Combustibles
sólidos de baja densidad (segunda parte)
La
densificacion de la biomasa: briquetas, pellets, pacas.
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Como
se conoce, la mayoría de las desventajas que tiene el uso de la
biomasa como combustible se derivan de su baja densidad física
y energética. Por eso es tan importante su densificación. |
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Productos
compactados con menos de 30 mm de diámetro son considerados convencionalmente
pellets y con diámetros mayores, briquetas. Los productos compactados
no aglutinados son conocidos por bultos o pacas.
Inexplicablemente, aunque las tecnologías de densificación datan
del siglo pasado, no existen en la literatura explicaciones y fundamentaciones
precisas alrededor del tema y los procesos que intervienen en ellas.
La formación de briquetas, pellets, pacas, etc. se justifica no sólo
por la reducción del volumen de los combustibles, sino también
por la transformación de sus propiedades.
En densificar se piensa, únicamente, después de agotado el análisis
técnico-económico del posible uso bien en forma original, secado
o molido, en el lugar de recogida o en un radio de transportación en
medios especiales que resulte económico, o también de conjunto
con otros productos de mayor densidad específica (caña con paja,
por ejemplo).
Una vez seleccionada la opción de densificar no hay que perder de
vista varias cuestiones:
–Que los productos (pellets, briquetas, etc.) mantengan sus propiedades
como sólidos compactados hasta que cumplan su función (durante
su manipulación, transporte, almacenaje, dosificación y combustión).
–Que se comporten satisfactoriamente como combustibles, dentro de un sistema
integral concebido.
Las biomasas como la paja de caña, más aún la cáscara
de arroz, con su “elasticidad natural”, requieren para su densificación
en briquetas, mayores presiones que los materiales inorgánicos, debido
a la necesidad de romper las paredes celulares mediante presión y temperatura.
Idealmente, para concebir un proyecto de utilización, se analizan los
requerimientos del transporte, manipulación, almacenaje y combustión,
calidad del servicio energético, impactos al medio y sobre los productos,
residuales y desechos, etc., y luego, a partir de las características
físicas y químicas del combustible sólido de baja densidad
disponible, se escoge el método de preparación y densificación
óptima y la máquina capaz de lograrlo, la transportación
y el almacenaje, el sistema de combustión, etc. En la práctica
estos estudios raramente existen, o se impone su utilización como única
alternativa.
La importancia
del asunto
En una visita a una empresa española productora de briquetas y pellets
de aserrín nos decían:
“El mayor enemigo que a las técnicas de densificación se
les presenta es su aparente sencillez.” La gente le ve tal facilidad aparente
que muchos, por ejemplo en España, han adquirido máquinas briqueteadoras
o pelletizadoras estándar, de firmas reconocidas y “sencillamente”
después de múltiples intentos la mayoría ha tenido que
abandonar los proyectos, o ha quebrado.
El éxito de esta empresa lo fundamentan en dos conceptos:
| –Tenacidad y confianza
en la investigación aplicada. –La integralidad del concepto. El combustible, la briqueta, es sólo una parte: el “portador”. Lo esencial es el servicio energético que se logre integralmente. Vamos a analizar brevemente algunas de las características de estos combustibles, como materias primas para la densificación. |
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La humedad
del material inicial
Por una parte a causa de las grandes presiones internas que se levantan en las
prensas de pistón, sólo se pudieran “briquetear” combustibles
relativamente secos. El incremento de la humedad causa mayor cantidad de vapor
de agua que se genera durante la compresión, el cual o rompe la briqueta
por su superficie al enfriarse o puede producir una explosión que lanza
la briqueta como un proyectil. En el caso de un brusco incremento de la humedad
en el material de la entrada, la explosión de vapor puede incluso dañar
la prensa.
Por otra parte mientras menor sea la humedad del material inicial, la fricción
en el proceso aumenta y con ello se incrementa la demanda de energía.
