poder calor Íf i code la madera

Poder Calorfico de la Madera

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UNIVERSIDAD PRIVADA DE SANTA CRUZ

MAESTRA EN INGENIERA DE LA

MADERA

PODER CALORFICO DE LA MADERA

DOCENTE: Dr. Rubn Ananas

MATERIA: Anatoma de la Madera

ALUMNA: Angel Chavez

Gabriela Pinaya

Julio Silva

Santa Cruz - Bolivia

2004


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Tabla de Contenido

TABLA DE CONTENIDO .............................................................................................................. 2

1 INTRODUCCIN .................................................................................................................. 3

2 OBJETIVO ............................................................................................................................ 5

2.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................... 5 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................................ 5

3 REFERENCIA BIBLIOGRFICA ......................................................................................... 5

3.1 PODER CALORFICO ....................................................................................................... 5 3.1.1 Determinacin del Poder Calorfico ......................................................................... 6

3.2 LA MADERA COMO COMBUSTIBLE .................................................................................. 10 3.2.1 Tipos de Combustibles .......................................................................................... 10

CUADRO 2 .............................................................................................................................. 12 ESPECIES BOLIVIANAS PARA USO COMO CARBN ........................................................ 12 3.3 VARIABILIDAD ............................................................................................................... 14

3.3.1 Poder calorfico y procedencia de la madera ........................................................ 14 3.3.2 Poder calorfico y humedad ................................................................................... 15

CUADRO 2 .............................................................................................................................. 15 COMPARACIN DE COMBUSTIBLES .................................................................................. 15

3.3.3 Poder calorfico y contenido de lignina .................................................................. 16

4 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 18

5 REFERENCIAS .................................................................................................................. 19


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1 Introduccin

Uno de los primeros usos de la madera por el hombre fue como lea, y en la actualidad la madera sigue usndose principalmente en forma de lea en la mayor parte del mundo. El paso de la economa energtica maderera a la economa energtica hullera tuvo lugar por vez primera en Gran Bretaa a fines del siglo XVI, debido a que la oferta de madera no era capaz de satisfacer la creciente demanda de energa (principalmente para la industria siderrgica y para las fbricas de vidrio y de ladrillos) y a la facilidad de obtener hulla para reemplazarla. Quiz interese a quienes hoy en da hacen pronsticos energticos observar que este cambio radical tuvo lugar en un perodo relativamente breve - quiz 30 a 50 aos - provocando los grandes trastornos econmicos y sociales que hicieron subir de manera pronunciada el precio de la lea (Dwyer en Prins, 1998).

Desde que la economa energtica se apart por primera vez de la madera, las desventajas de la lea - escaso valor calorfico en relacin con el volumen, lo que significa aumento de los costos de manipulacin e inconveniencia del uso en grandes calderas automatizadas - han sido superiores a sus ventajas renovabilidad, simplicidad de la corta y de la combustin. Pero la principal desventaja de la lea es que su oferta no se pone a la altura de la creciente demanda mundial de energa.

El aumento de los precios relativos de la energa comprada que prevn muchos pronosticadores podra tener alguna de las consecuencias siguientes para las industrias forestales:

Aumento de la produccin forestal y de la parte de los costos de produccin que representa el consumo de energa, cambio ste que puede producirse con la relativa rapidez.

Aplicacin de nuevas medidas de conservacin de la energa y aumento de la importancia de los criterios de conservacin de la energa en las decisiones sobre inversin.

Reevaluacin de la economa del uso de la lea y de los residuos de la industria maderera como fuente de energa y de sus posibles efectos sobre la oferta de materia prima para la industria de la pulpa y de los tableros de partculas y de fibras.

Cambios de competitividad de los diferentes productos forestales en relacin con materiales alternativos, segn su intensidad energtica.

La mayor parte de la lea redonda se consume en las reas rurales en los hogares de agricultores o en los bosques donde se corta, principalmente para calentar el ambiente y el agua. Se consume gran cantidad de lea que no circula por los canales comerciales ni figura en las estadsticas. Por eso probablemente los datos sobre consumo de lea son poco exactos y no conviene confiar demasiado en los volmenes dados a conocer, a pesar de que las estadsticas reflejan relativamente bien las tendencias reales.


