Oct-2010 Evaluación De La Calidad Del Carbón Vegetal Producido En

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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSÉ SIMEÓN CAÑAS” EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL CARBÓN VEGETAL PRODUCIDO EN HORNOS DE RETORTA Y HORNOS METÁLICOS PORTÁTILES EN EL SALVADOR. TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO MECÁNICO POR: MELVIN BENJAMÍN GUARDADO GÓMEZ JOSÉ ALBERTO RODRÍGUEZ RIVERA LUIS ERNESTO MONGE HERNÁNDEZ OCTUBRE 2010 ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A. RECTOR JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J. SECRETARIO GENERAL RENÉ ALBERTO ZELAYA DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA MARIO WILFREDO CHÁVEZ MOLINA DIRECTOR DEL TRABAJO HERBERT EDUARDO SCHNEIDER CORDOVA LECTOR ISMAEL ANTONIO SANCHÉZ FIGUEROA AGRADECIMIENTOS Queremos darle las gracias a Dios porque por su voluntad hemos culminado nuestra carrera y agradecerles a nuestros padres por habernos brindado la formación académica, por su apoyo y consideración durante todos estos años. También queremos dar las gracias a nuestros maestros por compartir sus conocimientos con nosotros y transformarnos en los profesionales y en especial al Ing. Herbert Schneider por haber sido nuestro asesor y haberse tomado el tiempo para guiarnos en este proceso. Melvin, Alberto y Luis DEDICATORIA Dedicamos este documento y nuestro aporte en él, a nuestras familias quienes nos apoyaron en todo sentido a lo largo de nuestra carrera, nos dieron ánimo esperanza y apoyo económico siempre y cuando más lo necesitamos, en los tiempos difíciles y en los tropiezos nunca perdieron la fe en nosotros. Melvin, Alberto y Luis. RESUMEN EJECUTIVO El trabajo que se presenta a continuación tiene como objetivo principal determinar la calidad del carbón vegetal producido por los hornos de retorta y horno metálico portátil, ya que el consumo de carbón vegetal en El Salvador es de uso común y este es fabricado en forma artesanal, su calidad se ve afectado por una variedad de factores que modifican las propiedades del carbón y la influencia que tiene la materia prima. Para poder determinar la calidad de cada uno de los carbones producidos por los diferentes métodos, es necesario determinar algunas propiedades que fueron medidas en pruebas de laboratorio y con una cantidad representativa de muestras para obtener un valor promedio. Dichas propiedades se seleccionaron partiendo de los usos a los que estaba predestinado el carbón. El principal uso que se le da al carbón y por las cuales se seleccionaron las propiedades es el doméstico. Así se definió que parámetros debe cumplir el carbón para clasificarlo como un carbón de buena calidad, como un carbón apropiado para determinadas condiciones y que horno es mejor para producir dicho producto dependiendo de las propiedades requeridas. Todas las pruebas de laboratorio se realizaron en igualdad de condiciones para poder homogenizarlos. Por último para determinarse cual de los carbones es el de mejor calidad para las condiciones específicas a las cuales se usa, se comparó cada una de las propiedades que se seleccionaron con este propósito y se concluyó cual de los dos es el más apropiado. Con las propiedades también se determinó cual es el mejor procedimiento para producirse dicho carbón, cual de los hornos produce las mejores propiedades y bajo que condiciones se producen variaciones en ellas. De esta forma se concluyó cual horno produce mejores propiedades. i ÍNDICE RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................................... i ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................ vii INDICE DE TABLAS .................................................................................................................. ix INDICE DE GRAFICOS .............................................................................................................. xi SIMBOLOGÍA ........................................................................................................................... xiii PROLOGO .................................................................................................................................. xv CAPÍTULO 1 . EL CARBÓN, USOS Y OBTENCIÓN EN EL SALVADOR. .............................. 1 1.1 EL CARBÓN Y SUS USOS ....................................................................................... 1 Obtención del carbón ........................................................................................................... 2 CAPÍTULO 2 : FUNCIONAMIENTO DE LOS HORNOS PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL. ............................................................................................................ 11 2.1 TIPOS DE HORNOS PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL RECIENTEMENTE INTRODICIDOS EN EL SALVADOR. ............................................ 11 2.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL HORNO DE RETORTA PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL. ................................................................ 12 2.2.1Diseño y Funcionamiento. ................................................................................ 15 2.3 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL HORNO METALICO PORTATIL PARA LA FABRICACION DE CARBON VEGETAL. ..................................................... 16 2.3.1 PROPIEDADES DEL CARBÓN Y MADERA. .............................................. 21 CAPÍTULO 3 3.1 Diseño y funcionamiento. ............................................................................ 17 PROPIEDADES DEL CARBÓN.............................................................................. 21 3.1.1 Propiedades mecánicas................................................................................. 21 a. Dureza. ........................................................................................................ 21 b. Abrasividad. .................................................................................................21 c. Resistencia Mecánica. ...................................................................................21 d. Cohesión. .....................................................................................................22 e. Friabilidad. ...................................................................................................22 f. Fragilidad......................................................................................................22 g. Triturabilidad. ..............................................................................................22 3.1.2. Propiedades térmicas. ..................................................................................22 a. Potencia calorífica. .......................................................................................23 b .Conductibilidad Térmica. .............................................................................23 c. Calor específico. ...........................................................................................23 d. Dilatación. ....................................................................................................23 e. Grado de Ignición. ........................................................................................23 3.1.3. Propiedades eléctricas. .................................................................................23 a. Conductividad Eléctrica. ...............................................................................23 b. Constante Dieléctrica. ...................................................................................24 3.1.4. Propiedades físicas.......................................................................................24 a. Densidad. .....................................................................................................24 b. Peso específico. ............................................................................................24 c. Contenido en agua. .......................................................................................24 d. Agua de Hidratación. ....................................................................................25 e. Agua de Imbibición. .....................................................................................25 f. Agua Ocluida. ...............................................................................................25 g. Contenido de cenizas. ...................................................................................25 h. Contenido de volátiles y carbón fijo. .............................................................25 i. Humedad superficial. ....................................................................................25 j. Humedad residual..........................................................................................26 k. Humedad total. .............................................................................................26 3.3. l. Tamaño......................................................................................................... 26 3.2.1. Propiedades físicas. ....................................................................................... 26 a. Anisotropía. ................................................................................................. 26 b. Humedad. .................................................................................................... 26 c. Deformabilidad ............................................................................................ 27 d. Contenido de volátiles. ................................................................................ 28 e. Contenido de ceniza. .................................................................................... 28 f. Peso específico. ............................................................................................ 28 3.2.2. Propiedades eléctricas. ................................................................................. 28 a. Conductividad eléctrica................................................................................ 28 3.2.3. Propiedades térmicas .................................................................................. 29 a. Dilatación térmica. ....................................................................................... 29 b. Poder calorífico. .......................................................................................... 29 c. Conductividad térmica. ................................................................................ 29 3.2.4. Propiedades mecánicas................................................................................ 29 a. Dureza. ........................................................................................................ 29 b. Resistencia a la compresión. ........................................................................ 30 c. Resistencia a tracción. .................................................................................. 30 d. Resistencia al corte. ..................................................................................... 30 e. Resistencia a la flexión................................................................................. 30 f. Elasticidad.................................................................................................... 31 g. Fatiga. ......................................................................................................... 31 h. Hendibilidad. ............................................................................................... 31 SELECCIÓN DE LAS PROPIEDADES A UTILIZAR PARA LA COMPARACION DE LA CALIDAD DE LOS CARBONES. ........................................................................ 31 CAPÍTULO 4 PROCESOS DE MEDICIÓN Y MEDICION DE LAS PROPIEDADES SELECCIONADAS. .................................................................................................................... 35 4.1. PROPIEDADES DE LA MADERA. ........................................................................36 4.1.1. Densidad. ......................................................................................................37 Tabulación de datos obtenidos de densidad. .............................................................38 4.1.2. Humedad. ....................................................................................................38 Tabulación de datos obtenidos de humedad. .........................................................38 4.1.3. Volátiles. .....................................................................................................39 Tabulación de datos obtenidos de volátiles. ..........................................................40 4.1.4. Ceniza. ........................................................................................................40 Tabulación de datos obtenidos de ceniza. .............................................................40 4.2. PROPIEDADES DEL CARBÓN. ............................................................................41 4.2.1. Densidad. ....................................................................................................41 Tabulación de datos obtenidos de densidad...........................................................41 4.2.2. Humedad superficial. ...................................................................................41 4.2.3. Humedad residual (ASTM D3173)...............................................................41 4.2.4. Humedad total (ASTM D3302M ISO 589). ..................................................42 Tabulación de datos obtenidos de humedad total. .................................................42 4.2.5. Contenido de Ceniza ....................................................................................42 Tabulación de datos obtenidos de contenidos de ceniza. .......................................43 4.2.6. Volátiles y carbón fijo. .................................................................................43 Tabulación de datos obtenidos de volátiles y carbón fijo. ......................................44 4.2.7. Tiempo para la ignición. ..............................................................................44 Tabulación de datos obtenidos de tiempo de ignición............................................45 4.2.8 .Prueba de Friabilidad. ..................................................................................45 Tabulación de datos obtenidos de friabilidad. .......................................................45 Control de Muestreo ...............................................................................................48 CAPÍTULO 5 . CÁLCULO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. ............................................ 51 5.1. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DE LA MADERA. ......... 52 5.2. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL HORNO DE RETORTA. ........................................................................................................................ 54 5.3. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL HORNO METALICO PORTATIL. ....................................................................................................................... 54 5.4. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL CARBON COMERCIAL. ................................................................................................................... 55 5.5. COMPARACION ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE CARBON .................... 56 CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 63 6.1 CONCLUSIONES.................................................................................................... 63 6.2. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 64 REFERENCIAS .......................................................................................................................... 65 BIBLIOGRAFIA. ........................................................................................................................ 67 ANEXO A MARCHAS. ANEXO B BITACORAS ANEXO C DATOS DETALLADOS DE MEDICIONES DE PROPIEDADES. vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Madera En Horno De Fosa ......................................................................... 5 Figura 1.2 Horno De Fosa ......................................................................................... 5 Figura 1.3 Metodo De Parva ...................................................................................... 6 Figura 1.4 Metodo De Parva ...................................................................................... 7 Figura 1.5 Diagrama De Horno Retorta ....................................................................... 8 Figura 2.1 Diagrama De Horno Retorta ..................................................................... 13 Figura 2.2 Apilado En Horno Retorta ........................................................................ 13 Figura 2.3 Camara De Combustion De Horno Retorta................................................. 14 Figura 2.4 Tuberia De Aire Caliente En Horno Retorta ............................................... 14 Figura 2.5 Horno Metalico Tradicional ..................................................................... 18 Figura 2.6 Encendido Del Horno Metalico Portatil ..................................................... 18 Figura 2.7 Sellado Del Horno Metalico Portatil .......................................................... 19 Figura 2.8 Desmontaje De Horno Metalico Portatil .................................................... 19 Figura 4.1 Diagrama De Proceso De Pruebas ............................................................. 36 Figura 4.2 Division De La Parva .............................................................................. 48 Figura 4.3 Toma De Muestra En El Trozo ................................................................. 49 Figura 4.4 Ubicación De Muestra Dentro De La Parva................................................ 49 Figura. A.1 Crisoles Con Carbón Dentro Del Horno............................................. A-3 Figura. A.2 Crisoles En El Horno ......................................................................... A-4 Figura. A.3 Crisoles Con Carbón ......................................................................... A-5 Figura. A.4 Crisol Metálico Calentándose. ........................................................... A-6 Figura. A.5 Crisol Metálico Con Gases Volátiles Quemándose ........................... A-6 Figura. A.7 Carbón A Ser Quemado En La Malla. ............................................... A-8 Figura. A.8 Sistema Armado Para Quemar El Carbón. ........................................ A-9 Figura. A.9carbón Quemándose. ......................................................................... A-9 Figura. A.10 Ceniza. .......................................................................................... A-10 Figura. A.11 Depósito Para Molino De Bolas. .................................................... A-11 Figura. A.12 Molino De Bolas En Funcionamiento. ............................................ A-12 Figura. A.13 Carbón Duro. ................................................................................. A-12 vii Figura. A.14 Tamiz. ........................................................................................... A-13 Figura. A.15 Carbón Duro.................................................................................. A-13 Figura. A.16 Carbón Frágil. ............................................................................... A-14 viii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Estandares Internacionales De Calidad De Carbon ........................................ 33 Tabla 4.1 Densidad Promedio De Madera .................................................................. 38 Tabla 4.2 Humedad Promedio De Madera .................................................................. 39 Tabla 4.3 Contenido Promedio De Volatiles De Madera .............................................. 40 Tabla 4.4 Contenido Promedio De Ceniza .................................................................. 41 Tabla 4.5 Densidad Promedio Del Carbon .................................................................. 41 Tabla 4.6 Humedad Promedio Del Carbon ................................................................. 42 Tabla 4.7 Contenido Promedio De Ceniza .................................................................. 43 Tabla 4.8 Contenido Promedio De Volatiles Del Carbon .............................................. 44 Tabla 4.9 Contenido Promedio De Carbon Fijo ........................................................... 44 Tabla 4.10 Tiempo Promedio De Ignicion Del Carbon................................................. 45 Tabla 4.11 Fragilidad Promedio Del Carbon ............................................................... 46 Tabla 4.12 Tabla Resumen De Promedios De Propiedades ........................................... 48 Tabla 5.1 Porcentaje De Aceptabilidad Del Coeficiente De Variabilidad ....................... 52 Tabla 5.2 Propiedades De La Madera Conacaste Blanco. ............................................. 53 Tabla 5.3 Propiedades De La Madera Mango Llano. ................................................... 53 Tabla 5.4 Propiedades Del Carbon En Horno Retorta .................................................. 54 Tabla 5.5 Propiedades Del Carbon Del Horno Metalico Portatil .................................... 55 Tabla 5.6 Propiedades Del Carbon Comercial Dany .................................................... 55 Tabla. B.1 Bitácora De Madera .......................................................................................... B-1 Tabla. B.2 Bitácora De Selección De Muestras .................................................................. B-3 Tabla. B.3 Bitácora De Selección De Madera .................................................................... B-4 Tabla. C.1 Densidad Parva 1: Mango Llano (Troncos Secos)............................................ C-1 Tabla. C.2 Densidad Parva 2: Mango Llano (Troncos Húmedos)...................................... C-2 Tabla. C.3 Densidad Parva 3: Mango Llano (Ramas Delgadas) ........................................ C-2 Tabla. C.4 Densidad Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas Amarillas) ............................... C-3 Tabla. C.5 Parva 1: Humedad Mango Llano (Troncos Secos) ........................................... C-5 Tabla. C.6 Parva 3: Humedad Mango Llano (Ramas Delgadas) ........................................ C-6 Tabla. C.7 Gases Volatiles Parva 1: Mango Llano (Troncos Secos) .................................. C-7 ix Tabla. C.8 Gases Volátiles Parva 3: Mango Llano (Ramas Delgadas) .............................. C-8 Tabla. C.9 Gases Volátiles Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas Amarillas) ..................... C-9 Tabla. C.10 Ceniza Parva 1: Mango Llano (Troncos Secos) ........................................... C-10 Tabla. C.11ceniza Parva 2: Mango Llano (Troncos Húmedos) ....................................... C-11 Tabla. C.12 Ceniza Parva 3: Mango Llano (Ramas Delgadas) ........................................ C-11 Tabla. C.13 Ceniza Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas Amarillas) ............................... C-12 Tabla. C.14 Carbón Fijo Parva 1 Y 2: Mango Llano (Troncos Secos) ............................ C-13 Tabla. C.15 Carbón Fijo Parva 2 Y 3: Mango Llano (Troncos Secos) ............................ C-14 Tabla. C.16 Densidad Carbón Horno Retorta .................................................................. C-15 Tabla. C.17 Densidad Carbón Horno Metálico Portátil ................................................... C-16 Tabla. C.18 Humedad Carbón Horno Retorta .................................................................. C-18 Tabla. C.19 Humedad Carbón Horno Metálico Portátil................................................... C-18 Tabla. C.20 Humedad Carbón Horno Retorta .................................................................. C-19 Tabla. C.21 Gases Volátiles Carbón Horno Retorta ........................................................ C-20 Tabla. C.22 Gases Volátiles Carbón Horno Metálico Portátil ......................................... C-21 Tabla. C.23 Gases Volátiles Carbón Dany....................................................................... C-21 Tabla. C.24 Ceniza Carbón Horno Retorta ...................................................................... C-22 Tabla. C.25 Ceniza Carbon Horno Metalico Portatil ....................................................... C-23 Tabla. C.26 Ceniza Carbón Dany..................................................................................... C-23 Tabla. C.27 Carbono Fijo Horno Retorta Y Metálico Portátil ......................................... C-24 Tabla. C.28 Carbón Fijo En Carbón Dany ....................................................................... C-25 Tabla. C.29 Tiempo De Ignición En Carbones De Horno Retorta Y Metálico Portátil... C-26 Tabla. C.30 Tiempo De Ignición En Carbón Dany .......................................................... C-27 Tabla. C.31 Fragilidad En Carbón De Horno Retorta ...................................................... C-28 Tabla. C.32 Fragilidad Carbón De Horno Metálico Portátil ............................................ C-29 Tabla. C.33 Fragilidad Carbón Dany ............................................................................... C-29 x INDICE DE GRÁFICOS Gráfico 5.1 Densidad ............................................................................................... 56 Gráfico 5.2 Humedad ............................................................................................... 57 Gráfico 5.3 Gases Volátiles....................................................................................... 58 Gráfico 5.4 Carbono Fijo .......................................................................................... 59 Gráfico 5.5 Ceniza ................................................................................................... 60 Gráfico 5.6 Tiempo De Ignición ................................................................................ 61 Gráfico 5.7 Fragilidad .............................................................................................. 62 xi xii SIMBOLOGÍA CV: D: M: N: Pf: Pi: V: σ : Coeficiente de variabilidad Densidad (gr/ml) Masa (gr) Numero de muestras Peso Final (gr) Peso Inicial (gr) Volumen (ml) Varianza xiii xiv PRÓLOGO La presente tesis presenta la calidad del carbón producido por diferentes métodos, dicha calidad se desglosa por las diferentes propiedades de acuerdo al uso que se les dará, tomando en cuenta que la mayoría del carbón en estudio será utilizado domésticamente. En el primer capítulo se detalla la importancia que presenta el carbón en El salvador, así como también, los métodos más comunes para su producción en el país. Luego en el segundo capítulo se detalla el funcionamiento de cada uno de los procedimientos más comunes de producción de carbón; mencionados en el capítulo primero. En este capítulo se excluyen los métodos menos convencionales en El Salvador. En el tercer capítulo se mencionan ciertas propiedades del carbón y madera, cada una de las propiedades son analizadas si posteriormente se tomaran en cuenta para determinarlas por medio de pruebas de laboratorio a las muestras de carbón y madera. Dicha selección de las propiedades depende del uso que se le dará al carbón, de esta manera, el siguiente capítulo detalla como se procederá a medir las propiedades seleccionadas. El quinto capítulo presenta los promedios de los resultados obtenidos de cada una de las propiedades en el carbón y madera, se presenta también, los análisis estadísticos como desviación estándar, rango de variabilidad, entre otros. Además, se analizan todas las propiedades en este capítulo de acuerdo a los resultados obtenidos. La calidad del carbón fue evaluada dependiendo del uso al cual se le da, es por ello que para las propiedades que se seleccionaron dependieron directamente de eso. Todas las propiedades fueron evaluadas bajo las mismas condiciones para que en el análisis de los datos sean equitativos. xv CAPÍTULO 1 : EL CARBÓN, USOS Y OBTENCIÓN EN EL SALVADOR. 1.1 EL CARBÓN Y SUS USOS El carbón vegetal es uno de los combustibles más antiguos en la historia de la humanidad, durante la cual ha satisfecho necesidades primordiales como la calefacción y la preparación de alimentos, y la fabricación de utensilios. Usos del carbón vegetal • Combustible El carbón vegetal se utiliza mayormente como combustible, no solo para uso doméstico sino que también para uso industrial, usualmente en países en vías de desarrollo. • Metalurgia Este es uno de los usos más antiguos del carbón vegetal. La metalurgia del hierro, data de alrededor de 1,200 años A.C. la cual fue desarrollada en Europa durante la “Edad de Hierro” (700 A.C. hasta 68 D.C.) este avance tecnológico de la época no hubiese sido posible sin las temperaturas que el carbón vegetal logra alcanzar para poder fundir los minerales, ya que la madera tiene un poder calorífico bajo a comparación del carbón, no logra alcanzar las temperaturas requeridas que el carbón vegetal cumple. El carbono contenido en el carbón vegetal actúa como reductor de los óxidos del metal que forman los minerales de tal manera que si se aplica técnicas especiales puede lograse que un cierto porcentaje de carbono pueda alearse con el hierro dando paso así a la creación del acero, lo cual fue importante para el desarrollo de armamento y herramientas más resistentes al impacto y oxidación. • Absorbente 1 El carbón vegetal por ser un material con porosidades y cavidades pequeñas ha sido aplicado como material absorbente. Hay datos históricos que revelan el uso del carbón como material absorbente, este se utilizaba en su mayoría como absorbente médico. El carbón vegetal no tiene una textura porosa tan fina como la de los carbones activados. Sin embargo, resulta más barata y sencilla de producir, por lo que a pesar de ser un absorbente relativamente de baja eficiencia, se pueden utilizar en determinadas aplicaciones que no necesitan de una gran capacidad de absorción, como por ejemplo, para absorber moléculas de tamaño relativamente grades que se encuentren en un rango menor a 50nm, una de las aplicaciones de este tipo es la clarificación de bebidas alcohólicas como el vino, cerveza, whisky, etc. • Fabricación de pólvora Negra La pólvora negra es uno de los explosivos más usados, desde explosivo para minería hasta detonante para armamento militar, se compone de un 75% de salitre (nitrato de potasio), un 12% de azufre y un 13% de carbón vegetal. Estos ingredientes al quemarse producen un gas que tiende a ocupar un volumen 400 veces mayor que la mezcla original, produciendo una fuerte presión en las paredes del recipiente que los contiene. Obtención del carbón El carbón vegetal es un producto sólido, frágil y poroso que contiene un alto porcentaje de carbono de un orden del 80%, este es producido por el calentamiento de la madera o residuos de vegetales en ausencia de aire, la temperatura con la cual se forma el carbón se encuentra entre 400 a 700 °C, este proceso se denomina pirolisis o carbonización, en dicho proceso se obtienen gases y aceites que son producidos por el calentamiento del material vegetal Como materia prima para obtener carbón vegetal de uso comercial se utiliza en la actualidad varias fuentes: 1.- Partes leñosas de árboles y arbustos. 2 2.- Desechos de la industria de la madera. 3.- Partes orgánicas de los desechos urbanos (basura) Los carbones fabricados de partes leñosas de las plantas son trozos más o menos sólidos de carbón que se pueden envasar y comercializar directamente, mientras que los obtenidos de desechos hay que aglutinarlos en briquetas ya que quedan muy desmenuzados. Estas briquetas son muy comunes en el mercado y en general son de peor calidad en cuanto a valor calórico que los trozos de carbón naturales. Durante el proceso de carbonización de la madera se produce una variedad de cambios químicos que pasa por tres fases: • Fase 1. La deshidratación de la madera se produce hasta alcanzar los 170ºC donde se destilan algunos gases y se degrada la madera • Fase 2. Cuando el proceso de producción de carbón alcanza los 270 °C, se desprenden gases, constituidos en su mayor parte por CO2 y CO, en esta fase se observa también el desprendimiento de líquidos acuosos. • Fase 3. En esta fase se alcanza la mayor temperatura del proceso, la que usualmente es cercana a los 600 °C. A esta temperatura ocurre la carbonización, observándose el desprendimiento de substancias volátiles en abundancia. Cuando cesa la liberación de sustancias volátiles el carbón vegetal se encuentre listo. Este proceso de calentamiento de la madera es primero endotérmico y luego de alrededor de 250 a 300 °C se vuelve exotérmico y comienza a generar calor propio hasta que la carbonización se ha completado. De este proceso de descomposición queda un residuo sólido de color negro y con un entramado muy fino compuesto en su mayoría de carbono amorfo y productos no volátiles que posteriormente se convertirá en cenizas. 3 De esta forma durante el proceso de carbonización se producen dos fracciones que son carbón fijo (carbón) y gases. El rendimiento del proceso de carbonización puede variar por diversas razones, por ejemplo, dependerá del tipo de madera a carbonizar, de su contenido de humedad, de las condiciones ambientales, del tipo de horno y de los parámetros de tiempo y temperatura de operación del horno. Normal mente para un horno tipo retorta se espera un rendimiento del 83%, para un horno cilíndrico metálico un rendimiento máximo del 31% y para el método tradicional de parvas un rendimiento máximo del 16%. Es deseable que la humedad de la madera o leña sea la menor posible para que el proceso de carbonización no requiera mucho consumo de combustible y que el proceso se desarrolle en el tiempo óptimo, usualmente la humedad no debe pasar del 20%. Cuando la humedad sobrepasa este valor es recomendable que se proceda a un secado de la madera, que puede realizarse simplemente dejando la madera al aire y al sol. Para la obtención del carbón vegetal, los productores crean una barrera física que aísle la madera del exterior, con el fin de evitar que el oxígeno entre en contacto con la madera caliente y esta se incendie. Esta barrera puede ser creada por diversos métodos utilizando capas protectoras de tierra o ladrillo, una fosa en el suelo, paredes de cemento armado o metal. Los métodos usualmente utilizados para el proceso de carbonización en el país son: El método de fosas y el método de parvas. Método de Fosas: Este método consiste en la utilización de tierra para aislar la leña del oxígeno. Se realizan fosas en las que se introduce la leña, posteriormente se procede a taparse con tierra, quedando la leña completamente aislada del oxígeno. 4 Figura 1.1 MADERA EN HORNO DE FOSA La inversión de capital para este método es mínima, ya que solo se necesita nada más que una pala, un hacha y una caja de fósforos, pero es un método que desperdicia mucho los recursos no se tiene control en la circulación de los gases dentro de la fosa y además no es nada amigable con el medio ambiente Figura 1.2 HORNO DE FOSA Método de Parvas: Es un método alternativo al método de fosas, para llevar a cabo este método se debe de apilar la madera sobre el suelo y cubrir la parva con tierra. La parva es también más práctica en zonas agrícolas, donde las fuentes de leña pueden hallarse 5 dispersas, y es deseable hacer el carbón vegetal cerca de los pueblos u otros emplazamientos permanentes. El sitio de una parva puede ser usado repetidamente. La leña que será carbonizada en una parva puede también ser juntada sin apuro durante un lapso de meses, apilada en posición, haciendo que se seque bien antes de tapar y quemar El sistema de parvas es muy versátil y se puede adaptar tanto a la producción esporádica de carbón en pequeñas cantidades como también a la producción en gran escala. Figura 1.3 METODO DE PARVA La típica parva para la quema de carbón vegetal, es de alrededor de 4 metros de diámetro en la base y de alrededor de 1 a 1,5 m de altura. En la base, se hacen alrededor de seis a diez tomas de aire, y una apertura arriba, de alrededor de 20 cm de diámetro, la que permite la salida del humo durante la combustión Todas las aperturas deben ser selladas con tierra cuando se ha concluido la quema, permitiendo el enfriamiento del cúmulo. Al igual que el método de fosas el método de parvas tiene un impacto significativo al medio ambiente. 6 Figura 1.4 METODO DE PARVA Al utilizar los métodos tradicionales, los humos generados durante el proceso son liberados a la atmósfera y las fracciones condensables (breas y alquitrán) son absorbidas en parte por el suelo y la tierra utilizada como barra contra el oxígeno. El bajo rendimiento de los métodos tradicionales implica un mayor uso de leña para la producción de carbón, quemándose más leña que pudiera ser aprovechada como carbón. La preferencia por ciertas especies de madera para la producción de carbón vegetal, implica la tala selectiva de las mismas, lo cual conduce a la pérdida de biodiversidad. Con el fin de minimizar el impacto ambiental que tiene la producción de carbón vegetal tanto en el aire como en el suelo, se han desarrollado nuevas técnicas para la obtención del carbón, con estas nuevas técnicas se logra una reducción favorable del impacto producido en el medio ambiente, así como también, una considerable mejora del rendimiento. Un impacto ambiental significativo al utilizar el método de fosas como el método de parvas es la reabsorción tanto del ácido piroleñoso como de las breas de desecho las cuales se filtran en el follaje y en la tierra que se usan para el proceso; en los métodos más modernos como lo es el horno tipo retorta esto no sucede, ya que se dispone de mecanismos y dispositivos especiales para la eliminación de estos. 7 De manera semejante, los gases generados por el proceso de la pirolisis pueden ser reutilizados, de tal modo que el consumo energético sea bajo y que la emanación de sustancias contaminantes se reduzcan o puedan ser recolectadas. No así en los métodos tradicionales ya que estos no cuentan con un control en la emanación de gases contaminantes. En la producción industrial de carbón la fracción condensable de los gases generados se recupera, porque en ella hay componentes muy útiles para la industria en general. En la ilustración 5 se presenta un gráfico donde se muestra un esquema del proceso que sigue el horno tipo retorta para la fabricación de carbón con la recuperación de los subproductos. Figura 1.5 DIAGRAMA DE HORNO RETORTA Aquí la materia vegetal es introducida en una cámara aislada donde se calienta indirectamente a través de un quemador de gases, los productos gaseosos resultantes de la destilación de la madera se llevan hasta un condensador donde se producen tres fracciones: 8 1. Una fracción permanece en estado gaseoso y que se usara para calentar el sistema ya que contiene gases combustibles principalmente monóxido de carbono. 2. Una fracción líquida mayormente constituida por agua y en la que se encuentra diluida gran cantidad de sustancias como alcoholes, cetonas, fenoles, aldehídos, etc. 3. Una fracción semi sólida con textura pastosa, comúnmente denominada alquitrán, constituida por una mezcla de cientos de productos, principalmente hidrocarburos. La producción de estas fracciones es variable ya que dependerá del tipo de materia vegetal utilizada y es una excelente fuente de materia prima para la industria química. La sustancias complejas producidas por la madera durante el proceso de elaboración de carbón son algunos polímeros de moléculas grandes y complejas, que luego se transforman y se descomponen en sustancias más simples y volátiles que escapan en forma de gases. Estas sustancias volátiles son compuestos de carbono con un mayor porcentaje de oxígeno, nitrógeno e hidrogeno que el material vegetal original por lo que va quedando un residuo rico en carbono y los productos menos volátiles así como las sustancias inorgánicas presentes en la madera que forman un entramado parecido a las de las esponjas con poros microscópicos, esta forma de estructura del carbón hace que tenga la capacidad de absorber y retener dentro de los poros otras sustancias, este fenómeno o capacidad se conoce como “absorción” y es muy utilizado en la industria y la vida doméstica. 9 10 CAPÍTULO 2 : FUNCIONAMIENTO DE LOS HORNOS PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL. 2.1 TIPOS DE HORNOS PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL RECIENTEMENTE INTRODICIDOS EN EL SALVADOR. Para la producción de carbón vegetal existe una variedad de métodos y equipos, entre los cuales tenemos los métodos tradicionales, los hornos de ladrillos y los hornos metálicos. En los últimos años en El Salvador debido al gran impacto ambiental que causa la producción de carbón vegetal por medio de los métodos tradicionales, se ha ido incursionando en nuevas tecnologías y nuevos métodos de producción, los cuales son mucho más eficientes y amigables al medio ambiente, en este sentido los hornos metálicos son una solución viable para este problema, en El Salvador se produce carbón con dos tipos de hornos metálicos los cuales son: • Horno tipo retorta • Horno metálico portátil En El Salvador se utilizan los hornos tipo retorta y metálico portátil, para estos dos hornos el proceso de producción se puede dar de forma indirecta o directa respectivamente, esto debido a las condiciones a las que está expuesta la leña a la hora de dar inicio al proceso de pirolisis. En los hornos metálicos portátiles el proceso se realiza quemando una pequeña fracción de la carga, con la cual se trasfiere calor a la carga restante de manera directa. En los hornos tipo retorta, la carga se encuentra contenida en una cámara concéntrica y el calentamiento ocurre indirectamente a través de las paredes de la misma. El calor requerido en este caso puede provenir de la quema de un combustible auxiliar (leña por ejemplo) o de la combustión de los gases liberados durante el proceso mismo. 11 En el caso de un proceso de calentamiento directo; la leña a procesar está en contacto directo con el fuego, por lo que sus propiedades serán afectadas por este proceso, las cuales son: porcentaje de carbono fijo, porcentaje de humedad, poder calorífico, porcentaje de cenizas, contenido de azufre y peso específico En los procesos indirecto las propiedades son de mejor calidad, dentro de los procesos indirectos se encuentra el método de retorta, el cual se basa en el calentamiento de la leña a través de recamaras concéntricas de metal, teniendo como principio la transferencia de calor por parte de un agente externo. Durante todo el proceso la leña no tiene contacto directo con el fuego ni otro elemento externo, lo cual da lugar a un fenómeno llamado pirolisis. Este fenómeno ayuda a que las propiedades resulten ser aptas para el consumo del carbón como agente combustible. 2.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL HORNO DE RETORTA PARA LA FABRICACIÓN DE CARBÓN VEGETAL. El proceso de producción de carbón del horno tipo retorta como se mencionó anteriormente es un proceso indirecto, en el cual la materia prima (leña) se dispone en una recamara concéntrica, la cual se calienta por medio de una fuente de calor externa. El calor se transmite a la recamara que contiene la leña por medio de tubos que pasan por debajo de esta, en estos tubos pasa aire caliente proveniente de una cámara de combustión, gracias al fenómeno de la convención térmica se hace posible la transferencia de calor de los tubos asía la recamara dando como resultado final el proceso de pirolisis. 12 Figura 2.1 DIAGRAMA DE HORNO RETORTA Recamara concéntrica de la leña: En esta recamara se coloca la madera seca a ser carbonizada de forma ordenada tomando en cuenta llenarla a su totalidad. Figura 2.2 APILADO EN HORNO RETORTA Cámara de combustión: En esta cámara se quema la fuente externa de calor la cual proporcionara la energía necesaria para realizar el proceso de carbonización. 13 Figura 2.3 CAMARA DE COMBUSTION DE HORNO RETORTA Tubos aire caliente: Estos hacen posible la transferencia de calor entre la recamara concéntrica y los tubos, permitiendo así el proceso de pirolisis. Figura 2.4 TUBERIA DE AIRE CALIENTE EN HORNO RETORTA Los hornos de acero tipo retorta tienen dos ventajas: pueden ser trasladados con facilidad, y se enfrían rápidamente, por lo cual el ciclo de tiempos para reanudar la producción de carbón es más corto. Las retortas de acero, calentadas a través de las paredes, no son muy usadas en la actualidad por su alto costo, pero producen carbón vegetal de excelente calidad y hacen posible la recuperación de los subproductos, sin embargo, su elevada inversión de capital no es 14 atractiva, excepto cuando el costo del obrero para los métodos tradicionales desequilibra el alto costo de capital. Estas retortas en la actualidad se usan principalmente para fabricar carbón vegetal de alta calidad, para usos metalúrgicos y químicos. 2.2.1 Diseño y Funcionamiento. El horno tipo retorta debe cumplir con las características que exige el proceso de retorta y en específico las del proceso de pirolisis, por lo tanto hay aspectos a tomar muy en cuenta a la horade diseñarlo, tales como:
Estructura estable El horno tipo retorta cuenta con una estructura que brinda soporte y estabilidad, durante todo el proceso de producción del carbón.
