FABRICACIÓN DE BRIQUETAS, USANDO ASERRÍN DE Pinus radiata y Eucalyptus globulus A UN NIVEL

ARTESANAL

II. Responsable:

III. Institución:

IV. Planteamiento del problema de investigación

1. Descripción del problema

Actualmente la industria de aserrío es la más importante actividad de transformación de madera en el país, estimándose que hay actualmente en operación un total de 200 aserraderos con una capacidad instalada ligeramente superior a 1 millón de m³. Las deficiencias más notorias de este tipo de industria son el elevado desperdicio (más del 40%) de la materia prima. El mayor problema de la industria del aserrío, es la acumulación de estos desperdicios en grandes volúmenes, estos residuos son vertidos a la ribera de los ríos, quebradas y utilizados como fuente de energía, contaminando el ambiente, sin aprovechar su poder calorífico, pudiendo darle un valor agregado.

Una de las vías para utilización de estos desperdicios es convirtiéndolas en briquetas o pellets, conocidos como biocombustibles sólidos densificados. Estos biocombustibles son 100% naturales y ecológicas, ya que están hechas de desperdicios forestales tales como el serrín, viruta, chips, ramas, restos de poda, raleo fino, etc. Y además no utilizan ningún tipo de aglomerante ya que el agua y la propia lignina de la madera funcionan como pegamento natural.

La industria maderera en la ciudad de Cajamarca está cobrando gran importancia debido a los programas de reforestación en todo el departamento de Cajamarca, y por lo tanto no es ajena al problema de la acumulación de desperdicios en grande volúmenes. En la ciudad de Cajamarca, desde hace años viene funcionando una de las industrias del aserrío más conocida, Derivados de la Madera S.R. Lda, el cual utiliza sus desperdicios para alimentar sus calderas de sus hornos de secado, emitiendo grandes cantidades de

concentraciones de CO2, SOX y NOX causantes del efecto invernadero y el cambio climático. En tal caso es necesario darle un valor agregado a estos desperdicios utilizando la técnica de densificación para obtener briquetas a escala industrial.

Por lo expuesto anteriormente, en la presente investigación se determinara si la utilización del aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus son apropiados y no se disminuirá su poder calorífico, para la fabricación de briquetas a un nivel artesanal.

2. Formulación del problema

De lo descrito anteriormente, se deriva la siguiente pregunta principal de investigación:

¿Cuáles son las características tanto físicas como químicas en las briquetas utilizando aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus, a un nivel artesanal?

3. Justificación de la investigación

De la revisión bibliográfica que se realizo, no se encontró investigaciones referidas a este problema en el ámbito de Cajamarca. Es por esta razón que la información que se genere servirá de guía a la industria del aserrío, en un mejor uso y aprovechamiento de sus desperdicios generados de la transformación de la madera, y por lo tanto reducir las emisiones de CO2, SO2 y NO3 causantes del efecto invernadero y el calentamiento global.

Además con la elaboración de briquetas a partir de aserrín, se disminuirá la presión que existe sobre los bosques naturales por la tala indiscriminada de árboles con fines energéticos, también las briquetas pueden sustituir a la leña, material utilizado por casi toda la población rural, y los combustibles fósiles derivados del petróleo y del carbón.

4. Objetivos de la investigación

Determinara las características tanto físicas como químicas de la obtención de briquetas de aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus a un nivel artesanal.

Determinar la densidad anhidra y aparente, composición química, resistencia a la compresión y poder calorífico de las briquetas.

5. Delimitación (o alcances) de la investigación

Como ya se menciono en secciones precedentes, la investigación se realizara en la Industria de Aserrío Derivados de la Madera S.R. Lda. El aserrín a ser utilizado provendrá de la transformación de la madera que se realiza en esta industria. Se prevé que la investigación tendrá una duración total de 3 meses.

6. Limitaciones de la investigación

Debido a que la investigación se realizara en la industria de Derivados de la Madera S.R. Lda, el cual actualmente no viene trabajando con madera de Eucalyptus globulus, ya que solo lo hacen cuando existe un contrato de por medio. Pero se espera que el gerente de la industria firme un contrato, para la fabricación de vigas de madera de esta especie para la construcción de una casa, el cual se estará realizando probablemente entre los meses de febrero y marzo.

V. Marco teórico

1. Importancia de la fabricación de Briquetas:

Según Aldana et al. (2009) la compactación del aserrín para la elaboración de briquetas es una alternativa energética renovable proveniente de la biomasa, por lo cual es posible densificar inmensos volúmenes de aserrín que proviene del sector forestal, con dicho proceso se obtiene productos con alternativa razonable debido a que es un combustible limpio, ecológico, genera poco humo, fácil de apilar y disminuye el costo de transporte.