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Las industrias forestales obtienen adems parte de su energa empleando residuos de madera, corteza y licores de pulpaje. Prins (1998) menciona que la mitad de los residuos no usados como materia prima se destinan a la produccin de energa.

La energa proveniente de la madera es la fuente principal para 2 mil millones de personas en el mundo, especialmente en hogares de los pases en desarrollo. Los bio combustibles representan ms del 14% de la energa del mundo. Se estima que la demanda por estos combustibles seguir creciendo.

Si bien la madera no es econmicamente interesante como combustible, tal como se mencion anteriormente, es importante conocer el uso que se le da en el mundo. La produccin total de madera el ao 200 alcanz aproximadamente a 3 900 millones de m3, de los cuales 2 300 millones de m3 fueron usados como combustible. Esto quiere decir que aproximadamente un 60% de la extraccin mundial de madera es usada con propsitos energticos (FAO 2002). En otras palabras, la energa es la principal aplicacin de la madera proveniente de los bosques y de los rboles fuera de los bosques.

Los combustibles de madera consisten principalmente en cuatro productos: lea, carbn, licor negro y otros. Mientras que la lea y el carbn son productos forestales tradicionales, provenientes del bosque, de las plantas de procesamiento mecnico de la madera y de productos de madera reciclados, el licor negro es un subproducto de la industria de la pulpa y el papel.

En la siguiente figura se resume el promedio mundial de consumo de energa de combustibles de madera, por macro regiones en el mundo, dividido entre pases desarrollados y en desarrollo.

Figura 1. Consumo mundial de energa en base a madera Fuente: FAO 2002


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2 Objetivo 2.1 Objetivo General

El objetivo general del presente trabajo es: Conocer la variabilidad del poder calorfico de la madera de latifoliadas y su interrelacin con la estructura de la madera, a partir de la informacin publicada en libros y artculos.

2.2 Objetivos Especficos

Conocer la importancia de la madera como combustible en el mundo.

Conocer los mtodos empricos de la obtencin del valor del poder calorfico de la madera.

Conocer las caractersticas del material madera como combustible y los tipos de combustible.

Conocer las causas de variacin del poder calorfico en las maderas latifoliadas.

3 Referencia Bibliogrfica 3.1 Poder Calorfico

El poder calorfico es uno de los conceptos que definen la calidad de un combustible. Se define como poder calorfico la cantidad de energa que desprende por unidad de masa un combustible al quemarse. En este sentido estricto deben diferenciarse los conceptos de poder calorfico superior (si los gases de la combustin se recogen condensados) y el poder calorfico inferior (si los gases de la combustin se escapan como tales). El poder calorfico superior es siempre mayor que el inferior. Se mide en julios/kg o kcaloras/kg. El poder calorfico volumtrico es la cantidad de energa que desprende por unidad de volumen un combustible al quemarse. Tambin pueden distinguirse el poder calorfico volumtrico superior y el inferior, haciendo las mismas consideraciones que anteriormente. Se mide en julios/dm3 o kcaloras/dm3. El poder calorfico de un combustible depende fundamentalmente de su composicin qumica. A mayor contenido de carbono, mayor es el poder calorfico. Tambin depende de la humedad. A mayor humedad menor es la cantidad de materia combustible y mayor es el calor invertido en evaporar el agua, por lo que el poder calorfico es menor. Dulong presenta la siguiente formula para calcular el poder calorfico superior anhidro (PCSO) a partir de la composicin qumica elemental. PCSO = 8.100 c + 34.000 (h-o/8) + 2.500 s (kcal/kg) Donde c, h, y s son respectivamente los porcentajes en peso de carbono, hidrogeno, oxigeno y azufre del combustible que utilice.


