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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Elaboración de briquetas a partir de desechos de tallos de rosas y papel reciclado.
Trabajo de titulación, modalidad proyecto de investigación
para la obtención del Título de Ingeniera Química
Autor: Alarcón Solórzano Shirley Mireya
Tutor: M.Sc. Jorge Luis López Terán
Quito, septiembre 2017
ii
DERECHOS DE AUTOR
Yo, Alarcón Solórzano Shirley Mireya en calidad de autora y titula de los derechos
morales y patrimoniales del trabajo de titulación “ELABORACIÓN DE BRIQUETAS A
PARTIR DE TALLOS DE ROSAS Y PAPEL RECICLADO”, modalidad proyecto de
investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA
ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E
INNOVACIÓN, concedemos a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia
gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines
estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra,
establecidos en la normativa citada. Así mismo, autorizo a la Universidad Central del
Ecuador para que realice la digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el
repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de
Educación Superior. La autora declara que la obra objeto de la presente autorización es
original en su forma de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo
la responsabilidad por cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y
liberando a la Universidad de toda responsabilidad.
Firma: ________________________________
Shirley Mireya Alarcón Solórzano
CC: 1723824916
Dirección electrónica: [email protected]
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
Yo, Jorge Luis López Terán en mi calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad
proyecto de investigación , elaborado por SHIRLEY MIREYA ALARCÓN
SOLÓRZANO; cuyo título es: “ELABORACIÓN DE BRIQUETAS A PARTIR DE
DESECHOS DE TALLOS DE ROSAS Y PAPEL RECICLADO” previo a la obtención
del Grado de Ingeniera Química ; considero que el mismo reúne los requisitos y méritos
necesarios en el campo metodológico y epistemológico, para ser sometido a la evaluación
por parte del tribunal examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que
el trabajo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la
Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 7 días del mes de septiembre de 2017.
___________________________________
M.Sc. Jorge Luis López Terán
DOCENTE-TUTOR
CC.
iv
APROBACIÓN DE LA PRESENTACIÓN ORAL/TRIBUNAL
El tribunal constituido por: ________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Luego de receptar la presentación oral del trabajo de titulación previo a la obtención del
título (o grado académico) de ______________________________________________
presentado por la señorita__________________________________________________
Con el título:
______________________________________________________________________
Emite el siguiente veredicto:(aprobado/reprobado)______________________________
Fecha: _________________________________
Para constancia de lo actuado firman:
Nombre y Apellido Calificación Firma
Presidente __________________________ __________ _______________
Vocal 1 __________________________ __________ _______________
Vocal 2 __________________________ __________ _______________
v
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios y a mis padres por ser un ejemplo y gran apoyo en el transcurso de
mi vida. A pesar de las adversidades, siempre creyeron en mí, y les agradezco de todo
corazón. Ah mi hermosa hija Scarlett por ser el motor que me impulsa a no rendirme, y
me da fuerzas para seguir adelante.
A mi novio Bolívar por tenerme paciencia y darme buenos consejos y su apoyo
incondicional.
A toda mi familia le agradezco por su granito de arena que pusieron en mi vida y por
enseñarme lo impórtate de la vida. El tiempo.
Le doy gracias a mis compañeros de aula, por su sincera amistad y gratos recuerdos que
siempre los llevo en mente.
Agradezco a mi tutor Ing. Jorge López por sus consejos y guía en el desarrollo de mi
tesis.
Agradezco al Ing. Santiago Zapata por su colaboración y ayuda con los equipos de la
facultad para los ensayos pertinentes y su amistad.
Agradezco al laboratorio de pavimentos de la facultad de Ingeniería Civil, por ayudarme
con el desarrollo de mi tesis.
vi
CONTENIDO
Pág.
LISTA DE TABLAS………………………………………………………………........xi
LISTA DE FIGURAS…………………………………………………………………xiii
LISTA DE ANEXOS………………………………………………………………….xiv
RESUMEN………………………………………………………………………….. ..xvi
ABSTRACT…………………………………………………………………………..xvii
INTRODUCCIÓN............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 2
1.1. Producción de rosas en Ecuador ........................................................................ 2
1.2. Ubicación geográfica de la producción de rosas en Ecuador ............................ 3
1.3. La biomasa ......................................................................................................... 3
1.3.1. Clasificación de la biomasa ............................................................................... 4
1.3.2. Ventajas de la biomasa. ..................................................................................... 5
1.4. Briquetas ............................................................................................................ 5
1.4.1. Forma y tamaño de las briquetas ....................................................................... 5
1.4.2. Condiciones generales de las briquetas. ............................................................ 6
1.4.3. Requisitos técnicos de las briquetas ................................................................... 7
1.4.4. Resistencia al aplastamiento. ............................................................................. 7
1.4.5. Emisión de humo y hollín. ................................................................................. 7
1.4.6. Facilidad de encendido. ..................................................................................... 8
1.5. Propiedades físico químicas de las briquetas ..................................................... 8
1.5.1. Tamaño de la partícula de tallos de rosas y papel reciclado .............................. 8
1.5.2. Presión de compactación. .................................................................................. 8
1.5.3. Densidad de las briquetas. ................................................................................. 8
1.5.4. Humedad. ........................................................................................................... 9
1.5.5. Cantidad de celulosa, hemicelulosa y lignina de los tallos de rosa. ................ 10
1.5.6. Friabilidad (FR).. ............................................................................................. 10
vii
1.5.7. Poder calorífico. ............................................................................................... 11
1.6. Papel. ................................................................................................................ 11
1.7. Aglutinante. ...................................................................................................... 12
1.7.1. Almidón de yuca. ............................................................................................. 14
2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ................................................................... 15
2.1. Diseño experimental. ....................................................................................... 15
2.2. Diagrama de flujo elaboración de briquetas .................................................... 19
2.3. Equipos ............................................................................................................ 19
2.4. Material ............................................................................................................ 20
2.5. Sustancias y reactivos ...................................................................................... 20
2.6. Proceso para la obtención de briquetas. ........................................................... 20
2.6.1. Selección, corte y secado de los tallos de rosas. .............................................. 20
2.6.2. Trituración de tallos de rosas secos. ................................................................ 21
2.6.3. Trituración del papel periódico. ...................................................................... 21
2.6.4. Preparación de aglutinantes. ............................................................................ 21
2.6.5. Mezcla y compactación ................................................................................... 21
2.6.6. Secado de briquetas. ........................................................................................ 22
2.7. Análisis de las propiedades y características fisicoquímicas de la briquetas.. 22
2.7.1. Porcentaje de humedad. ................................................................................... 22
2.7.2. Porcentaje de cenizas. ...................................................................................... 22
2.7.3. Resistencia al aplastamiento. ........................................................................... 22
2.7.4. Friabilidad. ....................................................................................................... 23
2.7.5. Volatilidad ....................................................................................................... 23
2.7.6. Análisis químico elemental.. ............................................................................ 23
2.7.7. Poder calórico superior e inferior.. .................................................................. 23
2.7.8. Procedimiento para determinar el tiempo de encendido. ................................ 23
2.7.9. Procedimiento para el análisis de costo. .......................................................... 24
2.8. Datos Experimentales ...................................................................................... 24
2.8.1. Datos experimentales para el análisis granulométrico. ................................... 24
2.8.2. Datos para determinar el porcentaje adecuado de aglutinante y cantidad de
agua…………….. ........................................................................................................... 26
2.8.3. Datos experimentales para determinar el porcentaje de humedad de las
briquetas………………………………………………………………………………...27
viii
2.8.4. Datos experimentales para determinar la resistencia al aplastamiento............ 28
2.8.5. Datos experimentales para determinar la friabilidad de las briquetas ............. 28
2.8.6. Datos experimentales para determinar el porcentaje de ceniza de las
briquetas………………………………………………………………………………...29
2.8.7. Datos experimentales para determinar el material volátil de las briquetas. .... 30
2.8.8. Datos para la caracterización elemental de briquetas. .................................... 30
2.8.9. Datos experimentales para determinar el poder calórico de las briquetas. ...... 31
2.8.10. Datos para el cálculo de costos. ....................................................................... 35
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................. 36
3.1. Distribución granulométrica. ............................................................................. 36
3.2. Determinación del porcentaje de humedad de las briquetas.............................. 38
3.3. Análisis estadístico para el porcentaje de humedad.. ......................................... 40
3.4. Determinación del esfuerzo al aplastamiento de las briquetas. .......................... 41
3.5. Análisis estadístico para el esfuerzo al aplastamiento. .................................... 43
3.6. Determinación de la friabilidad ....................................................................... 45
3.7. Determinación del porcentaje de cenizas. ........................................................ 46
3.8. Análisis estadístico para el porcentaje de ceniza.. ........................................... 48
3.9. Determinación del porcentaje de volatilidad. .................................................. 48
3.10. Caracterización elemental de las diferentes mezclas ....................................... 50
3.11. Determinación del poder calórico superior e inferior. ..................................... 50
3.11.1. Cálculo del aumento neto de la temperatura ................................................... 52
3.11.2. Cálculo de la corrección en calorías para el calor de formación de ácido
sulfúrico….……………………………………………………………………………..53
3.11.3. Cálculo de la corrección en calorías para el calor de combustión del alambre
fusible…………….. ....................................................................................................... 53
3.11.4. Cálculo de la energía equivalente del calorímetro........................................... 54
3.11.5. Cálculo del poder calórico bruto o superior de la muestra problema. ............. 55
3.11.6. Cálculo del poder calórico neto o inferior de la muestra problema................. 56
3.12. Análisis estadístico para el poder calórico superior. ........................................ 58
3.13. Análisis estadístico para el poder calórico inferior. ......................................... 61
3.14. Tiempo de encendido. ...................................................................................... 63
3.14.1. Cálculo de costo ............................................................................................... 64
3.15. Recopilación de resultados promedio. .............................................................. 65
ix
3.16. Descripción del producto final. ......................................................................... 65
3.17. Resultados para el análisis de la briqueta seleccionada con carbón vegetal, madera
y papel…………. ........................................................................................................... 66
4. DISCUSIÓN ............................................................................................................ 68
5. CONCLUSIONES ................................................................................................... 70
6. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 74
CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 75
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 77
ANEXOS ........................................................................................................................ 79
x
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Requisitos de las briquetas (NTC 2060) ............................................................. 7
Tabla 2. Requisitos de resistencia al aplastamiento (NTC 2060,2003) ............................ 7
Tabla 3. Propiedades físicas de residuos agrícolas (González Velandia et at ., 2016) ... 9
Tabla 4. Materias primas usadas para elaboración de papel (González Velandia et at.,
2016) ............................................................................................................................... 10
Tabla 5. Poder calórico superior de combustibles sólidos.............................................. 11
Tabla 6. Clasificación de los aglutinantes........................................................................ 13
Tabla 7. Diseño experimental generado por Statgraphics .............................................. 18
Tabla 8. Porcentaje en peso y tamaño de partícula de los tallos de rosas separados a través
de tamiz 1,5 mm ............................................................................................................. 24
Tabla 9. Porcentaje en peso y tamaño de partícula de los tallos de rosas separados a través
de tamiz 4,0 mm ............................................................................................................. 25
Tabla 10. Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 300 mL
de Agua ........................................................................................................................... 27
Tabla 11. Peso seco y peso húmedo de briquetas .......................................................... 27
Tabla 12. Fuerza de aplastamiento de las briquetas ....................................................... 28
Tabla 13. Datos experimentales para el cálculo de friabilidad de las briquetas ............ 29
Tabla 14. Datos experimentales para el cálculo del porcentaje de ceniza de las briquetas
........................................................................................................................................ 29
Tabla 15. Datos experimentales para determinar el material volátil de las briquetas. . 30
Tabla 16. Datos experimentales para la caracterización del análisis elemental de
briquetas. ........................................................................................................................ 31
Tabla 17. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5
mm y con 10% de Papel ................................................................................................. 32
Tabla 18. Datos experimentales para el cálculo del poder calórico superior. ............... 34
Tabla 19. Materia prima para elaboración de briquetas ................................................. 35
Tabla 20. Distribución granulométrica con luz de malla 1,5 mm .................................. 36
Tabla 21. Distribución granulométrica con luz de malla 4,0 mm .................................. 37
xi
Tabla 22. Porcentajes de humedad de briquetas ............................................................. 39
Tabla 23. Análisis de varianza para porcentaje de humedad .......................................... 40
Tabla 24. Esfuerzo al aplastamiento de briquetas .......................................................... 42
Tabla 25. Análisis de Varianza para el Esfuerzo al Aplastamiento ................................ 43
Tabla 26. Coeficientes de regresión para el Esfuerzo al Aplastamiento ....................... 44
Tabla 27. Índice de Friabilidad de las briquetas ........................................................... 46
Tabla 28. Porcentajes de Ceniza de Briquetas. .............................................................. 47
Tabla 29. Análisis de varianza para el porcentaje de ceniza .......................................... 48
Tabla 30. Porcentaje de material volátil de briquetas ................................................... 49
Tabla 31. Composición elemental de las diferentes mezclas. ....................................... 50
Tabla 32. Datos obtenidos de la curva tiempo vs temperatura para todas las muestras 51
Tabla 33. Resultados para el cálculo del poder calórico superior e inferior de las briquetas.
........................................................................................................................................ 55
Tabla 34. Resultados del poder calórico superior de las briquetas .............................. 56
Tabla 35. Resultados del poder calórico inferior de las briquetas ............................... 57
Tabla 36. .Análisis de Varianza para el Poder Calórico Superior ................................. 58
Tabla 37. Coeficientes de regresión para el Poder Calórico Superior .......................... 59
Tabla 38. Análisis de varianza para el poder calórico inferior ..................................... 61
Tabla 39. Coeficientes de regresión para el poder calórico inferior .............................. 61
Tabla 40. Tiempo de encendido de briquetas. ............................................................... 64
Tabla 41. Resultados de análisis de costos .................................................................... 64
Tabla 42. Recopilación de resultados promedio ............................................................ 65
Tabla 43. Resumen de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de la briqueta
seleccionada. ................................................................................................................... 66
Tabla 44.Comparación de la briqueta seleccionada, carbón vegetal, madera y papel. .. 66
xii
LISTA DE FIGURA
Pág.
Figura 1. Ubicación geográfica del cultivo de rosas en el Ecuador (Pro Ecuador, 2016) 3
Figura 2. Distintas formas de briquetas (Autor) ............................................................... 6
Figura 3. Estructura química del pape. (Autor) ............................................................. 12
Figura 4. Diseño experimental........................................................................................ 16
Figura 5. Ventana de asistente de diseños experimentales Statgraphics ........................ 17
Figura 6. Ventana de ingreso de factores experimentales Statgraphics ......................... 17
Figura 7. Tratamiento experimentales generados por Statgraphics. ............................... 18
Figura 8. Diagrama de flujo para la elaboración de briquetas ........................................ 19
Figura 9. Distribución Granulométrica con luz de malla 1,5 mm ................................. 37
Figura 10. Distribución Granulométrica con luz de malla 4,0 mm ............................... 38
Figura 11. ANOVA para Porcentaje de Humedad. ....................................................... 40
Figura 12. Efectos Principales para el Esfuerzo al Aplastamiento. ................................ 45
Figura 13. Superficie de respuesta para el Esfuerzo al Aplastamiento. ........................ 45
Figura 14. Modelo para la réplica 1, de la curva temperatura vs tiempo con tallos de
rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con 10% de Papel. .................................... 51
Figura 15. Efectos principales para el poder calórico superior ..................................... 60
Figura 16. Superficie de respuesta para el poder calórico superior. .............................. 60
Figura 17. Efectos principales para el poder calórico inferior ...................................... 62
Figura 18. Superficie de respuesta para el Poder Calórico Inferior. .............................. 63
xiii
LISTADO DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A. Selección, corte y secado de tallos de rosas. ............................................. 80
ANEXO B. Trituración de los tallos de rosas en molino MSC 300 .............................. 81
ANEXO C. Equipo Camsizer (analizador de forma y tamaño de partícula). ................ 82
ANEXO D. Materia prima triturada .............................................................................. 83
ANEXO E. Equipo de análisis elemental ...................................................................... 84
ANEXO F. Equipo de compactación de tornillo para briquetas ................................... 85
ANEXO G. Briquetas .................................................................................................... 86
ANEXO H. Ensayo de resistencia al aplastamiento ...................................................... 87
ANEXO I. Ensayo porcentaje de cenizas ...................................................................... 89
ANEXO J. Ensayo de poder calórico en bomba calorimétrica .................................... 92
ANEXO K. Combustión de la briqueta a partir de tallos de rosas y papel reciclado. .. 93
ANEXO L. Granulometría de los tallos de rosa ............................................................ 95
ANEXO M. Norma técnica Colombiana (NTC 2060) .................................................. 97
ANEXO N. Norma para determinación de humedad .................................................. 101
ANEXO O: Norma para la determinacion de la ceniza ............................................... 102
ANEXO P.Norma para determinación composición elemental ................................... 103
ANEXO Q.Norma para determinar poder calorífico ................................................... 104
ANEXO R.Aprobacion o rechazo de los tipos de mezcla de tallos de rosa y papel
reciclado........................................................................................................................ 105
ANEXO S.Tablas de temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de
malla (1,5; 4) mm y con (20; 30) (10; 20; 30) % de papel respectivamente. ............... 106
ANEXO T. Gases de combustion del carbon vegetal, briqueta seleccionada y tallos de
rosas…………………………………………………………………………………...119
xiv
TEMA: “Elaboración de briquetas a partir de desechos de tallos de rosas y papel
reciclado”
RESUMEN
En la presente investigación se elaboran briquetas a partir de los desechos de tallos de
rosas, papel reciclado y almidón de yuca como fuente de calor, con el fin de sustituir el
uso de madera y carbón vegetal.