Los límites de humedad dependen del material y el tipo de “briqueteadora”
que se utiliza, normalmente se acepta como humedad óptima alrededor de
7 %, permitiéndose como límite inferior 5 % y como superior 15
%. En algunos casos específicos se reporta hasta 20 % de humedad.
Estas limitaciones de humedad y el control de la homogeneidad del proceso, exigirían
en muchos casos el secado como paso previo o al menos el control de la humedad.
Desde luego, en nuestro caso, para la paja de caña, la cáscara
de arroz, etc., se trataría casi siempre de secado natural, solar, por
nuestras condiciones climáticas. Esto siempre añade costos de
inversión y manipulación.
Tamaño de las partículas, granulometría
En la formación de bultos o pacas, por lo general, el tamaño de
la partícula tiene menor importancia y mientras más largas éstas
sean se facilita el “amarre”o tejido.
Para la formación de briquetas se acepta que “sólo lo que
puedas palear, lo podrás briquetear”.
En general, el material a “briquetear” idealmente deberá contener
partículas largas y cortas. La longitud misma de la partícula
dependerá del material y diámetro del “dado”.
Mientras mayor sea la máquina y el dado, mayor podrá ser la partícula,
por ejemplo para dados de 125 mm de diámetro, la partícula más
larga será de 15 mm.
En muchos casos esta restricción obliga a introducir la molienda previa
del material, obviamente la paja de caña requerirá de su molienda
previa para la producción de briquetas y pellets, pero no será
útil para la producción de pacas.
La densificación que se produce durante la “pelletización”
o la formación de briquetas comprende dos procesos bien definidos:
–La compactación volumétrica bajo presión del material
disperso que aumenta su densidad.
–La aglomeración o aglutinación del material que permite
que el mismo mantenga su compactación como producto.
Tres factores inciden y regulan este proceso:
–La composición física y química del material.
–La presión dinámica.
–La temperatura interna del proceso y externa (en el dado).
Por lo general, las biomasas residuales como compuestos ligno-celulósicos,
aportan la lignina propia como aglutinante.
La lignina definida como un polímero termoplástico y otros fenoles,
gomas y ceras se reblandecen a temperaturas superiores. El reblandecimiento
de la lignina y su endurecimiento posterior a causa de su enfriamiento, mientras
que el material está aún bajo presión, es el factor clave
para la formación de la briqueta.
Es un proceso físico dependiente de la temperatura, la presión
y el contenido de lignina del material. Envuelve de hecho compresión,
fricción entre partículas, deformación y rompimientos celulares,
aglutinamientos entre las partículas adyacentes
Las superficies de las partículas entran en contacto interno y la lignina,
las ceras y los fenoles reblandecidos térmicamente permiten la adherencia
entre las partículas vecinas.
La temperatura, dependiendo de la briqueteadora, se relaciona con la presión
debido a la fricción interna entre las partículas y con la pared
del dado y algunas veces se usan fuentes externas de calor (se calienta el dado
en su sección de entrada).
El que se use un aglutinante externo o no depende de la briqueteadora que se
utilice y del material original.
En máquinas de alta presión (>100 MPa), raramente se usa aglutinante
externo, en medias presiones (5-100 MPa) depende del material y su compactación,
en bajas presiones hasta 5 MPa siempre es necesario añadir aglutinante.
Por ejemplo, cuando se calienta la madera sobre su rango de temperatura de plasticidad
(165 oC) se pierde su elasticidad y se comprime más fácilmente.
| La humedad, repetimos,
desempeña un importante papel en la densificación, ayuda a
la transferencia del calor y mejora la plasticidad del material. Si el material
está muy húmedo o muy seco las presiones necesarias se incrementan
drásticamente. |
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Algunas veces
se usan aditivos para facilitar el encendido, perfumar, dar color uniforme y
mejorar las características del combustible.
El uso de la biomasa como combustible no es una necesidad de los países
pobres y subdesarrollados, sino de todos los países del mundo en la lucha
contra la contaminación y por lograr el desarrollo sostenible de la vida
humana.