El uso del aserrín sigue siendo un problema en nuestro medio, sin embargo es posible darle valor agregado utilizando la técnica de densificación para obtener briquetas a escala industrial, ya que constituye aproximadamente el 12.5 % del volumen total de la

madera rolliza; esta acción permitirá solucionar el problema ambiental que este ocasiona, generará fuente de trabajo, mejorará el nivel de vida de la población, entre otros.

Con la elaboración de briquetas a partir de aserrín, se disminuirá la presión que existe sobre los bosques naturales por la tala indiscriminada de árboles con fines energéticos, también las briquetas pueden sustituir a la leña y combustibles fósiles derivados del petróleo y del carbón.

Núñez y Soto (2008) señalan que en la actualidad la utilización de los subproductos forestales tiene un alto grado de desaprovechamiento. El aserrín, viruta, despuntes, entre otros, se almacena en grandes cerros o se quema en calderas, sin poseer un mayor valor agregado o alcanzar una eficiencia energética mayor.

Una de las vías para utilizar los residuos madereros es convirtiéndolos en pellets o briquetas, conocidos también como biocombustibles sólidos densificados. Estos biocombustibles (pellets) tienen forma cilíndrica con diámetros normalmente comprendidos entre 7 y 22 mm y longitudes de 3,5 a 6,5 cm, cuya fabricación se realiza a alta presión, sin necesidad de utilizar algún tipo de adhesivo. Al fabricar y comercializar este tipo de combustibles, se disminuye considerablemente la cantidad de residuos, se reduce el volumen transportado, así como también se logra una combustión más limpia y eficiente.

La combustión de los pellets es más atractiva ambientalmente debido a que reduce las emanaciones de CO2 en un 50% comparado con la combustión de leña o astillas, posee bajas concentraciones de azufre y nitrógeno entre 0.004 - 0.007 % y 0.05 - 0.16 % del peso seco final de cada pellet respectivamente.

2. Propiedades físicas y químicas de las briquetas

Núñez y Soto (2008) mencionan que la materia prima tiene un contenido de humedad entre 8 a 12 %, obteniendo una eficiencia energética de 4500 kcal/kg como poder calorífico superior. En consecuencia la combustión de pellets contribuye

a disminuir las concentraciones de CO2, SOx y NOx causantes del “efecto invernadero” y el cambio climático.

Según Tapia et al. (2006) existe además de la necesidad del secado previo; ya que, el poder calorífico de la biomasa depende fuertemente del contenido de humedad de la misma. Los valores caloríficos varían muchísimo entre biomasa de similares características pero con diferentes contenidos de humedad. El contenido de humedad es clave durante todo el ciclo de la biomasa, si el objetivo final es el de obtención energética.

Aldana et al. (2009) menciona que el poder calórico de los combustibles sólidos depende de su composición química, especialmente de la proporción de sustancia combustible: carbono e hidrogeno, se puede decir que a igual peso de combustible sólido aumenta el poder calorífico con la riqueza de lignina (cuyo poder calorífico inferior en término medio es 6100 kcal/kg). Como el poder calorífico inferior de la celulosa sólo llega a 4150 – 4350 kcal/Kg., las maderas especialmente ricas en celulosa, tienen un poder calorífico relativamente bajo (KOLLMAN, 1959).

VI. Hipótesis o variables de investigación

Hipótesis de investigación:

Se obtiene un buenas características tanto físicas como químicas en las briquetas utilizando aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus, a un nivel artesanal.

Variables:

Variable independiente: briquetas de aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus

Variable dependiente: características físicas y químicas

VII. Metodología de la investigación

Tipo de investigación:

Por sus objetivos mi investigación es descriptiva, ya que se determinara las características tanto físicas como químicas de la obtención de briquetas de aserrín de Pinus radiata y Eucalyptus globulus a un nivel artesanal.

Diseño de la investigación:

Ubicación geográfica:

El trabajo se llevara a cabo en las instalaciones de la industria del aserrío, derivados de la madera S.R. Lda. ubicado en el Jr.

Túpac Amaru Nro. 481 de la ciudad de Cajamarca, con coordenadas geográficas de 07º08’38” latitud sur y 78º29‘07” latitud oeste.

Periodo de trabajo:

El trabajo de investigación tendrá un periodo de trabajo de 5 meses, iniciando a partir del mes de febrero y culminara en el mes de junio.