En la experimentación, los desechos de tallos de rosas previamente secados se trituran
a dos tamaños de partículas 1,5 y 4 mm y con el papel triturado se preparan mezclas
biomásicas homogenizadas, resultando 18 tipos de muestras en distintas
concentraciones de papel: 10, 20,30 % y 10 % de almidón de yuca. Estas muestras son
sometidas a procesos de compactación y secado obteniendo las briquetas a las cuales se
les realiza análisis físicos, químicos y mecánicos, basados en la norma técnica
colombiana (NTC 2060).
Se concluye que las briquetas obtenidas presentan ventajas físicas respecto a la leña y el
carbón vegetal por cuanto son de fácil transporte, permiten una adecuada manipulación y
rápido encendido por la baja humedad del 10%. Su poder calórico superior es de 5947,41
cal/g valor que supera considerablemente al indicado en la NTC 2060 por lo que se
concluye que cumplen con la norma establecida.
PALABRAS CLAVES: / RESIDUOS AGRÍCOLAS/ TALLOS DE ROSAS /PAPEL
RECICLADO/ ALMIDON DE YUCA/ PODER CALORICO/BRIQUETAS.
xv
TOPIC: “Elaboration of briquettes from waste of roses and recycled paper”
ABSTRACT
In this research briquettes are made from the waste of rose stems, recycled paper and
yucca starch as a source of heat, in order to replace wood and charcoal usage.
In the experiment, rose stems waste previously dried are triturated to 1.5 and 4 mm
particle sizes and with the shreeded paper, homogenized biomass blends are prepared,
resulting in 18 types of samples in different concentrations of paper: 10, 20, 30% and
10% of cassava starch. These samples are subjected to compaction and drying processes,
getting the briquettes for physical, chemical and mechanical analysis, based on the
Colombian technical standard (NTC 2060).
It is concluded that the briquettes shows physical advantages respect of wood and
charcoal because they are easy to transport, allow a good handling and fast ignition by
the low humidity of 10%. Its superior calorific power is 5947.41 cal/g, value that exceeds
considerably to the indicated in the NTC 2060, so it is concluded that they comply with
the established norm.
KEYWORDS:/ AGRICULTURAL RESIDUES / STEEMS OF ROSE / RECYCLED
PAPER / YUCCA STARCH / HEAT POWER / BRIQUETTES.
1
INTRODUCCIÓN
La floricultura produce gran cantidad de desecho vegetal que se genera durante los
procesos de cosecha, recepción de la flor, clasificación y empacado. Este material puede
ser reutilizado como fuente de energía renovable en estufas, chimeneas, hornos, calderas,
etc.
La presente investigación, está dirigida a determinar la factibilidad de la utilización de
tallos de rosas, papel y almidón de yuca como fuentes de energía, la elaboración de
briquetas es una forma de reutilizar productos que son desechados y que producen un
gran impacto ambiental. Para empresas o industrias el uso de esta fuente altamente nativa
resulta importante para la generación de energía, contribuyendo de esta manera a la
minimización de la contaminación ambiental. Esta fuente de energía es creada con
material 100% reciclado evitando así la tala de árboles.
Es necesario y fundamental tener nuevas fuentes de energía para abastecer la demanda
energética que hoy en día se requiere en los sectores rurales. En Ecuador se tiene gran
diversidad de materia orgánica desechada como viruta, hierba, pinos, tallos de rosas, etc.
apta para la elaboración de briquetas.
Para la caracterización física, química y mecánica de las diferentes mezclas se realizaron
los ensayos establecidos en la norma técnica colombiana (NTC 2060) para briquetas,
entre los cuales están: Porcentaje de Cenizas, Porcentaje de Humedad, Friabilidad,
Volatilidad, Análisis de Composición Elemental, Poder Calórico Superior e Inferior,
tiempo de quema. Con los resultados obtenidos se establecen relaciones entre humedad,
porcentaje de cenizas y composición elemental. Las briquetas realizadas tienen forma
cilíndrica con las siguientes dimensiones: diámetro 0,045 m, radio 0,0225 m, y altura de
0,07 m como nos especifica la norma técnica colombiana NTC2060, las briquetas deben
tener una altura mínima de 0,035 m. Los mejores resultados se obtienen para una
composición de 10% de almidón de yuca, variando el porcentaje de papel entre 10, 20 y
30 por ciento.
2
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Producción de rosas en Ecuador
El sector florícola ha experimentado un importante desarrollo durante los últimos años,
este desarrollo se explica en gran parte por una creciente demanda de rosas para la
exportación. Según PRO ECUADOR (Instituto de Promoción de Exportaciones e
Inversiones, parte del Ministerio de Comercio Exterior, encargado de ejecutar las
políticas y normas de promoción de exportaciones e inversiones del país) considera a las
rosas ecuatorianas como las mejores del mundo ya que tienen tallos rectos, anchos y más
largos, además las rosas tienen botones más grandes.
Actualmente en la provincia de Pichincha se cultiva el 75% de las rosas que son
exportadas, el 41% principalmente a Estados Unidos. El total de rosas producidas es de
110 mil toneladas de rosas frescas con un tamaño de cultivo de 3,100 hectáreas y tasa de
crecimiento porcentual anual de 3% en valor y 6% en toneladas durante el periodo 2012
a 2016. En el 2016 se reflejan exportaciones por 601 millones de dólares siendo las
pequeñas empresas dedicadas a esta actividad las responsables del 79 % de esta
exportación. Existen 629 florícolas registradas en Agrocalidad de las cuales 471 siembran
rosas, estas empresas generan alrededor de 105,000 plazas de trabajo de forma directa e
indirecta. De forma directa se contratan 50,000 empleados, un promedio de 12 personas
por hectárea.
La siembra de rosas es viable en Ecuador ya que cuenta con elevaciones sobre la línea
Ecuatorial, las rosas reciben rayos de sol perpendiculares por lo que los tallos crecen
rectos, la altura de siembra va desde 2,600- 3000 metros ocasionando ciclos más largos
de producción; además el número de horas luz es constante durante todo el año
permitiendo tener mayor intensidad de color en las rosas.
3
1.2. Ubicación geográfica de la producción de rosas en Ecuador
“La provincia de Pichincha representa el 75% de áreas totales cultivadas, la provincia de
Cotopaxi tiene el 19 %, Carchi e Imbabura participa con un 2% cada una, las demás
provincias representan un 2%”.(Pro Ecuador, 2016)
Figura 1. Ubicación geográfica del cultivo de rosas en el Ecuador (Pro Ecuador, 2016)
1.3. La biomasa
La biomasa es una forma de energía renovable que surge a partir de los seres vivos o sus
desechos, como pueden ser: plantas, seres humanos y animales. Se trata de la materia
orgánica e inorgánica que se produce a partir de un proceso biológico y que puede ser
aprovechada y convertida en combustible, mitigando así el uso de combustibles fósiles
no renovables como el petróleo. Entre los productos obtenidos se encuentran los residuos
de bosques, de cultivos agrícolas, de podas de jardines, desechos forestales, desechos
florícolas, etc. Además se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las
sustancias empleadas, como la biomasa vegetal relacionada con las plantas en general
(troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales, etc.) y la biomasa animal
obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos, excrementos, etc.).
La energía producida por la biomasa se puede utilizar para calefacción y calentamiento
de agua a nivel doméstico (viviendas unifamiliares, comunidades de vecinos, barrios) y a
nivel industrial, las aplicaciones de la biomasa pueden abarcar todos los usos térmicos
75%
19%
2% 2% 2%
Pichincha Cotopaxi Carchi Imbabura Demas provincias
4
en los diferentes sectores. Caldera de agua caliente, aceite térmico y vapor, así como
secaderos y hornos, pueden emplear biomasa como combustible. ( Nogues F. y Royo J.
2002)
1.3.1. Clasificación de la biomasa.- Se clasifican según su origen en:
a) Biomasa natural: Se produce espontáneamente en la naturaleza sin intervención
humana, se origina en bosques, matorrales.
La leña procedente de árboles crecidos naturalmente en tierras no cultivadas ha sido
utilizada tradicionalmente por el hombre para encender y cocinar. Sin embargo, este
tipo de biomasa no es la más adecuada para su aprovechamiento energético masivo
ya que podría conllevar a la destrucción de los ecosistemas que la producen, y que
constituye reserva natural de un valor incalculable. Las hojas que caen naturalmente
de los árboles y las podas naturales de un bosque constituyen como ejemplos de este
tipo de biomasa.
b) Biomasa residual seca: Son los subproductos solidos no utilizados en las actividades
forestales, agrícolas, florícolas, industria agroalimentaria y de transformación de la
madera, que son considerados como residuos.
La utilización de biomasas residuales es en principio atractiva pero limitada: en
general es más importante eliminar estos residuos que la energía que se puede
generar con su aprovechamiento. Sin embargo en muchos casos este tipo de biomasa
puede ser autosuficiente desde el punto de vista energético a las instalaciones que
aprovechan sus propios residuos se tiene a: granjas, industrias papeleras, aserraderos.
Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la cáscara de almendra, cascara de
coco, las podas de frutales, el aserrín, cascarilla de arroz, etc.
c) Biomasa residual húmeda: Procede de vertidos biodegradables formados por aguas
residuales urbanas e industriales y también de los residuos ganaderos (el guano, por
ejemplo).
5
d) Cultivos energéticos: Su única finalidad es producir biomasa transformable en
combustible. Incluye los cereales, oleaginosas, remolacha y los cultivos
lignocelulósicos”. (EPEC.,s.f.,p.5)
1.3.2. Ventajas de la biomasa.- Entre las principales ventajas de la biomasa se tiene:
Las emisiones de carbono que genera son neutrales con el ambiente
Es más barata que los combustibles fósiles; contribuye al mantenimiento de los
ecosistemas forestales a la gestión de subproductos, residuos industriales,
agroindustriales; fomenta y valoriza los sumideros de carbono y socialmente genera
mucho empleo de forma continua debido a la producción de briquetas.
La biomasa tiene contenidos en azufre inferior al 0,1%. Por este motivo, las
emisiones de dióxido de azufre junto con las emisiones de óxidos de nitrógeno son
mínimas, cabe recordar que este tipo de emisiones son causantes de la lluvia acida.
(Nogues F. y Royo J. 2002. P.10)
1.4. Briquetas
Las Briquetas son biomasa compactada dentro de un molde, puede ser con aglomerante
o sin aglomerante, son fuente de energía que puede estar fabricada con diversos materiales
compactados como tallos, arbustos, papel, cascara de fruta, residuos de fábricas de la
madera (aserraderos, fábricas de puertas, fábricas de muebles), biomasa residual
industrial, biomasa residual urbana, carbón vegetal o una mezcla de todas ellas. La
característica común de todas las briquetas es su alta densidad. La materia prima
fundamental es una mezcla de astillas y residuos de madera o tallos. Sin embargo, a veces,
las briquetas están formadas por la compactación de cualquier tipo de biomasa residual.
(Martin Francisco.,s.f.)
1.4.1. Forma y tamaño de las briquetas.- Las briquetas no tienen forma definida
debido a que cada proceso es diferente y depende del fabricante que las produce. Éstas
pueden ser hexagonales rectangulares, cuadradas, redondas, etc. La forma depende del
molde y la maquinaria a utilizarse en la fabricación de briquetas.
6
Existen briquetas con orificio redondo en el centro, de forma octagonal o hexagonal,
estos últimos no son eficientes a la hora del almacenamiento ya que dejan espacios libres.
Además lo que se desea en las briquetas es que se asemeje su forma a los troncos de los
árboles, en la figura 2 se observa las diferentes formas de briquetas. (Martin
Francisco.,s.f.)
Figura 2. Distintas formas de briquetas (Autor)
1.4.2. Condiciones generales de las briquetas.- Según la norma técnica colombiana
NTC 2060 en su numeral 3, nos indica que condiciones debe presentar una briqueta:
Las briquetas deben poseer un tamaño mayor o igual a 3 cm en su dimensión mínima,
deben ser de fácil encendido y presentar una combustión limpia, además no deben
deteriorarse durante su transporte y manejo, ni en condiciones normales de
almacenamiento.
El tamaño, el poder calorífico y las características físicas y mecánicas de las briquetas
deben ser uniformes.
El aglutinante de las briquetas debe ser un producto que posea características
aglomerantes y a su vez no sea tóxico ni produzca gases irritantes durante su
combustión en cantidad superior a la permisible.
El iniciador se debe fabricar con un material de encendido instantáneo que no sea
tóxico ni emita gases tóxicos o irritantes durante su combustión en cantidad superior
a la permisible.
7
1.4.3. Requisitos técnicos de las briquetas.- Basados en la normativa colombiana NTC
2060 las briquetas deberán cumplir los requisitos que se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 1. Requisitos de las briquetas (NTC 2060)
Propiedades Tipo 1 Tipo 2
Poder Calorífico mínimo (kJ/kg) 21000 12500
Cenizas, máximo (% m/m) 30 30
Carbono fijo, mínimo (%m/m) 50 -
Material volátil, máximo , (% m/m) 15 15
Humedad, en % máximo (véase nota 2) 2.5 2.5
Contenido de azufre, máximo (%m/m) 1.0 1.0
Notas:
Tipo 1. Briquetas provenientes de carbón mineral.
Tipo 2. Briquetas provenientes de otro tipo de combustible.
1.4.4. Resistencia al aplastamiento.- Según la norma técnica colombiana NTC 2060 en
el numeral 4 indica que el promedio ponderado de la carga de aplastamiento (Rm)
corresponderá de acuerdo con la masa de la briqueta, a los valores indicados en la
siguiente tabla:
Tabla 2. Requisitos de resistencia al aplastamiento (NTC 2060,2003)
1.4.5. Emisión de humo y hollín.- Se coloca una briqueta en un horno de mufla
previamente calentado a 950 °C se deja la puerta del horno abierta y se observa la
briqueta. Se repite el ensayo con 20 briquetas y se pasa con el 90 % de resultados
aceptables. Es aceptable cuando no aparece ningún hilo de humo negruzco antes de
transcurrir 90 s.
Masa de cada briqueta en
g/briqueta
Rm, mínimo en
N (kgf)
60 o más 784,31(80)
40 588,23(60)
30 490,19(50)
20 392,15(40)
8
1.4.6. Facilidad de encendido.- Cuando las briquetas se ensayen, deben permanecer
encendidas después de 10 min de haber retirado los iniciadores y continuar su combustión
durante un período mínimo de 90 min.
1.5. Propiedades físico químicas de las briquetas.
1.5.1. Tamaño de la partícula de tallos de rosas y papel reciclado.- “El mejor aspecto
exterior de briquetas se obtiene cuando las fracciones de aserrín o de otros productos
biológicos son inferiores a 3 mm”. (Fonseca G. y Tierra L., 2011)
1.5.2. Presión de compactación.- La compactación de la biomasa mejora las
características como combustible, aumentando su poder calorífico, reduciendo el costo
de transporte y aportando con combustible a las zonas rurales. Las tecnologías empleadas
para fabricación de briquetas se pueden clasificar en: altas presiones de compactación
(>100 MPa), medianas presiones de compactación con dispositivos de calentamiento (5–
100 MPa) y bajas presiones de compactación con el uso de aglutinantes (<5 MPa). La
presión humana a utilizarse oscila entre 0,8 a 1,7 kPa, que es el resultado de la fuerza
ejercida por una persona promedio. (Fonseca G. y Tierra L., 2011)
1.5.3. Densidad de las briquetas.- La densidad aparente de los materiales depende de
la porosidad y de su composición química, son fáciles de transportar, almacenar y
manipular. El objetivo de elaborar briquetas es obtener un producto con mayor densidad
aparente que los iniciales, astillas de tamaño de 2-4 mm. (Martin Francisco.,s.f.)
Para obtener la densidad de las briquetas se necesita pesar las briquetas en una balanza
analítica, que dará mayor precisión y además se debe calcular su volumen
geométricamente. Se calcula mediante la siguiente fórmula:
𝒅 =𝒎
𝒗 [𝒌𝒈/𝒎𝟑 ] (1)
Dónde:
d =densidad del solido [kg/m3 ]
m =masa del solido [kg ]
v =volumen del solido [m3 ]
9
A continuación se presentan la densidad aparente, densidad real y contenido de humedad
de varios residuos, en los que se incluyen los tallos de rosa.
Tabla 3. Propiedades físicas de residuos agrícolas (González Velandia et at ., 2016)
RESIDUO
DIMENSIONES Densidad
aparente
Densidad
Real
Contenido
de humedad
a(cm) b(cm) c(cm) (g/cm3) (g/cm3) %
Tallos de rosa 15,2-35,4 0,5-0,9 0,5-1 0,18-0,19 1,05-1,19 65,3
Tallos de clavel 25,2-35,4 0,6-0,7 0,5-0,9 0,83-0,89 1,71-1,82 84,16
Corona de la piña 6-14,3 2,7-5,7 0,4-1,3 0,58-0,64 3,44-3,69 49,16
Hoja de la tusa del
maíz 15-28,3 5,3-6,8 0,1-0,12 0,68-0,075 1,05-1,14 42,5
Pétalos de crisantemo 2,5-4,5 0,5 0,09-0,1 0,13-0,17 0,61-0,67 66,8
Bagazo de maíz 45-54,5 12,4-14,1 10,2-12,9 0,38-0,46 2,6-2,82 45
Hoja de cebollas larga 22-31,6 1,2-1,5 1-1,6 0,04-0,09 2,01-2,08 60,1
Tallos de girasol 16,8-19,5 1,2-2,3 1,2-2,3 0,16-0,18 0,75-0,9 90
Pétalos de rosas 3,6-5,1 3,1-4,3 0,05 0,12-0,16 0,84-0,87 65,25
1.5.4. Humedad.- La humedad que poseen los tallos de rosa es de 65,3 % se basó en
este porcentaje citado anteriormente como referencia para este trabajo. El contenido de
humedad se puede expresar de la siguiente manera:
Contenido de humedad en base seca: es el cociente entre la masa de agua en el
material y su masa seca. (Martines E. y Lira L. 2010)
%𝐻𝑏𝑠 =𝑚𝐻2𝑂
𝑚𝑠∗ 100 (2)
Donde:
Hbs = contenido de humedad
10
mH2O = masa del agua
ms = material solido
1.5.5. Cantidad de celulosa, hemicelulosa y lignina de los tallos de rosa.- En la tabla
4 se observa la celulosa, hemicelulosa y lignina de varias materias primas usadas para la
elaboración de papel, la cantidad de celulosa que posee cada material sirve para
aprovechar las propiedades ligantes en la elaboración de briquetas.