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En general podemos decir que para usos industriales debe emplearse el poder calorfico inferior, pero que los ensayos de bombas calorimtricas de los laboratorios obtienen el superior. Por definicin, el poder calorfico inferior (pci) a presin constante corresponde al calor entregado al entorno cuando una unidad de combustible en condiciones de referencia se quema completamente, en estado de rgimen permanente, de tal manera que los productos salen tambin en condiciones de referencia y la totalidad del agua producida por la combustin del hidrgeno est en estado de vapor. El poder calorfico superior (pcs) se define de manera similar, pero ahora considerando que la totalidad del agua producida por la combustin del hidrgeno est como lquida.

3.1.1 Determinacin del Poder Calorfico

Una bomba calorimtrica es un recipiente de paredes metlicas resistentes, que se puede cerrar hermticamente, y donde se introduce una muestra de masa conocida de la sustancia, mezclada con oxgeno a una presin de varias atmsferas, despus de eliminar el aire, para garantizar la total combustin de la muestra. La bomba va instalada en un calormetro de agua, perfectamente termostatado, y la combustin se inicia mediante ignicin con un conductor elctrico en cortocircuito. El calor desprendido se mide por la elevacin de la temperatura del agua del calormetro, tras realizar los ajustes necesarios para relacionar esta variacin de temperatura con el calor desprendido en el proceso. Existen diversos tipos de bombas calorimtricas y calormetros, entre los que citamos los siguientes:

Bomba de Mahler. Permite determinar el calor producido por la combustin de sustancias diversas segn la norma ASTM D240. Se puede aplicar a toda una variedad de sustancias pero en particular a los combustibles hidrocarburos lquidos de volatilidad alta y baja.

Calormetro de Parr. El calormetro de bomba (modelo de Parr) es un envase sellado que minimiza el intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente. El vaso de combustin se monta en el eje que, por accionamiento por polea desde un motorcito elctrico, se puede hacer girar, y con sus paletas adicionales mover el agua del vaso calorimtrico, garantizando una circulacin en ciclo ms activo de agitacin.

Calormetro de Lewis-Thomson. La combustin se efecta en un cartucho de latn en que se pone el combustible, bien pulverizado e ntimamente mezclado con suficiente oxidante, variable, por razones prcticas, segn la clase de combustible. De acuerdo con la prevista dificultad de la combustin se emplearn tubos largos o cortos, esto es, de diferente tiro. Todo el conjunto va


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dentro de una campana, prolongada con un tubo que se puede cerrar con una vlvula V.

Calormetro de Fery. Permite medidas ms exactas, ya que la bomba constituye la soldadura caliente de un termopar, al ser de acero niquelado en su interior y cobreada por el exterior con una corona de constantn. La soldadura fra es la caja de cobre en la que se coloca la bomba calorimtrica.

Permite determinar con precisin el poder calorfico de todos los combustibles gaseosos utilizados en la industria, si bien con alguna peculiaridades: como en lo que respecta a mechero y a medidor de caudal gastado. Un contador de gas mide el que pasa, regulado por un reductor de presin, al mechero, bien colocado en el centro, con el auxilio de un espejo, en una campana alargada que forma la pared interior del calormetro propiamente dicho. Los humos salen al exterior siendo recogido su calor por el agua del calormetro que, en una envolvente de la cmara llenada por los humos, circula de modo continuo, recogindose el agua que rebosa en un recipiente grande colocado sobre una balanza de Roverbal.

En el proceso planteado por LUQUE, la bomba genera un calor por combustin que pasa al agua (procurando que no haya prdidas) y se generar un gradiente de temperaturas. Se deduce el poder calorfico superior de la muestra, se sabe que:

U = Q + W (por el primer principio)

V = 0 => W = 0; pues sabemos que W = -p () (por el primer principio V)

Si el trabajo es nulo, podemos afirmar que la variacin de energa interna se debe en su totalidad a un intercambio de calor. Por otro lado, se sabe que el calor que absorbe una sustancia est relacionado con su capacidad calorfica mediante:

Q = m . Cv . T = Qabs

Haciendo un balance de energa deducimos que el calor absorbido ha de ser igual al calor cedido, siendo este la suma de los cedidos por la muestra, el agua y el calormetro:

Qced = Hgw . Pm + HgA . PA + HgA . PF

Qced = Qabs

Hgm . Pm = (m1 + EqH2O) . Cv . T - HgA . PA + HgA . PF

Donde:

m1 es la masa de agua y


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EqH2O es el equivalente en agua del calormetro. De esta expresin se puede despejar Hgm , que es el poder calorfico superior de la muestra. Luque hizo una experiencia prctica utilizando los siguientes datos:

m1 = 2000 g EqH2O = 500 g HgA = 4180 cal/g Hgf = 1400 cal/g Cv= 1 cal/g C

Se puede determinar el poder calorfico de cualquier sustancia combustible. Por ejemplo se tom con una muestra de madera, y para fabricando una pastilla con aserrn. Se Rellen el cilindro de la prensa con aserrn, colocando un cilindro pequeo encima del anterior, de manera que al presionar cae uno de los troncos de cono de la prensa. Se introdujo a continuacin tronco de cono como extractor, de este modo cae la pastilla y podemos desmontar los cilindros. Una vez que se tiene la pastilla se midi la distancia entre los electrodos y cortamos un filamento de longitud dicha distancia aumentada en 1 cm. Se tom tambin 10 cm de algodn, pues el O2 es necesario para la combustin, pero no es suficiente. Se procedi a pesar la muestra, el algodn y el filamento, con una balanza que tiene un rango de 0 a 300 g y una sensibilidad de 0,01 g, obteniendo los siguientes resultados:

Muestra => 0.82 g Algodn => 0.05 g Filamente => 0.01 g

Una vez realizada la medicin se coloc cada elemento en su posicin correcta, Situando el filamento entre los electrodos (lo introducimos a travs de los orificios que stos tienen) y apretando para conseguir un buen contacto elctrico. Se uni la muestra al algodn y ste a su vez al filamento, colocamos todo dentro de la bomba. Seguidamente se introdujo en la bomba una presin de oxgeno (O2) mediante un manoreductor, consistente en una vlvula y dos manmetros. El manoreductor es una vlvula que regula la presin. El manmetro de la izquierda indica la presin de lnea y el de la derecha la presin de llenado. Cada manmetro consta de dos escalas, la de color rojo est en unidades inglesas y la negra en unidades del sistema internacional, en este caso bares. Se introdujo primero una presin de limpieza o arrastre (20 bar) e inmediatamente la sacamos. Esta presin est destinada a enriquecer el aire del interior de la bomba en O2 y reducir la concentracin de N2, que es un inhibidor de la combustin. A continuacin se inyect la presin de trabajo, en este caso 30 bar.


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Se comprob la masa de agua de la que disponemos. Sabiendo que el recipiente tiene una masa de 940 g, comprobamos que el conjunto pese 2940 g, rellenando con agua destilada hasta alcanzar este valor. Se comprob tambin la temperatura del agua, con un termmetro de rango 23,90-30,10 C y sensibilidad 0,01 C. La temperatura del agua tiene que estar siempre en los valores comprendidos entre 23,90 y 30,10 C,. Se calent el agua a 26 C aproximadamente, porque al introducir la bomba se enfra un poco, efecto aadido al del agua fra de la camisa. Una vez obtenida esta temperatura montando la vasija sobre un trpode y el trpode dentro del aparato. La vasija tiene, a su vez, un trpode en su interior, sobre el que colocamos la bomba. Este posicionamiento permite un ptimo contacto elctrico. Se Activ los calentadores, que empiezan a funcionar inmediatamente, pues existe un gradiente de temperaturas. El ampermetro de la bomba mide la intensidad que pasa por los calentadores. Los termistores dan una descarga cuando hay una diferencia de temperatura entre ellos y activan los calentadores. Cuando el piloto empieza a parpadear la temperatura de la camisa est oscilando alrededor de la temperatura del agua. La temperatura inicial, que en este caso fue

T inicial = 35 , 24 C

Se dio una descarga elctrica por 8 minutos para que se complete la transmisin de calor de la bomba al agua. La combustin es prcticamente instantnea. Pasado el tiempo de espera, la temperatura del agua fue:

