Briquetas Final Modificado X2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES

CURSO: INGENIERIA DE MATERIALES CERAMICOS II “FABRICACION DE BRIQUETAS A BASE DE CARBON MINERAL Y BIOMASA, ECOLOGICAS” HECHO POR:    

CESAR NINA FLORES HENRY VILLALBA MONTALVO KARLA CARDENAS LLERENA JHON SMITH TINTA AÑO 2018

1

INDICE

1.

RESUMEN .................................................................................................. 5

2.

OBJETIVOS ................................................................................................ 7

3.

INTRODUCCION ........................................................................................ 7

4.

FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................... 7 4.1. CARBON MINERAL………………………………………………………...7 4.1.1. Tipos ................................................................................................ 8 4.2. BIOMASA……………………………………………………………………9 4.2.1. Clasificación de biomasa ................................................................. 9 4.3. BRIQUETA…………………………………………………………………10 4.3.1. Ventajas ......................................................................................... 10 4.3.2. Ventajas ambientales .................................................................... 11

5.

METODOLOGIA ......................................... Error! Bookmark not defined. 5.1. TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE BRIQUETAS………………. 11 5.2. CARACTERÍSTICAS DE BIOMASA…………………………………… 12 5.3. PIROLIZADO……………………………………………………………... 13 5.4. INGREDIENTES PARA LA FABRICACIÓN DE BRIQUETAS……… 14 5.5. CARACTERÍSTICAS DE LA CONFORMACIÓN DE BRIQUETAS….15

6.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ...................................................... .17 6.1. MATERIALES Y EQUIPOS

………………………………………..18

6.2. Obtención de las materias primas  ALMIDON: Se compro

…………………….………….18

………………………………….…………….18

6.3. Procedimiento…………………………………………………….……… 18 2

7.

RESULTADOS.......................................................................................... 21

8.

CONCLUSIONES ..................................................................................... 22

9.

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 23

10.

Referencias ........................................................................................... 23

11.

ANEXOS ................................................................................................ 24

3

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Tipos de carbon .................................................................................. 8 Figura 2: : clasificacion de carbon segun la volatilidad y poder calorifico .......... 9 Figura 3: diagrama de flujo de produccion de briquetasError! Bookmark not defined.

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RESUMEN El objetivo se fundamenta en hacer útil el recurso carbón mineral y subproductos orgánicos de cierta abundancia en el territorio nacional para transformaciones dirigidas a la fabricación de un producto aglomerado combustible de particulares características, en variadas formas y especificaciones físicas y químicas útiles para múltiples industrias, operaciones y ó uso domiciliario. El estudio de mercado muestra una población con necesidad de briquetas en general para distintos usos, independiente de la condición económica en muchas áreas de aplicación en procesos y lugares de consumo dentro de la región nacional así como la posibilidad de comercialización a otros países que no cuentan con el producto. La mineralogía describe la composición característica de los carbones en el Perú, los tipos de carbones formados por periodos y la distribución a nivel nacional en yacimientos de diversas zonas. Las pruebas realizadas en laboratorio confirman la posibilidad de producir briquetas con los métodos estudiados adecuándolos a la obtención del producto. Las tecnologías de fabricación muestran la utilización de carbón mineral y biomasas en la fabricación de briquetas conformadas mediante operaciones de reducción de tamaño, aglomerado, utilizando técnicas particulares con parámetros de presión, humedad.

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ABSTRACT The objective is based on making the mineral coal and organic by-products of abundance useful in the national territory for the transformations directed to the manufacture of a commercial fuel product of the particular characteristics, in the various forms and physical characteristics and properties useful for multiple industries, operations and home use. The market study shows a population with briquettes in general for different uses, independent of the economic condition in many areas of the application in places of consumption in the national region as the possibility of marketing to other countries that do not have the product. The mineralogy describes the characteristic composition of the coals in Peru, the types of coal formed by periods and the national distribution in deposits of different zones. The tests carried out in the laboratory confirm the possibility of producing briquettes with the methods studied in an adequate way to obtain the product. The technologies of the manufacture of the samples of the use of the mineral coal and the biomasses in the manufacture of briquettes conformed by operations of reduction of size, agglomerate, using specific techniques with parameters of pressure, humidity.