Tabla 4. Materias primas usadas para elaboración de papel (González Velandia et at., 2016)
1.5.6. Friabilidad (FR).- Según la Real Academia de la Lengua un material es friable
cuando se desmenuza fácilmente. La friabilidad es una variable muy importante en las
briquetas, pues se están manipulando continuamente y chocando unas con otras.
“El método del golpe contra el suelo está basado en la rotura de la briqueta por golpeteo
contra el suelo. En esencia consiste en dejar caer una briqueta 10 veces desde una altura
de 2 m. para calcular el FR se cuenta el número de veces repetido el ensayo con una
misma briqueta recuperada entera y el número de fragmentos que se forman cuando la
briqueta se rompe. Se limita a diez el número máximo de lanzamientos a que somete una
misma briqueta, el máximo valor de FR en este caso será de 1000. El mínimo FR que se
requiere para que las briquetas combustibles sean aceptables comercialmente es de 50
(Richards, 1990).
Materiales Celulosa
%
Hemicelulosa
%
Lignina
%
Maderas blandas 38-46 23-31 22-34
Maderas duras 38-49 10-40 16-30
Paja 28-42 23-38 12-21
Bambú 26-43 25-26 20-32
Algodón 80-85 n.d. n.d.
Hoja tusa de maíz 18-40 11,34-31 14-19
Tallo de clavel 40-50 25-45 20-25
Corona piña 11-45 14-50 10-30
Tallo de rosa 45-50 20-25 20-25
Cascara naranja 16,2 13,8 1
Tallo de maíz 50 20 30
Bagazo plátano 55,65 14 11,58
11
1.5.7. Poder calorífico.- “Se entiende por poder calorífico la cantidad de energía
desprendida por un kg de combustible al quemarse”. (Martin Francisco, s.f,p.58)
El poder calorífico superior (PCS) se define como la energía liberada cuando una masa
unitaria de biocombustible se quema con oxígeno en una bomba calorimétrica en
condiciones normalizadas. Este PCS, obtenido en laboratorios especializados, permite
conocer la energía contenida en la biomasa estudiada. Sin embargo, la energía realmente
aprovechable es aquella que se obtiene una vez evaporada el agua producida en la
combustión. A esta energía se la denomina poder calorífico inferior (PCI) y es necesario
utilizar fórmulas empíricas para su determinación a partir del PCS. La determinación de
la humedad de la biomasa es fundamental ya que influye en la disminución del poder
calorífico y en el aumento del consumo de combustible. (Instituto para la Diversificación
y Ahorro de la Energía, 2007, p.8)
Determinación del poder calorífico inferior
𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − 𝑎𝐺𝐴𝐺𝑈𝐴
𝐺𝐶𝑂𝑀𝐵 (3)
Donde:
GAGUA = Representa el peso del total de agua existente (kg.agua)
GCOMB = Es el peso de combustible quemado (kg.comb)
a =Calor de condensación del agua a 0 ºC; 579 (kcal / kg agua)
Siendo:
GAGUA= Peso de tallos de rosas- Peso de tallos de rosas seco (kg.agua)
En la siguiente tabla se indica el poder calórico superior de algunos combustibles
sólidos.
Tabla 5. Poder calórico superior de combustibles sólidos.
Combustible Poder Calórico
Superior cal/g
Papel 4182,6
Madera verde 3441,68
Madera seca 4541,11
Carbón de madera 8054,5
viruta seca 3202,68
12
1.6. Papel.
El papel es fabricado con fibras de celulosa que se encuentran en la madera, son molidas,
blanqueadas, desleídas en agua, secadas y endurecidas posteriormente, las fibras de papel
están aglutinadas mediante enlaces por puentes de hidrógeno.
Al distribuir el papel con la materia prima, reduce la porosidad de la briqueta y aumenta
la compactibilidad y rigidez de la misma.
Figura 3. Estructura química del papel. (Autor)
La estructura de papel está conformada por cadenas de celulosa más cadenas de amilosa.
La celulosa se forma por la unión de moléculas β-D-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-
glucosídico. La celulosa es una larga cadena polimérica de peso molecular variable, con
fórmula empírica (C6H10O5)n, con un valor mínimo de n= 200 y la amilosa se forma de la
condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos (1,4), que establece
largas cadenas lineales con 200-2500 unidades. (Martin C,2007)
1.7. Aglutinante.
Los aglutinantes, ligantes o aglomerantes son sustancias que son capaces de generar
fuerzas intermoleculares para unir fragmentos, partículas de una o varias sustancias o
materiales y dar cohesión al conjunto por métodos físicos, químicos o térmicos. (Fonseca
G. y Tierra L. 2011).
El aglomerante para la elaboración de briquetas orgánicas debe cumplir los siguientes
aspectos:
De fácil preparación.
13
De fácil aplicación.
De fácil obtención.
De costo relativamente bajo.
No ser contaminante durante su combustión.
Al entrar en contacto con la piel no debe ser nocivo.
Facilidad de mezclado con la materia prima.
Debe poseer buenas propiedades de adhesión.
Presentar resistencia mecánica considerable.
Se pueden clasificar a los aglutinantes como combustibles y no combustibles, como
se observa en la siguiente tabla:
Tabla 6. Clasificación de los aglutinantes.
Para la fabricación de briquetas no todos los aglutinantes mencionados en la tabla 5 son
adecuados, por diversos factores. Los más comunes para la fabricación de briquetas son:
Almidón
Resinas (cola blanca).
Melaza.
Parafina.
Arcillas.
Alquitrán.
En la presente investigación se utiliza almidón de yuca como aglutinante por su fácil
obtención, preparación, aplicación y su costo relativamente bajo. Se presenta a
continuación la descripción de este aglutinante.
Combustibles No combustibles
Alquitrán
Resinas naturales y sintéticas
Estiércol animal
Gelatina
Papel
Almidones
Algas
Desechos de pescado
Arcilla
Cemento
Barro
Cal
14
1.7.1. Almidón de yuca.- El almidón de yuca es una alternativa importante para la
fabricación de materiales amigables con el medio ambiente, por su alta disponibilidad,
bajo costo y su alto contenido de almidón, el cual en condiciones de proceso específicas,
presenta un comportamiento termoplástico.
La gelatinización es quizá el cambio físico de mayor importancia del almidón, consiste
en una transición estructural de orden-desorden que sufren las cadenas poliméricas de
este carbohidrato sometidas a procesos de calentamiento en ambientes húmedos y
acuosos, con gran impacto en el procesamiento, calidad y estabilidad de los productos
basados en almidón. El proceso de gelatinización del almidón ocasiona una disminución
en la energía de termo plastificación de matrices termoplásticas, generándo un descenso
en la demanda energética y una reducción en los costos de operación. (Cajiao et al.,2016)
Este aglutinante tipo-película actúa como pegamento y depende, normalmente, de la
evaporación del agua o algún disolvente para desarrollar su capacidad de mantener las
partículas sólidas unidas.
15
2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
En este capítulo se describe el procedimiento realizado para la obtención de briquetas a
partir de tallos de rosas de desecho, así como los ensayos de laboratorio para la evaluación
de sus características físicas, químicas y mecánicas.
Para la obtención de briquetas se realiza la selección, corte, triturado y secado de los tallos
de rosas, para su posterior mezcla con distintos tipos de aglutinantes y aglomerantes. A
partir de las briquetas obtenidas se realizan ensayos de laboratorio para su caracterización
físico – químicos y mecánicos.
La parte experimental fue realizada en el Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de
Ingeniería Química y en el Laboratorio de Pavimentos de la Escuela de Ingeniería Civil
de la Universidad Central del Ecuador.
2.1. Diseño Experimental.
Para el diseño experimental en la elaboración de briquetas a partir de tallos de rosas y
papel reciclado, se realizan ensayos preliminares para determinar el mejor porcentaje de
almidón a utilizar como aglutinante.
Se escogieron dos variables, el tamaño de partícula de los tallos de rosas y el porcentaje
de papel, manteniendo constante la presión de compactación y basado en esto, se planteó
un diseño factorial 2 x 3 con tres replicas por cada nivel.
16
Debido a la importancia que tiene la asignación aleatoria en un diseño experimental se ha
utilizado el software estadístico Statgraphics es decir se tomarán las muestras para cada
ensayo al azar, de acuerdo a la tabla que nos asignará el software. A continuación se
describen los pasos a realizar con el programa estadístico.
Una vez instalado Statgraphics doble clic sobre el icono del software en el escritorio,
se abre el entorno del programa, clic en el ícono DDE y en el Asistente de diseño de
experimentos.
Relación
Aglutinante/
Materia
Prima
Tamaño de
Partícula luz de
malla 4 mm.
Porcentaje Papel,
P1
Porcentaje Papel,
P2
Porcentaje Papel,
P3
Porcentaje Papel,
P1
Porcentaje Papel,
P2
Porcentaje Papel,
P3
Figura 4. Diseño experimental
Tamaño de
Partícula luz de
malla 1,5 mm.
17
Figura 5. Ventana de asistente de diseños experimentales Statgraphics
Clic en definir respuesta se ingresa una de las variables dependientes a analizar como
es el Poder calórico, clic en aceptar y se activan las casillas para ingresar los factores
del diseño experimental, en este caso tamaño de partícula de los tallos de rosas y
porcentaje de papel.
Figura 6. Ventana de ingreso de factores experimentales Statgraphics
Se activa el icono de seleccionar diseño, clic en opciones, diseño factorial múltiple,
se coloca dos niveles para tamaño de partícula, tres niveles para porcentaje de papel,
y tres replicas por ensayo, seleccionamos la casilla aleatorizar, clic en aceptar y el
programa genera una tabla con 18 tratamientos a realizar, ordenados aleatoriamente.
Ver figura 6.
18
Figura 7. Tratamiento experimentales generados por Statgraphics.
En la siguiente tabla se indica el diseño experimental generado por el programa
Statgraphics donde se muestra el tamaño de partícula en mm y el porcentaje de papel.
Tabla 7. Diseño experimental generado por Statgraphics
N°
Experimentos
Tamaño de partícula
(mm)
Porcentaje de Papel
(%)
1 4,0 10,0
2 4,0 30,0
3 1,5 30,0
4 1,5 20,0
5 4,0 20,0
6 1,5 10,0
7 4,0 30,0
8 1,5 10,0
9 1,5 30,0
10 4,0 20,0
11 1,5 20,0
12 4,0 10,0
13 4,0 30,0
14 1,5 30,0
15 4,0 20,0
16 4,0 10,0
17 1,5 20,0
18 1,5 10,0
19
2.2. Diagrama de flujo elaboración de briquetas
Figura 8. Diagrama de flujo para la elaboración de briquetas
2.3. Equipos
Prensa de tornillo para fabricación de briquetas
Balanza analítica R=0-210; Ap.±0,0001
Analizar de tamaño y forma de partículas Camsizer
Agitador Magnético Velp Scientifica
Horno de precisión
Estufa
Calorímetro con bomba de oxígeno
Análisis Elemental ( vario MACRO) capacidad: 60 muestra
Molino de corte SM 300
Desecador
Mechero Fisher
Mufla
T= 110˚C
t=24 h
P= 1,2kPa T= 80˚C
T
h
t= 32 h
T
h
20
2.4. Material
Vasos de precipitación R: 0-600 mL ; A±250mL R: 0-1000 mL; A±500mL
Cápsulas y crisoles para cenizas.
Cajas Petri
Pinza para crisol
Soporte o trípode
Espátula para micro balanza
2.5. Sustancias y reactivos
Tallos de rosas
Papel periódico reciclado
Almidón de yuca
Agua
Agua destilada
Tanque de oxigeno
2.6. Proceso para la obtención de briquetas.
Para la fabricación de las briquetas se utiliza como materia prima los cortes de tallos de
rosas de desecho de distintas florícolas ubicadas en el cantón Cayambe provincia de
Pichincha, y papel periódico reciclado triturado con el molino de corte SM 300 con luz
de malla 1,5 mm.
2.6.1. Selección, corte y secado de los tallos de rosas.
Seleccionar los tallos de desecho en buen estado.
Desprender de los tallos de rosas las hojas que se encuentren adheridas y recortarlos
entre 5 y 8 cm de longitud.
21
Ubicar los tallos recortados en un secador de bandejas a una temperatura de 110 °C
por un periodo aproximado de 24 horas, hasta que el peso de los tallos sea constante.
Ver Anexo A.
2.6.2. Trituración de tallos de rosas secos.
Ubicar a la salida del molino MS 300 el tamiz con luz de malla o abertura de 4 mm.
Pesar los tallos de rosas secos y ubicar en la tolva del molino MS 300.
Encender el equipo por 2 min para que se estabilice.
Pesar y separar los tallos triturados obtenidos de cada número de abertura de malla.
Ver Anexo B.
2.6.3. Trituración del papel periódico.
Ubicar a la salida del molino MS 300 el tamiz con luz de malla 1 mm.
Pesar 200 g de papel periódico.
Triturar en el molino de corte. Ver Anexo D.
2.6.4. Preparación de aglutinantes.
Para la elaboración de las briquetas se utiliza como aglutinante el almidón de yuca. A
continuación se describe el procedimiento de obtención:
Almidón de yuca
Pesar 20 gramos de almidón en una balanza analítica.
Mezclar en un vaso de precipitación el almidón con 30 mL de agua a temperatura
ambiente, con una varilla de vidrio se mezcla constantemente durante 3 minutos.
Calentar en la estufa a una temperatura de 50 ˚C hasta que forme burbujas.
Retirar de la llama y dejar enfriar para su posterior utilización.
2.6.5. Mezcla y compactación
Mezclar el papel triturado con la materia prima seca y almidón de yuca.
22
Agitar constantemente para que la mezcla quede homogénea.
La mezcla pastosa formada se compacta en una prensa mecánica de tornillo.
Realizar el mismo procedimiento con el almidón de yuca y con la mezcla de tallos
de rosa triturados a diferentes porcentajes de papel periódico triturado (10, 20,30%),
ver anexo F.
2.6.6. Secado de briquetas.
Colocar las briquetas en una bandeja.
Secar en horno durante 4 días a 80 ◦C.
Realizar los respectivos ensayos.
Ver Anexo G.
2.7. Análisis de las propiedades y características fisicoquímicas de las briquetas
2.7.1. Porcentaje de humedad.-Se realiza de acuerdo al procedimiento establecido en
la norma BS [29] EN 14774-3:2009 para combustibles sólidos. Con este análisis se
obtienen briquetas con un porcentaje de humedad promedio de 9 %. Ver resultados en la
tabla 23. Ver Anexo N.
2.7.2. Porcentaje de cenizas.- Se determinó el porcentaje de cenizas mediante el
procedimiento establecido en la norma ASTM-D482 para combustibles sólidos. Ver datos
en la tabla 14. Ver Anexo I.
2.7.3. Resistencia al aplastamiento.- El procedimiento se detalla a continuación se
realiza en el equipo Marshall.
Se coloca la briqueta entre dos superficies planas de acero.
Se aplica la carga de compresión de forma lenta.
Se lee para cada briqueta la fuerza de compresión en el momento del aplastamiento.
Repetir el procedimiento para cada briqueta
Ver Anexo H.
23
2.7.4. Friabilidad.
Pesar una briqueta.
Colocar la briqueta a una altura de 2 metros con respecto al suelo.
Dejar caer la briqueta 10 veces.
Pesar nuevamente la briqueta.
Repetir el procedimiento para cada briqueta.
2.7.5. Volatilidad
Pesar 1 gramo de la mezcla seca.
Colocar la mezcla en un crisol con tapa.
Introducir en la mufla a 950 ˚C durante 7 minutos.
Retirar y pesar.
Repetir el procedimiento para cada tipo de mezcla.
2.7.6. Análisis químico elemental.- El análisis elemental de cada una de las muestras
se realiza en el equipo Vario Macro de la marca CUBE en el laboratorio de petróleos de
la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador. El
procedimiento que se llevó a cabo en este equipo se basó en la norma ISO 16948:2015.
Ver Anexo E.
2.7.7. Poder calórico superior e inferior.- Este ensayo es realizado en el laboratorio
de Petróleos de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador,
mediante la norma ASTM-D 240. Ver Anexo J.
2.7.8. Procedimiento para determinar el tiempo de encendido.
Se precalienta la estufa a 20 ˚C mediante la combustión de tres iniciadores (velas)
durante cinco minutos.
Se emplean tres iniciadores en cada parrilla, se enciende y se coloca dentro del
comportamiento para cenizas, uno junto al otro (formando un triángulo), cuidando
que la llama esté ubicada en el centro del triángulo formado por las briquetas.
Se deja transcurrir de 20 min a 25 min y se retiran los iniciadores.
24
Se observa si las briquetas permanecen encendidas después de 10 min de haber
retirado los iniciadores.
Se contabiliza el tiempo de combustión total de las briquetas bajo ensayo.