Tfinal = 25 , 94 C Una vez terminado el proceso se apag todo. La bomba no se puede abrir, porque existe una gran diferencia de presiones (la presin del interior es mucho mayor que la del exterior). Para poder abrirlo primero hay que igualar presiones. El filamento no se quem, por eso se estima la prdida de masa del filamento. La muestra y el algodn se han desintegrado, y quedan inquemados. Tambin se observ que dentro de la bomba quedan gotas de agua, detalle muy importante, pues esta es la diferencia entre el poder calorfico superior y el inferior. Se sabes por teora que la madera tiene un poder calorfico comprendido entre 15.000 y 19.000 KJ/Kg, segn la calidad de la misma. Estos valores son:

1500 KJ/Kg . 1000J/1KJ . 1 Kg/ 1000J . 0.2384 cal/ 1J = 3576 cal/g 1900 KJ/Kg . 1000J/1KJ . 1 Kg/ 1000J . 0.2384 cal/ 1J = 4529 cal/g


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El valor ms bajo de poder calorfico corresponde a una madera verde y el mayor a la madera seca. Por lo tanto, dado que el resultado era Hg = 4575,61 cal/g seca.

3.2 La Madera como Combustible

El trmino combustible significa una sustancia que durante la reaccin qumica con el oxigeno produce una reaccin calorfica o exotrmica.

La mayor parte del oxigeno presente en la reaccin procede del aire, cuyo volumen consiste en un 21% de oxigeno y un 79% de nitrgeno. El combustible puede dividirse en dos partes principales: la parte propiamente combustible, que incluye las sustancias voltiles y slidas; y la no combustible, que incluye las cenizas y la humedad.

Para obtener el aprovechamiento ptimo de los combustibles es necesario controlar la velocidad de combustin de una sustancia combustible a otra. Esto se logra mediante la introduccin controlada de aire en la cmara de combustin. El factor ms determinante para una buena combustin es el consumo completo del combustible utilizado.

3.2.1 Tipos de Combustibles

Lea

El mtodo ms fcil de mejorar la combustin consiste en comprimir el material en haces, es decir, mediante la aglomeracin y densificacin del volumen de biomasa. Esto reduce el acceso de aire y de este modo hace la combustin ms lenta. Los haces bien apretados deberan contener una mezcla de ramaje, biomasa (celulosa) y, si es posible, un trozo de madera en el centro.

Cuadro 1 VALOR CALORFICO NETO DE LA LEA

SEGN LA ESPECIES Valor Calorfico kcal/kg

Peso Especfico de la Madera Seca

Seca Verde g/cm3

Pino (Pinus) 4 658 3 870 0,49

Pino Weymouth (Pinus strobus)

4876 4055 0,37

Abedul (Betula) 4 658 3 869 0,61

Pitea (Picea) 4622 3 589 0,43

Alerce (Larix) 4597 3818 0,55

Abeto (Abies) 4559 3785 0,41

Acacia (Robina) 4 527 3 760 0,73

Haya (Fagus) 4478 3 705 0,69


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Tilo (Tilia) 4474 3713 0,49

Olmo (Ulmus) 4419 3810 0,64

Roble (Quercus) 4329 3 742 0,65

Fresno (Fraxinus) 4 329 3 593 0,68

Aliso (Alnus) 4 288 3 555 0,49

Sicomoro (Acer pseudoplatanus)

4245 3485 0,59

Alamo negro (Populus nigra) 4 205 3 518 0,41

Fuente: T. Wojciechowski, Nauka o drewnie, PWRIL, Varsovia. 196t.

Carbn vegetal. El grueso de la produccin se realiza en una forma semi artesanal, en hornos de barro denominados de media naranja, que permiten alcanzar un grado de carbonizacin entre el 60% y el 65%, en promedio. El proceso dura tres das y la razn estndar de conversin es de 5 toneladas de lea a una de carbn.

Tambin se utilizan hornos metlicos de fabricacin industrial, que tienen una mayor velocidad de produccin y una mejor relacin de conversin lea/carbn, lo que permite obtener un mayor tenor de carbono fijo, 75% a 80% en promedio.

A continuacin se presentan algunas caractersticas del carbn vegetal:

a) Calidad del carbn vegetal.