Encofrado para calentar la leña Cuenta con un sistema hermético en el cual se deposita la leña para ser convertida en carbón, para garantizar un buen producto final, esto es un factor importante a tomar en cuenta.
Recamara de combustión. La fuente de calor para el horno es clave para el funcionamiento de este, debido a que de ahí será donde partirá la energía de todo el sistema, para ser luego transmitida al producto, es por esto que la recamara de combustión esta diseñada en función de la distribución y alimentación de calor, el tamaño de esta lo define la capacidad del horno, puesto que el caudal de humo necesario para calentar la leña, deberá ser suficiente para llevar a cabo el proceso sin excesos ni carencias de energía, la recamara de combustión cuenta con un recubrimiento de ladrillos refractarios y una estructura de acero, esto debido a su difícil tarea de soportar todo el calor generado con la quema de leña dentro de la misma.
Recamara externa de distribución de calor por convección. 15 Para poder calentar la recamara interna es necesario proveer un sistema que proporcione un calentamiento casi uniforme de todo el producto, es por ello que el horno cuenta con un sistema de recamaras concéntricas el cual es bastante eficiente ya que los gases producidos en la hornilla estarán dentro de la recamara externa, pero a su ves estarán fuera de la recamara interna y por la transferencia de calor por medio de la convección se hará posible la pirolisis. Esta recamara tiene una entrada y una salida de gases provenientes de la recamara de combustión, la recamara externa es de material resistente y duradero.
Sistema de control total. Todo proceso eficiente debe tener parámetros para evaluar su desempeño, en este caso el horno cuenta con una señal para indicarle al operario cuando el horno está sobrepasando los límites permitidos de operación, también cuenta con mecanismos que le dan el poder de acelerar o disminuir la velocidad del proceso, por ello el horno cuenta con medidores de temperatura y de presión así como compuertas dampers que regulen los gases creados en la recamara de combustión. El horno cuenta con piezas desmontables para su reemplazo esto enfocado al buen mantenimiento y también a obtener un tiempo de vida mayor y un rendimiento constante con el paso del tiempo y el uso. 2.3 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL HORNO METALICO PORTATIL PARA LA FABRICACION DE CARBON VEGETAL. El funcionamiento de este tipo de horno así como se dijo anteriormente es de forma directa, lo que quiere decir que la llama está en contacto directo con la leña que se va a carbonizar, el horno es de diseño cilíndrico sencillo y su funcionamiento es hacer un proceso de pirolisis por medio de un conjunto de chimeneas por las cuales salen los gases de desecho, así como también tapando las entradas de aire del fondo del horno dando como resultado 16 una hermeticidad total en él, es así como el proceso de quema de la leña se hace con total ausencia de oxígeno (pirolisis). 2.3.1 Diseño y funcionamiento. Las principales características del horno metálico portátil son:
Se usa una chapa de acero de 3mm de espesor para fabricar la sección del fondo del horno; para la sección superior y para la tapa se usa chapa de acero de 2mm de espesor.
Las dos secciones principales del horno son cilíndricas.
Se usan repisas con perfiles de hierro angular de 50 mm, para soportar la sección superior y la tapa. Estos soportes están soldados en la parte interna del borde más alto de las dos principales secciones cilíndricas.
Los ocho tubos de entrada/salida, ubicados debajo de la sección inferior del horno, se abren en la base. Alrededor del hueco en la cara superior de cada canal, se ha previsto un collar para sostener la chimenea durante el funcionamiento del horno.
En la tapa del horno hay cuatro bocas a igual distancia, para la liberación del vapor. Para poder echar a andar el horno se necesita que en la base del horno se coloque madera seca, la cual serviría de combustible para dar comienzo al proceso de carbonización, la madera se debe de disponer de la manera siguiente. 17 Figura 2.5 HORNO METALICO TRADICIONAL Se aplica una llama a los cuatro puntos de encendido, después de asegurarse que los cuatro orificios de salida del vapor de la tapa, estén abiertos. Figura 2.6 ENCENDIDO DEL HORNO METALICO PORTATIL Como se puede ver en la ilustración el encendido se hace por la parte de abajo que es donde se encuentra la madera seca. Luego se deja que el horno queme libremente durante 30 minutos, hasta que alcance la temperatura adecuada, durante este período de tiempo la madera pierde toda su humedad y es por esto que grandes cantidades de vapor se liberan de los cuatro orificios ubicados en la parte superior del horno. Mientras esto está sucediendo, se tapan los orificios de la parte inferior del horno, con arena o tierra, y se colocan en posición las cuatro chimeneas sobre los anillos de soporte. 18 Figura 2.7 SELLADO DEL HORNO METALICO PORTATIL Cuando final mente el horno esta herméticamente sellado se deja trabajar por alrededor de 8 a 10 horas que es lo que dura el proceso de carbonización en el horno tradicional, habiendo pasado este tiempo y un tiempo prudencial para su respectivo enfriamiento, se procede a la apertura del horno y en consecuencia a la recolección del carbón. Figura 2.8 DESMONTAJE DE HORNO METALICO PORTATIL Las principales ventajas de los hornos metálicos comparados con los métodos tradicionales como el de fosas y de parvas son:
La materia prima y el producto están dentro de un recipiente cerrado, permitiendo el máximo control de la entrada de aire y de la corriente de gases, durante el proceso de carbonización. 19
El personal inexperto puede ser entrenado en poco tiempo y hacer funcionar con facilidad estas unidades.
Se requiere menos supervisión del proceso, mientras que para la fosa o la parva, es necesario el cuidado constante.
Puede obtenerse una eficiencia consistente a lo largo del tiempo.
Puede aprovecharse todo el carbón obtenido en el proceso.
Los hornos metálicos, pueden funcionar en áreas con mucha lluvia, siempre que el sitio tenga un drenaje correcto.
Una mayor variedad de materias primas pueden ser carbonizadas con el máximo control del proceso, incluyendo coníferas, madera de deshechos, madera de palma de coco y cáscaras de coco.
El ciclo total de producción, cuando se usan hornos metálicos, es mucho menor que el de los métodos tradicionales. 20 CAPÍTULO 3 : PROPIEDADES DEL CARBÓN Y MADERA. 3.1 PROPIEDADES DEL CARBÓN. El carbón vegetal tiene muchas propiedades entre ellas están las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y físicas. El criterio de clasificación para que un carbón sea de buena calidad dependerá para que aplicación vaya destinado dicho carbón. En este caso el uso que se le dará al carbón será un uso de índole doméstico. 3.1.1 Propiedades mecánicas. Entre las propiedades mecánicas tenemos: Dureza, abrasividad, resistencia mecánica, cohesión, friabilidad, fragilidad, triturabilidad. a. Dureza. Se mide por el tamaño y profundidad de la raya producida por un cuerpo penetrante de forma diversa (cono, esfera, pirámide) y con dureza extrema. Teniendo en cuenta esta propiedad, la antracita se comporta como un cuerpo totalmente elástico, es decir, no es rayado. Los carbones que contienen del orden de 80-85% de carbono muestran un máximo de dureza Vickers que se corresponde con un máximo también en la curva de dureza elástica. b. Abrasividad. Es la capacidad del carbón para desgastar elementos metálicos en contacto con él. Esta propiedad nos va a condicionar enormemente el material que se tenga que usar en la maquinaria (molinos, trituradoras, etc). Está relacionada con las impurezas que acompañan al carbón: sílice y pirita sobre todo. c. Resistencia Mecánica. Tiene gran influencia en los sistemas de explotación del carbón. Esto es porque muchas veces la veta carbonífera se usa como paredes, techos y suelos de las propias galerías de la 21 explotación. Además, hay que tener en cuenta que las vetas suelen ser heterogéneas, por lo que es importante estudiar este aspecto. Se debe medir la resistencia mecánica en el sentido normal a la estratificación, tomándose el valor medio de las mediciones. Esta propiedad va a estar directamente relacionada con la composición petrográfica del carbón. d. Cohesión. La cohesión es la acción y efecto que tiende a unir los componentes de la materia carbonosa. Se trata de una propiedad positiva o de resistencia. e. Friabilidad. Es la capacidad que presentan los carbones de descomponerse fácilmente en granulometrías inferiores por efecto de un impacto o un rozamiento. Esta propiedad habrá que tenerla muy en cuenta en algunos procesos, puesto que nos da la tendencia del carbón a romperse durante su manipulación. f. Fragilidad. Es la facilidad que presentan los carbones para romperse o quebrarse en pedazos. Es lo opuesto a la cohesión. Se trata de una propiedad negativa, que va a depender de su tenacidad y elasticidad, de las características de su fractura y de su resistencia. g. Triturabilidad. Es la facilidad con la que el carbón se desmenuza sin reducirse totalmente a polvo. Es una combinación de dureza, resistencia, tenacidad y modo de fractura. Esta propiedad es cada vez más importante ya que es una propiedad mecánica del carbón, que se toma en cuenta tanto para el empleo de técnicas novedosas de combustión y para la fabricación de cemento. 3.1.2. Propiedades térmicas. Entre las propiedades térmicas tenemos: Potencia calorífica, conductividad térmica, calor específico, dilatación, grado de ignición. 22 a. Potencia calorífica. Es la propiedad más importante en esta división, ya que la potencia calorífica es el calor producido del carbón en una unidad de tiempo. Esta depende de la cantidad de humedad y de cenizas, así como de la composición de la materia orgánica. b. Conductibilidad Térmica. Es la capacidad que presenta el carbón para conducir el calor. Tiene importancia sobre todo en los hornos de coquización, ya que el hecho de que el calor aplicado se transmita lo más rápidamente posible permite que el proceso tenga un mayor rendimiento c. Calor específico. Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1g de carbón 1ºC. También es importante esta propiedad en el proceso de coquización. d. Dilatación. Es el aumento de volumen por efecto del incremento de temperatura. Se han hecho estudios sobre la dilatación de los carbones y se ha concluido que la antracita presenta importantes variaciones en el volumen con cambios de temperatura, pero dependiendo también de la orientación en la cual esta se encuentre. e. Grado de Ignición. Es la facilidad con la cual una muestra de carbón logra el punto de ignición esta depende de las propiedades del carbón e influye en la velocidad de combustión. 3.1.3. Propiedades eléctricas. Entre las propiedades eléctricas tenemos: Conductividad eléctrica, constante dieléctrica. a. Conductividad Eléctrica. 23 Es la capacidad para conducir la corriente eléctrica a través de él. Se define en términos de resistencia específica, que es la resistencia de un bloque de carbón de 1cm de longitud y 1 cm2 de sección. La unidad es el Ωm. Esta propiedad depende de la presión, de la temperatura y del contenido en agua del carbón. El carbón es considerado en términos generales como un semiconductor. La razón por la cual el carbón conduce la electricidad es la posesión de anillos bencénicos y radicales libres. b. Constante Dieléctrica. Esta propiedad es más tenida en cuenta que la conductividad eléctrica. Se trata de una medida de la polarizabilidad electrostática del carbón dieléctrico. Esto está relacionado con la polarización de los electrones π que existen en los anillos bencénicos de la estructura del carbón. Está esta propiedad muy relacionada con el contenido en agua del carbón y varía con los diferentes tipos de carbón. 3.1.4. Propiedades físicas. Entre las propiedades físicas tenemos: Densidad, peso específico, contenido en agua, contenido de cenizas, contenido de volátiles y carbón fijo, humedad superficial, humedad residual, humedad total, tamaño. a. Densidad. La densidad del carbón no es más que la relación entre su masa y el volumen desplazado de este. b. Peso específico. Es el peso contenido en la unidad de volumen de un trozo de carbón en su estado natural (poros, humedad y materia mineral incluida). c. Contenido en agua. 24 El carbón contiene agua tanto por su proceso de formación en origen como por las transformaciones sufridas. En el carbón el agua se presenta de 3 diferentes formas: Agua de hidratación, agua de imbibición y agua ocluida. d. Agua de Hidratación. Es la que está combinada químicamente. Forma parte de la materia mineral que acompaña al carbón. e. Agua de Imbibición. Es la que contiene debido a procesos artificiales en la extracción y procesos posteriores, sobre todo procesos de lavado. Esta agua queda adsorbida en la superficie. Se elimina fácilmente calentando a 100-105ºC f. Agua Ocluida. La que queda retenida en los poros del carbón. Puede proceder del lugar donde se formó el carbón o de las reacciones posteriores a esa formación. g. Contenido de cenizas. Es la cantidad de ceniza que queda del carbón después de pasar por el proceso de combustión y quemarse en su totalidad. h. Contenido de volátiles y carbón fijo. Esta propiedad se puede definir como la cantidad de combustible que el carbón posee, entre mas alto el contenido de volátiles y carbón fijo más combustible tiene el carbón para quemar. i. Humedad superficial. Es la humedad que el carbón gana gracias al medio circundante. 25 j. Humedad residual. Es la humedad que tiene el carbón después de ser secado por convección por medio de una fuente de calor. k. Humedad total. Es la suma de la humedad superficial y la humedad residual. l. Tamaño. Determinado por el grado de rotura que sufre en la manipulación, pero regulado por la trituración que se realiza durante el proceso. 3.2. PROPIEDADES DE LA MADERA. Así como el carbón tiene sus propiedades, así también la madera tiene tantas propiedades físicas, eléctricas, térmicas, mecánicas. 3.2.1. Propiedades físicas. Entre las propiedades físicas tenemos: Anisotropía, humedad, deformabilidad, contenido de volátiles, contenido de ceniza, peso específico. a. Anisotropía. Sus propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, podemos definir tres direcciones principales en que se definen y miden las propiedades de la madera, que son la axial, la radial y la tangencial. La dirección, axial es paralela a la dirección de crecimiento del árbol (dirección de las fibras). La radial es perpendicular a la axial y corta al eje del árbol. La dirección tangencial es normal a las dos anteriores. b. Humedad. 