2.7.9. Procedimiento para el análisis de costo.
Tomar como base de cálculo un kilogramo de muestra.
Registrar las fracciones másicas de la mezcla.
2.8. Datos experimentales
Para alcanzar los objetivos deseados las experimentaciones primarias tienen que ver con
el aspecto de obtención del producto siendo así: control sobre el tamaño de partícula,
cantidad de mezcla del aglutinante y agua, friabilidad, resistencia al aplastamiento y poder
calórico. Las secundarias en cambio tienen que ver con los contaminantes que se
producen al momento del uso del producto los cuales son: cantidad de cenizas, cantidad
de azufre y material volátil. Dichos ensayos son requeridos por la normativa NTC 2060.
Ver Anexo M.
2.8.1. Datos experimentales para el análisis granulométrico.- Para determinar la
granulometría que presenta los tallos de rosas molidos, se utiliza el analizador de tamaño
y forma de partículas Camsizer, de este equipo se obtuvieron los datos del porcentaje en
peso de los distintos tamaños de partícula de las muestras separadas a través del tamiz
con abertura de 1,5 mm y del tamiz con abertura de 4,0 mm del molino MS 300.
Tabla 8. Porcentaje en peso y tamaño de partícula de los tallos de rosas separados a través de
tamiz 1,5 mm
Porcentaje en
Peso (%)
Tamaño de
Partícula (µm)
0,28 <50
2,60 100
4,49 150
5,93 200
6,76 250
7,02 300
25
Continuación de la tabla 8.
Porcentaje en
Peso (%)
Tamaño de
Partícula (µm)
6,84 350
6,30 400
5,25 450
5,24 500
4,69 550
4,30 600
3,73 650
4,39 700
4,08 750
3,29 800
2,83 850
3,53 900
3,62 950
3,02 1000
2,42 1050
1,83 1100
1,64 1150
1,44 1200
0,83 1250
0,9 1300
1,13 1350
0,58 1400
0,38 1450
0,05 1500
0,6 >1500
Con los datos obtenidos en la tabla 8 se identifica el mayor tamaño de partícula en el
rango de (150-750 µm) para la fabricación de briquetas.
Tabla 9. Porcentaje en peso y tamaño de partícula de los tallos de rosas separados a través de
tamiz 4,0 mm
Porcentaje
en Peso (%)
Tamaño de
Partícula (µm)
1,35 100
7,91 300
10,42 500
10,58 700
11,97 900
12,54 1100
11,76 1300
12,57 1500
26
Continuación de la tabla 9
Porcentaje
en Peso (%)
Tamaño de
Partícula (µm)
6,5 1700
4,97 1900
2,74 2100
3,38 2300
0,06 2700
0 >4100
Con los datos obtenidos en la tabla 9 se identifica el mayor tamaño de partícula en el
rango de (500-1500) µm.
Durante la aglomeración las fuerzas de adhesión son mejores si el tamaño de partícula es
menor a 3 mm ya que se facilita los puntos de contacto de la materia prima con el
aglomerante.
2.8.2. Datos para determinar el porcentaje adecuado de aglutinante y cantidad de
agua.- Inicialmente se probaron distintas combinaciones de la materia prima con el
aglutinante y agua, se obtuvieron mezclas en las cuales se analiza las características más
importantes para lograr un porcentaje de aglomerante adecuado y una mínima cantidad
de agua para la formación correcta de las briquetas, en las siguientes tablas se indican los
ensayos realizados.
Ver anexo R-1: Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado sin aglutinante.
Ver anexo R-2: Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 200
mL de agua.
Ver anexo R-3: Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 250
mL de agua.
En la siguiente tabla se observa que la cantidad adecuada de almidón de yuca es del 10%
para la compactación y conformación de las briquetas se utiliza 300 mL de agua.
27
Tabla 10. Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 300 mL de Agua
Muestra Tallos de
rosa (g) Papel (g)
Almidón
de yuca
(g)
Tipo de
mezcla
Mantiene
la forma
Aprobar
/Rechazar
H1 85 10 5 Húmeda NO /Rechazo
H2 75 20 5 Húmeda NO /Rechazo
H3 65 30 5 Húmeda NO /Rechazo
I1 85 10 10 Pastosa SI Aprobado
I2 75 20 10 Pastosa SI Aprobado
I3 65 30 10 Pastosa SI Aprobado
J1 85 10 15 Pastosa SI Aprobado
J2 75 20 15 Pastosa SI Aprobado
J3 65 30 15 Pastosa SI Aprobado
2.8.3. Datos experimentales para determinar el porcentaje de humedad de las
briquetas.- En la siguiente tabla se indica el peso seco de la briqueta y el peso húmedo,
con estos datos se determina el porcentaje de humedad de las briquetas.
Tabla 11. Peso seco y peso húmedo de briquetas
Tallos de
Rosas molidos
Porcentaje
de Papel (%)
Peso seco
briqueta (g)
Peso húmedo
Briqueta (g)
Luz de Malla
1,5
10
150 165,07
166,42
165,39
20
150 165,88
166,62
166,31
30
150 165,74
165,19
166,76
Luz de Malla
4,0
10
150 165,02
165,43
166,23
20
150 166,54
165,56
165,76
30
150 166,01
166,03
165,66
28
2.8.4. Datos experimentales para determinar la resistencia al aplastamiento.- Se
coloca una briqueta entre dos superficies planas de acero, se aplica la carga de compresión
de forma lenta y se lee para cada briqueta la fuerza de compresión en el momento del
aplastamiento.
En la siguiente tabla se observa la fuerza de aplastamiento para cada muestra con la cual
se determina la resistencia de aplastamiento.
Tabla 12. Fuerza de aplastamiento de las briquetas
2.8.5. Datos experimentales para determinar la friabilidad de las briquetas.-Sobre
el suelo cerámico se mide una altura de 2 m, y se pone una marca, desde donde serán
lanzadas 10 veces las briquetas, a fin de determinar su friabilidad. Los resultados se
anotan en la siguiente tabla.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Fuerza
Aplicada
N
Luz de
Malla 1,5
10
109,11
104,56
104,56
20
100,01
95,47
100,01
30
150,02
150,02
145,47
Luz de
Malla 4,0
10
90,92
90,92
95,46
20
104,58
122,73
109,11
30
159,11
159,11
163,65
29
Tabla 13. Datos experimentales para el cálculo de friabilidad de las briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Número de
briquetas al
inicio del
ensayo
Número
de veces
lanzada la
briqueta
Número
de
trozos
Luz de
Malla 1,5 10, 20, 30 1 10 1
Luz de
Malla 4,0 10, 20, 30 1 10 1
2.8.6. Datos experimentales para determinar el porcentaje de ceniza de las
briquetas.-En la siguiente tabla se indican los datos obtenidos en el laboratorio para el
cálculo de porcentaje de cenizas.
Tabla 14. Datos experimentales para el cálculo del porcentaje de ceniza de las briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso
crisol
vacío (g)
Peso de la
muestra
(g)
Peso de
crisol con
muestra
(g)
Peso
crisol con
ceniza (g)
Luz de
Malla 1,5
10
25,7603 1,0007 26,761 25,8859
26,2003 1,0035 27,2038 26,3283
23,6067 1,0017 24,6084 23,7301
20
25,3654 1,0019 26,3673 25,4899
25,3657 1,002 26,3677 25,4871
25,7601 1,0027 26,7628 25,8776
30
22,5677 1,0019 23,5696 22,7094
23,8658 1,0018 24,8676 23,9804
25,3654 1,0025 26,3679 25,477
Luz de
Malla 4,0
10
23,6067 1,0026 24,6093 23,7252
23,8658 1,0022 24,868 23,9874
25,7603 1,0018 26,7621 25,8747
20
26,2003 1,0013 27,2016 26,3009
25,3654 1,0021 26,3675 25,4682
23,6068 1,0036 24,6104 23,7049
30
26,1731 1,0025 27,1756 26,2958
25,3656 1,0027 26,3683 25,4895
23,866 1,0015 24,8675 23,987
30
2.8.7. Datos experimentales para determinar el material volátil de las briquetas.-
El contenido en material volátil corresponde al porcentaje de pérdida de peso respecto a
la muestra inicial, sometida a calentamiento a 900 ºC durante 7 minutos. En la siguiente
tabla se indican los datos obtenidos en el laboratorio para determinar el material volátil
de las briquetas.
Tabla 15. Datos experimentales para determinar el material volátil de las briquetas.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso de la
muestra
C (g)
Peso de la
muestra
después del
calentamiento
D (g)
Porcentaje
de
Humedad
(%)
Luz de
Malla 1,5
10
1,0003 0,7539 9,13
1,0022 0,7524 9,87
1,0011 0,7633 9,31
20
1,001 0,7493 9,57
1,0022 0,7538 9,97
1,0023 0,7333 9,81
30
1,0009 0,8085 9,5
1,001 0,8082 9,2
1,0017 0,8083 10,05
Luz de
Malla 4,0
10
1,002 0,722 10,01
1,0021 0,7634 9,33
1,0008 0,745 9,76
20
1,0003 0,7558 9,93
1,0001 0,7649 9,4
1,0016 0,7642 9,51
30
1,0015 0,8111 9,64
1,0021 0,8261 9,65
1,001 0,8133 9,45
2.8.8. Datos para la caracterización elemental de briquetas.- Se calibra la micro
balanza haciendo uso de una pesa patrón certificada de 100 mg. A continuación se coloca
en el plato de la derecha un cilindro de selenio sin muestra y se encera la micro balanza.
Pesar 12 mg de volframio más sulfonamida, se encera la micro balanza a continuación se
pesa la muestra seca en el cilindro de selenio, no debe ser mayor de 10 mg. Con ayuda
de una pinza doblar el cilindro de selenio y formar una pequeña bola procurando no
romper el cilindro y evitar así perdidas de muestra que afectarán el resultado final.
31
Finalmente se coloca la muestra en el analizador elemental. En la siguiente tabla se
indican los datos obtenidos en el laboratorio para la caracterización elemental de
briquetas.
Tabla 16. Datos experimentales para la caracterización del análisis elemental de briquetas.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso de
Volframio
más
Sulfonamida
(mg)
Peso de
muestra
(mg)
Luz de
Malla 1,5
10
12 10,3
12 10
12 10,3
20
12 10,3
12 10,4
12 10,1
30
12 10,2
12 10,1
12 10,4
Luz de
Malla 4,0
10
12 10,2
12 10,4
12 10,2
20
12 10,4
12 10,3
12 10,1
30
12 10,4
12 10,5
12 10,4
2.8.9. Datos experimentales para determinar el poder calórico de las briquetas.-Se
anota la temperatura en un rango de tiempo 0-5 min, esta será la temperatura para la
reacción de combustión. A continuación se enciende la unidad de ignición (oprima el
botón) y se anota la temperatura cada 15 segundos hasta que se estabilice la temperatura
en 3 lecturas sucesivas, se anota la temperatura como temperatura final (Tf).
En la siguiente tabla se indican los datos obtenidos en el laboratorio de tiempo en función
de temperatura. Para cada muestra se realiza tres replicas. Ver anexo S las siguientes
tablas: Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm
32
con (20; 30) % de Papel. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz
de malla 4,0 mm con (10; 20; 30) % de Papel.
Tabla 17. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
10% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 17,976 22,408 21,208
60 18,15 22,48 21,28
120 18,23 22,554 21,354
180 18,274 22,596 21,396
240 18,301 22,622 21,422
300 18,325 22,644 21,444
315 18,345 22,65 21,45
330 18,5 22,724 21,524
345 18,733 22,974 21,774
360 18,89 23,2 22
375 19,09 23,39 22,19
390 19,191 23,53 22,33
405 19,276 23,595 22,395
420 19,345 23,706 22,506
435 19,396 23,778 22,578
450 19,437 23,829 22,629
465 19,465 23,889 22,689
480 19,524 23,926 22,726
495 19,553 23,968 22,768
510 19,571 23,995 22,795
525 19,591 24,074 22,874
540 19,613 24,096 22,896
555 19,627 24,111 22,911
570 19,641 24,128 22,928
585 19,656 24,146 22,946
600 19,68 24,16 22,96
615 19,706 24,173 22,973
630 19,736 24,185 22,985
645 19,754 24,198 22,998
660 19,775 24,206 23,006
33
Continuación de la tabla 17
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
675 19,783 24,216 23,016
690 19,804 24,226 23,026
705 19,823 24,233 23,033
720 19,833 24,243 23,043
735 19,841 24,249 23,049
750 19,848 24,255 23,055
765 19,855 24,261 23,061
780 19,869 24,268 23,068
795 19,877 24,273 23,073
810 19,893 24,277 23,077
825 19,902 24,281 23,081
840 19,908 24,287 23,087
855 19,917 24,291 23,091
870 19,924 24,294 23,094
885 19,93 24,297 23,097
900 19,938 24,302 23,102
915 19,944 24,305 23,105
930 19,95 24,307 23,107
945 19,96 24,309 23,109
960 19,964 24,312 23,112
975 19,971 24,314 23,114
990 19,975 24,316 23,116
1005 19,984 24,318 23,118
1020 19,989 24,32 23,12
1035 19,995 24,321 23,121
1050 20 24,323 23,123
1065 20,006 24,325 23,125
1080 20,013 24,327 23,127
1095 20,017 24,327 23,127
1110 20,015 24,328 23,128
1125 20,016 24,329 23,129
1140 20,017 24,329 23,129
1155 20,018 24,329 23,129
1170 20,018 24,329 23,129
1185 20,018 24,329 23,129
34
Continuación de la tabla 17
Con los datos de temperaturas y tiempos se procede a graficar con la finalidad de obtener
las constantes calorimétricas del equipo.
En la siguiente tabla se presenta el peso de la muestra compactada en forma de pastillas,
el volumen del ácido y la medida del fusible.
Tabla 18. Datos experimentales para el cálculo del poder calórico superior.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso de
muestra
(mg)
Volumen
del ácido
(ml)
Medida
del
fusible
(cm)
Luz de
Malla 1,5
10
0,6271 1,8 4,5
0,6617 2,2 5
0,6897 2,1 4,4
20
0,8431 2,1 1,2
0,7736 2,2 1,8
0,8134 2,1 1,5
30
1,0306 3,3 3,2
0,9876 3 4
1,0344 3,2 3,3
Luz de
Malla 4,0
10
0,5526 2,4 6,1
0,6526 2,3 6,7
0,6667 2,3 6,5
20
0,6783 3 3,1
0,6545 2,9 3,3
0,7098 2,9 3,2
30
0,7686 1,9 2,5
0,6526 2 2,5
0,7089 2,1 2,9
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
1200 - 24,329 23,129
1215 - 24,329 23,129
35
2.8.10. Datos para el cálculo de costos.- Todas las materias primas utilizadas en esta
investigación son factibles y disponibles para la producción de briquetas.
Los tallos de rosas al ser desechos de las florícolas, no tiene costo alguno, pero si tiene
costo en su traslado, secado y trituración, el costo por kilogramo de tallos de rosas
triturados es de 5,00 $.
Tabla 19. Materia prima para elaboración de briquetas
Materia prima Cantidad Costo
$
Tallos de Rosas
triturados , kg 1 5,00
Papel Periódico
Reciclado, kg 1 1,20
Almidón de yuca, kg 1 2,00
Agua Potable, m3 1 0,01
36
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS
3.1. Distribución granulométrica.
Para una mejor interpretación de los datos obtenidos tanto en la Tabla 8 y Tabla 9, se
agruparon los tamaños de partícula en intervalos y se representaron en un diagrama en
función del porcentaje en peso.
En la siguiente tabla se indica el tamaño de partículas en µm y el porcentaje en peso,
estos datos son obtenidos del equipo Camsizer analizador de tamaño y forma de
partículas.
Tabla 20. Distribución granulométrica con luz de malla 1,5 mm
Intervalo Tamaño de Partícula
(µm)
Porcentaje en Peso
(%)
Porcentaje en
Peso Acumulado
(%)
<20 0,01 0,01
20 a 150 7,37 7,38
151 a 300 19,71 27,09
301 a 450 18,39 45,48
451 a 600 14,23 59,71
601 a 750 12,20 71,91
751 a 900 9,65 81,56
901 a 1050 9,06 90,62
1051 a 1200 4,91 95,53
1201 a 1350 2,86 98,39
1351 a 1500 1,01 99,40
>1500 0,60 100,00
37
Figura 9. Distribución granulométrica con luz de malla 1,5 mm
En la figura 9 se indica la distribución granulométrica luz de malla 1,5 mm, en su mayoría
está dentro de 300 µm a 1050 µm (un rango muy amplio); y se encuentran en un tamaño
óptimo previo a la fase de mezclado, es decir se ha logrado homogenizar el material. Los
mejores resultados se obtienen mezclando partículas de distintos tamaños, las partículas
grandes se mezclan con las pequeñas y éstas actúan como matriz de unión consiguiendo
aglomerados resistentes. En la siguiente tabla se indica el tamaño de partículas en µm y
el porcentaje en peso estos datos son obtenidos del equipo Camsizer analizador de
tamaño y forma de partículas.
Tabla 21. Distribución granulométrica con luz de malla 4,0 mm
Intervalo Tamaño de
Partícula (µm)
Porcentaje
en Peso (%)
Porcentaje en Peso
Acumulado (%)
<20 a 300 9,26 9,26
301 a 500 10,42 19,68
501 a 700 10,58 30,26
7001 a 900 11,97 42,23
901 a 1110 12,54 54,77
1101 a 1300 11,76 66,53
1301 a 1500 12,57 79,1
1501 a 1700 6,5 85,6
17001 a 1900 4,97 90,57
1901 a 2100 2,74 93,31
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
<20 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1300 1500 >1500
Tamaño de partícula ( µm )
Po
rcen
taje
en
pes
o (
%)
Distribución granulométrica luz de malla 1,5 mm
38
Continuación de la tabla 21.