Beek (1993), segn estudios realizados en Costa Rica, no existen estndares de calidad de carbn, pero los consumidores identifican la calidad del carbn en trminos de: facilidad de ignicin, ligero sabor ahumado, tamao de las piezas y tiempo de duracin de la quema.

b) Contenido de humedad del carbn vegetal

Briane et al citado por Beek (1993), segn resultados obtenidos del contenido de humedad del carbn vegetal, arroja un resultado de 3 a 10%. FAO (1983), el carbn reciente, apenas extrado del horno contiene muy poca humedad, alrededor del 1%, una vez almacenado el carbn por efecto de la humedad del ambiente puede llegar a absorber hasta valores de 5 a 10%. La humedad es un adulterante que baja el poder calorfico o de calefaccin del carbn vegetal.

c) Contenido de materia voltil del carbn vegetal


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FAO (1983), la sustancia voltil en el carbn vegetal puede variar desde 5 a 40% siendo la cantidad ptima 30%. El carbn vegetal con mucha materia voltil se enciende fcilmente y al quemar produce humo, en cambio el carbn de poca materia voltil tiene dificultades al encenderse y su combustin es muy limpia.

Beek (1993), el mbito de variacin para el contenido de materia voltil del carbn vegetal preparado bajo condiciones de laboratorio empleando maderas tropicales, es de 11.8 a 16% sobre base seca.

d) Contenido de carbono fijo del carbn vegetal

FAO (1983), el contenido de carbono fijo en el carbn vegetal vara desde 50 a 95%; este contenido es el componente ms importante en metalrgica, puesto que el carbono fijo es el responsable de la reduccin de los xidos de hierro.

e) Contenido de cenizas del carbn vegetal

FAO (1983), el contenido de cenizas en el carbn vegetal varia de 0.5% a mas de 5%, dependiendo de la especie de madera, la cantidad de corteza incluida con la madera en el horno y la cantidad de contaminacin con tierra y arena. Un buen carbn vegetal tiene un contenido de cenizas de 3%.

Vargas (1999), realiza un estudio sobre el rendimiento del carbn vegetal de cuatro especies forestales de Bolivia, mostrado en el siguiente cuadro.:

CUADRO 2

ESPECIES BOLIVIANAS PARA USO COMO CARBN

Nombre comn

N. cientfico Densidad 12%

Peso especifico

Usos

Cari cari Acacia bonariensis

0.74 g/cm3 Semipesado Carbn de alto poder calorfico

Ajo ajo Gallesia integrifolia

0.63 g/cm3 0.52 (mediana)

Construcciones

Curupau Anadenanthera colubrina

1.02 g/cm3 0.85 (muy pesada)

Corteza para curtir cueros

Soto Schinopsis quebracho-colorado

1.22 g/cm3 1.02 (muy pesada)

Durmientes de vas frreas

Vargas (1999), indica en sus resultados que las especies soto, curupa y cari cari por sus altas densidades, han presentado los mayores rendimientos en la obtencin de carbn, el ajo ajo obtuvo un bajo rendimiento por ser madera blanda de baja densidad.


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Segn Vargas (1999), el carbn de las especies que presentaron un mayor poder calorfico fueron: cari cari (7.8 kcal/g), soto (7.78 kcal/g) y curupau (7.75 kcal/g) , la de menor poder calorfico fue el ajo ajo (6.51 kcal/g).

El mayor porcentaje de contenido de carbono fijo fue para las especies: cari cari (96.75%), soto (96.53%), curupau (95.24%), el ajo ajo presento un (89.95%). Segn FAO (1983), afirma que cuanto mas elevado sea el contenido de carbono fijo mejor ser la calidad del carbn (oscila entre 50% a 95%. Segn Beek et al las maderas tropicales oscilan entre un 81% a 86%).

El contenido de cenizas que segn estudio de la FAO (1983), varia entre 0.5% a 5%, las especies cari cari, soto y curupau presentaron valores porcentuales de 3.26, 3.47 y 4.73 respectivamente. El ajo ajo presento el mayor porcentaje de contenido de cenizas 10.05.

