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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