26 Puede estar contenida de tres formas: Agua de constitución, que forma parte de la materia leñosa y no puede ser eliminada más que por la destrucción de la madera por el fuego. Agua de saturación, contenida en las paredes higroscópicas de las células, puede eliminarse con calentamiento hasta 100 - 110ºC. Agua Libre, contenida en los vasos y traqueidas del tejido leñoso. Únicamente las dos últimas son las que constituyen la humedad de la madera. Ésta suele expresarse en % en peso referido, normalmente, a la madera seca. En la madera recién cortada la humedad puede ser superior al 100%, no contienen todo el agua libre que pueden contener. Por inmersión en agua, puede llegar a tener una humedad de más del 200%. La madera contiene más agua en verano que en invierno. Como es un material higroscópico, tiende a alcanzar un equilibrio con el aire ambiente, eliminando o tomando agua, según sea la humedad relativa del mismo. La humedad influye en todas las demás propiedades de la madera. c. Deformabilidad Cambia de volumen al variar su contenido de humedad, hinchamiento y contracción, como la madera es un material anisótropo, la variación en sentido de las fibras es casi inapreciable, siendo notable en sentido transversal. El fundamento de estos cambios dimensionales reside en la absorción de agua de las paredes de las fibras leñosas, el agua se aloja entre las células separándolas o acercándolas, el punto de saturación de las fibras corresponde al contenido de humedad, para el cual las paredes de las mismas han absorbido todo el agua que pueden absorber, es el momento de máx. separación de células, y por tanto la madera ha alcanzado el mayor volumen (30% de humedad), la madera puede seguir aumentando su contenido en agua pero no aumentará más de volumen, ya que ahora ocupará los vasos y traqueidas del tejido leñoso, se trata de agua libre. La deformación al 27 cambiar la humedad de la madera, dependerá de la posición que la pieza ocupaba en el árbol, así nos encontramos distinta deformación radial y tangencial. d. Contenido de volátiles. Es la cantidad de combustible que tiene la madera en su estructura molecular que al ser secada esta se puede utilizar como fuente de calor. Esta propiedad varía según la especie de árbol de la cual provenga la madera. e. Contenido de ceniza. Es la cantidad de ceniza que queda de la madera después de ser sometida a un proceso de combustión y ser calcinada en su totalidad. Esta propiedad al igual que el contenido de volátiles varía según la especie de árbol de la cual provenga la madera. f. Peso específico. El peso específico aparente de la madera es de mucho interés por la influencia que tiene sobre otras propiedades, principalmente sobre las de tipo resistente. Que una madera tenga un peso aparente alto, quiere decir que en un volumen determinado habrá pocos poros y mucha materia resistente. Es importante la toma de muestras para hacer la determinación del peso específico aparente. pues en las frondosas es máximo en la zona central del tronco mientras que en las coníferas el máximo se encuentra en la parte inferior de éste. El peso específico también varía con el contenido de humedad, tanto por el contenido de agua como por el incremento de volumen que supone, y con la edad. Éste varía de una especie a otra, dentro de una misma especie y en un mismo árbol. 3.2.2. Propiedades eléctricas. Entre las propiedades eléctricas tenemos: Conductividad eléctrica. a. Conductividad eléctrica. 28 La madera seca es un buen aislante eléctrico, su resistividad decrece rápidamente si aumenta la humedad. Para un grado de humedad determinado la resistividad depende de la dirección y de la especie porque es mayor en especies que contienen aceites y resinas. 3.2.3. Propiedades térmicas Entre las propiedades térmicas tenemos: Dilatación térmica, poder calórico y conductividad térmica. a. Dilatación térmica. Como todos los materiales, dilata con el calor y contrae al descender la temperatura, pero este efecto no suele notarse pues la elevación de temperatura lleva consigo una disminución de la humedad, como esto último es mayor, el otro es inapreciable. También son mayores los movimientos en la dirección perpendicular a las fibras. b. Poder calorífico. El poder calorífico es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación, esta propiedad varía según la especie de madera que se analice. c. Conductividad térmica. La conductividad de calor dependerá de la humedad, del peso específico y de la especie. No obstante, se efectúa mejor la transmisión en la dirección de las fibras que en las direcciones perpendiculares a ésta. 3.2.4. Propiedades mecánicas. Entre las propiedades mecánicas tenemos: Dureza, resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, resistencia al corte resistencia a la flexión, elasticidad, fatiga, hendibilidad. a. Dureza. 29 Resistencia opuesta por la madera a la penetración o rayado. Interés por lo que se refiere a la facilidad de trabajo con las distintas herramientas y en el empleo de la madera en pavimentos. Es mayor la dureza del duramen que la de la albura y la de la madera vieja que la de la joven. b. Resistencia a la compresión. Influyen varios factores: La humedad: En general, por debajo del punto de saturación de las fibras (30%), la resistencia a compresión aumenta al disminuir el grado de humedad, no obstante, a partir de ese % la resistencia es prácticamente constante también la dirección del esfuerzo tiene una gran repercusión en la resistencia a compresión de la madera, la máxima corresponde al esfuerzo ejercido en la dirección de las fibras y va disminuyendo a medida que se aleja de esa dirección. c. Resistencia a tracción. La madera es un material muy indicado para el trabajo a tracción, su uso en elementos sometidos a este esfuerzo sólo se ve limitado por la dificultad de transmitir a dichos elementos los esfuerzos de tracción. También. nos influye el carácter anisótropo de la madera, siendo mucho mayor la resistencia en dirección paralela que en perpendicular a las mismas. Diferencias mucho más acusadas que en compresión. La rotura en tracción se produce de forma súbita, comportándose la madera como un material frágil. d. Resistencia al corte. Capacidad a resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella. Este deslizamiento, puede tener lugar paralelamente a las fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura, porque la resistencia en esta dirección es alta y la madera se rompe antes por otro efecto que por éste. e. Resistencia a la flexión. 30 Puede decirse que la madera no resiste nada al esfuerzo de flexión en dirección radial o tangencial, no ocurre lo mismo si está aplicado en la dirección perpendicular a las fibras. Es perfectamente conocido el hecho de que un elemento sometido a flexión se deforma, produciéndose un acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las inferiores. Al proyectar un elemento de madera sometido a flexión no sólo ha de tenerse en cuenta que resista las cargas que sobre él actúan, es necesario evitar una deformación excesiva, que provoque un agrietamiento en el material de revestimiento o alguna incomodidad de cualquier otro tipo, bastaría con aumentar el canto de la pieza aumentando la rigidez. f. Elasticidad. El módulo de elasticidad en tracción es más elevado que en compresión, éste valor varía con la especie, humedad, naturaleza de las solicitaciones, dirección del esfuerzo y con la duración de aplicación de las cargas. g. Fatiga. Llamamos límite de fatiga a la tensión máxima que puede soportar una pieza sin romperse. h. Hendibilidad. Propiedad que presenta la madera de poderse romper a lo largo de las fibras, por separación de éstas, mediante un esfuerzo de tracción transversal, esta cualidad interesa cuando se trata de hacer leña, en cambio es perjudicial cuando la pieza ha de unirse por clavos o tornillos a otras adyacentes. 3.3. SELECCIÓN DE LAS PROPIEDADES A UTILIZAR PARA LA COMPARACION DE LA CALIDAD DE LOS CARBONES. La selección de las propiedades que serán determinadas por medio de las pruebas de laboratorio en cada una de las muestras de carbón, fueron seleccionadas tomando en cuenta los siguientes aspectos: 31 • El uso que se le dará al carbón. Para el carbón que se está analizando en este estudio se asume que será utilizado para procesos de cocción, procesos domésticos y algunos procesos industriales que no afectan los contenidos de sulfuro, es por ello que se omiten las pruebas de propiedades de contenido de sulfuro. • Los instrumentos de medición disponibles. La disponibilidad de instrumentos para la medición de algunas propiedades es de gran importancia. Debido a la disponibilidad de los instrumentos, hay propiedades que no se pueden medir en el laboratorio. El poder calorífico, la capacidad calorífica y temperatura de ignición son propiedades que no se medirán por no disponer con los instrumentos necesarios. • Normas internacionales para medir la calidad del carbón. La cantidad de aplicaciones posibles del carbón es muy importante. Citemos entre los sectores industriales: el carbón activo, la química, los explosivos, la cristalería, los pegamentos, la metalurgia, los productos farmacéuticos, los pigmentos, la industria del plástico, los alimentos para animales, el caucho, la corrección de suelos, entre otros. Además podemos mencionar el sector doméstico. Los productores de carbón vegetal tienen, un mercado potencial con enormes posibilidades de expansión, siempre y cuando dispongan de los equipos que les permitan producir un carbón vegetal cuya calidad sea aceptable. Para proteger al consumidor y por razones de higiene, gradualmente se han ido imponiendo normas para el empleo de carbón vegetal de uso doméstico. 32 A continuación detallaremos algunas normas internacionales. Cabe destacar que, en términos generales, estas normas se refieren a la pureza química, las propiedades físicas y el almacenamiento. Tabla 3.1 Estandares Internacionales De Calidad De Carbon Bélgica Francia Alemania Normas NBN M11-001 NF N°846 E DIN 51749 Categoria Categoria Unidades A B A B Pureza Química Carbono fijo Materias volátiles Contenido de ceniza humedad % min. del peso % max. del peso % max. del peso % max. del peso Propiedades físicas pedazos >20 mm >10 mm <20 mm <10 mm Procedimiento Tº de Carbonización ºC min 82 75 82 75 78 12 - - - 16 - - - - 6 7 7 7 7 8 75 19 6 75 19 - 85 - 85 - 90 min. - - - - - 380 De acuerdo con la tabla 1, y las normas internacionales para medir la calidad del carbón se tomarán esas propiedades.
Densidad
Humedad
Contenido de volátiles y carbón fijo
Contenido de cenizas En el caso del tamaño de los trozos de carbón se requiere una muestra relativamente grande que no pudo ser procesada con el equipamiento y cantidad de carbón disponibles. Se 33 consideró sin embargo que la fragilidad del carbón sería un parámetro alternativo, para evaluar la adecuación del carbón para el embalaje y transporte. Debido a que los hornos no se encontraban en operación durante el desarrollo del trabajo no fue posible medir la temperatura a la cual se desarrolla el proceso, esta es denominada temperatura de carbonización. Adicionalmente se optó medir el tiempo de ignición, bajo igualdad de condiciones para diferentes muestras de carbón, ya que este es un parámetro significativo para los usuarios de este combustible. 34 CAPÍTULO 4 : PROCESOS DE MEDICIÓN Y MEDICION DE LAS PROPIEDADES SELECCIONADAS. Con los análisis siguientes se podrán comparar las propiedades de cada uno de los carbones obtenidos y poder determinar cual es el de mejor calidad. Además se podrá determinar si la madera es adecuada para la producción de carbón, partiendo de las propiedades obtenidas. A cada una de las muestras se les realizó las mediciones de las propiedades, de la siguiente forma: Para el carbón. Cada muestra de carbón se dividió en dos partes:
Una parte se utilizó para medir el tiempo de ignición con el procedimiento que se especifica en las marchas ( ANEXO A ) .
La otra parte se utilizó para encontrar la humedad. Después de determinar la humedad dicho trozo seco se dividió en dos partes, cada parte por separado sirvió medir diferentes propiedades como se detalla a continuación:
Una parte se utilizó para medir el tiempo de ignición en el caso del carbón.
La otra parte se utilizó para encontrar primero el contenido de volátiles, luego el contenido de ceniza y por último la cantidad de carbono fijo. El siguiente diagrama muestra la secuencia que se siguió con una muestra de carbón. 35 Figura 4.1 diagrama de proceso de pruebas Para la madera. Se siguió el mismo procedimiento para la madera omitiendo la prueba de ignición. 4.1. PROPIEDADES DE LA MADERA. La totalidad de la madera a la cual se le realizaron las pruebas de laboratorio para medir las propiedades pertenecían al horno metálico portátil, esto se debió a la indisponibilidad de la madera que se quemó en los otros hornos. Para la quema en este horno se utilizaron dos tipos de árboles para obtener la madera, el primero es el Mangollano cuyo nombre científico es Pithecellobium dulce y el segundo es Conacaste blanco cuyo nombre científico es Albizia caribea. Toda la madera se encontraba distribuida en 4 parvas de la siguiente manera: Parva 1: Mango llano (troncos secos) 36 La parva tenía alrededor de 5 metros de largo por 1.5 de alto, la parte inferior tenia troncos gruesos y en reducción hasta arriba, la madera se encontraba seca totalmente, su textura era astillosa y quebradiza, la longitudes de los trozos eran de alrededor de 60 a 70 cm, el color del tronco era marrón, se encontraba a la sombra de los árboles Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Eran troncos aproximadamente de 60cm a 70cm de largo y con un diámetro de 15 a 20cm, el color era marrón oscuro, la superficie se encontraba aun con humedad, la zona donde se encontraba era de tierra negra con poca humedad, se encontraban a la intemperie directamente al sol (esta era la que olía mal como a zorrillo) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Estas eran las ramas delgadas del árbol anterior, estabas estaban secas y se encontraban en una zona con tierra negra seca, tenían una longitud de 60 a 70cm de largo y un diámetro de unos 3 a 6cm, estas estaban directamente al sol, esta era una parva pequeña. Se encontraba a la intemperie directo al sol Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Estas eran los troncos amarillos, es una madera muy pesada a pesar de que estaba seco, los troncos tenían medidas irregulares que van desde el tamaño de una pequeña rama hasta un tronco de un diámetro de 40cm por 70cm de largo, se encontraba sobre tierra negra seca y al intemperie directamente al sol, esta parva también era relativamente pequeña. Todos los parva a excepción del parva 1 tenían madera que no era astillosa, la parva 1 tiene madera con mucha astilla por lo seca que se encontraba. La madera que se utilizó para la producción de carbón en el horno de retorta fue copinol. 4.1.1. Densidad. 37 Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Se deberá pesar una cantidad determinada de carbón y esta misma cantidad de carbón se le medirá el volumen, de tal forma que la densidad está dada por la siguiente formula: =   Tabulación de datos obtenidos de densidad. Tabla 4.1 Densidad Promedio De Madera Densidad Madera promedio (gr/ml) Parva 1: Mango llano (troncos secos) 0.700 Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) 0.791 Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) 0.642 Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) 0.557 4.1.2. Humedad. Consiste en poder medir el contenido de humedad del carbón vegetal. Procedimiento: La muestra se obtiene a partir de un pedazo de carbón de unos 5x5x5 cm de carbón y triturarla completamente en un mortero. La muestra se debe pesar posteriormente calentarla en un horno eléctrico hasta los 105°C por tres horas, luego pesar nuevamente la muestra, se anota el peso y se vuelve a calentar en el horno eléctrico por una hora más, luego de pasada la hora se vuelve a pesar y se anota el peso, sucesivamente hasta que el peso no varié más del 0.25% entre cada pesada. Tabulación de datos obtenidos de humedad. 