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BRIQUETAS DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS COMO

FUENTE DE ENERGÍA CALORÍFICA EN COCINAS NO

CONVENCIONALES ANDRÉS VALDERRAMA

HERVE CUROCÉSAR QUISPE

VÍCTOR LLANTOYJOSÉ GALLO

BRIQUETAS DE RESIDUOS SÓLIDOS

ORGÁNICOS COMO FUENTE DE

ENERGÍA CALORÍFICA EN

COCINAS NO CONVENCIONALES

Primera edición digital

Julio, 2011

Lima - Perú

© Andrés Valderrama

Herve Curo

César Quispe

Víctor Llantoy

José Gallo

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0130

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] [email protected] facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

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de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

Memorias - XVII CONIMERA

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Briquetas de residuos sólidos orgánicos como fuente deenergía calorífica en cocinas no convencionales

Andrés Valderrama; Herve Curo; César Quispe; Víctor Llantoy & José GalloUniversidad Nacional Mayor de San Marcos

Ingeniería Mecánica y de Fluidos - Facultad de Ciencias Fí[email protected], [email protected]; [email protected];

[email protected]

Resumen- Los residuos sólidos orgánicos (RSO), se emplean como materia prima principal enla elaboración de briquetas que son quemadas en una cocina no convencional para obtenerenergía calorífica, siendo una alternativa de reemplazo a los combustibles líquidos tradicionales(kerosene o gas licuado de petróleo). La elaboración de las briquetas, se realizaron a partir delos residuos domiciliarios obtenidos de un sector del distrito de San Martín de Porres, dónde laproducción per cápita es de 0.634 Kg./hab.-día; los RSO representan el 62.5% de estos residuos.Los RSO son secados al medio ambiente y mezclados con aglutinantes como: aserrín, cal,arcilla; para la mezcla se emplea agua y estiércol de cuy.Se elaboraron 3 tipos de briquetas cilíndricas con un volumen de 446cm3, teniendo como materiaprima a los RSO con 70% en masa, luego son perforadas axialmente con 5 agujeros de 7.9mm.para facilitar su secado y combustión; la relación H/C es de 0.16 superior al petróleo diesel (0.14),la humedad relativa es de (89-91)%, la densidad de las briquetas tipo 1 es mayor en 10% a ladensidad de la briqueta tipo 2 y esta a su vez es mayor en 6% que la briqueta tipo 3, debido a lapresencia en su composición de 10%, 5% y 0% de aserrín respectivamente, el poder caloríficoinferior de las briquetas tipo 1 es de 13,826 kJ/Kg, del tipo 2 de 13,029 kJ/Kg y del tipo 3 es de10,725 kJ/Kg, esta variación se debe a que la cal y la arcilla logran disminuir el poder calorífico delas briquetas y lo hacen gradualmente de acuerdo al porcentaje en peso en su composición; elpunto de inflación de las briquetas fluctúan entre (86-90)°C.Las briquetas tipo 1, tipo 2 y tipo 3, originan (8, 13 y 20)% de cenizas, debido a que poseen 0%arcilla o cal, 5% de cal y 10% de arcilla respectivamente. Durante la combustión de las briquetaslas temperaturas medias superficiales alcanzaron valores de (250-400)ºC y se determinó eltiempo para hervir 500 cm3 de agua, obteniéndose en promedio (30 a 45) minutos.

Palabras Claves: Residuos Sólidos Orgánicos, briquetas, poder calorífico, humedad relativa,densidad, relación H/C, punto de inflamación, aglutinante, energía calorífica.

