.1 MJ/kg que

reporta el profesor Julio Mata en el 2013.

Destacar que los resultados se vieron

afectados por la zona de trabajo poco

limpia y ordenada, pues se estabanrealizando arreglos estructurales

Cuadro 5 Calor de combustión de los

pellets 70/30 encontrado

Sustancia

Calor de

combustión

Hg/(cal/g)

Calor de

combustión

Hg/(MJ/kg)

Pellet debroza de café 4056.25 16.98

III DATOS EXPERIMENTALES

Cuadro 6. Datos recolectados

Sustancia Corrida

Longitud

inicial

alambre,

Li/(cm)

Longitud

final

alambre

Lf/(cm)

Tiempo

total, t/

(min)

Tiempo

de

ignición,

ti/(min)

Temperatura

mínima, Ta/

(°C)

Temperatura

máxima, Tc/

(°C)

Masa

pastilla,

m/ (g)

Ácido

benzoico

3 10.10 7.4 14 5.95 24.18427 26.83427 1.025

Broza de

café

4 10.00 7.1 15 5.30 24.5251 26.2867 1.045

1 10.00 7.4 15 5.38 27.88932 29.60522 1.029

2 10.00 6.4 14 5.44 29.01365 20.75985 1.064

III METODOLOGÍA DE CÁLCULO

C.1 La corrección por el calor del alambre

fusible se calcula con la ecuación:

e , ( ) cal

C.2 El valor del cambio de temperatura se

calculó con la ecuación:

C C

C.3 La corrección por la energía

equivalente del calorímetro se obtuvo

con la ecuación:



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C

cal/C

C.4 El calor de combustión del pellet de la

corrida 4 se obtiene de la siguiente

forma:

C

calC

cal

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