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FABRICACION DE BRIQUETAS A BASE DE CARBON MINERAL Y BIOMASA, ECOLOGICAS

1. OBJETIVOS

 

Fabricar briquetas con residuos de carbón mineral y biomasa para su reutilización en la industria ladrillera, fundición, etc Obtener briquetas de mayor poder calorífico y con menor emisión de gases contaminantes

2. INTRODUCCION En la actualidad las industrias ladrilleras, fundición, altos hornos, etc, generan residuos de su principal fuente de energía; carbón mineral. Reconociendo su valor como fuente de energía primaria junto al gas y el petróleo. Se propone la fabricación de briquetas de carbón utilizando el recurso local y poner a disponibilidad en el mercado una fuente alternativa de energía para consumo diverso. La tecnología de briquetas está desarrollada en todo el orbe, así en países desarrollados y en vías de desarrollo. El carbón utiliza adhesivos orgánicos adicionales para lograr la cohesión de las partículas y formar un sólido resistente, así como reactivos mejoradores de la combustión. El proyecto expresa el conocimiento requerido para el uso de carbón mineral en la fabricación de briquetas aglomeradas con ingredientes definidos dentro de los límites para producir una combustión firme, obtener cenizas y liberar gases de composición regulada. 3. FUNDAMENTO TEORICO 3.1.

CARBON MINERAL

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayoría del carbón explotado se formó a partir de los vegetales que crecieron durante 7

los períodos Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años) y Cretácico, al ser ambos períodos de gran extensión temporal y situarse gran parte de los medios sedimentarios favorables para su acumulación y conservación en latitudes intertropicales. Es un recurso no renovable. Figura 1: Tipos de carbon

Fuente: (Zhang, 2017)

3.1.1. Tipos Existen numerosas variedades de carbón, las cuales se pueden clasificar según características como:  Humedad  Porcentaje en materias minerales no combustibles (cenizas)  El poder calorífico  Inflamabilidad, en conexión con el porcentaje de elementos volátiles.

8

Clasificación porcentaje de materias volátiles para el carbón de máxima calidad y en el poder calorífico superior Figura 2: : Clasificacion del carbon segun la volatilidad y poder calorifico

Fuente: (Kelemen, 2018)

3.2.

BIOMASA La biomasa es la cantidad de materia acumulada en un individuo, un nivel trófico, una población o un ecosistema

3.2.1. Clasificación de biomasa. La biomasa, como recurso energético, puede clasificarse en biomasa natural, residual y los cultivos energéticos.  

La biomasa natural es la que se produce en la naturaleza sin intervención humana. Por ejemplo, la caída natural de ramas de los árboles (poda natural) en los bosques. La biomasa residual es el subproducto o residuo generado en las actividades agrícolas (poda, rastrojos, etc.), silvícolas y ganaderas, así como residuos de la industria agroalimentaria (alpechines, bagazos, cáscaras, vinazas, etc.) y en la industria de 9



3.3.

transformación de la madera (aserraderos, fábricas de papel, muebles, etc.), así como residuos de depuradoras y el reciclado de aceites. Los cultivos energéticos son aquellos que están destinados a la producción de biocombustibles. Además de los cultivos existentes para la industria alimentaria (cereales y remolacha para producción de bioetanol y oleaginosas para producción de biodiésel), existen otros cultivos como los lignocelulósicos forestales y herbáceos y cosechas.

BRIQUETAS Las briquetas o bloque sólido combustible son bio-combustibles para generar calor utilizados en estufas, chimeneas, salamandras, hornos y calderas. Es un producto 100 % ecológico y renovable, catalogado como bio-energía sólida, que viene en forma cilíndrica o de ladrillo y sustituye a la leña con muchas ventajas. Las briquetas son diversos materiales compactados. La materia prima de la briqueta puede ser biomasa forestal (procedente de aserraderos, fábricas de puertas, fábricas de muebles, fábricas de tableros de partículas, etc), biomasa residual industrial, biomasa residual urbana, carbón vegetal carbón mineral o simplemente una mezcla de todas ellas.

3.3.1. Ventajas         

Ventajas del producto Mayor poder calorífico Fácil y rápido encendido Baja humedad Alta densidad y menor espacio de almacenamiento Homogéneas Fácil manipulación Sin olores, humos ni chispas Menor porcentaje de cenizas

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3.3.2. Ventajas ambientales  Bajas tasas de material particulado, solo desprende gases nocivos propios de una combustión  Fuente renovable, fabricados con residuos forestales, CO2 neutro  Sin conservantes, aglutinantes ni aditivos.  Menos ceniza.

3.4.

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE BRIQUETAS.