Intervalo Tamaño de
Partícula (µm)
Porcentaje
en Peso (%)
Porcentaje en Peso
Acumulado (%)
2101 a 2300 3,38 96,69
2301 a 2500 3,25 99,94
>2700 0,06 100
Figura 10. Distribución granulométrica con luz de malla 4,0 mm
En la figura 10 se indica la distribución granulométrica luz de malla 4 mm, en su mayoría
está dentro de 300 µm a 1500 µm (un rango muy amplio); y se encuentra en un tamaño
óptimo dentro del rango establecido como se menciona en la NTC-2060 el tamaño de
partícula debe ser menor a 3mm.
3.2. Determinación del porcentaje de humedad de las briquetas.
El porcentaje de humedad que contiene las briquetas se determinan por diferencia de
pesos tomados de las tablas 11. El porcentaje es calculado en base húmeda.
%𝐇 =Wh−WS
Wh∗ 100% (4)
Donde:
%H = Porcentaje de humedad de briquetas (%)
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
<300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 >2700
Tamaño de partícula ( µm )
Po
rcen
taje
en
pes
o (
%)
Distibución Granulométrica Luz de malla 4,0 mm
39
Wh = Peso húmedo de briqueta (g)
WS = Peso seco de briqueta (g)
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla
%H =171,07g − 150,00g
171,07 g∗ 100%
%𝐇 = 𝟏𝟐, 𝟑𝟐%
En la siguiente tabla se presenta los resultados obtenidos del porcentaje de humedad para
cada ensayo incluido el valor promedio.
Tabla 22. Porcentajes de humedad de briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de papel
(%)
Porcentaje
de Humedad
(%)
Porcentaje
Promedio de
Humedad
(%)
Luz de
malla
1,5 mm
10
9,76
9,83 9,87
9,85
20
9,57
9,78 9,97
9,81
30
9,39
9,49 9,58
9,51
Luz de
malla
4,0 mm
10
10,01
9,7 9,33
9,76
20
9,93
9,61 9,4
9,51
30
9,64
9,58 9,65
9,45
40
En la tabla anterior se observa que el porcentaje de humedad para el 30% de papel
utilizado en la elaboración de briquetas es el óptimo ya que a menor porcentaje de
humedad mayor es el poder calórico.
3.3. Análisis estadístico para el porcentaje de humedad.
Mediante el uso del software estadístico Statgraphics se realizó un análisis de varianza
con los datos obtenidos de la tabla 21. Los resultados encontrados se presentan en la
siguiente tabla.
Tabla 23. Análisis de varianza para porcentaje de humedad
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
A:Tamaño de
Partícula 0,02205 1 0,02205 0,50 0,4945
B:Porcentaje de
Papel 0,154133 1 0,154133 3,47 0,0871
AB 0,0341333 1 0,0341333 0,77 0,3979
Bloques 0,0236778 2 0,0118389 0,27 0,7705
Error total 0,533033 12 0,0444194
Total (corr.) 0,767028 17
Figura 11. ANOVA para porcentaje de humedad.
Tamaño de Partícula4
Porcentaje de Papel10 30
ANOVA Gráfico para Porcentaje de Húmedad
-1,9 -0,9 0,1 1,1 2,1 3,1
Residuos
P = 0,49511,5
P = 0,587620
41
El análisis de varianza particiona la variabilidad de Porcentaje de Humedad en piezas
separadas para cada uno de los efectos. Entonces prueba la significancia estadística de
cada efecto comparando su cuadrado medio contra un estimado del error experimental.
En este caso ningún efecto tiene un valor-P menor que 0,05 indicando que son
significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95,0%.
3.4. Determinación del esfuerzo al aplastamiento de las briquetas.
Para calcular el esfuerzo al aplastamiento se considera constante el diámetro de las
briquetas sometidas al ensayo. Este diámetro es igual a 0,045 m.
Cálculo del área transversal de las briquetas.
𝐴 =𝜋 𝑥 𝑑2
4 (5)
Donde:
A= área de las briquetas (m2).
d= Diámetro de las briquetas (m).
𝐴 =𝜋 𝑥0,0452
4
𝑨 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟓𝟗 𝒎𝟐
Cálculo del esfuerzo al aplastamiento.
𝜎 =𝐹
𝐴 (6)
Donde:
σ = Esfuerzo al aplastamiento (KPa).
F= Fuerza aplicada (KN)
A= área de las briquetas (m2).
A partir de la tabla 12 se determina el esfuerzo al aplastamiento.
42
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla.
F = 24,528 lbf 𝑥 4,45 N
1 lbf 𝑥
1 KN
1000 N
F = 0,109KN
𝜎 =0,109 𝐾𝑁
0,00159 𝑚2
𝝈 = 𝟔, 𝟗𝟒 𝑲𝑷𝒂.
En la siguiente tabla se presenta los resultados obtenidos del esfuerzo al aplastamiento
para cada ensayo incluido su valor promedio.
Tabla 24. Esfuerzo al aplastamiento de briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de papel
(%)
Esfuerzo al
Aplastamiento
(KPa)
Esfuerzo al
Aplastamiento
promedio
(Kpa)
Luz de
malla
1,5 mm
10
6,94
6,75
6,65
6,65
20
6,36
6,27
6,07
6,36
30
9,54
9,45
9,54
9,25
Luz de
malla
4,0 mm
10
5,78
5,88
5,78
6,07
20
6,65
7,13
7,81
6,94
30
10,12
10,22
10,12
10,41
43
En la tabla anterior se observa que el 30% de papel utilizado en la elaboración de briquetas
presenta mayor esfuerzo al aplastamiento esto se debe a la mayor aglomeración que posee
con un mayor porcentaje de papel.
3.5. Análisis estadístico para el esfuerzo al aplastamiento.
Haciendo uso del software estadístico Statgraphics a partir de los datos de la tabla 23. Se
encontraron los siguientes resultados.
Tabla 25. Análisis de Varianza para el Esfuerzo al Aplastamiento
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:Tamaño de Partícula 0,299022 1 0,299022 3,56 0,0838
B:Porcentaje de Papel 44,671 2 22,3355 265,58 0,0000
INTERACCIONES
AB 2,86874 2 1,43437 17,06 0,0003
RESIDUOS 1,0092 12 0,0841 - -
TOTAL 48,848 17 - - -
El análisis de varianza particiona la variabilidad de esfuerzo al aplastamiento en piezas
separadas para cada uno de los efectos. Entonces prueba la significancia estadística de
cada efecto comparando su cuadrado medio contra un estimado del error experimental.
En este caso, tres efectos tienen un valor-P menor que 0,05, indicando que son
significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95 %.
Se realiza una Regresión Múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el esfuerzo al aplastamiento
44
Tabla 26. Coeficientes de regresión para el Esfuerzo al Aplastamiento
Coeficiente Estimado
Constante 5,619
A:Tamaño de Partícula -0,554
B:Porcentaje de Papel 0,0855
AB 0,032
R-cuadrada = 80,9543 porciento
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 73,02 porciento
Error estándar del est . = 0,880505
Error absoluto medio = 0,61
Estadístico Durbin-Watson = 1,47014 (P=0,0567)
A partir de la tabla 25. La ecuación del modelo ajustado es:
Esfuerzo al Aplastamiento = 5,61911 - 0,554222*Tamaño de Partícula +
0,0855333*Porcentaje de Papel + 0,0328667*Tamaño de Partícula*Porcentaje de Papel
(7)
El estadístico R-Cuadrada indica que el modelo así ajustado explica 80,9543 % de la
variabilidad en Esfuerzo al Aplastamiento. El estadístico R-Cuadrada ajustada, que es
más apropiada para comparar modelos con diferente número de variables independientes,
es 73, 02%. El error estándar del estimado muestra que la desviación estándar de los
residuos es 0,880. Este valor puede usarse para construir límites para nuevas
observaciones, seleccionando la opción de Reportes del menú de texto. El error absoluto
medio (MAE) de 0,61 es el valor promedio de los residuos. El estadístico de Durbin-
Watson (DW) examina los residuos para determinar si hay alguna correlación
significativa basada en el orden en el que se presentan en el archivo de datos. Puesto que
el valor-P es mayor que 0,05, no hay indicación de una autocorrelación serial en los
residuos con un nivel de confianza del 95,0%. Para determinar si el modelo puede
simplificarse, note que el valor-P más alto de las variables independientes es 0,540, que
corresponde a Tamaño de Partícula de los tallos de rosas. Puesto que el valor-P es mayor
o igual que 0,05, ese término no es estadísticamente significativo con un nivel de
confianza del 95,0%, Así la principal variable que influye en el esfuerzo al aplastamiento
es el porcentaje de papel, esto se puede observar en la siguiente gráfica.
45
Figura 12. Efectos principales para el esfuerzo al aplastamiento.
Para una mejor interpretación de los resultados de la variabilidad del esfuerzo al
aplastamiento en función del tamaño de partícula de los tallos de rosas y el porcentaje de
papel, se obtuvo una gráfica de superficie de respuesta.
Figura 13. Superficie de respuesta para el esfuerzo al aplastamiento.
3.6. Determinación de la Friabilidad
𝐹𝑅 = ∑𝑛 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑖
𝑛 𝑡𝑟𝑜𝑧𝑜𝑠
𝑛𝑖=1 ∗ 100 (8)
Donde:
FR= Friabilidad
Superficie de Respuesta Estimada
1,52
2,53
3,54
Tamaño de Partícula
10 14 18 22 26 30
Porcentaje de Papel
5,7
6,7
7,7
8,7
9,7
10,7
Esfu
erz
o a
l A
pla
sta
mie
nto
1,5
Porcentaje de Papel
30,0
Gráfica de Efectos Principales para Esfuerzo al Aplastamiento
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
Esfu
erz
o a
l A
pla
sta
mie
nto
Tamaño de Partícula
4,0 10,0
46
i= número de veces lanzada la briqueta desde una altura de 2 metros.
n= números de trozos.
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla.
𝐹𝑅 =10
1∗ 100
𝐹𝑅 = 1000
Tabla 27. Índice de Friabilidad de las briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Número de
briquetas al
inicio del
ensayo
Número
de veces
lanzada la
briqueta
Número
de
trozos
Índice de
friabilidad
(Fr)
Grado de
aglomeración
de las
partículas
Luz de
Malla 1,5 10; 20; 30 1 10 1 1000 Alto
Luz de
Malla 4,0 10; 20; 30 1 10 1 1000 Alto
En la tabla anterior se indica el índice de friabilidad de las briquetas, dando como
resultado un grado de aglomeración de las partículas alto para todos los casos ensayados
resultaron una buena compactación
3.7. Determinación del Porcentaje de Cenizas.
%Cenizas =Wcc−Wcv
Wcm−Wcv∗ 100 (9)
Donde:
𝑊𝑐𝑐 = Peso del crisol con cenizas (g)
𝑊𝑐𝑣 = Peso del crisol vacío (g)
𝑊𝑐𝑚 = Peso del crisol con muestra (g)
47
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla.
%Cenizas =25,8859 − 25,7603
26,7601 − 25,7603∗ 100
%Cenizas =12,5512
Tabla 28. Porcentajes de Ceniza de Briquetas.
Las cenizas, si la combustión ha sido completa, son exclusivamente inorgánicas, estas
reducen el poder calorífico del combustible y el rendimiento térmico de un horno por
interferir en la transferencia de calor. En este estudio la muestra seca, luego de haber
pasado por la mufla a 550 ºC, se dejó enfriar en un desecador, y luego se registró el peso
de cenizas obteniendo como resultado menor porcentaje de cenizas con el 30% de papel.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de papel
(%)
Porcentaje
de Ceniza
(%)
Porcentaje
promedio de
Ceniza
(%)
Luz de
Malla
1,5 mm
10
13,55
13,54
13,75
13,32
20
13,52
13,18
13,21
12,81
30
13,47
13,14
13,14
12,83
Luz de
Malla
4,0 mm
10
12,55
13,3
14,94
12,41
20
13,19
13,16
13,5
12,79
30
13,04
13,02
13,25
12,77
48
3.8. Análisis estadístico para el porcentaje de ceniza.
Haciendo uso del software estadístico STATGRAPHICS a partir de los datos de la tabla
28. Se encontraron los siguientes resultados.
Tabla 29. Análisis de varianza para el porcentaje de ceniza
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:Tamaño de Partícula 0,0747556 1 0,0747556 0,18 0,6783
B:Porcentaje de Papel 0,187511 2 0,0937556 0,23 0,8005
INTERACCIONES
AB 0,215511 2 0,107756 0,26 0,7749
RESIDUOS 4,96427 12 0,413689
TOTAL 5,44204 17
Los valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que
ningún valor-P es menor que 0,05, ninguno de los factores ó interacciones tiene un efecto
estadísticamente significativo sobre Porcentaje de Cenizas con un 95,0% de nivel de
confianza.
3.9. Determinación del porcentaje de volatilidad.
𝐴 =𝐶−𝐷
𝐶∗ 100% (10)
%𝑀𝑉 = 𝐴 − 𝐵 (11)
Donde:
A= % pérdida de peso
B= % de humedad
C= Peso de la muestra
D= Peso de la muestra después del calentamiento.
49
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación del porcentaje de pérdida de peso.
𝐴 =1,0003 − 0,7539
1,0003∗ 100%
𝑨 = 𝟕𝟓, 𝟑𝟗 %
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación del material volátil.
%𝑀𝑉 = 75,39 − 9,83
%𝑴𝑽 = 𝟔𝟓, 𝟔𝟑%
Tabla 30. Porcentaje de material volátil de briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Pérdida de
peso (%)
Material
Volátil (%) Promedio
Luz de
Malla 1,5
10
75,39 65,63
64,83
74,24 64,37
74,33 64,48
20
74,93 65,36
65,10
75,38 65,41
74,33 64,52
30
80,85 71,46
71,34
80,82 71,24
80,83 71,32
Luz de
Malla 4,0
10
72,2 62,19
64,65
76,34 67,01
74,5 64,74
20
75,58 65,65
66,55
76,49 67,09
76,42 66,91
30
81,11 71,47
72,10
82,61 72,96
81,33 71,88
50
En la tabla anterior se indica la volatilidad de las briquetas, dando como resultado mayor
volatilidad para la mezcla realizada con el 30% de papel, esto significa que el tiempo de
combustión será menor por que el papel es más volátil.
3.10. Caracterización elemental de las diferentes mezclas
Tabla 31. Composición elemental de las diferentes mezclas.
Tallos
de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso de
muestra
(mg)
%C %N %H %S %C/%H
Luz de
Malla
1,5
10
10,3 45,2 1,48 6,384 0,2 7,08
10 45,57 1,51 6,58 0,164 6,93
10,3 44,06 1,45 6,303 0,14 6,99
20
10,3 44,26 1,62 6,312 0,191 7,01
10,4 47,83 1,19 6,788 0,134 7,05
10,1 45,72 1,15 6,574 0,128 6,95
30
10,2 42,7 1,16 6,263 0,155 6,82
10,1 42,59 1,07 6,35 0,169 6,71
10,4 42,58 1 6,416 0,125 6,64
Luz de
Malla
4,0
10
10,2 43,05 0,87 6,313 0,133 6,82
10,4 47,13 1,35 4,612 0,139 10,22
10,2 46,3 1,36 6,487 0,135 7,14
20
10,4 43,56 1,04 6,305 0,255 6,91
10,3 43,33 1,12 6,176 0,187 7,02
10,1 42,78 1,09 6,347 0,129 6,74
30
10,4 42,66 0,98 6,694 0,129 6,37
10,5 42,53 0,08 6,107 0,149 6,96
10,4 41,67 0,09 5,997 0,153 6,95
3.11. Determinación del poder calórico superior e inferior.
Para determinar el poder calórico, se realiza un procesamiento de datos mediante la
construcción de una gráfica tiempo vs temperatura de los datos experimentales para poder
realizar los cálculos.
51
Figura 14. Modelo para la réplica 1, de la curva temperatura vs tiempo con tallos de
rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con 10% de Papel.
Tabla 32. Datos obtenidos de la curva tiempo vs temperatura para todas las muestras
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
a
(min)
b
(min)
c
(min)
d
(min)
ta
(˚C)
tb
(˚C)
tc
(˚C)
Luz de
Malla 1,5
10
5,15 6,15 16,15 19,15 18,345 19,09 19,971
5,25 6,5 11,25 18,75 22,65 23,53 24,216
5,25 6,75 13 18,5 21,45 22,395 23,068
20
5,25 6 13,75 16,75 19,891 20,77 21,926
5,25 6,5 12 17,5 22,977 23,894 24,57
5,25 6,25 11,5 19,25 20,971 22,042 22,935
30
5 6,25 11,25 16 19,313 20,632 21,62
5 6 10 19,75 20,383 21,491 22,616
5 6 10 20 20,343 21,451 22,576
Luz de
Malla 4
10
5,25 6,5 12,5 18,75 23,478 24,271 24,787
5 6,25 12 18,75 22,429 23,106 23,731
5,25 6,5 13,25 19,5 22,633 23,426 23,956
20
5 6,5 13,5 20 24,171 25,104 25,849
5,25 6,5 13,5 20 24,171 25,104 25,849
5 6,5 12 22,971 23,904 23,904 24,612
52
Continuación de la tabla 32.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
a
(min)
b
(min)
c
(min)
d
(min)
Ta
(˚C)
tb
(˚C)
Tc
(˚C)
Luz de
Malla 4,0
30
5,25 6,5 13,5 19,5 24,42 25,524 26,34
5 6 9,75 18 23,404 24,26 25,011
5,25 6,5 13,5 19,5 24,42 25,524 26,34
A partir de estos datos se calcula:
3.11.1. Cálculo del aumento neto de la temperatura.
𝒕 = 𝒕𝒄 − 𝒕𝒂 − 𝒓𝟏(𝒃 − 𝒂) − 𝒓𝟐(𝒄 − 𝒃) (12)
Donde:
t = incremento de temperatura neta.
a = tiempo de ignición
b = tiempo cuando la temperatura alcanza 60% de la elevación total
c = tiempo al inicio del periodo (después del aumento de la temperatura) en el que la tasa
de cambio de temperatura se ha convertido constante.
ta = la temperatura en el momento de la ignición.
tc = la temperatura en el momento de c
r1 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a que la temperatura se aumenta durante
los 5 minutos antes de la ignición.
r2 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a que la temperatura se aumenta durante
los 5 minutos después del tiempo c.