Abstract.- The solid organic residues (RSO), they are used as principal raw material in the productionof briquettes that are burned in a not conventional kitchen to obtain calorific energy, being analternative of replacement to the liquid traditional fuels (kerosene or liquified gas of oil). Theproduction of the briquettes, they were realized from the domiciliary residues obtained of a sectorof the district of Porres’s St Martin, where the production per cápita belongs to 0.634 Day Kg./hab.-; the RSO represents 62.5 % of these residues. The RSO is dried to the environment and mixedwith cementing agents since(as,like): sawdust, lime, clay; for the mixture(mixing) water and manureis used of cuy.There were elaborated 3 types of cylindrical briquettes with a volume of 446cm3, having as rawmaterial to the RSO with 70 % in mass, then they are perforated axialmente with 5 holes of 7.9mm.To facilitate his(its) dried one and combustion; the relation H/C belongs to 0.16 top to the oil diesel(0.14), the relative dampness is of (89-91) %, the density is of the briquettes type 1 is bigger in 10% than the density of the briquette type 2 and this in turn it(he,she) is major in 6 % that the briquettetype 3, due to the presence in his(its) composition of 10 %, 5 % and 0 % of sawdust respectively,the lowest heating power of the briquettes type 1 belongs to 13,826 kJ/Kg, of the type 2 of 13,029kJ/Kg and of the type 3 it(he,she) is of 10,725 kJ/Kg, this variation owes to that the lime and the claymanage diminishing the heating power of the briquettes and do it gradually in agreement to thepercentage in weight in his(its) composition; the point of inflation of the briquettes they fluctuatebetween(among) (86-90) °C. The briquettes type 1, type 2 and type 3, originate (8, 13 and 20) %of ashes, due to the fact that 0 % possesses clay or lime, 5 % of lime and 10 % of clay respectively.During the combustion of the briquettes the average superficial temperatures reached values of(250-400) ºC and it(he,she) decided the time to boil 500 cm3 of water, being obtained in average(30 to 45) minutes.

Key words: Solid Organic Residues, briquettes, heating power, relative dampness, density, relationH/C, point of inflammation, cementing agent, calorific energy.

Colegio de Ingenieros del Perú - CDL - Capítulo de Ingeniería Mecánica y Mecánica Eléctrica

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1. Introducción

La gran demanda de energía que se presentaprincipalmente en países en vía de desarrollo comoel nuestro y a la escasez de los combustibleslíquidos y gaseosos convencionales (Diesel 2,kerosene y GLP), obligan a buscar nuevas fuentesenergéticas que posean viabilidad técnica yeconómica, con el menor impacto ambientalposible. El estudio comprende la elaboración debriquetas a partir del acopio de los residuos sólidosdomiciliarios provenientes del distrito de San Martínde Porres; es conocido, que los residuos noorgánicos (vidrio, plástico, papel, cartón, metales,madera, trapos, telas) son reciclados para obtenerun valor económico de ellos y no fueronconsiderados para este estudio.

Resultados preliminares permiten demostrarque se puede reemplazar el combustible líquido ygaseoso ejecutando el proceso de quemado delas briquetas con 70% de RSO en masa, paraobtener energía calorífica en una proporción de33% con respecto a un combustible líquido(kerosene, petróleo Diesel 2) y 30% en masarespecto al gas licuado de petróleo (GLP).

La investigación determina como factoresesenciales en la elaboración de las briquetas:composición, humedad, densidad y granulometría.Estas fueron elaboradas con distintos porcentajesde los siguientes componentes:

• Los RSO secos y no cocidos (cáscarasde papa, arvejas, habas, hojas de choclo,hojas de espinacas, corontas de maíz,entre otros). El secado de los RSO serealizó al natural (medio ambiente), lo quepuede demorar entre dos y tres mesesen invierno y tres o cuatro semanas enverano. Luego estos residuos fuerontriturados y molidos (ver fotografía N°1).

• Aserrín de madera cedro (pudo haber sidode otra madera), es un aglutinantecombustible.

• Estiércol de cuy, el cuál fue secado ymolido.

• Arcilla común (aglutinante no combus-tible).

• Cal, su función es evitar desmoro-namientos y la formación de grietas en labriqueta.

