Efecto de la humedad de la biomasa en el calor
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1. p p ICA V 109 ICA V 156 ICA V 304 ICA V 305 ICA V 507 0 20 078 18 280 19 633 18 826 19 406 10 17 816 16 365 16 936 16 244 16 009 20 15 946 14 829 15 167 14 670 14 057 30 14 389 13 457 13 622 12 502 12 073 E 28 330 26 380 30 620 30 360 SIE E Efecto m ximo de la humedad AVANCES Investigaci n en Ingenier a Vol 11 No 1 2014 ISSN 1794 4953 2014 29 la variedad ICA V 109 disminuye desde 20 MJ kg a cero humedad hasta 14 389 MJ kg a 30 p p de humedad La producci n de azufre es notable mente menor en comparaci n con el bagazo de ca a para el ICA V 109 de 0 167 p p ICA V 156 de 0 263 p p ICA V 304 de 0 34 p p ICA V 305 de 0 34 y para ICA V 507 de 0 464 p p La baja producci n de azufre es una importante ventaja en los proyectos de generaci n y cogeneraci n de energ a el ctrica a partir de resi duos de ma z El potencial calculado con una humedad del 10 para los residuos del cultivo del ma z blanco sobre la base de 300 000 ha a o cultivadas es de aproximadamente 1 GW a o con la posibilidad de desarrollar proyectos de generaci n el ctrica o dise ar briquetas que sustituyan el consumo de madera y carb n en reas rurales resultar a muy ventajoso 12 A partir de los residuos de las mazorcas de ma z como fuente de calor para un ciclo de Rankine se ha calculado una productividad de 5 8 5 kW de energ a te rica con una eficiencia t rmica del 10 3 para u2. Efecto de la humedad de la biomasa en el calor de combusti n de bagazo de ca a y desperdicios de la mazorca de ma z The effect of biomass moisture on heat combustion from sugarcane baggase and waste corn cob Eliseo Amado Gonz lez C sar Villamizar Qui onez Marlon Mart nez Reina gt gt Qu mico M Sc Ph D IBEAR Universidad de Pamplona eamadoDunipamplona edu co Agr nomo M Sc Universidad de Pamplona csrvillamizanQunmipamplona edu co Ing Materiales M Sc Universidad de Pamplona marpao3008 gmail com Fecha de recepci n 12 05 2014 Fecha de aceptaci n del art culo 16 06 2014 Resumen Se evalu el contenido de azufre y el calor de com busti n en bagazo de ca a de az car destinada a la elaboraci n de panela de las variedades CC 85 57 CC 85 92 CC 85 47 CC 84 75 CC 86 45 RD 75 11 y de mazorca en las variedades ICA V 109 ICA V 156 ICA V 304 ICA V 305 e ICA V 507 con contenidos de humedad de 0 p p 10 p p 20 p p y 30 p p Los resultados se analizaron con relaci n a las ventajas de utilizar las variedades con menor producci n de azufre mayor producci n de residuos y que sean menos afectados por la humedad Palabras clave Agroindustria Calor de combusti n Contenido de azufre Panela Abstract Heat combustion and sulfur content of sugarcane bagasse for the manufacture of panela CC 85 57 CC 85 92 CC 85 47 CC 84 75 CC 86 45 RD vatieties evaluated 75 11 and cor
3. ane bagasse through tor refaction Energy for Sustainable Development 15 372 375 Felfii F Luengo A Su rez J Beat n P 2005 Wood briquette torrefaction Energy for sustainable development 9 19 23 ASTM D4868 00 2010 Standard Test Method for Estimation of Net and Gross Heat of Combustion of Burner and Diesel Fuels Consultado 4 mayo 2014 En http www astm org Standards D4868 htm Deepchand K Commercial scale cogeneration of bagasse energy in Mauritius 2001 Energy for Sustainable Development 5 15 22 Asoca a El Sector Azucarero Colombiano m s que az car una fuente de energ a reno vable para el pa s Consultado 8 de mayo de 2014 En http www asocana org documen tos Shiralkar K Kancharla S Shah N Maha jani S 2014 Energy improvements in jaggery making process Energy for Sustainable Develop ment 18 36 48 Prado Mart nez M Anzaldo Hern ndez J Becerra Aguilar B Palacios Ju rez H Vargas Radillo J Maite Renter a Urquiza M 30 AVANCES Investigaci n en Ingenier a Vol 11 No 1 2014 ISSN 1794 4953 T2 13 2012 Caracterizaci n de hojas de mazorca de ma z y de bagazo de ca a para la elaboraci n de una pulpa celul sica mixta Madera y Bosques 18 37 51 Kaliyan N Morey N Densification charac teristics of corn cobs 2010 Fuel Processing Technology 91 559 565 Rohmah N Pikra G Salim A Organic Ran kine c