38 Tabla 4.2 Humedad Promedio De Madera Humedad Madera promedio Parva 1: Mango llano (troncos secos) 11.59% Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) 11.14% Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) 10.58% Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) 10.44% 4.1.3. Volátiles. Al calentar el carbón con exclusión de aire ( oxígeno) en materias volátiles y los gases son expulsados. Estos gases son llamados volátiles y consisten de vapores alquitranados y los gases no condensables. Preparación de la muestra de carbón. La trituración se realiza manualmente en un mortero de porcelana con una mano de mortero. Secar la muestra a una temperatura de 105 C (no superior) para reducir el contenido de humedad a cero. Procedimiento: Pesar entre uno y dos gramos de la muestra en polvo en el crisol con tapa, ambos de acero inoxidable. El borde de la tapa cómodamente deberá coincidir con el borde de la placa para evitar la toma de aire. Colocar el crisol en un triángulo de alambre firmemente en un trípode y calentar la parte inferior suavemente con un mechero Bunsen, situada a una distancia no inferior a 6 cm de la placa. Después de 2-3 minutos, abrir el tornillo de ajuste del gas y el control de aire del mechero a plena capacidad y mantener la llama hasta que la llama pequeña por encima del orificio de la tapa ha cesado. Esto indica que todas las materias volátiles han sido expulsadas. Poner el crisol caliente en un desecador con cloruro de calcio como desecante, hasta que la muestra se haya enfriado. Pesar como de costumbre. La diferencia entre el peso inicial representa el contenido de volátiles. 39 Tabulación de datos obtenidos de volátiles. Tabla 4.3 Contenido Promedio De Volatiles De Madera Contenido promedio Madera de volátiles Parva 1: Mango llano (troncos secos) 18.67% Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) 23.32% Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) 22.69% Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) 11.13% 4.1.4. Ceniza. Es la cantidad de ceniza que queda del carbón después de pasar por el proceso de combustión. Procedimiento: Se necesita una muestra de 3 gramos de carbón se introduce en una mufla hasta los 700°C u 800°C luego se está pesando constantemente hasta que el peso no varíe más del 0.25% entre peso y peso, la diferencia entre el peso inicial y el final después del proceso de combustión divido entre el peso inicial es el porcentaje o contenido de ceniza. Tabulación de datos obtenidos de ceniza. 40 Tabla 4.4 Contenido Promedio De Ceniza 4.2. Madera Contenido promedio de ceniza Parva 1: Mango llano (troncos secos) Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) 10.98% 3.88% 6.44% 6.30% PROPIEDADES DEL CARBÓN. 4.2.1. Densidad. Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Se deberá pesar una cantidad determinada de carbón y esta misma cantidad de carbón se le medirá el volumen, de tal forma que la densidad está dada por la siguiente formula: Tabulación de datos obtenidos de densidad. Tabla 4.5 Densidad Promedio Del Carbon Densidad Carbón promedio CARBON HORNO RETORTA 0.301 CARBON HORNO TRADICIONAL 0.303 CARBON DANY 0.538 4.2.2. Humedad superficial. Es la humedad que pierde el carbón cuando se le seca al aire del medio ambiente del laboratorio. 4.2.3. Humedad residual (ASTM D3173). 41 Consiste en poder medir el contenido de humedad del carbón vegetal. Procedimiento: La muestra se obtiene a partir de un pedazo de carbón de unos 5x5x5 cm de carbón y triturarla completamente en un mortero. La muestra se debe pesar posteriormente calentarla en un horno eléctrico hasta los 105°C por tres horas, luego pesar nuevamente la muestra, se anota el peso y se vuelve a calentar en el horno eléctrico por una hora más, luego de pasada la hora se vuelve a pesar y se anota el peso, sucesivamente hasta que el peso no varié más del 0.25% entre cada pesada. 4.2.4. Humedad total (ASTM D3302M ISO 589). Es la suma de la humedad superficial y la humedad residual. Tabulación de datos obtenidos de humedad total. Tabla 4.6 Humedad Promedio Del Carbon Humedad Carbón promedio CARBON HORNO RETORTA 6.792% CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL 5.553% CARBON DANY 4.459% 4.2.5. Contenido de Ceniza Es la cantidad de ceniza que queda del carbón después de pasar por el proceso de combustión. Procedimiento: Se necesita una muestra de 3 gramos de carbón se introduce en una mufla hasta los 700°C u 800°C luego se está pesando constantemente hasta que el peso no varíe más del 0.25% entre peso y peso, la diferencia entre el peso inicial y el final después del proceso de combustión divido entre el peso inicial es el porcentaje o contenido de ceniza. 42 Tabulación de datos obtenidos de contenidos de ceniza. Tabla 4.7 Contenido Promedio De Ceniza Contenido promedio de ceniza Carbón CARBON HORNO RETORTA 3.760% CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL 6.089% CARBON DANY 11.256% 4.2.6. Volátiles y carbón fijo. Al calentar el carbón con exclusión de aire ( oxígeno) en materias volátiles y los gases son expulsados. Estos gases son llamados volátiles y consisten de vapores alquitranados y los gases no condensables. La trituración se realiza manualmente en un mortero de porcelana con una mano de mortero. Secar la muestra a una temperatura de 105 C (no superior) para reducir el contenido de humedad a cero. Procedimiento: Pesar entre uno y dos gramos de la muestra en polvo crisol de acero inoxidable. El borde de la tapa cómodamente deberá coincidir con el borde de la placa para evitar la toma de aire, la tapa debe tener un agujero de 1.5mm de diámetro máximo. Colocar el crisol en un triángulo de alambre firmemente en un trípode y calentar la parte inferior suavemente con un mechero Bunsen, situada a una distancia no inferior a 6 cm de la placa. Después de 2-3 minutos, abrir el tornillo de ajuste del gas y el control de aire del mechero a plena capacidad y mantener la llama hasta que la llama pequeña por encima del orificio de la tapa ha cesado. Esto indica que todas las materias volátiles han sido expulsadas. Poner el crisol caliente en un desecador con cloruro de calcio como desecante, hasta que la muestra se haya enfriado. Pesar como de costumbre. La diferencia entre el peso inicial representa el contenido de volátiles. 43 El valor del carbón fijo se calcula de la siguiente manera: Tabulación de datos obtenidos de volátiles y carbón fijo. Tabla 4.8 Contenido Promedio De Volatiles Del Carbon Contenido Carbón promedio de volátiles CARBON HORNO RETORTA 21.430% CARBON HORNO METALICO 16.923% TRADICIONAL CARBON DANY 11.183% Tabla 4.9 Contenido Promedio De Carbon Fijo Contenido Carbón promedio de carbón fijo CARBON HORNO RETORTA 68.018% CARBON HORNO METALICO 71.435% TRADICIONAL CARBON DANY 73.103% 4.2.7. Tiempo para la ignición. La Ignición ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente como para sostener la reacción química. Preparación de la muestra: se deberán preparar muestras de carbón con forma de cubos de 2cm de diámetro. Procedimiento: para realizar esta prueba se deberá calentar una muestra de carbón con un mechero Bunsen a una distancia 44 Tabulación de datos obtenidos de tiempo de ignición. Tabla 4.10 Tiempo Promedio De Ignicion Del Carbon Tiempo promedio de ignición. (s) Carbón CARBON DE HORNO RETORTA CARBON DE HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON DANY 37.772 94.315 72.602 4.2.8. Prueba de Friabilidad. Esta prueba se realiza para poder tener una mejor idea de que carbón se puede fracturar más fácilmente y reducir así su volumen a la hora de ser trasportado o manipulado manualmente, dando como resultado una pérdida de producto potencial mente útil a la hora de ser utilizado,el carbón que tenga la menor deformación en volumen y en tamaño es el carbón de mejor calidad de entre las muestras sometidas a la prueba. Esta prueba se realizó siguiendo los lineamientos de la norma ISO R-556, para realizar esta prueba se pesa 0.5lb de carbón, luego el carbón pesado se introduce en un molino y se hace girar por 15 minutos, pasado este tiempo se para el molino y el material dentro se hace pasar por una malla de 2mm, se hace cernir la malla hasta que todos los finos del carbón pasan por esta, se pesan tanto los finos como el carbón que queda en la malla y por una diferencia de pesos se puede saber qué porcentaje de finos y de carbón útil tiene la muestra de carbón sometida a la prueba, el carbón que tenga menos porcentaje de finos es el carbón de mejor calidad. Tabulación de datos obtenidos de friabilidad. 45 Tabla 4.11 fragilidad promedio del carbon Carbón Fragilidad promedio. (s) CARBON DE HORNO RETORTA CARBON DE HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON DANY 13.523% 19.827% 5.310% A continuación se presenta una tabla resumen de todas las propiedades del carbón y madera para una mejor comparación de los datos promedios obtenidos. 46 Tabla 4.12 Tabla resumen de promedios de propiedades MUESTRAS CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON DANI Parva 1: Mango llano (troncos secos) Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) DENSIDAD GASES CARBONO CENIZAS HUMEDAD TOTAL (gr/ml) VOLATILES FIJO 0.301 6.79% 21.43% 3.77% 68.01% 100% 0.303 5.55% 16.92% 6.10% 71.43% 100% 0.538 0.700 4.46% 11.59% 11.18% 18.67% 11.27% 10.99% 73.10% 58.75% 100% 100% 0.791 11.12% 23.31% 3.89% 61.67% 100% 0.642 10.58% 22.68% 6.45% 60.29% 100% 0.557 10.43% 11.11% 6.30% 72.15% 100% Control de Muestreo La recolección de las muestras se realizó de tal manera que las muestras fueran representativas para toda la población, esto se hizo efectivo tomando pequeñas muestras de diferentes partes de las parvas y en el caso de las muestras de carbón que se encontraban en sacos, se realizó de igual manera que para la madera. Para lograr dicha representatividad de toda la población se diseñó el siguiente método de control de muestreo. Para la toma de muestras se necesitó llevar el control de las parvas, fue necesario enumerar y clasificar cada parva por cualidades, cantidades y condiciones, esto se llevó en hojas técnicas que fueron nombradas como “Bitácora I” (Anexo B). Luego de cada parva se seleccionaron las muestras marcándolas y codificándolas. Figura 4.2 DIVISION DE LA PARVA Nomenclatura de codificación para la leña. La nomenclatura llevó en total cuatro secuencias alfanuméricas, dentro de las cuales cada uno de los caracteres representó lugares de ubicación de la cual se extrajo cada muestra, período de quema, tipo de muestra. Secuencia de la nomenclatura. Primer término: indica el tipo de muestra, en donde, la leña está representada por la letra L. 48 Segundo término: indica el tipo de horno, en donde, el horno de retorta se representará por medio de la letra R, el horno metálico clásico es representado por la letra M. Tercer término: indica el número de quema, en donde se representará con números naturales donde el carbón obtenido de una quema hecha anteriormente a la realización de este documento será representado por el número cero, la primera quema será representada por el uno y así sucesivamente. Cuarto término: indica el número correlativo de la muestra tomada, será asignada de acuerdo al orden de obtención de la muestra, donde la primer muestra será 01 y así sucesivamente. Las muestras tomadas de los trozos de leña seleccionados fueron cortadas de forma transversal a una distancia de 1/3 de su longitud total. Figura 4.3 TOMA DE MUESTRA EN EL TROZO Estas muestras fueron almacenas en bolsas plásticas marcadas con su código correspondiente, para luego enlistarlas en una hoja de observaciones “Bitácora II”. Para llevar el control detallado de cada una de las muestras, se llevó una “Bitácora II” donde se describe cada una de las muestras especificando el número de parva al que pertenece y la ubicación dentro de dicho parva esta ubicación puede ser superior, centro o inferior tal como se muestra en la siguiente figura. Figura 4.4 Ubicación de muestra dentro de la parva 49 Nomenclatura de codificación para el carbón. La nomenclatura llevó en total cuatro secuencias alfanuméricas, dentro de las cuales cada uno de los caracteres representó lugares de ubicación de la cual se extrajo cada muestra, período de quema, tipo de muestra. Secuencia de la nomenclatura. Primer término, indica el tipo de muestra, en donde, el carbón está representada por la letra C. Segundo término, indica el tipo de horno, en donde, el horno de retorta se representará por medio de la letra R, el horno de metálico clásico es representado por la letra M y en el caso de tratarse de otro tipo de carbón será representado por la letra inicial de la marca o del proceso de dicho carbón, así para el carbón DANI se tomara la letra O Tercer término será un número correlativo. De acuerdo a este número se describirán las condiciones en las cuales se encontraban cada una de las muestras en el momento de la recolección. 50 CAPÍTULO 5 : CÁLCULO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. Para poder realizar una mejor comparación entre el carbón y madera, será necesario saber que tan representativos son los datos obtenidos, para ello se hará uso de medidas de centralización tal como lo es la media aritmética y de dispersión como la desviación estándar, la varianza, el rango esperado de variabilidad y el coeficiente de variación. Debido a que de toda la población se tomaron pequeñas muestras representativas, los cálculos de medición mencionados anteriormente se realizaran teniendo en cuenta que son muestras de la población. Desviación estándar. La varianza representa la media aritmética de las desviaciones con respecto a la media que son elevadas al cuadrado. Expresión de la varianza muestral: = ∑  − ̅  −1 Varianza. La varianza es el cuadrado de la desviación típica Vx = σ Rango esperado de variabilidad. Esta medida de dispersión nos sirve para definir qué tan distantes de la media se encuentran todos los datos. Mientras mayor sea el rango de variabilidad, menor confiabilidad tendrá la media aritmética. Esta medida será representada por la cantidad de veces que cabe la desviación estándar entre la mediana y el máximo valor, indicándose con un signo positivo y con un signo 51 negativo la cantidad de veces que cabe la desviación estándar entre el menor valor y la mediana. Coeficiente de variación. La medida de variabilidad, acusará menor dispersión cuanto menor sea su valor, es decir, mientras menor valor tenga el coeficiente de variabilidad, entonces, la media será más representativa ya que más cercanos estarán el resto de los valores de la media. En la siguiente tabla se representan los porcentajes para el coeficiente de variabilidad que nos indican la aceptabilidad de la media. . . =  ∗ 100  Tabla 5.1 Porcentaje de aceptabilidad del coeficiente de variabilidad Valor del coeficiente de variabilidad Grado en que la media representa a la serie De 0% a menos de 10% Media altamente representativa. De 10% a menos de 20% Media bastante representativa. De 20% a menos de 30% Media tiene representatividad. De 30% a menos de 40% Media cuya representatividad es dudosa De 40% o más. Media carente de representatividad. 5.1. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DE LA MADERA. En la siguiente sección de este capítulo, se mostrarán las medidas de tendencia central así como las medidas de dispersión de cada uno de los tipos de carbones y madera. Detallándose para cada una de las propiedades. 52 Tabla 5.2 Propiedades de la madera conacaste blanco. Conacaste Blanco (Ramas amarillas) PROPIEDAD Prom VAR σ CV Rango(±σ) Humedad 10.44% 0.0115% 1.071% 10.26% 1.523 Volátiles 11.13% 0.0258% 1.61% 14.43% 1.358 Cenizas 6.30% 0.0064% 0.800% 12.71% 1.420 72.14% 0.0376% 1.939% 2.69% 1.558 Carbón Fijo Densidad 0.557 0.01 0.11 19.98% 1.493 La tabla anterior muestra que los coeficientes de variabilidad para los datos obtenidos en las propiedades de la madera Conacaste Blanco (cuyo nombre científico es Albizia caribea) utilizada en el horno metálico portátil se encuentran todos dentro de valores que hacen representativos los promedios, ya que todos los valores de CV son menores al 20%. Tabla 5.3 Propiedades de la madera mango llano. Madera Mango llano σ CV Rango(±σ) PROPIEDAD Prom VAR 10.79% 0.01% 1.01% 9.43% 1.48 Humedad 1.47 17.22% 0.02% 1.29% 9.29% Volátiles 5.09% 0.01% 0.86% 18.28% 1.44 Cenizas 66.90% 0.03% 1.60% 2.37% 1.73 Carbón Fijo 0.67 0.02 0.13 19.59% 1.45 Densidad La tabla anterior muestra que los coeficientes de variabilidad para los datos obtenidos en las propiedades de la madera Mango llano) cuyo nombre científico es Pithecellobium) utilizada en el horno metálico portátil se encuentran todos dentro de valores que hacen representativos los promedios, ya que todos los valores de CV son menores al 20%. 