• Agua

Nota. Debido a que el proceso de secado deestos RSO se realizó al aire libre, se debe resaltarque no se consideraron los residuos domiciliarios

orgánicos cocidos, por ejm: residuos de comidadescompuesta, huesos de animales, frutas, otros;porque atraen vectores.

2. Metodología del trabajo

2.1 Elaboración de las briquetas de RSO

Se hace la mezcla tomando en cuenta eltamaño (dimensiones) y el tipo de briqueta aelaborar, para la investigación se hicieron tres tiposcon porcentajes distintos de los componentes quese muestran en las tablas 1,2 y 3.

En las tablas 1, 2 y 3 se observa, los pesospara las sobras de mezcla (lo que no ingresa almolde); éstas se utilizan nuevamente en laelaboración de otras briquetas del mismo tipo,debido a que el porcentaje de cada componentese mantiene. La manera de realizar la mezcla essencilla, se necesita tener los componentes enlos porcentajes indicados, homogenizarlos y luegoagregar agua gradualmente hasta obtener unamasa pastosa y homogénea (fotografía N°2).

Fotografía N°1. RSO de San Martín de Porressecos y molidos respectivamente


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Briqueta

TIPO 1

Briqueta

TIPO 2

Briqueta

TIPO 3

Compo-nentes

Compo-sición

%

Compo-sición

%

Compo-sición

%

RSO 111gr 70 111gr 70 111gr 70

Estiércol de cuy

32gr 20 32gr 20 32gr 20

Aserrín 16gr 10 8gr 5 - -

Cal - - 8gr 5 - -

Arcilla - - - - 16gr 10

Subtotal 159gr 100 159gr 100 159gr 100

Agua 200ml 200ml 200ml

RESULTADOS

BRIQUETA HÚMEDA (peso promedio de las muestras)

213.2gr 212.6gr 214.0gr

Sobras de mezcla 145.8gr 146.4gr 145.0gr

Mezcla Total 359gr 359gr 359gr

Tabla N°1Composición de las briquetas para el tamaño de

2.5" de diámetro y 2.5" de altura





Briqueta

TIPO 1

Briqueta

TIPO 2

Briqueta

TIPO 3

Compo-nentes

Compo-sición

%

Compo-sición

%

Compo-sición

%

RSO 133gr 70 133gr 70 133gr 70

Estiércol de cuy

38gr 20 38gr 20 38gr 20


Cal - - 8gr 5 - -

Arcilla - - - - 19gr 10

Subtotal 189gr 100

189gr 100

190gr 100


RESULTADOS

BRIQUETA HÚMEDA (peso promedio de las muestras)

342.8gr 350.4gr 354.7gr

Sobras de mezcla 146.2gr 138.6gr 134.3gr


Briqueta

TIPO 1

Briqueta

TIPO 2

Briqueta

TIPO 3

Compo-nentes

Compo-sición

% Compo-sición

% Compo-sición

%

RSO 254gr 70 254gr 70 254gr 70

Estiércol de cuy

73gr 20 73gr 20 73gr 20


Cal - - 18gr 5 - -

Arcilla - - - - 36gr 10

Subtotal 363gr 100 363gr 100 363gr 100


RESULTADOS

BRIQUETA HÚMEDA (Peso Promedio De Las Muestras)

563.2gr 554.8gr 531.3gr

Sobras De Mezcla 299.8gr 308.2gr 331.7gr


Fotografía N°2. Elaboración de la briqueta Tipo 2,nótese sus componentes: RSO, cal y estiércol

de cuy.


60

2.2 Compactación de la mezcla

En ésta fase del proyecto se diseñó y fabricómoldes de madera con alturas de 2.5", 3.0" y 3.5"y de diámetros de 2.5"; 3.0" y 3.5" (ver fotografíaNº 3), para garantizar la solidez de la masacompactada durante su extracción del molde, paraser pesado y transportado hacia el secado.