4. b waste in the vatieties V ICA 109 ICA V 156 V 304 ICA ICA ICA V 305 and V 507 with a moisture content of 0 w w 10 w w 20 w w and 30 w w The results are analyzed in relation to the benefits of using varieties with lower sulfur pro duction increased production of waste and to be less affected by moisture Keywords Heat combustion Panela Post hatvest Sulphur content 1 Introducci n En Colombia el cultivo de la ca a panelera se encuentra presente en nuestra geograf a con una extensi n aproximada de 250 000 ha 1 El uso del bagazo es destinado tanto para la alimentaci n de rumiantes como para los procesos de cocci n de la panela Otro cultivo que se combina con la ca a panelera es el cultivo del ma z de acuerdo con los datos del Banco Mundial la agricultura aporta el 7 del PIB 2 Sin embargo de acuerdo con el Plan Pa s Ma z del actual gobierno el aumento en la producci n en el periodo 2010 2013 creci de 198 mil a 300 mil ha y el rendimiento ton ha pas de 4 8 a 5 2 Donde el Valle del Cauca es la regi n del pa s con el mayor rendimiento de 7 ton ha 3 En la regi n del magdalena medio Sur del Cesar y Santander tiene un rendimiento de 4 ton ha y est asociado con la industria av cola 4 La biomasa residual debida al bagazo de ca a y a los residuos del ma z que incluyen tusas hojas e incluso ma z tiene un gran potencial para ser utilizados como AVANCES Inve
5. ma de sulfato de bario suspendido con BaCl JT Baker para an lisis seg n la norma ASTM D 129 91 c se midi en un espectrofot metro Beckman UV Vis DU 70 Las soluciones est ndares de azufte en medio acuoso se prepararon a partit de sulfato de azufre anhidro 99 JT Baker para an lisis Las muestras s lidas de bagazo de ca a correspon den a una edad de 10 meses del tercer corte y las muestras de tuza de ma z provienen de cultivos de la Finca experimental de Villa Marina de la Univer sidad de Pamplona Las muestras se prepararon a partir de material en base seca por peso Se utiliz agua destilada para la preparaci n de las muestras con diferentes humedades pot peso 3 Resultados En la Tabla 1 se observa el mayor efecto de la humedad en la variedad CC 85 92 de bagazo de ca a panelera con 48 2 y la menos afectada es la variedad RD 75 11 con 18 3 Sin embargo pre senta el mayor contenido de azufre de 3 466 0 047 La Figura 1 muestra el comportamiento del calor de combusti n Q de las seis variedades de bagazo de ca a donde se observ que CC 85 92 CC 85 57 y CC 86 45 son las variedades que para valores de humedad del 30 disminuyen desde 17 MJ kg hasta 9 MJ kg para la variedad CC 85 92 se reporta una disminuci n de un 48 20 Sin gt embargo se observ un segundo grupo de varie dades la CC 85 47 RD 75 11 y CC 84 75 donde la variaci n Q disminuye desde 17 MJ kg hasta 13 MJ kg con un efec
6. n rea cultivada de 45 a 100 ha a o 13 La posibilidad de utilizar los residuos de bagazo de ca a y mazorcas de ma z para la producci n de energ a el ctrica en Sud frica ha sido objeto de an lisis cin ticos no t rmicos 14 4 Conclusiones El an lisis de Q del bagazo de ca a permite con cluir que la variedad RD 7511 presenta el menor efecto a la humedad pero presenta la m s alta pro ducci n de azufre En el caso de los residuos de mazotca de ma z ICA V 156 e ICA V 109 presen taron el menor efecto en su Q por la humedad Agradecimientos Los autores agradecen la colaboraci n del centro de investigaciones CIMPA Corpoica Barbosa y a la Asociaci n de Productores de Ma z del Municipio de Bol var ICA por las semillas y muestras para el estudio Referencias 1 10 11 Osorio C 2007 Buenas pr cticas agr colas BPA y buenas pr cticas de manufactura BPM en la producci n de panela Manual T cnico Ed FAO Medell n Consultado 2 mayo 2014 En http datos bancomundial org indicador NV AGR TOTL ZS countries En m s de 600 mil toneladas se increment la pro ducci n de ma z en Colombia Consultado 4 mayo 2014 En https www minagricultuta gov co PLAN PAIS MAIZ Cadenas Productivas Consultado 4 mayo 2014 En http www fenalce org archivos Plan_P_M pdf Patel B Gami B Bhimani H 011 Improved fuel characteristics of cotton stalk prosopis and sugarc