La fabricación de briquetas se realiza actualmente en diversos países del mundo tal como Alemania, Estados Unidos, Corea, Argentina entre otros utilizando operaciones primarias o también se utilizan máquinas de producción continua en las que se necesita la materia prima molida y se elaboran las briquetas en forma directa por extrusión. Características para el manipuleo de carbón:    

El carbón ventilado puede almacenarse fácilmente. El transporte no necesita conductos de altas presiones. Las rutas de transportes no necesitan ser altamente protegidas. El transporte afecta el precio de materia prima.

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FIGURE 3: DIAGRAMA DE FLUJO DE OBTENCIÓN DE BRIQUETAS

Carbón molido

Combustible + aglomerantes

Agua, Almidón, Cal impura

Mezcla

Briqueta

Ignición

Aglomerado

Combustión

Residuo Ceniza Fuente: (Wilder Alfredo, 2012)

3.5.

CARACTERÍSTICAS DE BIOMASA.

La biomasa se obtendrá de la industria manufacturera de productos de madera y de los residuos sólidos de fuente industrial y municipal. Actualmente se estima una contribución cercana al 10 % por parte de los combustibles a partir de biomasa en el suministro primario de energía en el mundo, siendo en promedio del 5 % en los países industrializados y cerca del 30 % en los países en vías de desarrollo.

12

3.6.

PIROLIZADO.

Es el procedimiento químico de descomposición de sustancias orgánicas mediante el calor en el que se utiliza ambientes con oxígeno o nitrógeno para producir la eliminación de sustancias volátiles, gases o vapores. Tiene por objetivo aumentar el contenido de carbono fijo en las materias primas con mayor contenido de compuestos que llegan a combustión a temperatura mas baja que los compuestos densos. Figura 1 muestra el Diagrama de Flujo correspondiente a un proceso de fabricación optimizado de briquetas de carbón y biomasa. (Wilder Alfredo, 2012)

Las tecnologías de tratamiento de carbón mineral disponen de la secuencia de operaciones siguientes afines a la producción de briquetas: Recepción de materias primas. Chancado. Cribado. Lavado. Secado. Pulverizado. Pirolizado. Molienda. Tamizado. Mezcla. Aglomerado por Prensado Lineal, de Rodillos y Extrusionado. Horneado. Ventilado. Envasado, almacenado. Tratamiento de Gases y Ensayos.

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3.7.

INGREDIENTES PARA LA FABRICACIÓN DE BRIQUETAS.

Se consideran las materias primas y los aditivos para obtener una mezcla que se transforme por aglomeración en un sólido compacto con propiedad principal de combustión sin humo, libre de producir contaminación por gases ácidos y que tenga facilidad en el traslado para distintas zonas o áreas de aplicación. Los elementos principales son el combustible, el medio aglomerante y el adhesivo para complementarse con los reactivos absorbedor de azufre, favorecedor de la combustión y reforzador de la unión entre partículas aglomeradas. El combustible típico es el carbón, el aglomerante puede ser un líquido que tenga propiedades de unir las partículas mediante sus propiedades físicas en una masa regular y el adhesivo es una sustancia que favorece la relación entre partículas mediante una estructura molecular físico química. El calcio es el absorbedor más fuerte de azufre favoreciendo la derivación de sulfatos a las cenizas. Una sustancia que favorece la combustión reduce la temperatura de ignición para ayudar al encendido del sólido. La unión entre partículas se hace mejor con la adición de ácidos fuertes que alteran las uniones físicas en químicas dando una mejor resistencia al producto aglomerado. (Wilder Alfredo, 2012) La Tabla 1 muestra los ingredientes más utilizados para la fabricación de briquetas limpias y ecológicas clasificados en conjuntos.

TABLA 1: INGREDIENTES PARA FABRICACIÓN DE BRIQUETAS COMBUSTIBLES. Antracita Bituminoso ó hulla 1

Combustible

Lignito Carbón vegetal Carbonilla Aserrín

2

Aglomerante

Agua Agua de alquitrán

14

3

Adhesivo

4

Desulfurante

5

Comburente

Almidón Carbonato de Calcio Carbonato de Magnesio Nitrato de Sodio

6

Reforzador de la unión de partículas

Ácido Clorhídrico Ácido Nítrico

Fuente: (Wilder Alfredo, 2012)

3.8.

CARACTERÍSTICAS DE LA CONFORMACIÓN DE BRIQUETAS.