2.3 Secado de las Briquetas

Las briquetas fueron secadas por convecciónlibre (a la intemperie), durante ocho días de intensosol, propio del mes de febrero. Lo ideal hubiesesido realizar el secado por convección forzado(secador o deshumedecedor), para evitar que durantela combustión la humedad sea el principal problema.

Fotografía N° 3. Moldes de madera con lascavidades para la elaboración de las briquetas

Se usaron los aglomerantes y se empleo unbajo nivel de presión, el cual oscila entre (0.8 y1.7)kPa, que es la fuerza ejercida por una personapromedio. De no haber usado aglutinantes sehubiese requerido de presiones altas (>5000 kPa),las cuales son alcanzadas únicamente pormaquinaria sofisticada y costosa.

Fotografía N° 4. Extracción de la briqueta húmedacompactada

Fotografía N°5. Briquetas húmedas y secas; en el2do. nivel del pabellón EAP-IMF, San Marcos.

2.4 Cálculo de la humedad de las briquetas

La humedad eliminada durante el proceso desecado por convección libre, se calcula de lasiguiente manera:

100% ×−=Húmedo

SecoHúmedo

Peso

PesoPesoH

Tabla Nº 4Pesos de briquetas húmedas

Briquetas TIPO 1 (RSO, estiércol de cuy y aserrín)

Dimensiones (diámetro y altura en pulgadas)

2.5 3 3.5

Peso Promedio (gramos) 213.2 342.8 563.2

Briquetas TIPO 2 (RSO, estiércol de cuy, cal y aserrín) Dimensiones (diámetro y altura en

pulgadas) 2.5 3 3.5


Briquetas TIPO 3 (RSO, estiércol de cuy y arcilla) Dimensiones (diámetro y altura en

pulgadas) 2.5 3 3.5


Briquetas TIPO 1 (RSO 70%, estiércol de cuy 20% y aserrín 10% del peso)

Dimensiones (diámetro y altura en pulgadas) 2.5 3 3.5


Briquetas TIPO 2 (RSO 70%, estiércol de cuy 20%, cal 5% y aserrín 5% del peso)



Briquetas TIPO 3 (RSO 70%, estiércol de cuy 20% y arcilla 10% del peso)



Tabla Nº 5Pesos de briquetas secas


61

Las diferencias del porcentaje de humedadeliminada en cada tipo de briqueta correspondena la diferencia en su composición de aglutinanteno combustible (cal y arcilla). Esto quiere decir,que el tipo 1 requiere de menor cantidad de aguadurante la elaboración a diferencia de los otrostipos que contienen aglutinantes que reaccionande una manera particular con el agua, es el casode la cal que eleva la temperatura del aguarápidamente al entrar en contacto.

húmedas eran incapaces de resistir siquiera unapúa o broca con diámetro inferior a un octavo depulgada. En este proceso se utilizó un taladro debanco (vertical) con brocas de 3/16, 1/4, 5/16pulgde diámetro para cada tamaño de briqueta (2.5, 3y 3.5pulg respectivamente).

Humedad de la briqueta eliminada durante el

secado

62.59

60.54

56.21

52

54

56

58

60

62

64

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

Briquetas

Hum

edad

Elim

inad

a(%

)

Gráfico N°1. Diferencia de humedad de lasbriquetas durante el secado por convección libre

2.5 Densidad de las briquetas secas

Se calcula con la simple relación de cocienteentre la mas a de la briqueta y el volumen de esta.Las diferencias de la densidad son tambiénresultado de la composición de cada tipo debriqueta, similar al caso de la humedad. Por ellose encuentra una relación inversamenteproporcional entre estas variables (comparargráfico N°1 y gráfico N°2). Es decir, mientras labriqueta de determinado tipo elimine mayorhumedad menor será su densidad

0.50

0.53

0.58

0.46

0.48

0.50

0.52

0.54

0.56

0.58

0.60


Briquetas

Den

sida

d (g

r/cm

3)

Gráfico N° 2. Comparación de la densidad de cadatipo de briqueta

Los diámetros de las brocas fueron elegidosde tal forma que las briquetas soporten laperforación (se buscó el menor diámetro para estepropósito) y que durante la quema aprovechen elaire que fluya por los orificios para evitar la faltade ingreso de aire (se buscó el mayor diámetro).