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación del aumento neto de la temperatura.
𝑡 = 19,971 − 18,345 − 0,0716(6,15 − 5,15) − (−0,5210)(16,15 − 6,15)
𝒕 = 𝟔, 𝟕𝟔𝟒𝟑 ˚C
53
Cálculo de la corrección en calorías para el calor de formación del ácido nítrico
𝑒1 = 𝑐1 ∗ (1 𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑙) (13)
Donde:
c1 = ml de solución alcalina estándar usada en la valoración del ácido.
e1 = calorías para el calor de formación del ácido nítrico, cal.
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación de la corrección en calorías para el calor de formación del ácido
nítrico.
𝑒1 = 1,8 𝑚𝑙 ∗ (1 𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑙)
𝒆𝟏 = 𝟏, 𝟖 𝒄𝒂𝒍
3.11.2. Cálculo de la corrección en calorías para el calor de formación de ácido
sulfúrico.
𝑒2 = 13,7 ∗ 𝑐2 ∗ 𝑚 (14)
Donde:
c2= porcentaje de azufre presente en la muestra
m = g de muestra utilizada
e2 = calorías para el calor de formación del ácido sulfúrico, cal
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación de la corrección en calorías para el calor de formación del ácido
sulfúrico.
𝑒2 = 13,7 ∗ 0,131 ∗ 0,6271
𝐞𝟐 = 1,12 cal
3.11.3. Cálculo de la corrección en calorías para el calor de combustión del alambre
fusible.
𝑒3 = 2,3 ∗ 𝑐3 (15)
54
Donde:
c3= cm de alambre fusible consumidos en la ignición
e3 = calorías para el calor de combustión del alambre fusible, cal
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación de la corrección para el calor de combustión del alambre fusible.
𝑒3 = 2,3 ∗ 5,5
𝑒3 = 12,65 𝑐𝑎𝑙
3.11.4. Cálculo de la energía equivalente del calorímetro
𝐶𝑝 =𝑞∗𝑚+𝑒1+𝑒3
𝑡 (16)
Donde:
Cp = energía equivalente del calorímetro en cal/° C
q = calor de combustión de la muestra estandarizada en cal/g
m =masa de la muestra estandarizada en gramos.
t = aumento de la temperatura corregida neto en ° C
e1 =corrección para calor de formación del nítrico ácido en calorías
e3 =corrección para el calor de combustión del alambre fusible en calorías
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación de la energía equivalente del calorímetro.
𝐶𝑝 =
5391,18𝑐𝑎𝑙𝑔 ∗ 0,6271 𝑔 + 1,8𝑐𝑎𝑙 + 12,65𝑐𝑎𝑙
6,7643 ˚𝐶
𝐶𝑝 =2620,70 cal g/˚C
55
Tabla 33. Resultados para el cálculo del poder calórico superior e inferior de las
briquetas.
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
t (˚C) e1
(cal/ml)
e2
(cal)
e3
(cal)
Cp
(cal/˚C)
Luz de
Malla 1,5
10
1,44 1,80 1,13 12,65 2620,70
1,33 1,80 1,19 12,81 2620,70
1,35 1,90 1,24 12,88 2620,70
20
1,91 2,10 1,87 13,12 2623,50
1,87 2,20 1,72 14,11 2622,50
1,83 2,10 1,81 14,91 2622,50
30
2,17 3,30 1,82 13,56 2625,60
2,11 3,00 1,75 13,20 2625,60
2,10 3,20 1,82 13,40 2624,060
Luz de
Malla 4,0
10
1,35 1,80 1,15 17,21 2621,80
1,34 1,90 1,13 16,34 2620,20
1,41 2,00 1,16 17,10 2620,40
20
1,87 2,10 1,78 13,40 2623,50
1,90 2,20 1,76 13,00 2622,10
1,91 2,10 1,75 14,60 2622,40
30
2,10 3,30 1,88 16,50 2625,50
2,16 3,20 1,85 16,20 2625,40
2,13 3,20 1,87 17,10 2624,90
3.11.5. Cálculo del poder calórico bruto o superior de la muestra problema.
𝑃𝐶𝑆 =𝑡∗𝐶𝑝−𝑒1−𝑒2−𝑒3
𝑚 (17)
Donde:
PCS = Poder calorífico superior (cal / g combustible)
Cp = energía equivalente del calorímetro en cal/° C
t = aumento de la temperatura corregida neto en ° C
e1 = corrección para calor de formación del nítrico ácido en calorías.
e2 = calorías para el calor de formación del ácido sulfúrico, cal
e3 = corrección para el calor de combustión del alambre fusible en calorías
m = masa de la muestra estandarizada en gramos.
56
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
determinación del poder calórico superior.
𝑃𝐶𝑆 = 6,7643 ˚𝐶 ∗ 2620,70 𝑐𝑎𝑙
𝑔˚𝐶
− 1,8 𝑐𝑎𝑙 − 1,12 𝑐𝑎𝑙 𝑔 − 12,65 𝑐𝑎𝑙
0,6271 𝑔
𝑷𝑪𝑺 =5974,73cal/g
Tabla 34. Resultados del poder calórico superior de las briquetas
El poder calórico superior promedio de todas las muestras es de 5947,41 cal/g, esto refleja
el calor que puede liberar el combustible cuando toda el agua en el producto condensa
por enfriamiento.
3.11.6. Cálculo del poder calórico neto o inferior de la muestra problema
𝑮 = 𝟗𝑯 + %𝑯𝟐𝑶 (18)
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso de la
muestra (g) PCS (cal/g)
Promedio
PCS (cal/g)
Luz de
Malla 1,5
10
0,6271 5974,73
5973,82
0,6617 5970,20
0,6897 5976,54
20
0,8431 5943,27
5945,27
0,7736 5942,89
0,8134 5949,65
30
1,0306 5921,23
5922,02
0,9876 5923,60
1,0344 5921,24
Luz de
Malla 4,0
10
0,5526 5974,98
5975,54
0,6526 5976,10
0,6667 5975,55
20
0,6783 5944,99
5945,50
0,6545 5945,67
0,7098 5945,84
30
0,7686 5921,66
5922,33
0,6526 5921,55
0,7089 5923,78
57
𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − 597 ∗ 𝐺 (19)
Donde:
PCI = Poder calorífico inferior (cal / g combustible)
PCS = Poder calorífico superior (cal / g combustible)
597 = Calor de condensación del agua a 0 ºC (cal / g de agua)
G = Porcentaje en peso del agua formada por la combustión del H2 más la humedad
propia del combustible (g agua/ g combustible)
9 : Son los gramos de agua que se forman al oxidar un gramo de hidrógeno.
H : Porcentaje de hidrógeno contenido en el combustible.
H2O: Porcentaje de humedad del combustible.
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla,
porcentaje en peso del agua formada por la combustión de del H2 más la
humedad propia del combustible (g agua/ g combustible) .
𝐺 = 9 ∗ 0,06384 + 0,1258
𝐺 = 0,70 (g agua/ g combustible)
Cálculo modelo para la réplica R1, 10% de papel y 1,5 mm luz de malla, poder
calórico inferior.
𝑃𝐶𝐼 = 5974,73 (𝑐𝑎𝑙
𝑔) − 597 ∗ 0,70 (
𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒)
𝑃𝐶𝐼 = 5557,49 cal/g
Tabla 35. Resultados del poder calórico inferior de las briquetas
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
G
(g agua/g
combustión)
PCI
(cal/g )
PCI
PROMEDIO
(cal/g )
Luz de Malla 1,5
10
0,7 5557,49
5556,19 0,7 5552,306
0,7 5558,7654
20
0,66 5547,2889
5548,02 0,67 5544,5209
0,67 5552,2361
58
Continuación de la tabla 35
El poder calórico inferior promedio de todas las mezclas es de 5556,19 cal/g, este calor
de combustión indica la cantidad de calor que puede proporcionar el combustible cuando
toda el agua en los productos permanece como vapor.
3.12. Análisis estadístico para el poder calórico superior.
Haciendo uso del software estadístico STATGRAPHICS a partir de la tabla 34 se
encontraron los siguientes resultados.
Tabla 36. .Análisis de Varianza para el Poder Calórico Superior
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
A:Tamaño de
Partícula
2,54627 1 2,54627 0,39 0,5464
B:Porcentaje de
Papel
8270,85 1 8270,85 1251,60 0,0000
AB 1,49813 1 1,49813 0,23 0,6425
Bloques 16,5032 2 8,25162 1,25 0,3216
Error total 79,2987 12 6,60822
Total (corr.) 8370,7 17
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel
(%)
G
(g agua/g
combustión)
PCI
(cal/g )
PCI
PROMEDIO
(cal/g )
Luz de
Malla 1,5
30
0,67 5523,2071
5523,38
0,67 5524,4428
0,67 5522,5007
Luz de
Malla 4,0
10
0,66 5579,9182
5582,33
0,65 5585,0978
0,66 5581,9807
20
0,64 5562,91
5565,41
0,63 5569,56
0,64 5563,76
30
0,64 5538,9352
5539,96
0,64 5538,7655
0,64 5542,1895
59
La tabla ANOVA particiona la variabilidad de poder calórico superior en piezas separadas
para cada uno de los efectos. Entonces prueba la significancia estadística de cada efecto
comparando su cuadrado medio contra un estimado del error experimental. En este caso,
un efecto, el porcentaje de papel tiene un valor-P menor que 0,05, indicando que son
significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95,0%.
Se realiza una regresión múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el poder calórico superior
Tabla 37. Coeficientes de regresión para el poder calórico superior
R-cuadrada = 99,0527 porciento
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 98,6579 porciento
Error estándar del est. = 2,57065
Error absoluto medio = 1,87574
Estadístico Durbin-Watson = 1,38633 (P=0,0159)
A partir de la tabla 37 la ecuación del modelo ajustado es:
Poder Calórico Superior = 5997,54 + 0,866222*Tamaño de Partícula -
2,5476*Porcentaje de Papel - 0,0282667*Tamaño de Partícula*Porcentaje de Papel
(20)
El estadístico R-Cuadrada indica que el modelo, así ajustado, explica 99,05% de la
variabilidad en Poder Calórico Superior. El estadístico R-cuadrada ajustada, que es más
adecuado para comparar modelos con diferente número de variables independientes, es
98,66%. El error estándar del estimado muestra que la desviación estándar de los residuos
es 2,57065. El error medio absoluto (MAE) de 1,87574 es el valor promedio de los
residuos.
Coeficiente Estimado
Constante 5997,54
A:Tamaño de Partícula 0,866222
B:Porcentaje de Papel -2,5476
AB -0,0282667
60
Para determinar si el modelo puede simplificarse, note que el valor-P más alto de las
variables independientes es 0,5464, que corresponde a Tamaño de Partícula de los tallos
de rosas. Puesto que el valor-P es mayor o igual que 0,05, ese término no es
estadísticamente significativo con un nivel de confianza del 95,0%, Así la principal
variable que influye en el poder calórico superior es el porcentaje de papel, esto se puede
observar en la siguiente figura.
Figura 15. Efectos principales para el poder calórico superior
Para una mejor interpretación de los resultados de la variabilidad del Poder Calórico
Superior en función del tamaño de partícula de los tallos de rosas y el porcentaje de papel,
se obtuvo una gráfica de superficie de respuesta.
Figura 16. Superficie de respuesta para el poder calórico superior.
1,5
Porcentaje de Papel
30,0
Gráfica de Efectos Principales para Poder Calórico
5920
5930
5940
5950
5960
5970
5980
Po
de
r C
aló
ric
o
Tamaño de Partícula
4,0 10,0
Superficie de Respuesta Estimada
1,52
2,53
3,54
Tamaño de Partícula
10 14 18 22 26 30
Porcentaje de Papel
5920
5930
5940
5950
5960
5970
5980
Po
de
r C
aló
ric
o
61
3.13. Análisis Estadístico para el Poder Calórico Inferior.
Haciendo uso del software estadístico Statgraphics a partir de los datos de la tabla 34 se
encontraron los siguientes resultados.
Tabla 38. Análisis de varianza para el poder calórico inferior
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
A:Tamaño de
Partícula
1807,21 1 1807,21 82,32 0,0000
B:Porcentaje de
Papel
4238,27 1 4238,27 193,05 0,0000
AB 68,5452 1 68,5452 3,12 0,1026
Bloques 11,4585 2 5,72927 0,26 0,7746
Error total 263,449 12 21,9541
Total (corr.) 6388,93 17
El análisis ANOVA particiona la variabilidad de Poder Calórico Inferior en piezas
separadas para cada uno de los efectos. Entonces prueba la significancia estadística de
cada efecto comparando su cuadrado medio contra un estimado del error experimental.
En este caso los dos efectos tienen una valor-P menor que 0,05, indicando que son
significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95,0%.
Se realiza una regresión múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el poder calórico inferior.
Tabla 39. Coeficientes de regresión para el poder calórico inferior
R-cuadrada = 95,8765 porciento
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 94,1583 porciento
Error estándar del est. = 4,68552
Error absoluto medio = 2,9363
Estadístico Durbin-Watson = 2,4957 (P=0,7093)
Coeficiente Estimado
Constante 5557,58
A:Tamaño de Partícula 11,84
B:Porcentaje de Papel -1,35353
AB -0,1912
62
A partir de la tabla 39 la ecuación del modelo ajustado es:
Poder Calórico Inferior = 5557,58 + 11,84*Tamaño de Partícula - 1,35353*Porcentaje
de Papel - 0,1912*Tamaño de Partícula*Porcentaje de Papel (21)
El estadístico R-Cuadrada indica que el modelo, así ajustado, explica 95,87% de la
variabilidad en Poder Calórico Inferior. El estadístico R-cuadrada ajustada, que es más
adecuado para comparar modelos con diferente número de variables independientes, es
94,16%. El error estándar del estimado muestra que la desviación estándar de los residuos
es 4,68552. El error medio absoluto (MAE) de 2,9363 es el valor promedio de los
residuos. El estadístico de Durbin-Watson (DW) prueba los residuos para determinar si
haya alguna correlación significativa basada en el orden en que se presentan los datos en
el archivo. Puesto que el valor-P es mayor que 5,0%, no hay indicación de autocorrelación
serial en los residuos con un nivel de significancia del 5,0%.
Figura 17. Efectos principales para el poder calórico inferior
Para una mejor interpretación de los resultados de la variabilidad del Poder Calórico
Inferior en función del tamaño de partícula de los tallos de rosas y el porcentaje de papel,
se obtuvo una gráfica de superficie de respuesta.
1,5
Porcentaje de Papel
30,0
Gráfica de Efectos Principales para Poder Calórico Inferior
5530
5540
5550
5560
5570
5580
Po
der
Caló
rico
In
feri
or
Tamaño de Partícula
4,0 10,0
63
Figura 18. Superficie de respuesta para el poder calórico inferior.
3.14. Tiempo de encendido.
Las briquetas de tallos de rosas y papel reciclado son de fácil encendido debido a su bajo
grado de humedad (10%) prenden muy fácilmente con ayuda de un iniciador de fuego (1
vela), al principio queman de forma muy rápida, lo que nos ayuda a aumentar rápidamente
la temperatura, y después se estabiliza la temperatura y se acaban consumiendo
lentamente. En las briquetas con 10% de papel el tiempo de encendido es de 170 minutos,
al 20% de papel el tiempo de encendido es de 150 min y al 30% de papel el tiempo de
encendido es de 130 minutos este se debe a la volatilidad del papel que es superior a la
de los tallos de rosas.
En la siguiente tabla se indica el peso de 8 briquetas ensayadas para determinar el tiempo
de encendido.
Superficie de Respuesta Estimada
1,522,5
33,5
4
Tamaño de Partícula
10 14 18 22 26 30
Porcentaje de Papel
5520
5540
5560
5580
5600
Po
de
r C
aló
ric
o In
feri
or
64
Tabla 40. Tiempo de encendido de briquetas.
Material
Porcentaje
de Papel
(%)
Peso, g
Tiempo de
encendido
(min)
Briquetas
10 278 170
20 278 150
30 278 130
3.14.1. Cálculo de costo
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 = (5 x +1,20 y + 2 z + 0,01w) (22)
Donde:
Costo: costo en dólares de una tonelada de muestra.
x : fracción másica de tallos de rosas secos y triturados.
y : fracción másica de papel periódico triturado.
z : fracción másica de almidón de yuca.
w : fracción volumétrica de cantidad de agua.
Las constantes 5; 1,20; 2 ; 0,01 representan los valores en dólares por cada kilogramo de
materia prima utilizada.
El costo de agua no se toma en cuenta para este cálculo ya que es insignificante para 30
ml.