53 5.2. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL HORNO DE RETORTA. Tabla 5.4 Propiedades del carbon en horno retorta CARBON HORNO RETORTA Prom. VAR σ CV Rango(±σ) PROPIEDAD 6.79% 0.0014% 0.380% 5.59% 1.773 Humedad 21.43% 0.0239% 1.54% 7.21% 1.551 Volátiles 3.76% 0.0052% 0.724% 19.26% 1.244 Cenizas 1.693 68.02% 0.0337% 1.836% 2.70% Carbón Fijo 0.301 0.0645% 2.540% 8.45% 1.834 Densidad Ignición (segundos) 37.8 40.2119 6.341 16.79% 1.230 13.52% 0.0046% 0.680% 5.03% 1.489 Fragilidad La tabla anterior muestra que los coeficientes de variabilidad para los datos obtenidos en las propiedades del carbón producido con el horno tipo retorta se encuentran todos dentro de valores que hacen representativos los promedios, ya que todos los valores de CV son menores al 20%. Debido a que los coeficientes de variabilidad son aceptables, se pueden utilizar los promedios para realizar las comparaciones entre los carbones. 5.3. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL HORNO METALICO PORTATIL. La tabla 16 muestra los promedios y las medidas de dispersión para el carbón del horno metálico portatil. 54 Tabla 5.5 Propiedades del carbon del horno metalico portatil CARBON HORNO METALICO PORTATIL Prom. VAR σ CV Rango(±σ) PROPIEDAD 5.55% 0.0031% 0.556% 10.01% 1.480 Humedad 16.92% 0.0114% 1.068% 6.31% 1.616 Volátiles 6.09% 0.0123% 1.109% 18.21% 1.536 Cenizas 71.44% 0.0390% 1.975% 2.77% 1.376 Carbón Fijo 0.303 0.9517% 9.756% 32.16% 1.278 Densidad 1.618 Ignición (segundos) 94.3 83.607 9.144 9.69% 19.83% 0.0495% 2.225% 11.22% 1.426 Fragilidad La tabla anterior muestra que casi todos los coeficientes de variabilidad se encuentran en el porcentaje aceptable, a excepción de la densidad que tiene un CV de 32.16% nos indica que el promedio obtenido es dudoso. Para efectos de este trabajo se utilizará dicho promedio para comparar los carbones tomando en cuenta dicho promedio dudoso. 5.4. CÁLCULO Y ANALISIS DE DATOS ESTADISTICOS DEL CARBON COMERCIAL. La tabla 17 muestra los promedios y las medidas de dispersión para el carbón comercial Dany. Tabla 5.6 Propiedades del carbon comercial Dany CARBON COMERCIAL DANY Prom. VAR σ CV Rango(±σ) PROPIEDAD 4.46% 0.0030% 0.550% 12.34% 1.579 Humedad 11.18% 0.0089% 0.941% 8.41% 1.543 Volátiles 11.26% 0.0094% 0.968% 8.60% 1.391 Cenizas 73.10% 0.0163% 1.277% 1.75% 1.548 Carbón Fijo 0.538 0.8131% 9.017% 16.77% 1.651 Densidad Ignición (segundos) 72.6 82.931 9.107 12.54% 1.422 5.31% 0.3508% 5.923% 15.58% 0.943 Fragilidad La tabla anterior muestra que los coeficientes de variación para los datos obtenidos en las propiedades del carbón comercial DANY se encuentran todos dentro de valores que hacen representativos los promedios, ya que todos los valores de CV son menores al 20%. 55 Debido a que los coeficientes de variabilidad son aceptables, se pueden utilizar los promedios para realizar las comparaciones entre los carbones. 5.5. COMPARACION ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE CARBON La densidad es una propiedad que nos indica que cantidad de materia posee el carbón en un volumen determinado, la gráfica de la densidad nos indica que el carbón con mayor densidad es el carbón comercial Dany, esto no nos indica que el carbón sea mejor ya que puede contener más porcentaje de cenizas que de gases volátiles o viceversa o puede contener más o menos porcentaje de carbón fijo, es por esto que la densidad no es una propiedad que nos diga exactamente si el carbón es de buena o mala calidad. Los resultados reflejados en la gráfica también son producto del método utilizado para la producción del carbón vegetal, un método de producción sin control de temperatura y un mal flujo de gases como lo es el método de parvas o el de fosa hace que el carbón prácticamente se calcine perdiendo así masa y volumen entre otras propiedades, este método es utilizado en la producción del carbón comercial. Es por esto que la densidad en las pruebas realizadas en el carbón comercial es mayor que en los carbones de horno tipo retorta y horno metálico los cuales se fabrican con métodos mucho mas eficientes y con diseños de ingeniería. DENSIDAD 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON COMERCIAL DANY Grafico 5.1 Densidad La humedad del carbón depende de muchos factores del entorno en el que este se encuentra, y debido a que las condiciones de almacenaje son diferentes para cada carbón las humedades también fueron diferentes. 56 En el caso del carbón del horno tipo retorta el almacenaje de este era prácticamente en el suelo al aire libre y propenso a lluvias es por esto que el porcentaje de humedad es el más elevado. En el caso del carbón del horno metálico estaba muy bien almacenado en una bodega techada y en un ambiente relativamente seco y caluroso. Para el carbón comercial no se sabe con qué tipo de almacenaje se cuenta, pero también el porcentaje de humedad bajo puede ser producto del mal proceso de pirolisis que se ha llevado acabo así como también al ser un carbón comercial tiene alta demanda en el mercado y esto puede incurrir en que se empaque rápidamente ganando poca humedad en el proceso. También es de recordar que para la producción del carbón comercial, se emplea el método de fosa o el de parvas, los cuales son muy ineficientes y no controlables. También se puede decir acorde a la tabla #1 del capítulo 3 que el contenido de humedad de los tres carbones no sobre pasan el 7%, estos nos indica que los carbones han sido preservados correctamente pero esto no quiere decir q de la mejor forma. HUMEDAD 8.00% 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00% 1.00% 0.00% CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL Grafico 5.2 Humedad 57 CARBON COMERCIAL DANY Los gases volátiles del carbón si no es la propiedad más importante es una de las más importantes ya que esta define cual carbón es el que tiene más combustible para ser quemado en el proceso en el cual se va a utilizar. Para este caso el carbón con la mayor cantidad de gases volátiles es el producido por el horno tipo retorta, este carbón posee más cantidad de material inflamable en su estructura, lo cual indica que un carbón con un contenido de gases volátiles por arriba de 12% es un carbón con un buen rendimiento térmico, así como lo indica la tabla #1 en el capítulo 3. Esta propiedad del carbón depende básicamente del proceso de producción que se lleve a cabo para obtener el carbón vegetal, y como los datos lo afirman los horno tipo retorta y metálico tradicional producen carbones con más alto contenido de gases volátiles a comparación de los métodos tradicionales ocupados para el carbón comercial, esto se debe a que en los métodos tradicionales no se tiene control alguno de las temperaturas y de los gases de circulación dando como resultado una quema excesiva de la leña a carbonizar y por consecuencia una quema innecesaria del contenido de gases volátiles, no así en los métodos más modernos como el horno tipo retorta y el horno metálico portátil. GASES VOLATILES 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON COMERCIAL DANY Grafico 5.3 Gases Volátiles En la gráfica se puede apreciar que el carbón con mayor porcentaje de carbón fijo es el carbón comercial Dany, esta propiedad va de la mano con la densidad ya que si el 58 porcentaje de carbón fijo es grande el carbón tendrá más masa afectando así la densidad. Según los estándares internacionales los parámetros que se deben de cumplir de carbón fijo para determinar un buen carbón es de un 75% mínimo, si observamos el porcentaje que contienen los tres carbones ni uno cumple este requerimiento, pero aun así el carbón producido por el horno metálico portátil y el carbón comercial Dany no se alejan mucho del 75%, así que podríamos decir que estos dos son los que más se asemejan a un carbón de buena calidad en este sentido. Esta variación se debe más que todo por el proceso de producción utilizado. También se puede observar que si el porcentaje de carbón fijo es menor los gases volátiles aumenta y viceversa, esto se debe al método de producción utilizado ya que si se tiene un proceso de producción sin control alguno (fosa y parvas), los gases volátiles se queman innecesariamente y aumenta así el porcentaje de carbón fijo y viceversa. CARBON FIJO 74.00% 73.00% 72.00% 71.00% 70.00% 69.00% 68.00% 67.00% 66.00% 65.00% CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON COMERCIAL DANY Grafico 5.4 Carbono Fijo El porcentaje de ceniza nos indica en si la porción de materia que no puede ser quemada después de que el carbón ha sido total mente calcinado, es por esto que un carbón con bajo porcentaje de ceniza es mejor ya que se puede decir que toda la masa de carbón es consumible dando como resultado un mejor rendimiento para el proceso de combustión. 59 Se puede observar que el porcentaje de carbón fijo está muy relacionado con el porcentaje de ceniza, se pude observar según las gráficas resultante, que un porcentaje de carbón fijo bajo da un porcentaje de ceniza bajo y así con un porcentaje de carbón fijo alto da un porcentaje de ceniza alto. También según las gráficas anteriores como lo es la de la densidad, se puede hacer una relación muy marcada ya que un carbón con alto porcentaje de ceniza, contiene un alto porcentaje de carbón fijo y también una densidad mayor a la de las demás muestras, según la tabla #1 en el capítulo 3 el porcentaje de ceniza aceptable no debería de superar el 6% por lo cual según esta norma los carbones con mejor calidad son los carbones producidos en los hornos tipo retorta y metálico tradicional. CENIZA 12.00% 10.00% 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 0.00% CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON COMERCIAL DANY Grafico 5.5 Ceniza El tiempo de ignición básicamente es el tiempo que tarda una muestra de carbón en entrar en combustión, en este caso el carbón del horno tipo retorta fue el que tuvo menor tiempo de ignición, esto puede ser debido al alto porcentaje de gases volátiles que tiene, no tanto así con el carbón producido en el horno metálico tradicional y en los métodos tradicionales como el de fosa y el de parvas. 60 TIEMPO [S] IGNICION 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO TRADICIONAL CARBON COMERCIAL DANY Grafico 5.6 Tiempo de Ignición La fragilidad del carbón es una propiedad muy importante para su comercialización, ya que un carbón demasiado quebradizo dificulta la posibilidad de transportarlo y almacenarlo, ya que si este se quiebra pierde masa útil para la utilización en el proceso de combustión traduciéndose esto en una perdida energética debido a que los pedazos finos de carbón no pueden ser quemados. Un carbón puede ser más o menos frágil principalmente a los enlaces que tiene el carbón en su estructura molecular, si un carbón tiene enlaces débiles el carbón se fracturara de forma mas fácil, no así en un carbón con enlaces fuertes en su estructura molecular, esto puede ser producto al contenido de carbón fijo y los enlaces producidos por los gases volátiles, en este aspecto el carbón comercial Dany fue el que tuvo un porcentaje de fragilidad menor. Se puede deducir que debido a que el carbón es comercial, tiene muchos procesos de manipulación, dando como resultado el desprendimiento de las partes frágiles, llegando así al comprador un carbón menos frágil.. 61 FRAGILIDAD Porcentage frágil 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% CARBON CARBON HORNO CARBON HORNO METALICO COMERCIAL DANY RETORTA TRADICIONAL Grafico 5.7 Fragilidad En El Salvador se utilizan diversos tipos de maderas como materia prima para la producción de carbón vegetal, entre ellas están el mango llano (Pithecellobium dulce), el conacastes blanco (Albizia caribea), que son las que se ocupan en el horno tradicional metálico, y el copinol (Hymeneae courbaril) en el horno tipo retorta. La metería prima seleccionada para el proceso de producción del carbón vegetal es un factor muy importante para las propiedades del carbón resultante, ya que cada tipo de madera tiene diferentes propiedades, una de estas y la más importante es el poder calorífico; el poder calorífico de las maderas antes mencionadas se detalla a continuación. Copinol 7300 Kcal/Kg Mango llano 5500 Kcal/Kg Conacastes blanco 5000 Kcal/Kg Para la producción de carbón vegetal se recomienda maderas duras, tales como las de roble, mezquite, quebracho o coronilla, que arden a temperaturas altas y por un tiempo prolongado, con un poder calorífico alrededor de 11000 a 12000 Kcal/Kg. El tipo de madera influye directamente en el tipo de carbón, para el caso del copinol que tiene un poder calórico mayor, pero un tiempo de ignición mayor, puede deberse que el tipo de madera tenga más sustancias no combustibles como pigmentos. 62 CAPÍTULO 6 : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 • CONCLUSIONES. El carbón que satisface las exigencias de los estándares internacionales es el carbón producido por el horno metálico portátil, a pesar que su contenido de carbón fijo no alcanza aun el requerimiento mínimo de 75% su diferencia es pequeña, entre los carbones analizados este carbón es el que ha cumplido con la mayor parte de los requerimiento de las normas establecidas en la tabla 1. • Al observar las gráficas de contenido de gases volátiles, carbón fijo y contenido de cenizas se puede observar una relación muy estrecha entre ellas, podríamos decir que a mayor cantidad de gases volátiles menor es la cantidad de carbón fijo y viceversa, y mientras más carbón fijo tenga mayor porcentaje de cenizas producirá. • En las propiedades de un carbón debe de existir un equilibrio entre ellas, ya que un carbón que posea una gran cantidad de gases volátiles y menos carbón fijo no significa que sea mejor por la razón de que pueda que se queme con mayor rapidez y no dure el tiempo necesario de tal manera que una persona tendrá que utilizar más carbón, y si un carbón posee demasiado carbón fijo tendrá un mayor contenido de cenizas. • El horno que produjo el mejor carbón fue el horno metálico portátil, esto no significa que sea el mejor horno, ya que la producción de los carbones pudo ser afectado por una variedad de factores, en general los dos hornos son buenos para la producción del carbón vegetal ya que el impacto ambientan que produce es relativamente poco además de que no necesitan grandes cantidades de combustible para iniciar el proceso de producción. • El porcentaje de volátiles no influye directamente en el tiempo de ignición ya que no todos los gases volátiles son combustibles. la cantidad de gases volátiles depende del tipo de madera y del tiempo del proceso de carbonización. 63 6.2. • RECOMENDACIONES Debido a que los carbones producidos en los diferentes hornos resultan con diferentes propiedades, entre ellas diferentes tiempos de ignición y diferentes cantidades de carbono fijo, se puede mezclar una determinada cantidad de carbón con tiempo de ignición relativamente rápido y la otra parte del carbón cuyo tiempo de ignición es menor. De esta forma se estará asegurando que al momento de encender el carbón sea fácil de encender y la otra parte más duradera por el alto porcentaje de carbono fijo. • La utilización de un solo tipo de madera en una quema completa, esto como resultado nos dará un carbón con las propiedades iguales en toda la quema. De esta forma tener controlado el tipo de carbón que se está produciendo para poder usarse más apropiadamente de acuerdo a la necesidad. • Controlar las quemas y documentarlas incluyendo los tiempos de tardado en la quema y temperaturas. • Mejorar las condiciones de almacenamiento de la madera para lograr una mejor homogenización de la humedad, además de tratar de reducirla al máximo en dicho almacenamiento. Esto se puede llevar a cabo almacenando la madera en un lugar cerrado en donde la humedad sea mínima y además tapar con plástico toda la leña. Esto proporcionara menos gasto de leña utilizada como combustible, un tiempo menor de producción de carbón y mejor carbón. • Mejorar las condiciones de almacenamiento del carbón (producto final) para que no pierda las propiedades y se deteriore. 