Vargas (1999) concluye que las especies cari cari, soto y curupau tienen un buen rendimiento para la obtencin del carbn, buen poder calorfico, buen contenido de carbono fijo y aceptable contenido de cenizas. A diferencia del ajo ajo que ha demostrado todo lo contrario.

Vargas recomienda que para tener una fuente de materia prima para la obtencin de carbn vegetal, se debe realizar plantaciones de cari cari por ser una especie de rpido crecimiento y proporciona carbn de buena calidad.

Briquetas.

Uno de los mejores mtodos para aprovechar los residuos orgnicos consiste en la aglomeracin de pequeas partculas en briquetas.

Existen dos mtodos principales para fabricar briquetas, con aglutinante o sin l. Es ms conveniente sin aglutinante, pero para ello se requieren prensas complicadas y costosas, equipo de secado y mucha energa.

La fabricacin de briquetas con un aglutinante como alquitrn, brea o asfalto requiere procesos industriales de alta presin para producir briquetas a partir de antracita, coque pulverizado y, en menor medida, polvo de carbn.

Si no se dispone de aglutinantes combustibles o si los desechos necesitan un material aglutinante ms fuerte, como en el caso del polvo de carbn vegetal, es necesario utilizar aglutinantes no combustibles como el limo, la arcilla o el barro. Aunque el aglutinante no combustible disminuye el valor calorfico de la briqueta y aumenta el contenido de cenizas, proporciona un combustible que de otra manera no podra aprovecharse.


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Briquetas de carbn. La produccin de briquetas es un proceso industrial que utiliza como materia prima una mezcla de finos, es decir polvo de carbn vegetal, ligados con aglutinantes orgnicos derivados de los cereales. Esta mezcla pasa a una prensa industrial donde se conforman las briquetas; se las seca, y posteriormente pasan a tolvas pesadoras para su envasado. Los procesos de prensado pueden ser por extrusin, que es el comn de los procesos en los EE.UU, o de prensa continua, desarrollado en Asia por los japoneses.

Este producto, de acuerdo con sus fabricantes, es de combustin uniforme y con mayor poder calorfico que el carbn vegetal, por su menor contenido de humedad.

El valor calorfico de los desechos biocombustibles bien secados y comprimidos es similar al de la lea. Sin embargo, el uso sin control de los desechos de la biomasa podra tener consecuencias ecolgicas negativas para el suelo, como la disminucin de la fertilidad.

3.3 Variabilidad

El poder calorfico depende de la temperatura y del contenido de humedad de la madera, pero es prcticamente independiente de de la densidad de las especies. Este concepto es apoyado por Snchez, (2003), en un estudio de las variaciones de las caractersticas de algunas especies en relacin al origen de la madera de una misma especie.

3.3.1 Poder calorfico y procedencia de la madera

Sanchez (2003) determin que para diferentes procedencias geogrficas de una misma especie no se tienen valores que se distancien demasiado de los usuales valores de poder calorfico para las distintas maderas (4.000 Kcal/kg), dado que la similar composicin de celulosa-lignina, y al estar referidos a kg de materia, hacen que los valores sean similares para las distintas maderas. Asimismo dentro de ellas la variacin ha sido mnima ( 4.150 a 4250). Los resultados ms importantes del estudio son:

Estudio energtico: Se efectu una determinacin para cada poblacin, mostrando valores muy similares. El poder calorfico superior , expresado en Kcal, fue de 4.250 para la local, 4.198 para Kendall y 4.173 para la sudafricana.

Celulsicas qumicas: Los valores se corresponden a los normales para la especie citados en otros pases. En este aspecto si bien las diferencias entre las poblaciones son escasas, siempre son tomados con mayor exactitud e importancia, pues pequeas variaciones (p.ej en celulosa o lignina) repercuten directamente en el valro energtico, lo cual es muy tenido en cuenta en el mejoramiento con esta finalidad.