Las briquetas hechas con aglutinantes son generalmente prensadas en baja presión, cuando las briquetas se hacen sin aglutinantes, no obstante, el suceso del proceso depende de la trituración o de la deformación plástica de las partículas al aproximarlas con altas presiones. No sorprende que muchos componentes orgánicos puedan briquetearse solamente con presión. Las fuerzas que aglomeran éstas partículas no son fuertes ni específicas, por lo tanto es necesario solamente comprimirlas en contacto estrecho. Los aglomerantes de tipo matriz como melaza engastan las partículas en una fase aglutinante sustancialmente continuada, por lo tanto las propiedades de las briquetas se determinan en gran parte por las propiedades del adhesivo. Los aglomerantes de tipo película cemento actúan como pegamentos y desarrollan su resistencia mediante la evaporación del agua o de algún volátil. Los aglomerantes de tipo solvente como agua de alquitrán se usan en algunos casos aunque el material pueda ser briqueteado solamente con presión ya que pueden utilizarse presiones menores y hacerse briquetas con una estructura más porosa.

Se realiza la práctica de briqueteado en laboratorio utilizando el material con las características mostradas en la siguiente Tabla 2

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TABLA 2: CARACTERÍSTICAS DE CARBÓN PARA LABORATORIO. Combustible:

Antracita

Densidad:

1.5 g/cm3.

Granulometría

100% -m6

Humedad física

Natural.

Contenido de azufre

< 1%

Tecnología

Carbón mineral de bajo volátil.

Fuente: (Wilder Alfredo, 2012)

Se realiza la fabricación utilizando la molienda, mezclado y aglomerado. La fabricación en Laboratorio incluye el chancado de carbón con una distribución de tamaño menor a 3.32mm, adición de agua, almidón y un reactivo de calcio en la siguiente proporción: Carbón 1000 g., Agua 350 g., Almidón 60 g., Óxido de Calcio impuro 37.5 g. La Tabla 3 establece la composición de una mezcla típica para aglomerado de briquetas.

TABLA 3 COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA PARA BRIQUETAS. Ingrediente

% En Peso

Carbón

69

Agua

24

Almidón

4

Ca

3

Fuente: (Wilder Alfredo, 2012)

16

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Diagrama de flujo del proceso

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4.1.

MATERIALES Y EQUIPOS          

4.2.

4.3.

Carbón mineral Aserrín Carbonato de calcio Almidón de papa Agua Mortero Tamiz 3.32 mm malla #20. Molde 7cm altura, diámetro 4 cm Balanza analítica +- 0.1gr Prensa

Obtención de las materias primas 

CARBON MINERAL: Se obtuvo a partir de los residuos del carbón utilizado para los hornos de fundición de los laboratorios de la UNSA aproximadamente 1 kg



ASERRÍN: Se obtuvo la cantidad de 1 kg de residuos de una carpintería de la Av. Mariscal Castilla



CARBONATO DE CALCIO: Se compró 1 kg cascaras de huevo de los restaurantes (chifa) a un precio muy cómodo.



ALMIDON: Se compró en el mercado san camilo de Arequipa, también puede reemplazarse por almidón natural desperdiciado

Procedimiento 

Homogenización del carbón mineral mediante el triturado hasta obtener granos homogéneos con el tamiz 3.32 mm. se peso distintas cantidades para cada probeta.

18



Obtención del carbonato de calcio a partir de la cascara de huevo, que se secó durante 1 dia hasta obtener granos homogéneos con la malla #20



El almidón se pulverizo mecánicamente usando un mortero



Se mezcló utilizando distintos pesos de cada material para obtener probetas de acuerdo la tabla 4



La mezcla obtenida se colocó en el molde de acero y posteriormente fue comprimirla con la prensa hidráulica

19



Una vez obtenida las probetas de dejo secar durante 2h.

TABLA 4: PROBETAS SEGÚN TABLA

MAXIMO (g) CARBON ANTRACITICO ALMIDON ARCILLA CARBONATO DE CALCIO

MINIMO (g)

69 4 0

78 18 20

3

18

Fuente: propia

TABLA 5: PESOS DE MEZCLAS PARA PROBETAS PESO PROBETA PROBETA 1 PROBETA2 PROBETA 3 PROBETA 4

= 48g CA (g) 34.5 37.5 34.5 39.0

AL(g) 2.0 4.0 2.4 4.0

AS (g) 10.0 2.5 1.5

CCO(g) 1.5 5.0 6.0 6.0

Fuente propia.

Como de muestra a continuación, la primera etapa es de chancado y molienda, luego la adición de reactivos para formar la mezcla y hacer el aglomerado, se obtiene la briqueta sobre un molde y se deja secar al aire libre. Continúa la quema quedando de residuo las cenizas.