64 REFERENCIAS • FAO (Food and Agriculture Organization), http://www.fao.org/docrep/x5555e/x5555e09.htm • a wood testing programme carried out for undp http://books.google.com.sv/books?id=Z8sOAQAAIAAJ&pg=PA245&dq=Pithecol obium&hl=es&ei=xwFZTKKqMofanAeoitToCA&sa=X&oi=book_result&ct=resul t&resnum=4&ved=0CDMQ6AEwAw#v=onepage&q=Pithecolobium&f=false • Universidad Nacional de Colombia (Análisis próximo). http://www.unalmed.edu.co/~ctcarbon/analisis_proximos.htm# Materias Volátiles • Universidad Nacional de Colombia (Análisis de Cenizas) http://www.unalmed.edu.co/~ctcarbon/an%E1lisis_de_cenizas.htm • Carbonizacion industrial. http://users.skynet.be/mariela.tadla/carbonizacion/es/topFrame_2_es.html#tab2tem 9l 65 66 BIBLIOGRAFIA. • Gildaberto Bonilla, [1993] Estadística elementos de estadística descriptiva y probabilidad, 191-230 67 ANEXOS ANEXO A. MARCHAS Medición de la Densidad del Carbón y Leña. Para obtener la densidad del carbón o leña se necesitara conocer la masa y el volumen de una muestra para luego sustituir estos valores en la ecuación: ρ=m/v ρ: Densidad (Kg/m3) m: Masa (Kg) v: Volumen (m3) Para la obtención de estas propiedades se procederá de la siguiente forma: Masa de la muestra de carbón/leña. Se tomara una muestra de carbón/leña con las dimensiones de 1cmx1cmx1cm la cual será pesada en una báscula de triple brazo. Este proceso se llevara a cabo 5 veces para luego sacar el promedio de estos valores, esto es con el objetivo de tener un error mínimo y así tener el valor de masa promedio de la muestra. A-1 Volumen de la muestra de carbón/leña. Se tomara la muestra a la que se le midió la masa y una probeta de 100ml llena hasta la marca de 50ml, luego la muestra es sumergida en 64ml de parafina por 3 a 4 segundos este proceso tendrá el objetivo de crear una pequeña película de parafina alrededor de la muestra para que no entre agua en las porosidades del carbón, se dejara que esta se seque para luego introducir la muestra en la probeta con los 50ml de agua, luego se toma un trozo de alambre de aproximadamente 10cm de longitud, este se colocara sobre la muestra de carbón con fin de sumergirla esto ocasionará que el volumen de agua comience ascender y de una nueva lectura de volumen con este dato se hace la diferencia de volúmenes y así obtendremos el volumen de la muestra de carbón. A-2 Porcentaje de Humedad de Carbón y Leña Para la medición de la humedad contenida en el carbón / leña se procederá con la siguiente serie de paso: Paso1. Se toman la muestra • Para tomar la muestra de carbón, triturar la muestra en un mortero de porcelana y con precisión pesar 3 gramos. • Para tomar la muestra de leña, se toman trozos de un tamaño de 5x5x5cm, se cortan y se dividen en astillas- Paso2. Se seca la muestra a una temperatura constante de 105° C durante 3 horas Figura. A.1 Crisoles con carbón dentro del horno Paso3. Se saca la muestra y se pesa Paso4. Se toma la muestra que se ha pesado y se regresa al secador por otras 3 horas A-3 Figura. A.2 Crisoles en el horno Paso5. Se saca la muestra y se vuelve a pesar, si la muestra no ha variado su valor de peso anterior entonces se detiene el proceso Paso6. Se toma el dato inicial de peso y el dato final de la muestra y se obtiene el peso neto de la muestra por la diferencia de estos datos. A-4 Volátiles del carbón Los volátiles son los gases contenidos dentro del carbón que aún no han sido quemados. El proceso para obtener estos gases es el siguiente (tomado de la FAO). Paso1. Pesar entre uno y dos gramos de la muestra de carbón en un crisol Figura. A.3 Crisoles con carbón Paso2. Triturar el carbón manualmente en un mortero Paso3. Tomar la muestra y sacar la humedad así como en el experimento anterior, si es posible preferiblemente utilizar las mismas muestras obtenidas en la prueba de porcentaje de humedad Paso4. Introducir la muestra en un recipiente de acero inoxidable Paso5. Tapar el recipiente de manera que quede sellado sin acceso de oxígeno, la tapadera deberá tener un agujero que se pueda abrir posteriormenteaso6. Colocar el recipiente en el trípode sobre un mechero A-5 Figura. A.4 Crisol metálico calentándose. Paso7. Calentar con el mechero el recipiente, la distancia máxima entre el recipiente y el mechero debe ser de 6cm Paso8. Después de 2 a 3 minutos de estar calentando el recipiente, abrir el agujero de la tapa para que salgan los gases. Figura. A.5 Crisol metálico con gases volátiles quemándose A-6 Paso9. Esperar hasta que los gases que salen del agujero cesen. Figura. A.6 Crisol metálico enfriandose Paso10. Esperar a que la muestra se enfríe y pesar. A-7 Contenido de Ceniza El porcentaje de ceniza tanto como de la madera como la de carbón son porcentajes que quedan al someter la madera y el carbón a un proceso de calcinación total, este proceso se lleva a cabo de la siguiente manera. Paso 1: Pesar una cantidad de viruta de la muestra seleccionada de la madera a analizar Paso 2: Colar esta muestra de madera o carbon sobre la rejilla especial donde se dará el proceso de calcinación. Figura. A.7 Carbón a ser quemado en la malla. Paso 3: Se procede a armar todo el equipo para dar inicio al proceso de calcinación. A-8 Figura. A.8 Sistema armado para quemar el carbón. Paso 4: Se comienza el proceso de calcinación de la madera o carbón. Figura. A.9Carbón quemándose. Paso 5: Despues de 15 minutos en el fuego se procede a apagar el merchero ya que lo que queda en la rejilla es la ceniza contenida en la muestra. A-9 Figura. A.10 Ceniza. Paso 6: Se procede a pesar la cantidad de ceniza en la rejilla, y con este peso se saca el porcentaje de ceniza en la muestra ya sea de carbón o madera. A-10 Fragilidad Esta prueba se realiza para poder saber que carbón es mejor a la hora de ser transportado, ya que cuando este es transportado tiende a quebrarse dando como resultado una perdida sustancial de producto efectivo a la hora de ser utilizado. Paso 1: Se pesa 0.5 libras de la muestra de carbón a analizar. Paso 2: Ya pesado el carbón se procede a introducirlo al molino de bolas. Figura. A.11 Depósito para molino de bolas. Paso 3: Se hace girar el molino por 15 minutos. A-11 Figura. A.12 Molino de bolas en funcionamiento. Paso 5: Pasados los 15 minutos se para el molino y se procede a abrirlo. Figura. A.13 Carbón duro. Paso 6: Se utilizara un tamiz numero 10 para poder separar los finos del carbón. A-12 Figura. A.14 Tamiz. Paso 7: Se coloca todo el contenido del molino en el tamiz. Figura. A.15 Carbón duro. Paso 8: Se hace cernir el tamiz para poder separar los finos del carbón. A-13 Figura. A.16 Carbón frágil. Paso 9: Se procede a pesar los gruesos por medio de una balanza, y por una diferencia de peso se puede sacar el porcentaje de finos de cada muestra de carbón. A-14 Tiempo de ignición. La Ignición ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente como para sostener la reacción química. Esta prueba se realizó con el objetivo de calcular el tiempo promedio en el cual un volumen determinado de carbón comienza a quemarse. Para poder comparar cual carbón se quema más fácilmente. Procedimiento. Paso 1: Tomar un trozo de carbón de carbón seco lo suficientemente grande como para hacer un cubo de 2cm de lado. Paso 2: Hacer un cubo con el carbón seco de 2cm de lado. Paso 3: Instalar el conjunto y colocar el cubo de carbón a una distancia de 6 cm del mechero Bunsen. Paso 4: Encender el mechero y tomar el tiempo en el cual la cara que se encuentra en contacto íntimo con la llama comience a quemarse. A-15 BITÁCORAS ANEXO B. BITACORAS FECHA: MAYO 15 QUEMA: CERO Parva # HORNO METALICO . Tabla. B.1 Bitácora de madera Tipo de Descripción Madera en % Parva 1: Mango El parva tenía alrededor de 5 metros de largo por llano (troncos 1.5 de alto, la parte inferior tenia troncos gruesos y secos) Representaban un 40% del total de la madera. en reducción hasta arriba, la madera se encontraba seca totalmente, su textura era astillosa y quebradiza, la longitudes de los trozos eran de alrededor de 60 a 70 cm, el color del tronco era marrón, se encontraba a la sombra de los arboles Eran troncos aproximadamente de 60cm a 70cm de Parva 2: Mango largo y con un diámetro de 15 a 20cm, el color era llano (troncos húmedos) Representaba un 30% del total de la madera. marrón oscuro, la superficie se encontraba aun con humedad, la zona donde se encontraba era de tierra negra con poca humedad, se encontraban a la intemperie directamente al sol (esta era la que olía mal como a zorrillo) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Estas eran las ramas delgadas del árbol anterior, Representaba aproximadamente un estabas estaban secas y se encontraban en una zona 20 % del total de la con tierra negra seca, tenían una longitud de 60 a madera. 70cm de largo y un diámetro de unos 3 a 6cm, estas B-1 estaban directamente al sol, este era un parva pequeño. Se encontraba a la intemperie directo al sol Estas eran los troncos amarillos, es una madera muy pesada a pesar de que estaba seco, los troncos Parva 4: tenían medidas irregulares que van desde el tamaño Conacaste de una pequeña rama hasta un tronco de un Representaba Blanco (Ramas aproximadamente un diámetro de 40cm por 70cm de largo, se encontraba 20 % del total de la amarillas) sobre tierra negra seca y al intemperie directamente madera. al sol, este parva también era relativamente pequeño Todos las parvas a excepción de la parva 1 tenían madera que no era astillosa, la parva 1 tiene madera con mucha astilla por lo seca que se encontraba. B-2 BITÁCORA II FECHA:___MAYO 15 QUEMA: LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Horno metálico tradicional CERO Muestra # LM001 HORNO: Tabla. B.2 Bitácora de selección de muestras Parva # Descripción Ubicación del trozo: Inferior en el extremo derecho 1 de la parva Ubicación del trozo: Inferior en el extremo derecho 1 de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo derecho de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo derecho de la parva Ubicación del trozo: Inferior en el centro de la 1 parva de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 1 extremo izquierdo de la parva B-3 BITÁCORA II FECHA:___MAYO 15 QUEMA: LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Horno metálico tradicional CERO Muestra # LM001 HORNO: Tabla. B.3 Bitácora de selección de madera Parva # Descripción Ubicación del trozo: Inferior en el extremo derecho 2 de la parva Ubicación del trozo: Inferior en el extremo derecho 2 de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo derecho de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo derecho de la parva Ubicación del trozo: Inferior en el centro de la 2 parva de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo izquierdo de la parva Ubicación del trozo: Inferior a un cuarto del 2 extremo izquierdo de la parva B-4 DATOS ANEXO C. DATOS DETALLADOS DE MEDICIONES DE PROPIEDADES. Densidad. Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Los datos obtenidos de la masa y el volumen de las muestras de madera son los que se detallan en las siguientes tablas: Tabla. C.1 Densidad Parva 1: Mango llano (troncos secos) Parva 1: Mango llano (troncos secos) MUEST Masa Masa seca RA Humeda gr gr LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 369.300 20.200 189.500 340.800 393.120 64.980 47.640 238.700 60.060 82.680 322.510 17.847 165.225 303.448 352.747 56.715 41.718 213.183 53.069 74.357 C-1 DENSID VOLUM AD (seca) EN ml gr/ml 600.000 0.538 25.000 0.714 250.000 0.661 400.000 0.759 540.000 0.653 95.000 0.597 60.000 0.695 350.000 0.609 70.000 0.758 120.000 0.620 PROMED 0.660 IO Tabla. C.2 Densidad Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) MUEST RA LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Masa Humeda gr 597.900 123.650 74.580 249.050 128.400 269.700 315.700 86.100 68.625 140.000 DENSID Masa seca VOLUM AD (seca) gr EN ml gr/ml 532.550 650.000 0.819 109.616 250.000 0.438 65.146 110.000 0.592 223.074 425.000 0.525 115.701 150.000 0.771 237.741 300.000 0.792 283.404 350.000 0.810 75.691 100.000 0.757 60.555 75.000 0.807 125.906 175.000 0.719 PROMED 0.703 IO Tabla. C.3 Densidad Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) MUEST RA LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Masa Humeda gr 239.600 111.880 15.544 20.055 56.775 44.450 61.830 24.060 27.940 32.600 DENSID Masa seca VOLUM AD (seca) gr EN ml gr/ml 215.065 300.000 0.717 98.633 200.000 0.493 13.924 55.000 0.253 17.969 35.000 0.513 51.444 75.000 0.686 38.787 70.000 0.554 55.431 90.000 0.616 21.697 30.000 0.723 25.004 55.000 0.455 29.318 40.000 0.733 PROMED 0.574 IO C-2 TABLA. C.4 Densidad Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Masa MUEST Masa Humeda RA seca gr gr LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 76.500 120.600 46.700 72.275 163.000 47.300 93.840 86.125 260.750 195.925 68.452 109.167 41.432 64.896 143.244 43.109 85.338 77.237 231.963 173.492 VOLUM EN ml 150.000 200.000 100.000 175.000 250.000 100.000 170.000 125.000 350.000 425.000 PROMED IO DENSI DAD (seca) gr/ml 0.456 0.546 0.414 0.371 0.573 0.431 0.502 0.618 0.663 0.408 0.498 Humedad superficial Es la humedad que pierde la madera cuando se le seca al aire del medio ambiente del laboratorio. De acuerdo a la definición de humedad superficial, se dejó la madera en el medio ambiente del laboratorio por un tiempo de 5 horas. Después de transcurrido ese tiempo se procedió a pesar la madera y el carbón, el resultado en la variación del peso fue nulo. Debido a que la variación del peso durante el proceso de variación es nulo, este tipo de humedad no influirá en el análisis comparativo entre el carbón y la madera que es la materia prima. Humedad residual (ASTM D3173). C-3 Es la humedad que pierde un carbón seco al aire cuando se le somete a una temperatura de 106ºC. Humedad total La humedad total es la suma de la humedad residual y la humedad superficial, pero debido a que la humedad superficial es cero para nuestras mediciones, se tomara como humedad total la humedad residual. Los datos obtenidos a partir del procedimiento antes detallado para la obtención del porcentaje de humedad son los siguientes: C-4 Tabla. C.5 Parva 1: Humedad Mango llano (troncos secos) Muestra LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Muestra LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 1: Mango llano (troncos secos) Crisol+ Peso crisol crisol+mader peso de la peso de madera(g) a madera humedad humedad 18.6088 20.0334 19.8529 1.4246 0.1805 18.2810 19.4485 19.3125 1.1675 0.1360 18.1210 19.4208 19.2543 1.2998 0.1665 19.1586 21.2079 20.9833 2.0493 0.2246 18.6126 19.5284 19.4343 0.9158 0.0941 18.9007 21.1850 20.8944 2.2843 0.2906 17.8450 18.4296 18.3569 0.5846 0.0727 17.6722 19.0023 18.8601 1.3301 0.1422 21.0462 22.4527 22.2890 1.4065 0.1637 19.1422 19.7680 19.7050 0.6258 0.0630 Promedio Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Crisol+ Peso crisol crisol+mader peso de la peso de madera(g) a madera humedad humedad 18.6088 20.0334 19.8777 1.4246 0.1557 18.2810 19.4485 19.3160 1.1675 0.1325 18.1210 19.4208 19.2564 1.2998 0.1644 19.1586 21.2079 20.9942 2.0493 0.2137 18.6126 19.5284 19.4378 0.9158 0.0906 18.9007 21.1850 