Tabla N°6.Peso promedio de las briquetas secas con

agujeros (Peso real de las briquetas)

Fotografía N° 6. Proceso de perforación de lasbriquetas secas.

Dimensiones (diámetro y

altura en pulg)

TIPO 1 (gr)

TIPO 2 (gr)

TIPO 3 (gr)

2.5 81.40 83.20 84.66

3.0 122.00 131.80 137.00

3.5 207.16 211.00 213.33

3. Combustión de las briquetas

Para que a un determinado material se leconsidere combustible en su composición debecontener cantidades de carbono e hidrógeno,similar a un hidrocarburo. El principal insumo delas briquetas como combustible lo constituyen losRSO, éstos poseen una relación hidrógeno-

2.6 Perforación de las briquetas

Las briquetas fueron perforadas luego delsecado ya que cuando éstas se encontraban


62

carbono H/C de 0.16, ligeramente mayor que elpetróleo diesel 2 que es de 0.14; este parámetroes fundamental para garantizar la eficiencia dequemado de las briquetas como combustible.

En el estudio experimental del proceso decombustión se emplearon los equipos einstrumentos siguientes: 01 termómetro, 01pirómetro, 01 cronómetro, 01 tetera, 01 cocina noconvencional portátil, 01 mesa, 01 regla graduada,01 encendedor, 01 vaso pirex.

El pirómetro, mide temperaturas superficialesde un sólido sin entrar en contacto con éste. Paraobtener dichas temperaturas debemos digitar enél previamente, el factor de emisividad del material,el cuál es un número adimensional entre 0 y 1que representa la razón de radiación de unasuperficie dada y la de un área igual de unasuperficie radiante ideal a la misma temperatura1.

bloques. Así se estimó que el estiércol de cuyposee un factor de emisividad de 0.95 y los RSOde 0.90; para cada caso se compara con el valordel factor de emisividad del aserrín, tomando comovalor de los límites del factor de emisividad para lamadera.

Tabla N° 5Factor de emisividad de cada componente de las

briquetas

1 Tomado de «Física Universitaria» Sears-Zemansky-Young-Freedman (Décimo Primera Edición) Vol I, pág. 68.2 La emisividad generalmente se encuentra tabulada con dos dígitos decimales, el pirómetro también solicita la misma

cantidad.3 Dato proporcionado por www.pce_iberica.es.4 Tomado de «Biblioteca del Ingeniero Químico» Robert Perry (Segunda Edición en español) Vol. III, pág. 10-52.

Fotografía N° 7. Medición de la temperatura de lacombustión de la briqueta con el pirómetro

La emisividad para cada material seencuentra tabulada en manuales, de esta formase tiene la emisividad para el aserrín (madera),arcilla y cal; pero no se logró hallar el factor deemisividad para el estiércol de cuy y los RSO. Loque se hizo fue aproximar estos valores a otrosya conocidos, realizando una singular prueba, queconsiste en incinerar un bloque de RSO, uno deestiércol de cuy y otro de aserrín al mismo tiempo.Como se posee la emisividad del aserrín o madera(0.9), se obtiene la temperatura de este bloque,luego con esta emisividad se mide lastemperaturas de los otros bloques, obteniéndoseuna temperatura similar en el bloque de RSO y sealcanzó una mayor temperatura en el de estiércolde cuy, además este logró emitir calor radiantecon mayor intensidad en comparación a los otros

COMPONENTE

FACTOR DE

EMISIVIDAD2

RSO 0.90

Estiércol de cuy 0.95

Aserrín 0.903

Arcilla 0.854

Cal 0.914

Emisividad de cada tipo de briqueta, paraello se hace uso de la relación porcentual de cadacomponente y de su respectivo factor deemisividad, se tiene:

Tipo 1:RSO 70%, estiércol de cuy 20% y aserrín 10%

90.01.09.02.095.07.09.01 =×+×+×=Tipoe

Tipo 2:RSO 70%, estiércol de cuy 20%, aserrín 5% ycal 5%.