Cálculo modelo:
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 = (5 ∗ 0,9 + 1,20 ∗ 0,10 + 2 ∗ 0,10)
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 = 4,80$
Tabla 41. Resultados de análisis de costos
Muestra
Porcentaje másico %
Costo, $
Costo total
$/kg
Muestra Tallos
de rosas
Papel
reciclado
Almidón
de yuca
Tallos
de rosas
Papel
reciclado
Almidón
de yuca
M1 90 10 10 4,5 0,12 0,2 4,08
M2 80 20 10 4 0,24 45 3,27
M3 70 30 10 3,5 0,36 45 2,58
65
En la tabla anterior se indica el costo total en dólares por cada kilogramo de muestra,
dando como resultado un costo menor para las briquetas realizadas con 30% de papel.
Por cada kilogramo de materia prima se obtiene 22-23 briquetas aproximadamente.
3.15. Recopilación de resultados promedio.
En la siguiente tabla se observa que la variable de mayor influencia es el esfuerzo al
aplastamiento con estos resultados se puede concluir que la mejor briqueta tiene un
porcentaje de papel del 30% con luz de malla 4 mm.
Tabla 42.Recopilación de resultados promedio
Tallos de
Rosas
molidos
Porcentaje
de Papel,
%
Porcentaje
Humedad,
%
Esfuerzo al
Aplastamiento,
kPa
Porcentaje
de Ceniza,
%
Material
Volátil, %
PCS,
cal/g
PCI,
cal/g
Luz de
Malla 1,5
10 9,83 6,75 13,54 64,83 5973,82 5556,19
20 9,78 6,27 13,18 65,1 5945,27 5548,02
30 9,49 9,45 13,14 71,34 5922,02 5523,38
Luz de
Malla 4,0
10 9,7 5,88 13,3 64,65 5975,54 5582,33
20 9,61 7,13 13,16 66,55 5945,5 5565,41
30 9,58 10,22 13,02 72,1 5922,33 5539,96
3.16. Descripción del producto final.
La briqueta seleccionada es cilíndrica de fácil utilización y manejo, un producto que a
diferencia del carbón vegetal no deja suciedad al momento de manipularlo eliminando de
esta manera las manchas negras en las manos producidas por el carbón. En la siguiente
tabla se indica las características físicas, químicas y mecánicas de la briqueta idónea
seleccionada en la investigación.
66
Tabla 43.Resumen de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de la briqueta
seleccionada.
Propiedades físicas, químicas y mecánicas de la briqueta
seleccionada.
Forma Cilíndrica
Tamaño, cm Diámetro 4,2
Altura 6,5-7
Aspecto Color marrón con puntos oscuros
Volumen, cm3 92-96
Friabilidad Alto
Peso, g 40-45
% Humedad 9-10
Esfuerzo de aplastamiento, kPa 10 -11
% Cenizas 11-13
% Material Volátil 70-72
PCS, cal/g 5922,33
PCI, cal/g 5539,96
Las dimensiones de las briquetas seleccionadas cumplen con la relación dos a uno de
compactación, es decir el molde utilizado para la realización de las briquetas es de 14 cm
de alto, al compactar en la prensa de tornillo nos da briquetas de 7 cm de alto por 4,2 cm
de diámetro.
3.17. Comparativa entre carbón vegetal, madera, papel y la briqueta seleccionada.
En la siguiente tabla se indica las propiedades químicas de la briqueta seleccionada,
carbón vegetal, madera y papel.
Tabla 44.Comparación de la briqueta seleccionada, carbón vegetal, madera y papel.
Comparación del carbón vegetal y briqueta seleccionada.
Parámetros Briqueta Carbón Vegetal Madera Papel
% Humedad 9-10 3-5 12-20 8-9
% Cenizas 11-13 5-10 2-5 13-15
% Material Volátil 70-72 35 80 90
PCS, cal/g 5922 8400 4541 4182
PCI, cal/g 5540 8300 4350 -
67
A partir de los resultados obtenidos en la tabla 44 el porcentaje de humedad del carbón
es menor comparado con los tipos de combustibles presentes en la tabla, debido al proceso
químico aplicado a la madera para convertirla en carbón vegetal.
El material volátil influye en el tiempo de combustión de las briquetas como se observa
en la tabla 44 el carbón vegetal tiene una volatilidad de 35 % por esta razón su tiempo de
combustión es superior al de las briquetas, papel, y madera.
68
4. DISCUSIÓN
Se utilizó almidón de yuca como aglutinante porque en su degradación no genera
productos contaminantes y el costo es relativamente bajo comparado con la cola
blanca y fécula de maíz que son las más utilizadas. La gelatinización produce ruptura
de los enlaces intermoleculares de las moléculas de almidón en agua caliente
teniendo una mejor adherencia con la materia prima y papel periódico reciclado
generando una masa heterogénea solidificable de forma definida.
En la etapa de secado se disminuye el contenido de agua en la materia prima de
manera que al ser compactada para tomar forma de briqueta, la compactación sea
efectiva por lo que el contenido ideal de agua debe estar cercano al 0%, alcanzar
dicho punto de deshidratación toma mucho tiempo y es costoso energéticamente por
la utilización de hornos. Se realiza un proceso de secado a temperatura ambiente
previo a la utilización del horno, teniendo como resultado la materia prima con un
10% de humedad.
Las propiedades mecánicas friabilidad y resistencia al aplastamiento de las briquetas
son importantes ya que este tipo de combustibles necesitan soportar las cargas que
reciben durante su utilización, manejo, transporte y almacenamiento como se observa
en la tabla 42.
El tamaño de las partículas no influye sobre las propiedades químicas de la materia
prima como se observa en el análisis estadístico ANOVA, es recomendable una
distribución de tamaño particular homogéneo en toda la mezcla con un tamaño de
partícula menor a 3 mm, cuanto más fina es la granulometría mejor será la mezcla
con los porcentajes de papel. Las distribuciones granulométricas se muestran en la
figura 8 y 9 en su mayoría está dentro del rango de 300-900 µm separados a través
de luz de malla 1,5 mm y 300-1500 µm separados a través luz de malla de 4 mm.
En general el tamaño ideal para las partículas debe ser menor a 3 mm, lo cual provee
un mejor aspecto exterior de las briquetas.
69
La combustión de las briquetas prototipo elaboradas en el laboratorio demostró las
siguientes características: Encendido rápido con la ayuda de un iniciador (vela); la
muestra se prendió instantáneamente, en el comienzo de la combustión la muestra
emite un humo blanco durante 10 minutos hasta que la llama comience.
La NTC-2060, en su sección 4.1. dice que el poder calorífico que debe tener una
briqueta combustible es como mínimo 2985,5 cal/g, las briquetas elaboradas en esta
investigación resultaron con un poder calórico superior de 5947,41 cal/g cumpliendo
de esta manera con la norma establecida. El poder calórico obtenido en esta
investigación se debe a la transformación física (trituración, secado y compactación)
está directamente relacionada con el porcentaje de humedad.
El porcentaje de cenizas obtenido es del 13 % y no sobrepasa del 30% de su masa
como lo indica en NTC-2060, esta ceniza no se convierte en material volátil que sea
transportado por el aire. Las cenizas obtenidas de biomasa se emplean generalmente
como fertilizante para las plantas de compostaje siendo de esta manera útil y
amigable para el medio ambiente.
En esta investigación fue necesario la utilización de un aglutinante no costoso y de
fácil accesibilidad como es el almidón de yuca ya que se trabajó a presiones de
compactación menores a 5 MPa.
La combustión de las briquetas a partir de tallos de rosas y papel reciclado pueden
usarse como derivados para el consumo humano tales como carbón para parrilla y
para ahumar carnes que se verán favorecidos por el agradable aroma a rosas del humo
producido, además de estar exento de sustancias tóxicas como las encontradas en los
carbones sintéticos y parafinas, y al mismo tiempo puede utilizarse para aplicaciones
industriales tales como hornos y estufas.
70
5. CONCLUSIONES
Se cumplió con el objetivo propuesto de definir los resultados idóneos de
composición elemental, humedad y poder calorífico de la mezcla compuesta por 30%
de papel y número de luz de malla de 4 mm, se concluye que esta mezcla posee un
contenido de cenizas de 13,02 %, contenido de carbón elemental 45,38% e hidrógeno
de 6,48%, lo que arroja un poder calorífico superior de 5922,33 cal/g. Todo lo
mencionado anteriormente se califica como un biocombustible sólido de alta calidad
energética, comparada con la madera que es de 4541,11 cal/g. Siendo de esta manera
una alternativa viable el uso de briquetas a partir de tallos de rosas y papel reciclado.
Se preparó briquetas con buena resistencia mecánica a partir de tallos de rosas y papel
reciclado, utilizando almidón de yuca como aglutinante. Cumpliendo con los
parámetros establecidos en la NTC-2060.
Se concluye que el porcentaje mínimo de aglutinante (almidón de yuca) utilizado en
la mezcla es del 10% para la compactación y conformación de la briqueta de esta
manera el tipo de mezcla realizada es patosa y mantiene la forma deseada cumpliendo
con las características físicas que requiere un aglutinante, para la fabricación de
briquetas.
Mediante el análisis estadístico ANOVA el porcentaje de cenizas no es significativo
puesto que el valor-P es menor que 0,05, ninguno de los factores como el tamaño de
partícula y porcentaje de papel tiene un efecto estadísticamente significativo.
Como se observa en la tabla 42 se concluye que el 30 % de papel incorporado en la
mezcla y tamaño de partícula luz de malla 4 mm da como resultado mayor resistencia
al aplastamiento determinando de esta manera la briqueta final con un esfuerzo al
aplastamiento promedio de 10,22 kPa al comparar con los valores de la NTC 2060
se observa que las briquetas cumplen con este requisito.
71
Como se observa en la tabla 44 el porcentaje de humedad del carbón vegetal es del
3-5 % esto se debe a la transformación química de la madera (gasificación), al
comparar con las briquetas finales que es del 10% se concluye que el poder calórico
de un combustible es función de su composición química y por lo tanto el poder
calorífico al igual que la humedad serán parecidos en caso del papel y madera.
Se hizo uso del software Statgraphics para los datos de la tabla 24 concluyendo que
el tamaño de partícula de los tallos de rosas no es significativo ya que no influye en
los resultados obtenidos en la investigación, así la principal variable que influye en
el esfuerzo al aplastamiento es el porcentaje de papel. El software tiene por defecto
un criterio de tolerancia de 0,05, es decir, que tiene un 95% de nivel de confianza
que los datos ingresados ayuden a explicar la variabilidad de Y, si este valor de
tolerancia es cercano a cero, la variable será excluida.
Se realizó una regresión múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el esfuerzo al aplastamiento concluyendo que a mayor porcentaje
de papel el esfuerzo al aplastamiento será mayor.
Esfuerzo al Aplastamiento = 5,61911 - 0,554222*Tamaño de Partícula +
0,0855333*Porcentaje de Papel + 0,0328667*Tamaño de Partícula*Porcentaje de
Papel
Al observar los resultados de volátiles y contenido de cenizas se establece una
relación muy estrecha entre ellos, se puede decir que a mayor cantidad de gases
volátiles mayor porcentaje de cenizas se produce.
Se comprobó que el porcentaje de papel tienen un valor-P menor que 0,05, indicando
que son significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95,0%.
Así la principal variable que influye en el poder calórico superior es el porcentaje de
papel, esto se puede observar en la figura 16.
Se realiza una regresión múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el poder calórico obteniendo la siguiente ecuación concluyendo que
a menor porcentaje de papel mayor poder calórico posee.
Poder Calórico Superior = 5997,54 + 0,866222*Tamaño de Partícula -
2,5476*Porcentaje de Papel - 0,0282667*Tamaño de Partícula*Porcentaje de Papel
72
Se comprobó mediante el análisis estadístico ANOVA que los dos efectos tienen una
valor-P menor que 0,05, indicando que son significativamente diferentes de cero con
un nivel de confianza del 95,0%. Esto indica que a mayor tamaño de partícula mayor
será el poder calórico inferior y a menor porcentaje de papel mayor será el poder
calórico inferior.
Se realiza una regresión múltiple para encontrar una relación entre las variables
independientes y el poder calórico inferior. A partir de la tabla 39 la ecuación del
modelo ajustado es:
Poder Calórico Inferior = 5557,58 + 11,84*Tamaño de Partícula -
1,35353*Porcentaje de Papel - 0,1912*Tamaño de Partícula*Porcentaje de Papel
Se concluye que el poder calórico inferior es menor a mayor porcentaje de papel.
Las briquetas de tallos de rosas y papel reciclado presentan ventajas físicas respecto
a la madera y el carbón vegetal. estas son: fácil transporte, permite una adecuada
manipulación y rápido encendido por la baja humedad del 10%.
La NTC-2060, en su sección 4.1 dice que el porcentaje de ceniza no debe ser mayor
al 30% ya que el alto contenido de ceniza reduce el poder calórico de la briqueta, en
esta investigación el porcentaje de ceniza es del 13 % cumpliendo con la NTC-2060.
Se obtuvo un tamaño adecuado de las briquetas de 7 cm de alto por 4,2 cm de
diámetro este tamaño cumple con la relación de compactación dos a uno, es decir que
el molde tiene una altura de 14 cm y al ser compactada por la prensa de tornillo nos
da como resultado la mitad de su altura.
Se determinó las propiedades mecánicas de la briqueta final con un esfuerzo al
aplastamiento de 10,22 kPa y alto grado de friabilidad esto quiere decir que las
briquetas no se desmoronan, cuartean o desmenuzan al ser manipuladas.
Se concluye que el costo total en dólares por cada kilogramo de muestra es de 2,58$,
da como resultado un costo menor para las briquetas realizadas con 30% de papel.
Por cada kilogramo de materia prima se obtiene de 22-23 briquetas
aproximadamente.
73
En conclusión las briquetas realizadas en esta investigación cumplen con la NTC-
2060 considerando que el parámetro que mayor influye en los resultados obtenidos
es el esfuerzo al aplastamiento, esto quiere decir que el papel periódico reciclado
cumple la función de dar resistencia a las briquetas obtenidas.
74
6. RECOMENDACIONES
Se sugiere realizar un estudio económico-financiero para la elaboración de briquetas
a partir de tallos de rosas para implementar en una florícola.
Se recomienda como complemento de este estudio el desarrollo de nuevos proyectos
de investigación, como el diseño de una planta piloto para fabricar briquetas y el
diseño de pequeñas centrales termoeléctricas que empleen los tallos de rosas como
biocombustible.
Se recomienda realizar ensayos con diferente tipo de aglutinante para comparar su
influencia con el poder calórico.
Se recomienda realizar la prueba de tiempo de combustión de las briquetas en un
lugar abierto, ya que la cantidad de humo generado en un lugar cerrado puede ser
perjudicial para la salud.
Se recomiendo realizar un análisis exhaustivo de los gases de combustión que
generan las briquetas con las variables dependientes e independientes que se
requieren.
75
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de Yuca sobre las Propiedades Mecánicas, Térmicas y Microestructurales de una
Matriz Moldeada por Compresión. p.1
79
ANEXOS
80
ANEXO A. Selección, corte y secado de tallos de rosas.
Figura A.1. Corte de tallos de rosas
Figura A.2. Secado de tallos de rosas en horno de precisión.
Figura A.3. Tallos de rosas secos
81
ANEXO B. Trituración de los tallos de rosas en molino MSC 300
Figura B. Molino MSC 300
82
ANEXO C. Equipo Camsizer (analizador de forma y tamaño de partícula).
Figura C.1: Equipo Camsizer
Figura C.1: Fotografía de partículas tomadas del equipo
83
ANEXO D. Materia prima triturada
Figura D.1: Tallos de rosa y papel triturados
Figura D.2: Tallos de rosa triturado, almidón de yuca y agua.
84
ANEXO E. Equipo de análisis elemental
Figura E.1: Equipo de análisis elemental
Figura E.2: peso de la muestra en mg para el equipo de análisis elemental
85
ANEXO F. Equipo de compactación de tornillo para briquetas
Figura F.1: Equipo de compactación de tornillo para briquetas
86
ANEXO G. Briquetas
Figura G.1: Secado de briquetas en horno
Figura G.2: Briquetas
87
ANEXO H. Ensayo de resistencia al aplastamiento
Figura H.1: Prensa Marshall
Figura H.2: Rotura de briqueta
88
Continuación de Anexo H.
Figura H.3: Briquetas trizadas
89
ANEXO I. Ensayo porcentaje de cenizas
Figura I.1: Peso de
muestra en balanza
analítica.
Figura I.2: Campana.
90
Continuación de ANEXO I.
Figura I.3: carbón
Figura I.4: Desecador
91
Continuación de ANEXO I
Figura I.5: Mufla
Figura I.6: Cenizas
92
ANEXO J. Ensayo de poder calórico en bomba calorimétrica
Figura J.1. Prensa de tornillo para la elaboración de pastillas
Figura J.2. Muestras para ensayo de poder calórico
93
Continuación de ANEXO J.
Figura J.3: Indicador con
anaranjado de metilo
Figura J.4: Titulación
con ácido nítrico.
94
ANEXO K. Combustión de la briqueta a partir de tallos de rosas y papel reciclado.
Figura K.1: Combustión de la briqueta a partir de tallos de rosas y papel reciclado
95
ANEXO L. Granulometría de los tallos de rosa
Figura L.1: Granulometría con tamiz de 4 mm de abertura de mall
96
Continuación del ANEXO L
Figura L.2: Granulometría con tamiz de 1,5 mm de abertura de malla.
97
ANEXO M. Norma técnica Colombiana (NTC 2060)
98
Continuación del ANEXO M.
99
Continuación del ANEXO M
100
Continuación del ANEXO M.