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5. RESULTADOS

Figure 5: PROBETAS OBTENIDAS

Fuente propia

TABLA DE RESULTADOS MUETRA 1 2 3 4

VOLUMUEN 87 cm^3 88 cm^3 89 cm^3 90 cm^3

VARIACION DE PESO gr 34 40 45 48

CONSISTENCIA Muy baja Baja Baja Alta

Fuente propia.



Las briquetas presentaron una variación de peso debido al % de aserrín en su composición. A mayor % de aserrín menor peso



Especialmente la variación de consistencia que presentan las briquetas es debido a % de aserrín y almidon, ya que el almidon se usó como aglomerante y las partículas de aserrín no permitían una adecuada adhesión entre los componentes.

21



La densidad que se obtuvo en l probeta #4 en comparación con la probeta #1 es alta, sin embargo, la consistencia que presenta es baja debido al aglomerante (almidon) comparándolo con briquetas que ya están en el mercado, sin embargo, no es impedimento para cumplir su función

6. CONCLUSIONES







El nivel de compactación empleado para la elaboración de las, permitió mantener la forma compacta durante el secado y durante la combustión. El contenido de aserrín en la briqueta Tipo 3, perjudico su solidez. La densidad de las briquetas Tipo 1 es mayor en 10% a la densidad de la briqueta Tipo 2 y esta a su vez es mayor en 6% que la briqueta Tipo 3. Debido a la presencia en su composición de 10%, 5% y 0% de aserrín respectivamente. El poder calorífico inferior de las briquetas Tipo 1 es de 13,826 KJ/Kg, del Tipo 2 de 13,029 KJ/Kg y del Tipo 3 es de 10,725 KJ/Kg. Esta variación se debe a la presencia en su composición de 10%, 5% y 0% de aserrín respectivamente y a la presencia del 5% de cascara de huevo en la briqueta Tipo 2 y al 10% de carbón en la briqueta Tipo 3, que no desprenden calor sino hasta después de los 500ºC.

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7. BIBLIOGRAFIA 

http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1667/1/rodriguez_cw.pdf



https://tiendabiomasa.com/briqueta



https://stadium.unad.edu.co/preview/UNAD.php?url=/bitstream/10596/6 111/1/92694041.pdf



http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/publicaciones/rev_cedit/2007_v02 /pdf/a04v2.pdf



http://udep.edu.pe/hoy/2015/las-briquetas-de-aserrin-es-un-proyectomodelo-de-una-economia-verde/



https://tiendabiomasa.com/tipo-carbon



http://www.agrobit.com/Documentos/H_1_Forestac%5C818_carbon.pdf



http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/ viewFile/1251/1379



http://alicia.concytec.gob.pe/vufind/Record/UUNI_d685062849122d17c 66a0022a1b4cf38



http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/2719

8. REFERENCIAS Kelemen, P. (2018). Mineralización de carbono in situ en rocas ultramáficas: procesos naturales y posibles métodos de ingeniería. ELSEVIER. Wilder Alfredo, R. C. (2012). “OPTIMIZACIÓN DE PRODUCCIÓN DE. Zhang, X. (2017). Evaluación del uso de compost de múltiples fuentes en función de las características de la mineralización de carbono en el suelo. ELSEVIER.

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9. ANEXOS Determinación de Propiedades Mecánicas. Para esta caracterización se utilizan ensayos particulares de resistencia al impacto, compresión, abrasión y al agua. La realización de la prueba de impacto se hace con equipos de laboratorio metalúrgico definiendo los valores de referencia para la prueba de impacto como altura de caída de 1 m. observando el efecto sobre la briqueta. En la compresión se aplica una fuerza creciente sobre el producto hasta que se produzca la rotura calculando la presión máxima soportada. La resistencia a la abrasión se establece colocando una briqueta en el interior de un recipiente cilíndrico provisto de un sistema de giro de 40 rpm durante un período de tiempo y el peso de material desprendido es una referencia de la medición indicada. La resistencia al agua se mide mediante la inmersión de una briqueta en agua fría por intervalos de tiempo; luego se observa la desintegración progresiva que indica la pérdida de la forma original. El resultado de la aplicación de las técnicas de fabricación y la evaluación de propiedades es la obtención de briquetas óptimas regulares con propiedades aprobadas. La figura 8.1 muestra microfotografías por microscopía electrónica de barrido de briquetas preparadas con humatos con calcio y sin este reactivo.

FIGURA 8.1 MICROFOTOGRAFÍAS DE BRIQUETAS DE CARBÓN

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