91.005.091.005.09.02.095.07.09.02 =×+×+×+×=Tipoe

Tipo 3:RSO 70%, estiércol de cuy 20% y arcilla 10%

90.01.085.02.095.07.09.03 =×+×+×=Tipoe

Las pruebas del proceso de combustión serealizaron en un ambiente donde existía flujo deaire controlado (velocidad < 4 m/s), lo contrarioperturbaría el encendido de la briqueta e impediríael aprovechamiento eficiente del flujo de calor porconvección libre hacia la tetera con agua.

El proceso de combustión de las briquetasmás pequeñas (de diámetro 2.5" y de altura 2.5"y las de diámetro 3.0" y de altura 3.0"), debido aque el calor emanado por éstas era muy pequeño


63

y por que fueron agrietándose; se desecharon paralas pruebas posteriores y sólo se tomo en cuentalas briquetas más grandes; es decir, las briquetasde 3.5" de diámetro y altura.

Ensayos de combustión de las briquetas,consiste en combustionar dos briquetas de unmismo tipo para hervir 500ml de agua en una teterausando sólo las briquetas de 3.5" de diámetro y3.5" de altura. Las dos briquetas se ubican a unadistancia de 4.4cm de la base de la tetera. Seutilizó una cocina no convencional que se ubicó auna distancia de 86cm del suelo (sobre la mesa).Esta cocina es comercial y especial para briquetasde carbón mineral o vegetal (fotografía 8). el aguahierve entre (30-45 minutos); las briquetas siguenquemándose durante 1h 40min aproximadamente.

tipo 2 y tipo 1, esto se puede explicar por lasrazones siguientes:

a) La briqueta Tipo 3 posee mayorproporción de arcilla. Éste es un materialcuya degradación (fractura microscópica)se produce a elevadas temperaturas(>900°C) y en prolongados tiempos. Esdecir la arcilla no forma parte del procesode combustión.

b) En el Tipo 2 la cal cumple una funciónsimilar a la arcilla.

c) En todos los tipos de briquetas el estiércolde cuy participa en la composición de lasbriquetas con el 20%, se apreció que sequema rápidamente para convertirse encarbón; particularmente en el tipo 1 y tipo2, el aserrín se quema a bajastemperaturas (<350ºC) lo que origina quese incremente la ceniza ligeramente.

Fotografía N° 8. Cocina no convencional ycombustión de las briquetas

4. Análisis de combustión de lasbriquetas

A continuación se presentan los gráficosconstruidos con los resultados obtenidos en losensayos experimentales.

4.1 Generación de cenizas

En el gráfico N°4 se muestra que la cenizade la briqueta tipo 3 es mayor que la ceniza del

Gráfico N° 4. Variación de la generación decenizas en las briquetas Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3.

Porcentaje de masa de briqueta obtenido como

ceniza

8.12

13.27

20.16

0

5

10

15

20

25


Briqueta

Porc

enta

je d

e Br

ique

ta(%

)

El porcentaje de cenizas en todos los tiposde briquetas no debería ser superior al 20% desu peso para evitar que parte de ella se conviertaen un material volátil que sea transportado por elaire hacia el medio ambiente.