7. ro para 2012 logr una capacidad instalada de 182 MW con un excedente de 53 MW que vendi en el mercado energ tico 9 En la reacci n propuesta por Shiralkar K et al 10 para la combusti n completa del bagazo en la ec 1 no se considera el azufre como subproducto de la reacci n 4C H 0 530 53 7921 N gt 52C0 42H 0 53 7921 N 1 20 ICA V 109 m ICA V 156 12 HA ICA V 304 ICA V 305 Qp MJ Kg 0 10 20 30 Humedad p p Figura 2 Comportamiento del calor de combusti n en funci n de la humedad para variedades de ma z En un proceso de cogeneraci n de energ a los gases azufrados son t cnicamente eliminados Sin embargo no ocurre as en la producci n de la panela De acuerdo con distintos autores 11 la biomasa residual del cultivo del ma z ca as hojas tuzas var a entre 20 a 35 ton ha en ma z blanco y de 16 a 25 ton ha en ma z amarillo y aproximadamente 1 ton ha de mazorcas sin ma z Por tanto se esperar a en promedio 9 millones de ton corte de residuos por la siembra de ma z blanco en Colombia En la Tabla 2 se presentan los resultados corres pondientes a de cinco variedades de ma z El mayor efecto sobre Q se observa en la variedad de ma z ICA V 507 con un 37 79 En la Figura 2 se observa la variaci n de Q en funci n del aumento de la humedad p p donde Tabla 2 Calores de combusti n MJ kg de residuos de la mazorca de ma z
8. stigaci n en Ingenier a Vol 11 No 1 2014 ISSN 1794 4953 2014 27 fuentes de energ a en remplazo de la madera o el carb n 5 Sin embargo el principal problema para el uso de los residuos de biomasa provenientes de los cultivos de la ca a panelera y del ma z es su alta humedad y baja densidad energ tica 6 Por tanto el objeto de este estudio fue 1 evaluar el efecto de la humedad sobre el calor de combus ti n y 2 comparar los resultados obtenidos entre las diferentes variedades de ma z y ca a panelera sembradas en el pa s 2 Materiales y m todos Las determinaciones calorim tricas se realizaron con un calor metro Modelo 6200 equipado con una bomba de ox geno isoperib lica 1108 Parr controlado por un microprocesador Las medidas se realizaron de acuerdo con la norma ASTM D 4868 7 con una precisi n del 0 1 Las mues tras se molieron y secaron en un horno a 105 C durante 12 horas y peso constante Se utiliz un termistor con una precisi n de 0 01 C El calor metro fue calibrado con cido benzoico est ndar primario N B S SRM 39 i bajo condiciones certi ficadas de 26 454 MJ kg La media y la desviaci n est ndar de la media observada en equivalentes de energ a para el calor metro vac o fue de 15171 36 J K seis experimentos La combusti n se realiz con una presi n de ox geno de 3 0 Mpa Se utiliz un fusible iniciador Parr 45C10 de 8 368 J cm El azufre se determin en for
9. to m ximo E del 38 2 El an lisis de azufre asociado a los procesos de combusti n dio los siguientes resultados en orden ascendente de efecto de humedad RD 7511 3 47 p p CC 8475 2 21 p p CC 8645 1 97 p p CC8557 1 13 p p y CC8547 3 01 p p Tabla 1 Calores de combusti n MJ kg de bagazo de ca a p p CC 8557 CC 8547 CC 8645 CC 8592 CC 8475 RD 7511 0 o 17 008 16 912 1617 16 433 16 476 10 15 441 15 550 15 161 14 233 14 981 15 403 20 13 069 14 829 13 550 11 047 TS ZO 14 321 30 10 763 13 857 11 659 8 763 12 477 13 454 E Y 32 80 38 51 31 01 48 20 24 00 18 30 E Efecto m ximo de la humedad 28 AVANCES Investigaci n en Ingenier a Vol 11 No 1 2014 ISSN 1794 4953 4 CC 8557 Qp MJ Kg D ECC 8547 ACC 8645 11 XCC 8592 CC 8475 9 9 RD75H 7 0 5 10 15 20 25 30 Humedad p p Figura 1 Comportamiento del calor de combusti n del bagazo en funci n de la humedad para variedades de ca a panelera De acuerdo con datos de literatura el bagazo tiene un valor de calor de combusti n bruto de 19 25 MJ kg a cero humedad y de 8 MJ kg para una humedad del 48 con un importante potencial para la cogeneraci n de energ a ha sido propuesto en diversas latitudes un caso espec fico es la Isla de Mauritania donde con una producci n de 90 millones de tons se generan 10 000 GWh 8 En Colombia el sector azucare
10. yvle system preliminary design with corn 14 cob biomass waste burning as heat source 2013 Energy Procedia 32 200 208 Aboyadea A Hugoa T Carriera M Meyerb E Stahl R Knoetzea J G rgensa J Non iso thermal kinetic analysis of the devolatilization of corn cobs and sugarcane bagasse in an inert atmosphere 2011 Thermochimica Acta 517 81 89 AVANCES Investigaci n en Ingenier a Vol 11 No 1 2014 ISSN 1794 4953 2014 31
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