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Como conclusin general se puede decir que las 3 poblaciones (Argentina, sudafricana y Kendall), para una misma edad presentan madera de similares caractersticas, las cuales son muy difciles de diferenciar, y que por ello tendrn similares propiedades para la mayora de los procesos de transformacin mecnica. En el caso de madera para industria celulsica se deber tener en cuenta la variacin individual dentro de la poblacin pues esta puede ser de mayor magnitud que las observadas entre las poblaciones

3.3.2 Poder calorfico y humedad

La humedad hace disminuir el valor calorfico del combustible (JANCZAK, 1981), porque la evaporacin del agua consume calor. Por ejemplo, la evaporacin de 1 litro de agua consume 5,5 veces ms calor que calentar esta agua a partir de la temperatura ambiente hasta la de ebullicin. En el caso de la lea, las diferencias de valor calorfico entre la madera verde y la madera seca son considerables, segn se expone en el Cuadro 2.

CUADRO 2 COMPARACIN DE COMBUSTIBLES

Composicin

Valor calorfico bruto

Humedad Cenizas Valor calorfico neto Observacin

kcal/kg Porcentaje Porcentaje kcal/kg

Madera seca de haya

4554 8,0 0,3 4224 Tipo de madera que casi nunca se encuentra en las zonas rurales pobres

Madera verde de abedul

3 308 42,9 0,25 2 889 Tipo de madera que se encuentra en las zonas rurales pobres de los pases en desarrollo

Bolas de papel de desecho(de peridicos mojados)

4 143 6,9 2,9 8325 Hechas a mano arden mejor si se aade ceniza de madera

Briquetas hechas de: 30-45% de polvo de carbn vegetal 30-45% de ramas

4 626 2,4 32,2 4 408 Comparables a la antracita de calidad media; elevado contenido de cenizas probablemente


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cortadas 15-20% de estircol

debidas a la arena del suelo

Briquetas hechas de: 25% de carbn vegetal 25% de paja 30% de ramas cortadas 20% de estircol

3 397 7,2 13,7 3 109 El menor porcentaje de polvo de carbn vegetal reduce la produccin calorfica

Briquetas hechas de: 50% de paja 50% de estircol de vaca

3 898 5,4 9,5 3 599 Se pueden producir en cualquier lugar, pero con ele vado contenido de estircol; ste se puede utilizar mejor como fertilizante

Briquetas hechas de: 40% de paja 40% de serrn 20% de estircol

3561 9,2 14,0 3266 Necesita un secado esmerado a causa del serrn

Briquetas hechas de: polvo de carbn vegetal con arcilla de aglutinante

1 064 73,0 975 El elevado contenido mineral disminuye el valor calorfico y produce mucha ceniza

3.3.3 Poder calorfico y contenido de lignina

Robert White, en 1986 propuso que el valor calorfico de la madera esta directamente correlacionado con el contenido de lignina y extractivos de las diferentes especies. En su estudio propuso ecuaciones empricas que permiten determinar el mayor valor del poder calorfico de la madera con extractivos en funcin del valor de Klason, con el cual se mide el contenido de lignina en la madera. Realizando un estudio con diferentes especies, logr encontrar la siguiente relacin:

ho = 7696 + 32 Xt + 28,4XE


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Donde, Ho = poder calorfico de la madera con extractivos Xt = Contenido de lignina Klason (% de masa anhdra, sin extractivos) XE = contenido de extractivos (% de masa anhdra)

Figura 2. Relacin del Poder calorfico y el contenido de lignina

Figura 3 Poder calorfico Superior de madera libre de extractivos y lignina


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CUADRO 4 PODER CALORFICO Y COMPOSICIN QUMICA DE MUESTRAS DE

MADERA

4 Conclusiones

De la revisin bibliogrfica efectuada podemos llegar a las siguientes conclusiones:

Uno de los principales usos de la madera a nivel mundial es la produccin de energa, de bajo costo, principalmente para uso domstico en pases en vas de desarrollo.

Las variaciones en el poder calorfico dependen de: o Su composicin qumica: A mayor contenido de carbono, mayor

es el poder calorfico. o La humedad: A mayor humedad menor es la cantidad de materia

combustible y mayor es el calor invertido en evaporar el agua, por lo que el poder calorfico es menor.

o El contenido de extractivos y lignina: A mayor contenido de lignina y extractivos, mayor es el poder calorfico.

El poder calorfico no depende de: o De la densidad de la madera o De la procedencia


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poder calor Íf i code la madera

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