4.2 Variación de temperatura en funciónal tiempo de la combustión de lasbriquetas

Se aprecia dos zonas de la a saber:

ZONA 1. Variación de temperatura delproceso de combustión de las briquetas desde elminuto 3 aproximadamente hasta el minuto 20.Se muestra que la temperatura de la briqueta Tipo1 es menor que le temperatura de combustión debriqueta Tipo 2 y esta a su vez es menor que latemperatura de la briqueta Tipo 3. Este fenómeno


64

se produce debido a la presencia del aserrín, queen el Tipo 1 representa el 10% y esto produce lafacilidad del punto de inflamación bajo, asimismodicho punto se va incrementando en el Tipo 2 queposee 5% de aserrín y más aun en el Tipo 3 queposee 0% de aserrín.

ZONA 2. Variación de temperatura delproceso de combustión de las briquetas desde elminuto 20 hasta el minuto 35. Se muestra que latendencia en el comportamiento de la variaciónde la temperatura se invierte con respecto a lazona 1; este fenómeno se debe a las razonessiguientes:

Fluctuaciones de la temperatura de cada tipo de briqueta con respecto al tiempo

107.5 118.5

155

272

312 302

135.6

218

256.2

179

249

220 227

293.5

89.2

284.8

268.5

86.3

142.2

257.2

290272

86

247

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35 40tiem po ( m in )

Tem

pe

ratu

ra (

°C )

TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3

• Durante los ensayos experimentales seaprecia que se quema aproximadamentemás del 60% de la cantidad de lasbriquetas.

• Debido a que la temperatura decombustión de la cal (óxido de calcio) seproduce a temperaturas superiores a1500ºC, en esta fase de temperatura lacal no se quema tan solo se calienta.

De igual modo la arcilla se calienta y sequema por sectores logrando fragilizarseparcialmente (se desprende parcialmente), estose debe a que la temperatura de la combustiónde la arcilla es superior a 900ºC.

Gráfico N° 5. Temperatura de la combustión de las briquetas tipo1, tipo 2 y tipo 3, en función al tiempo

Entonces debido a estos fenómenos térmicos simultáneos la temperatura se mantiene estable(posee una variación mínima en una rango de tiempo de 25 minutos) hasta que se logra hervir el agua.

4.3 Poder calorífico de las briquetas

Para el cálculo se consideran el poder calorífico de cada componente de las briquetas y su respectivadensidad

Componente Poder Calorífico (KJ/Kg)

Densidad (ρ) (gr/cm3)

RSO 15177 0.635

Estiércol de cuy 41001 0.306

Aserrín 13400 0.296

Cal No determinado 0.64

Arcilla No determinado 1.46

5 Datos hallados experimentalmente.6 Se aproximó dicho valor


65

El poder calorífico es la cantidad de calor producido por un material (briqueta) durante su combustióny se calcula de la siguiente forma:

CompNCompNCompCompCompComp

CompNCompNCompNCompCompCompCompCompComp HHHH

%...%%

%...%%

2211

222111

×++×+×××++××+××

=ρρρ

ρρρ

El poder calorífico de la briqueta Tipo 2 quecontienecal en su composición en 5%, tienemenor poder calorífico, debido a que la cal secombustiona o se quema a temperaturas porencima de los 1500 grados y al combustionarselos RSO y el estiércol de cuy a temperaturas de(250 hasta 350)º centígrados aproximadamente,la cal recién se está calentando. De igual modo lapresencia de la arcilla origina la disminución delpoder calorífico de la briqueta 3 (gráfico 6).

Poder Calorífico de cada tipo de Briqueta

1382613029

10725

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000


Briquetas

Po

der

Cal

orí

fico

H (

KJ/

Kg

)

Del gráfico N°6 se puede deducir que labriqueta Tipo 1 es la que posee mayor podercalorífico que luego es comparada con otros

Gráfico 6. Poder calorífico de las briquetas

Comparación entre la briqueta Tipo 1 y los combustibles

convencionales

46100 43950 43400 3990033700

19250

42500

13826

0

10000

20000

30000

40000

50000

GLP Gasolina Querosene Diesel 2 GasNatural

Carbón demadera

Metanol Briqueta deRSO Tipo 1

Combustibles

Pode

r Cal

orífi

co (K

J/K

g)

combustibles y representa aproximadamente el30% del poder calorífico del GLP y el 33% delpoder calorífico del petróleo diesel 2 (gráfico N°7).