Materiales y equipos

a) Materiales, insumos y reactivos, los cuales servirán para la fabricación de briquetas, así como también para determinar sus características físicas y químicas.

- Aserrín de tres especies forestales - Almidón de yuca en polvo- Moldes de acero para briquetas- Algodón- Bolsas de polietileno- Tamiz 0.0098 mm y 2 mm- Alcohol al 96%- Agua destilada

- Desecador- Balones- Matrazes- Pipetas- Fiolas- Papeles filtro- Embudos de vidrio- Pinzas- Varilla de vidrio- Crisoles- Clorito de sodio (NaClO2) al 1.5% 2- Clorito de sodio (sólido)- Ácido sulfúrico (H2SO4) al 72% 2 4- Ácido acético (CH3COOH) 3- Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.0725N 2 3- Indicador rojo metilo

b) Equipos

- Estufa- Prensa universal (ensayo mecánico)- Cocinillas- Baño maría- Extractor soxhlet y sifón- Condensador de reflujo- Calorímetro- Computadora- Cámara fotográfica

c) Instrumentos

- Balanza analítica- Reloj- Calibrador digital- Prensa hidráulica manual- Termómetro de 250 ºC

Procedimiento a seguir para la recolección de datos:

1. Para la fabricación de briquetas se utilizara el mismo procedimiento utilizado por Aldana et al. (2009):

o Se recolectara aserrín fresco de las especies forestales Eucalyptus globulus y Pinus radiata, sin cambios que puedan ser producidos por de los microorganismos.

o Se realizara un presecado natural expuesto a la radiación solar, con rango de secado entre 8% y 17 % de contenido de humedad.

o El aserrín será tamizado, según la cantidad necesaria, teniendo como rango de medida entre >0.0088 mm - < 2.00 mm posteriormente las partículas de aserrín serán secadas en una estufa a 103 + 2 ºC hasta conseguir un peso constante.

o El aglutinante de almidón de yuca será preparado con la siguiente proporción: 40 g de almidón de yuca, disuelto en 250 ml de agua y colocada a fuego lento, hasta conseguir una consistencia viscosa.

o Luego se realizar una mezcla en forma homogénea entre el aglutinante y el aserrín.

o La mezcla homogénea será colocada en los moldes calientes y se procederá a densificarla en una prensa hidráulica, a una presión de 321.53 kg/cm2, por un tiempo promedio de 40 minutos. Se retirara la briqueta del molde aplicando presión.

2. Determinación de la concentración del aglutinante se usara el mismo procedimiento utilizado por Aldana et al. (2009) utilizando la siguiente fórmula:

[ ] = W (sto) x100/W (sto) + W(sol)

Donde:[ ] =Concentración del aglutinante en %W (sto) = Peso del soluto (g)W (sol) = Peso del solvente (ml)

3. Para determinar la densidad aparente básica se seguirá el mismo procedimiento usa por Dorado et al. (1995) el cual consiste en determinar el peso

mediante secado en estufa a 100º+/-5ºCº hasta llegar a peso constante en un promedio de 48 h.

Posteriormente las muestras se sumergirán en agua destilada durante 48 h, periodo determinado para su saturación. Y se aplicara la siguiente fórmula:

D .B .= peso secovolumensaturado

4. Para la determinación de la densidad aparente anhidra se utilizar el mismo procedimiento usado por Dorado et al. (1995) que consiste en determinar el peso seco y el volumen anhidro por inmersión según el principio de Arquímedes. Se aplicara la siguiente fórmula:

D . A .= PESO SECOVOLUMEN SECO

5. El contenido de humedad de las briquetas molidas se determinara según el mismo método utilizado por Aldana et al. (2009) la muestra será de 2 gr (peso húmedo) se colocara en estufa a 103 + 2°C hasta conseguir que el peso de la muestra sea constante (peso seco al horno). Se determinara con la siguiente fórmula:

Donde:CH : Humedad del aserrín expresada como un porcentajePh : Peso del aserrín en estado húmedo o peso inicialPs : Peso del aserrín en estado anhidro o peso final

6. Para la determinación de extractivos se usara el método Soxh, usado por Aldana et al. (2009) en sus estudios; el cual consiste en trabajar con 3 gr aproximado de briqueta molido de contenido de humedad conocido y se envolverá en un papel filtro formando un cartucho que será colocado en el extractor, para la extracción se utilizara alcohol al 96 % como solvente, se calentara hasta ebullición del solvente, sus vapores ascenderán por el tubo lateral del extractor y se condensaron en el refrigerante superior, el solvente empezara a gotear sobre la muestra sólida que se encontraba en el cartucho del papel filtro, se acumulara y disolverá (extrayendo) los compuestos solubles en alcohol. Este ciclo se repetirá el número de veces que sea necesario. Finalmente se aplicara la siguiente fórmula:

%Extractivos= peso deextractivopeso demuestra seco

x100

7. Para la determinación de holocelulosa se hará uso de del método de Jayme – Wise utilizado por Aldana et al. (2009), para la obtención de la holocelulosa, el aserrín debe estar libre de extractivos. Este proceso permitirá determinar en forma cuantitativa el porcentaje de holocelulosa (celulosa + hemicelulosa) y se hará la disolución integral de la lignina, la cual debe ser oxidada mediante la oxidación por el clorito de sodio (NaClO)2 y el ácido acético, dejando intacto a la holocelulosa. Se aplicara la siguiente fórmula:

%Holocelulosa= pesodeh olocelulosapeso demuestra seco

x100

8. Para la determinación de Lignina se usara el método Klason usado por Aldana et al. (2009) este proceso permite determinar en forma cuantitativa el porcentaje de lignina; para la obtención de lignina, el aserrín debe estar libre de extractivos, durante la obtención de la lignina, se remueve los polisacáridos, se hidrolizara el material celulósico, por hidrólisis con el ácido sulfúrico (H2SO4) al 72% , la determinación se llevara a cabo en 2 etapas, en la primera utilizando el ácido sulfúrico y en la segunda etapa, después de diluir el ácido sulfúrico con agua; se ebulle bajo reflujo para completar la hidrólisis dejando como residuo insoluble a la lignina. Se aplicara la siguiente fórmula:

%Lignina= pesode ligninapeso demuestra seco

x100

9. Para la determinación de ceniza se utilizara el mismo procedimiento realizado por Aldana et al. (2009) el cual consiste en pesar 2 gr de briqueta molido seco en un crisol de peso conocido; el crisol se coloca en una mufla a 750 ºC por 4 horas, luego se saca el crisol de la mufla con la ceniza producto de la calcinación, se coloca en un desecador por 25 minutos y se procede a determinar el porcentaje de ceniza. Se aplicara la siguiente fórmula:

%Ceniza= peso decenizapesode muestra seco

x 100

Tratamiento de datos

Se aplicara el análisis de varianza unifactorial con las siguientes características:

Factor: Especie, con dos variantes: Eucalyptus globulus y Pinus radiata

Variable de estudio: Densidad anhidra, densidad aparente y resistencia a la compresión

Número de repeticiones:4 por tratamiento Unidad experimental: 1 briqueta Número de unidades exp.: 12 unidades por especie

VIII. Administración del proyecto

1. Cronograma

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ActividadFebre

roMarzo

Abril

Mayo

Junio

Elaboración del proyecto de investigación

X

Búsqueda de referencias documentales

X

Lectura de documentos XExperimento XToma de datos XOrganización y análisis de los resultados

X

Redacción del primer borrador XPresentación del reporte X

2. Presupuesto

Rubros Unidad Cantidad Costo unitario

Costo total

SERVICIOS PERSONALESMATERIALES

AlmidónMoldes de acero para briquetasAlgodónBolsas de polietilenoTamiz 2 mmAlcohol 96%Agua destilada

DesecadorPapeles filtroClorito de sodio (NaClO2) AL 15%Clorito de sodio (solido)Acido sulfúrico (H2SO4) al 72%Acido acéticoCarbonato de sodio (Na2CO3) 0.0725NIndicador de rojo metilo

EQUIPOSRelojPrensa hidráulicaTOTAL

IX. Referencias bibliográficas

Tapia, C; Paredes, C; Simbaña, A; Bermúdez, J. 2006. Aplicación de las Fibras Naturales en el Desarrollo de Materiales Compuestos y como Biomasa. ESPOL. Ecuador 19(1): 113 – 120.

Aldana, R; Salvador, M; Guzmán, D. 2009. Obtención de Briquetas de Aserrín de tres Especies Forestales a nivel Artesanal. Revista Forestal de Ucayali. Perù 5(1) 243–264.

Soto, G; Núñez, M. 2008. Fabricación de Pellets de Carbonilla, Usando Aserrín de Pinus radiata (D. Don), como Material Aglomerante. Maderas, Ciencia y tecnología [online] 10(2): 129-137.

Dorado, M; Astini, E; Tablada M; Bolatti, M. 1995. Densidad de la Madera de tres Especies de Pinos en la Zona de Rio de los Sauces. Investigación Agraria. Sistemas y Recurso Forestales 4(2): 263-274.