101
ANEXO N. Norma para determinación de humedad
102
ANEXO O: Norma para la determinacion de la ceniza
103
ANEXO P.Norma para determinación composición elemental
104
ANEXO Q.Norma para determinar poder calorífico
105
ANEXO R.Aprobacion o rechazo de los tipos de mezcla de tallos de rosa y papel
reciclado
ANEXO R.1. Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado sin aglutinante
Muestra Tallos de
rosa (g)
Papel
(g)
Agua Tipo de
mezcla
Mantiene la
forma
Aprobar
/Rechazar
A1 90 10 200 Húmeda NO /Rechazo
A2 80 20 200 Húmeda NO /Rechazo
A3 70 30 200 Húmeda NO /Rechazo
ANEXO R.2. Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 200 ml de Agua
Muestra Tallos
de rosa
(g)
Papel
(g)
Almidón
de yuca
(g)
Tipo de
mezcla
Mantiene
la forma
Aprobar
/Rechazar
B1 85 10 5 húmeda NO /Rechazo
B2 75 20 5 húmeda NO /Rechazo
B3 65 30 5 húmeda NO /Rechazo
C1 85 10 10 húmeda NO /Rechazo
C2 75 20 10 húmeda NO /Rechazo
C3 65 30 10 húmeda NO /Rechazo
D1 85 10 15 Pastosa NO /Rechazo
D2 75 20 15 húmeda NO /Rechazo
D3 65 30 15 húmeda NO /Rechazo
ANEXO R.3. Tipos de mezclas tallos de rosas y papel reciclado con aglutinante y 250 ml de Agua
Muestra
Tallos
de rosa
(g)
Papel
(g)
Almidón
de yuca
(g)
Tipo de
mezcla
Mantiene
la forma
Aprobar
/Rechazar
E1 85 10 5 húmeda NO /Rechazo
E2 75 20 5 húmeda NO /Rechazo
E3 65 30 5 húmeda NO /Rechazo
F1 85 10 10 húmeda NO /Rechazo
F2 75 20 10 húmeda NO /Rechazo
F3 65 30 10 húmeda NO /Rechazo
G1 85 10 15 Pastosa NO /Rechazo
G2 75 20 15 Pastosa NO /Rechazo
G3 65 30 15 Pastosa NO /Rechazo
106
ANEXO S.Tablas de temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de
malla (1,5; 4) mm y con (20; 30) (10; 20; 30) % de papel respectivamente.
Tabla S.1. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
20% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 19,602 22,71 21,208
60 19,718 22,814 21,28
120 19,784 22,884 21,354
180 19,822 22,922 21,396
240 19,849 22,952 21,422
300 19,868 22,972 21,444
315 19,891 22,977 21,45
330 20,15 23,102 21,524
345 20,537 23,392 21,774
360 20,77 23,544 22
375 20,962 23,752 22,19
390 21,118 23,894 22,33
405 21,299 23,987 22,395
420 21,381 24,087 22,506
435 21,461 24,108 22,578
450 21,492 24,178 22,629
465 21,542 24,224 22,689
480 21,555 24,267 22,726
495 21,605 24,305 22,768
510 21,626 24,33 22,795
525 21,671 24,367 22,874
540 21,689 24,385 22,896
555 21,707 24,395 22,911
570 21,719 24,434 22,928
585 21,75 24,451 22,946
600 21,777 24,469 22,96
615 21,788 24,487 22,973
630 21,806 24,497 22,985
645 21,811 24,508 22,998
660 21,821 24,522 23,006
107
Continuación del ANEXO S
Tabla S-1. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
20% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
675 21,844 24,538 23,016
690 21,855 24,548 23,026
705 21,866 24,557 23,033
720 21,873 24,57 23,043
735 21,876 24,577 23,049
750 21,884 24,583 23,055
765 21,894 24,591 23,061
780 21,903 24,602 23,068
795 21,914 24,607 23,073
810 21,92 24,612 23,077
825 21,926 24,622 23,081
840 21,938 24,629 23,087
855 21,94 24,634 23,091
870 21,942 24,638 23,094
885 21,948 24,641 23,097
900 21,957 24,646 23,102
915 21,958 24,648 23,105
930 21,96 24,654 23,107
945 21,96 24,655 23,109
960 21,96 24,66 23,112
975 21,959 24,662 23,114
990 21,96 24,663 23,116
1005 21,96 24,667 23,118
1020 21,989 24,668 23,12
1035 21,995 24,669 23,121
1050 22 24,673 23,123
1065 22,006 24,673 23,125
1080 22,013 24,673 23,127
1095 22,013 24,673 23,127
1110 22,013 24,673 23,128
108
Continuación del ANEXO S
Tabla S.1. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
20% de Papel
Tabla S.2. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
30% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
1125 22,013 24,673 23,129
1140 22,013 24,673 23,129
1155 22,013 24,673 23,129
1170 22,013 24,673 23,129
1185 22,013 24,673 23,129
1200 0 24,329 23,129
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 19,143 20,213 20,173
60 19,236 20,306 20,266
120 19,274 20,344 20,304
180 19,296 20,366 20,326
240 19,306 20,376 20,336
300 19,313 20,383 20,343
315 19,452 20,522 20,482
330 19,85 20,92 20,88
345 20,199 21,269 21,229
360 20,421 21,491 21,451
375 20,632 21,702 21,662
390 20,806 21,876 21,836
405 20,901 21,971 21,931
109
Continuación del ANEXO S
Tabla S.2. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
30% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
420 21,026 22,096 22,056
435 21,109 22,179 22,139
450 21,191 22,261 22,221
465 21,246 22,316 22,276
480 21,29 22,36 22,32
495 21,325 22,395 22,355
510 21,38 22,45 22,41
525 21,42 22,49 22,45
540 21,456 22,526 22,486
555 21,47 22,54 22,5
570 21,506 22,576 22,536
585 21,528 22,598 22,558
600 21,546 22,616 22,576
615 21,561 22,631 22,591
630 21,575 22,645 22,605
645 21,589 22,659 22,619
660 21,602 22,672 22,632
675 21,62 22,69 22,65
690 21,625 22,695 22,655
705 21,637 22,707 22,667
720 21,644 22,714 22,674
735 21,654 22,724 22,684
750 21,659 22,729 22,689
765 21,666 22,736 22,696
780 21,671 22,741 22,701
795 21,676 22,746 22,706
810 21,679 22,749 22,709
825 21,685 22,755 22,715
840 21,689 22,759 22,719
110
Continuación del ANEXO S
Tabla S.2. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 1,5 mm y con
30% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
855 21,693 22,763 22,723
870 21,696 22,766 22,726
885 21,694 22,764 22,724
900 21,695 22,765 22,725
915 21,698 22,769 22,729
930 21,701 22,773 22,733
945 21,704 22,777 22,737
960 21,707 22,781 22,741
975 21,71 22,785 22,745
990 21,713 22,789 22,749
1005 21,716 22,793 22,753
1020 21,719 22,797 22,757
1035 21,722 22,801 22,761
1050 21,725 22,805 22,765
1065 21,728 22,809 22,769
1080 21,731 22,813 22,773
1095 21,734 22,817 22,777
1110 21,737 22,821 22,781
1125 21,74 22,825 22,785
1140 21,743 22,829 22,789
1155 21,746 22,833 22,793
1170 21,749 22,837 22,797
1185 21,752 22,841 22,801
1200 - 22,841 22,801
1215 - 22,841 22,801
111
Continuación del ANEXO S
Tabla S.3. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
10% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 23,4 22,355 22,555
60 23,422 22,377 22,577
120 23,446 22,401 22,601
180 23,458 22,413 22,613
240 23,467 22,422 22,622
300 23,474 22,429 22,629
315 23,478 22,433 22,633
330 23,661 22,616 22,816
345 23,84 22,795 22,995
360 23,982 22,937 23,137
375 24,151 23,106 23,306
390 24,271 23,226 23,426
405 24,337 23,292 23,492
420 24,417 23,372 23,572
435 24,474 23,429 23,629
450 24,497 23,452 23,652
465 24,543 23,498 23,698
480 24,563 23,518 23,718
495 24,59 23,545 23,745
510 24,615 23,57 23,77
525 24,636 23,591 23,791
540 24,649 23,604 23,804
555 24,666 23,621 23,821
570 24,682 23,637 23,837
585 24,696 23,651 23,851
600 24,709 23,664 23,864
615 24,72 23,675 23,875
630 24,731 23,686 23,886
645 24,739 23,694 23,894
660 24,745 23,7 23,9
675 24,757 23,712 23,91
112
Continuación del ANEXO S
Tabla S.3. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
10% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
690 24,763 23,718 23,918
705 24,77 23,725 23,925
720 24,776 23,731 23,931
735 24,781 23,736 23,936
750 24,787 23,742 23,942
765 24,792 23,747 23,947
780 24,796 23,751 23,951
795 24,801 23,756 23,956
810 24,804 23,759 23,959
825 24,808 23,763 23,963
840 24,811 23,766 23,966
855 24,814 23,769 23,969
870 24,817 23,772 23,972
885 24,819 23,774 23,974
900 24,822 23,777 23,977
915 24,824 23,779 23,979
930 24,827 23,782 23,982
945 24,828 23,783 23,983
960 24,831 23,786 23,986
975 24,832 23,787 23,987
990 24,834 23,789 23,989
1005 24,835 23,79 23,99
1020 24,836 23,791 23,991
1035 24,837 23,792 23,992
1050 24,838 23,793 23,993
1065 24,84 23,795 23,995
1080 24,841 23,796 23,996
1095 24,841 23,796 23,996
1110 24,842 23,797 23,997
1125 24,843 23,798 23,998
1140 24,843 23,798 23,998
113
Continuación del ANEXO S
Tabla S.3. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
10% de Papel
Tabla S.4. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
20% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
1155 24,843 23,798 23,998
1170 24,844 23,798 23,998
1185 24,844 23,798 23,998
1200 24,844 23,798 23,998
1215 24,844 23,798 23,998
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 24 22,55 22,8
60 24,023 22,573 22,823
120 24,086 22,636 22,886
180 24,127 22,677 22,927
240 24,153 22,703 22,953
300 24,171 22,721 22,971
315 24,23 22,78 23,03
330 24,301 22,851 23,101
345 24,592 23,142 23,392
360 24,795 23,345 23,595
375 24,988 23,538 23,788
390 25,104 23,654 23,904
405 25,201 23,751 24,001
420 25,272 23,822 24,072
435 25,364 23,914 24,164
450 25,425 23,975 24,225
465 25,467 24,017 24,267
480 25,512 24,062 24,312
114
Continuación del ANEXO S
Tabla S.4. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
20% de Papel
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
495 25,548 24,098 24,348
510 25,577 24,127 24,377
525 25,635 24,185 24,435
540 25,66 24,21 24,46
555 25,68 24,23 24,48
570 25,697 24,247 24,497
585 25,719 24,269 24,519
600 25,732 24,282 24,532
615 25,75 24,3 24,55
630 25,76 24,31 24,56
645 25,771 24,321 24,571
660 25,771 24,321 24,571
675 25,784 24,334 24,584
690 25,791 24,341 24,591
705 25,806 24,356 24,606
720 25,812 24,362 24,612
735 25,821 24,371 24,621
750 25,821 24,371 24,621
765 25,83 24,38 24,63
780 25,835 24,385 24,635
795 25,842 24,392 24,642
810 25,849 24,399 24,649
825 25,854 24,404 24,654
840 25,861 24,411 24,661
855 25,867 24,417 24,667
870 25,87 24,42 24,67
885 25,874 24,424 24,674
900 25,878 24,428 24,678
915 25,883 24,433 24,683
930 25,885 24,435 24,685
945 25,89 24,44 24,69
115
Continuación del ANEXO S
Tabla S.4. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
20% de Papel
Tabla S.5. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
30% de Papel.
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
960 25,893 24,443 24,693
975 25,896 24,446 24,696
990 25,898 24,448 24,698
1005 25,901 24,451 24,701
1020 25,903 24,453 24,703
1035 25,91 24,46 24,71
1050 25,911 24,461 24,711
1065 25,914 24,464 24,714
1080 25,915 24,465 24,715
1095 25,917 24,467 24,717
1110 25,919 24,469 24,719
1125 25,92 24,47 24,72
1140 25,921 24,471 24,721
1155 25,922 24,472 24,722
1170 25,924 24,474 24,724
1185 25,926 24,476 24,726
1200 25,926 24,476 24,726
1215 25,926 24,476 -
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
0 24,203 23,286 23,158
60 24,274 23,375 23,229
120 24,323 23,388 23,278
180 24,351 23,395 23,306
240 24,371 23,401 23,326
300 24,383 23,404 23,338
116
Continuación del ANEXO S
Tabla S.5. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
30% de Papel.
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
315 24,42 23,596 23,375
330 24,59 23,868 23,545
345 24,902 24,078 23,857
360 25,201 24,26 24,156
375 25,364 24,386 24,319
390 25,524 24,476 24,479
405 25,649 24,557 24,604
420 25,756 24,621 24,711
435 25,83 24,664 24,785
450 25,888 24,707 24,843
465 25,946 24,745 24,901
480 25,987 24,77 24,942
495 26,028 24,806 24,983
510 26,064 24,834 25,019
525 26,085 24,853 25,04
540 26,114 24,875 25,069
555 26,138 24,897 25,093
570 26,16 24,996 25,115
585 26,18 25,011 25,135
600 26,196 25,019 25,151
615 26,212 25,029 25,167
630 26,228 25,036 25,183
645 26,241 25,042 25,196
660 26,254 25,05 25,209
675 26,265 25,054 25,22
690 26,276 25,058 25,231
705 26,286 25,062 25,241
720 26,296 25,069 25,251
735 26,305 25,072 25,26
750 26,312 25,075 25,267
117
Continuación del ANEXO S
Tabla S.5. Temperatura de briquetas con tallos de rosas tamizados con luz de malla 4 mm y con
30% de Papel.
Tiempo
(s)
Temperatura
Replica 1
(°C)
Temperatura
Replica 2
(°C)
Temperatura
Replica 3
(°C)
765 26,32 25,079 25,275
780 26,327 25,082 25,282
795 26,331 25,086 25,286
810 26,34 25,088 25,295
825 26,347 25,091 25,302
840 26,352 25,092 25,307
855 26,357 25,095 25,312
870 26,361 25,097 25,316
885 26,366 25,099 25,321
900 26,37 25,099 25,325
915 26,374 25,102 25,329
930 26,377 25,102 25,332
945 26,38 25,101 25,335
960 26,384 25,103 25,339
975 26,388 25,103 25,343
990 26,391 25,104 25,346
1005 26,395 25,104 25,35
1020 26,397 25,105 25,352
1035 26,399 25,105 25,354
1050 26,402 25,106 25,357
1065 26,404 25,106 25,359
1080 26,407 25,107 25,362
1095 26,409 25,107 25,364
1110 26,409 25,107 25,364
1125 26,413 25,107 25,368
1140 26,415 25,107 25,37
1155 26,417 25,107 25,372
1170 26,418 25,107 25,373
1185 26,42 25,107 25,373
1200 26,42 25,107 25,373
1215 26,42 25,107 25,373
118
ANEXO T. Gases de combustión del carbon vegetal, tallos de rosas y briqueta
seleccionada.
Se realizó este análisis con los datos obtenidos en el cromatografo de gases, los
parametros utilizados en la obtención de la muestra es la siguiente.
Parámetros utilizados en el equipo de análisis termo gravimétrico (TGA).
Segmento 1: Temperatura de 40 -100 ºC , velocidad de calentamiento de 10 ºC/min, gas
N2 a 25 ml/min.
Segmento 2: Temperatura de 100 ºC , duración de 10 min, gas N2 a 25 ml/min.
Segmento 3: Temperatura de 100-500 ºC , velocidad de calentamiento de 10 ºC/min, gas
aire a 25 ml/min.
Tabla T-1. Porcentaje de gases de combustión del carbon vegetal, tallos de rosas y
briqueta seccionada.
En la tabla anterior se indica los porcentajes de los gases de combustión de diferentes
combustibles sólidos, con las siguientes correcciones. H20:3.8% N2:4.9% O2:1.1%
CO2:0.4% N2/H20:128.8%, estos valores son de la calibración del cromatógrafo de
gases.
Se concluye que la emisión de CO2, NO2 es superior en el carbón vegetal comparado con
la briqueta seleccionada, esto quiere decir que la biomasa tiene emisiones reducidas de
Sustancia Peso
Molecular
Carbón
Vegetal
Tallos de
rosas Briqueta
CO2 44 3,82% 1,60% 1,9%
SO2 64 0,00% 0,00% 0,00%
H2O 18 3,40% 3,25% 3,28%
N2 28 72,02% 76,19% 73,06%
O2 32 20,74% 17,95% 21,04%
NO2 46 0,2% 0,01% 0,01%
Total - 100,00% 100,00% 100,00%
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CO2 siendo eficiente la utilización de biomasa como fuente de energía, la contaminación
del carbón es del 50% mayor que el de las briquetas.
Grafico T-1: mg de masa en función de la temperatura en ºC del carbón.
Como se observa en la gráfica anterior la combustión de carbón inicia a los 400 ºC.
Grafico T-2: mg de masa en función de la temperatura en ºC de los tallos de rosas.
Como se observa en la gráfica anterior la hemicelulosa se combustiona primero a una
temperatura de 220-315 ºC, la celulosa se combustiona a una temperatura de 300-450 ºC
y la lignina a una temperatura de 250-500 ºC.
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Grafico T-3: mg de masa en función de la temperatura en ºC de la briqueta seleccionada.
Como se observa en la gráfica anterior la hemicelulosa se combustiona primero a una
temperatura de 220-320 ºC, la celulosa se combustiona a una temperatura de 300-450 ºC
y la lignina a una temperatura de 250-500 ºC.
Bibliografía.
Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis .Yang, H., Yan, R., Chen,
H., & Zheng, C. (2006, August 31). Recuperado de:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001623610600490X