La briqueta de RSO Tipo 1, tiene fácilencendido, su combustión es lenta y además seproduce con material totalmente desechable (70%de RSO), lo que incrementa el interés de producireste tipo de combustible.

5. Conclusiones

1. El tamaño óptimo de briqueta fue la de 3.5"de diámetro y de altura.

2. El nivel de compactación de (0,80 hasta 1,70)kPa, empleado para la elaboración de labriquetas tipo 1 y tipo 2, permitió mantenerla forma compacta durante el secado,perforación y durante la combustión. Elcontenido de arcilla en la briqueta Tipo 3,perjudico su solidez.

3. La briquetas Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3 tienen(8, 13 y 20)% de cenizas respectivamente,debido a que poseen 0% arcilla, 5% de cal y10% de arcilla respectivamente, lo quedeterminan que estas cenizas pueden serutilizadas como fertilizante para terrenosagrícolas.

4. La densidad de las briquetas Tipo 1 es mayoren 10% a la densidad de la briqueta Tipo 2 yesta a su vez es mayor en 6% que la briqueta

Gráfico N° 7. Poder calorífico de la briqueta Tipo 1, comparado con otros combustibles


66

Tipo 3. Debido a la presencia en sucomposición de 10%, 5% y 0% de aserrínrespectivamente.

5. El poder calorífico inferior de las briquetasTipo 1 es de 13,826 KJ/Kg, del Tipo 2 de13,029 KJ/Kg y del Tipo 3 es de 10,725 KJ/Kg. Esta variación se debe a la presencia ensu composición de 10%, 5% y 0% de aserrínrespectivamente y a la presencia del 5% decal en la briqueta Tipo 2 y al 10% de arcillaen la briqueta Tipo 3, que no desprendencalor si no hasta después de los 500ºC.

6. Observaciones

1. Las briquetas producen en su interior llamaamarilla; durante 10 minutos.

2. Las briquetas Tipo 2 producen o emananhumo de color blanco (combustión fría) conintensidad elevada y abundante y las de Tipo1 producen humo de color azul no muypronunciado (combustión teórica oestequiométrica); su acción sobre el olfatohumano es mucho mas irritante que el humode la briqueta Tipo 2 y Tipo 3. Asimismo labriqueta Tipo 3 presentó al igual que el Tipo2 humo color blanco de intensidad baja y enpoca cantidad.

3. La briquetas Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3,demostraron fácil encendido y lo hacenrápidamente sin necesidad de aditivos.

7. Agradecimiento

Los autores comprometen su agradecimientoal Programa de Iniciación Científica (PIC), dirigidopor el vicerrectorado Académico de la UniversidadNacional Mayos de San Marcos de Lima-Perú.

8. Bibliografía

1. Sears & Zemansky «Física Universitaria»Editoral Pearson, Décimo Primera Edición Vol.I, México 2004.

2. Perry, P; «Biblioteca del Ingeniero Químico»Editorial McGraw-Hill. Segunda Edición enespañol Vol. III, México 1986.

3. Marks «Manual del Ingeniero Mecánico»Editorial McGraw-Hill. Segunda Edición enespañol, México 1984.

4. Raymond A. & Otros. «Física para Ciencias eIngeniería» Thomson Editores. Sexta EdiciónVol. II, México 2005.

5. Incropera, F. «Fundamentos de Transferenciade Calor y Masa» Editorial Prentice Hall. CuartaEdición, México 1999.

6. www.pce_iberica.es.

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