20.9143 2.2843 0.2707 17.8450 18.4296 18.3698 0.5846 0.0598 17.6722 19.0023 18.8415 1.3301 0.1608 21.0462 22.4527 22.2873 1.4065 0.1654 19.1422 19.7680 19.7050 0.6258 0.0630 Promedio C-5 % humedad 12.67% 11.65% 12.81% 10.96% 10.27% 12.72% 12.43% 10.69% 11.64% 10.07% 11.59% % humedad 10.93% 11.35% 12.65% 10.43% 9.89% 11.85% 10.23% 12.09% 11.76% 10.07% 11.12% Tabla. C.6 Parva 3: Humedad Mango llano (ramas delgadas) Muestra LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Muestra LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Crisol+ Peso crisol crisol+mader peso de la peso de madera(g) a madera humedad humedad 18.6088 20.0334 19.8875 1.4246 0.1459 18.2810 19.4485 19.3103 1.1675 0.1382 18.1210 19.4208 19.2854 1.2998 0.1354 19.1586 21.2079 20.9948 2.0493 0.2131 18.6126 19.5284 19.4424 0.9158 0.0860 18.9007 21.1850 20.8940 2.2843 0.2910 17.8450 18.4296 18.3691 0.5846 0.0605 17.6722 19.0023 18.8717 1.3301 0.1306 21.0462 22.4527 22.3049 1.4065 0.1478 19.1422 19.7680 19.7050 0.6258 0.0630 Promedio Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Crisol+ Peso crisol crisol+mader peso de la peso de madera(g) a madera humedad humedad 18.6088 20.0334 19.8835 1.4246 0.1499 18.2810 19.4485 19.3378 1.1675 0.1107 18.1210 19.4208 19.2742 1.2998 0.1466 19.1586 21.2079 20.9987 2.0493 0.2092 18.6126 19.5284 19.4174 0.9158 0.1110 18.9007 21.1850 20.9826 2.2843 0.2024 17.8450 18.4296 18.3766 0.5846 0.0530 17.6722 19.0023 18.8650 1.3301 0.1373 21.0462 22.4527 22.2974 1.4065 0.1553 19.1422 19.7680 19.6963 0.6258 0.0717 Promedio C-6 % humedad 10.24% 11.84% 10.42% 10.40% 9.39% 12.74% 10.35% 9.82% 10.51% 10.07% 10.58% % humedad 10.52% 9.48% 11.28% 10.21% 12.12% 8.86% 9.06% 10.32% 11.04% 11.45% 10.43% Gases volátiles. La cantidad de gases volátiles son expulsados al calentarse la madera en ausencia de oxígeno, los datos obtenidos de las masas antes y después de calentarse el crisol me acero inoxidable se presentan en la siguientes tablas: Tabla. C.7 Gases Volatiles Parva 1: Mango llano (troncos secos) Mustra Peso crisol (g) LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 148.5345 Parva 1: Mango llano (troncos secos) Crisol+ crisol+mader peso de madera a sin madera secahumedad seca volátiles 149.7786 149.5513 1.2441 149.5660 149.3624 1.0315 149.6678 149.4640 1.1333 150.3592 149.9809 1.8247 149.3562 149.1992 0.8217 150.5282 150.1430 1.9937 149.0464 148.9541 0.5119 149.7224 149.5094 1.1879 149.7773 149.5589 1.2428 149.0973 149.0010 0.5628 C-7 peso de volátiles % Volátiles 0.2273 0.2036 0.2038 0.3783 0.1570 0.3852 0.0924 0.2130 0.2184 0.0963 Promedio 18.27% 19.74% 17.98% 20.73% 19.11% 20.21% 18.04% 17.93% 17.57% 17.11% 18.67% Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Crisol+ crisol+mader peso de Peso crisol madera peso de a sin madera (g) secavolátiles humedad seca volátiles 148.5345 149.8034 149.4678 1.2689 0.3356 148.5345 149.5695 149.3084 1.0350 0.2611 148.5345 149.6699 149.3543 1.1354 0.3156 148.5345 150.3701 149.8954 1.8356 0.4746 148.5345 149.3597 149.1414 0.8252 0.2183 148.5345 150.5481 149.9987 2.0136 0.5494 148.5345 149.0593 148.9319 0.5248 0.1274 148.5345 149.7038 149.4033 1.1693 0.3005 148.5345 149.7756 149.4569 1.2411 0.3187 148.5345 149.0973 148.9418 0.5628 0.1555 Promedio % Volátiles 26.45% 25.22% 27.80% 25.86% 26.46% 27.28% 24.27% 25.70% 25.68% 27.63% 26.23% Tabla. C.8 Gases Volátiles Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Crisol+ crisol+mader peso de Peso crisol madera peso de a sin madera secavolátiles (g) humedad seca volátiles 67.8855 69.1642 68.8401 1.2787 0.3241 67.8855 68.9148 68.6562 1.0293 0.2586 67.8855 69.0499 68.7565 1.1644 0.2934 67.8855 69.7217 69.2762 1.8362 0.4455 67.8855 68.7153 68.4965 0.8298 0.2188 67.8855 69.8788 69.3662 1.9933 0.5126 67.8855 68.4096 68.2810 0.5241 0.1286 67.8855 69.0850 68.7816 1.1995 0.3034 67.8855 69.1442 68.8205 1.2587 0.3236 67.8855 68.4483 68.3016 0.5628 0.1467 Promedio C-8 % Volátiles 25.35% 25.12% 25.20% 24.26% 26.37% 25.72% 24.53% 25.29% 25.71% 26.06% 25.36% Tabla. C.9 Gases Volátiles Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Crisol+ crisol+mader peso de Peso crisol madera peso de a sin madera (g) secavolátiles humedad seca volátiles 67.8855 69.1602 68.9817 1.2747 0.1785 67.8855 68.9423 68.7879 1.0568 0.1545 67.8855 69.0387 68.9066 1.1532 0.1321 67.8855 69.7256 69.4471 1.8401 0.2785 67.8855 68.6903 68.5829 0.8048 0.1074 67.8855 69.9674 69.7246 2.0819 0.2428 67.8855 68.4171 68.3605 0.5316 0.0566 67.8855 69.0783 68.9322 1.1928 0.1462 67.8855 69.1367 69.0069 1.2512 0.1298 67.8855 68.4396 68.3815 0.5541 0.0581 Promedio C-9 % Volátiles 14.00% 14.62% 11.45% 15.14% 13.35% 11.66% 10.66% 12.25% 10.38% 10.49% 12.40% Contenido de Ceniza. Al quemarse completamente la madera, al hacer combustión completa queda como resultado únicamente las cenizas que se detallan a continuación: Tabla. C.10 Ceniza Parva 1: Mango llano (troncos secos) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 peso de rejilla 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 Parva 1: Mango llano (troncos secos) rejilla con rejilla con peso de peso de Madera ceniza madera ceniza 34.3990 33.5489 1.0168 0.1667 34.2101 33.5055 0.8279 0.1233 34.3117 33.5202 0.9295 0.1380 34.8286 33.5514 1.4464 0.1692 34.0469 33.4688 0.6647 0.0866 34.9907 33.6755 1.6085 0.2933 33.8018 33.4569 0.4196 0.0747 34.3571 33.5668 0.9749 0.1846 34.4066 33.5279 1.0244 0.1457 33.8487 33.4412 0.4665 0.0590 Promedio C-10 % ceniza 13.40% 11.95% 12.18% 9.27% 10.54% 14.71% 14.59% 15.54% 11.72% 10.49% 12.44% Tabla. C.11Ceniza Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 peso de rejilla 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) rejilla con rejilla con peso de peso de Madera ceniza madera ceniza 34.3155 33.4331 0.9333 0.0509 34.1561 33.4430 0.7739 0.0608 34.2020 33.4293 0.8198 0.0471 34.7431 33.4922 1.3609 0.1100 33.9891 33.4255 0.6069 0.0433 34.8464 33.4567 1.4642 0.0745 33.7796 33.4039 0.3974 0.0217 34.2510 33.4205 0.8688 0.0383 34.3046 33.4362 0.9224 0.0540 33.7895 33.3990 0.4073 0.0168 Promedio % ceniza 4.01% 5.88% 4.14% 6.00% 5.25% 3.70% 4.14% 3.28% 4.35% 2.98% 4.37% Tabla. C.12 Ceniza Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 peso de rejilla 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 33.3822 Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) rejilla con rejilla con peso de peso de Madera ceniza madera ceniza 34.3368 33.4722 0.9546 0.0900 34.1529 33.4518 0.7707 0.0696 34.2532 33.4664 0.8710 0.0842 34.7729 33.5019 1.3907 0.1197 33.9932 33.4495 0.6110 0.0673 34.8629 33.5501 1.4807 0.1679 33.7777 33.4157 0.3955 0.0335 34.2783 33.4649 0.8961 0.0827 34.3172 33.4650 0.9350 0.0828 33.7983 33.4283 0.4161 0.0461 Promedio C-11 % ceniza 7.04% 6.76% 7.23% 6.52% 8.11% 8.42% 6.39% 6.90% 6.58% 8.20% 7.21% Tabla. C.13 Ceniza Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) Muestr a LM001 LM002 LM003 LM004 LM005 LM006 LM007 LM008 LM009 LM010 Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) peso de rejilla con rejilla con peso de peso de rejilla Madera ceniza madera ceniza 33.3822 34.4784 33.4643 1.0962 0.0821 33.3822 34.2846 33.4702 0.9024 0.0880 33.3822 34.4033 33.4636 1.0211 0.0814 33.3822 34.9438 33.5224 1.5616 0.1402 33.3822 34.0796 33.4315 0.6974 0.0493 33.3822 35.2213 33.5394 1.8391 0.1572 33.3822 33.8572 33.4163 0.4750 0.0341 33.3822 34.4289 33.4524 1.0467 0.0702 33.3822 34.5036 33.4657 1.1214 0.0835 33.3822 33.8782 33.4281 0.4960 0.0459 Promedio C-12 % ceniza 6.44% 8.33% 7.06% 7.62% 6.12% 7.55% 6.42% 5.89% 6.68% 8.28% 7.04% Carbón fijo (ASTM D-3172). El carbono fijo es la parte que no es volátil y que quema en estado sólido. Se encuentra en el residuo de coque que queda en el crisol luego de determinadas las materias volátiles. Si a este residuo se le restan las cenizas se obtiene el carbono fijo, por lo que generalmente el porcentaje de carbono fijo no se obtiene pesando el residuo, sino por diferencia una vez conocidas la humedad, las cenizas y las materias volátiles. Los datos obtenidos para cada muestra de carbón son los siguientes: Tabla. C.14 Carbón fijo Parva 1 Y 2: Mango llano (troncos secos) Parva 1: Mango llano (troncos secos) Peso de Muestr %Carbon carbón a o fijo fijo LM001 0.850 68.33% LM002 0.705 68.31% LM003 0.791 69.84% LM004 1.277 70.00% LM005 0.578 70.35% LM006 1.315 65.97% LM007 0.345 67.37% LM008 0.790 66.53% LM009 0.879 70.71% LM010 0.407 72.40% Promedio 68.98% Parva 2: Mango llano (troncos húmedos) Peso de Muestr %Carbon carbón a o fijo fijo LM001 0.882 69.54% LM002 0.713 68.90% LM003 0.773 68.06% LM004 1.251 68.15% LM005 0.564 68.29% LM006 1.390 69.02% LM007 0.376 71.58% LM008 0.831 71.03% LM009 0.868 69.97% LM010 0.391 69.39% Promedio 69.39% C-13 Tabla. C.15 Carbón fijo Parva 2 Y 3: Mango llano (troncos secos) Parva 3: Mango llano (ramas delgadas) Muestr Peso de a carbón fijo LM001 0.865 LM002 0.701 LM003 0.787 LM004 1.271 LM005 0.544 LM006 1.313 LM007 0.362 LM008 0.813 LM009 0.852 LM010 0.370 Promedio Parva 4: Conacaste Blanco (Ramas amarillas) %Carbono fijo Muestr Peso de %Carbono a carbón fijo fijo 67.62% 68.11% 67.57% 69.22% 65.52% 65.86% 69.08% 67.81% 67.71% 65.74% 67.42% LM001 1.014 LM002 0.814 LM003 0.940 LM004 1.421 LM005 0.648 LM006 1.682 LM007 0.441 LM008 0.976 LM009 1.038 LM010 0.450 Promedio C-14 79.56% 77.05% 81.49% 77.25% 80.53% 80.79% 82.92% 81.86% 82.95% 81.23% 80.56% MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL CARBÓN. Densidad. Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Los datos obtenidos de la masa y el volumen de las muestras de carbón son los que se detallan en las siguientes tablas: Tabla. C.16 Densidad carbón horno retorta CARBON HORNO RETORTA MUEST Masa Masa seca RA Humeda gr gr CR1 CR2 CR3 CR4 CR5 CR6 CR7 CR8 CR9 CR10 19.565 36.038 15.544 6.172 9.305 11.480 14.950 29.678 23.712 22.211 18.256 33.483 14.479 5.751 8.674 10.731 13.967 27.394 22.162 20.801 C-15 DENSID VOLUM AD (seca) EN ml gr/ml 65.000 0.281 130.000 0.258 60.000 0.241 20.000 0.288 30.000 0.289 40.000 0.268 50.000 0.279 110.000 0.249 80.000 0.277 70.000 0.297 PROMED 0.273 IO Tabla. C.17 Densidad carbón horno metálico portátil CARBON HORNO METALICO PORTATIL Masa DENSID MUEST Masa seca VOLUM Humeda AD (seca) RA gr EN ml gr gr/ml CM1 25.000 23.745 150.000 0.158 CM2 6.100 5.802 20.000 0.290 CM3 20.500 19.297 50.000 0.386 CM4 6.172 5.769 35.000 0.165 CM5 9.305 8.808 50.000 0.176 CM6 10.400 9.882 25.000 0.395 CM7 13.055 12.315 35.000 0.352 CM8 20.550 19.274 75.000 0.257 CM9 15.885 15.057 45.000 0.335 CM10 22.380 21.091 60.000 0.352 PROMED 0.287 IO CARBON DANY MUESTR Masa Masa seca VOLUME A Humeda gr gr N ml CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 CO8 CO9 CO10 6.006 8.416 8.710 7.521 9.305 20.922 25.335 34.950 27.538 43.020 5.752 8.002 8.363 7.230 8.890 19.949 24.400 33.199 26.343 40.684 C-16 10.000 15.000 13.000 16.000 25.000 33.000 45.000 75.000 49.000 90.000 PROMEDI O DENSIDA D (seca) gr/ml 0.575 0.533 0.643 0.452 0.356 0.605 0.542 0.443 0.538 0.452 0.514 Humedad superficial Es la humedad que pierde el carbón cuando se le seca al aire del medio ambiente del laboratorio. De acuerdo a la definición de humedad superficial, se dejó el carbón y la madera en el medio ambiente del laboratorio por un tiempo de 5 horas. Después de transcurrido ese tiempo se procedió a pesar la madera y el carbón, el resultado en la variación del peso fue nulo. Debido a que la variación del peso durante el proceso de variación es nulo, este tipo de humedad no influirá en el análisis comparativo entre el carbón y la madera que es la materia prima. Humedad residual (ASTM D3173). Es la humedad que pierde un carbón seco al aire cuando se le somete a una temperatura de 106ºC. Humedad total La humedad total es la suma de la humedad residual y la humedad superficial, pero debido a que la humedad superficial es cero para nuestras mediciones, se tomara como humedad total la humedad residual. Los datos obtenidos a partir del procedimiento antes detallado para la obtención del porcentaje de humedad son los siguientes: C-17 Tabla. C.18 Humedad carbón horno retorta Cris ol CR1 CR2 CR3 CR4 CR5 CR6 CR7 CR8 CR9 CR1 0 CARBON HORNO RETORTA Crisol+ Peso crisol crisol+carbo peso de carbon(g) n carbón humedad 18.6088 20.0987 19.9990 1.4899 18.2810 19.6310 19.5353 1.3500 18.1210 19.6067 19.5049 1.4857 19.1586 20.7624 20.6529 1.6038 18.6126 20.6275 20.4910 2.0149 18.9007 20.5189 20.4133 1.6182 17.8450 20.1193 19.9697 2.2743 17.6722 20.1555 19.9644 2.4833 21.0462 23.1686 23.0299 2.1224 19.1422 21.0733 20.9507 1.9311 peso de humedad % humedad 0.0997 0.0957 0.1018 0.1095 0.1365 0.1056 0.1496 0.1911 0.1387 6.69% 7.09% 6.85% 6.83% 6.77% 6.53% 6.58% 7.70% 6.54% 0.1226 6.35% Promedio 6.79% Tabla. C.19 Humedad carbón horno metálico portátil Criso Peso crisol l (g) CM1 CM2 CM3 CM4 CM5 CM6 CM7 CM8 CM9 CM1 0 18.6088 18.2810 18.1210 19.1586 18.6126 18.9007 17.8450 17.6722 21.0462 19.1422 CARBON HORNO METALICO PORTATIL Crisol+ crisol+carbo peso de peso de carbonn carbón humedad humedad 21.0234 20.9022 2.4146 0.1212 19.3427 19.2908 1.0617 0.0519 20.3428 20.2124 2.2218 0.1304 21.0876 20.9614 1.9290 0.1262 20.9753 20.8491 2.3627 0.1262 19.7395 19.6977 0.8388 0.0418 19.0467 18.9786 1.2017 0.0681 18.4582 18.4094 0.7860 0.0488 22.5382 22.4605 1.4920 0.0777 22.0376 21.8708 C-18 2.8954 % humedad 5.02% 4.89% 5.87% 6.54% 5.34% 4.98% 5.67% 6.21% 5.21% 0.1668 5.76% Promedio 5.55% Tabla. C.20 Humedad carbón horno retorta Cris ol CR1 CR2 CR3 CR4 CR5 CR6 CR7 CR8 CR9 CR1 0 CARBON HORNO RETORTA Crisol+ Peso crisol crisol+carbo peso de carbon(g) n carbón humedad 18.6088 20.0987 19.9990 1.4899 18.2810 19.6310 19.5353 1.3500 18.1210 19.6067 19.5049 1.4857 19.1586 20.7624 20.6529 1.6038 18.6126 20.6275 20.4910 2.0149 18.9007 20.5189 20.4133 1.6182 17.8450 20.1193 19.9697 2.2743 17.6722 20.1555 19.9644 2.4833 21.0462 23.1686 23.0299 2.1224 19.1422 21.0733 20.9507 C-19 1.9311 peso de humedad % humedad 0.0997 0.0957 0.1018 0.1095 0.1365 0.1056 0.1496 0.1911 0.1387 6.69% 7.09% 6.85% 6.83% 6.77% 6.53% 6.58% 7.70% 6.54% 0.1226 6.35% Promedio 6.79% Gases volátiles Después de secar el carbón completamente cuyos datos son las tablas anteriores, se utilizaron las mismas muestras de carbón para medir el contenido de gaseses volátiles, utilizando el crisol de acero inoxidable que se fabricó para ello y se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla. C.21 Gases volátiles carbón horno retorta CARBON HORNO RETORTA crisol+carbo Crisol+ Muestr Peso crisol peso de n sin carbona (g) carbón seco humedad volátiles CR1 67.8855 69.2757 68.9296 1.3902 CR2 67.8855 69.1398 68.8626 1.2543 CR3 67.8855 69.2694 68.9495 1.3839 CR4 67.8855 69.3798 69.0170 1.4943 CR5 67.8855 69.7639 69.3746 1.8784 CR6 67.8855 69.3981 69.0531 1.5126 CR7 67.8855 70.0102 69.5585 2.1247 CR8 67.8855 70.1777 69.5790 2.2922 CR9 67.8855 69.8692 69.4091 1.9837 CR10 67.8855 69.6940 69.3062 1.8085 C-20 peso de volátiles % Volátiles 0.3461 0.2772 0.3199 0.3628 0.3893 0.3450 0.4517 0.5987 0.4601 0.3878 Promedio 24.90% 22.10% 23.11% 24.28% 20.72% 22.81% 21.26% 26.12% 23.20% 21.44% 22.99% Tabla. C.22 Gases volátiles carbón horno metálico portátil CARBON HORNO METALICO PORTATIL crisol+carbo Crisol+ Muestr Peso crisol peso de peso de n sin carbona (g) carbón seco volátiles humedad volátiles CM1 67.8855 70.1789 69.7822 2.2934 0.3967 CM2 67.8855 68.8953 68.7324 1.0098 0.1629 CM3 67.8855 69.9769 69.5883 2.0914 0.3886 CM4 67.8855 69.6883 69.3803 1.8028 0.3081 CM5 67.8855 70.1220 69.7244 2.2365 0.3976 CM6 67.8855 68.6825 68.5249 0.7970 0.1576 CM7 67.8855 69.0191 68.8290 1.1336 0.1901 CM8 67.8855 68.6227 68.4888 0.7372 0.1339 CM9 67.8855 69.2998 69.0394 1.4143 0.2604 CM10 67.8855 70.6141 70.0912 2.7286 0.5229 Promedio % Volátiles 17.30% 16.13% 18.58% 17.09% 17.78% 19.77% 16.77% 18.16% 18.41% 19.16% 17.92% Tabla. C.23 Gases volátiles carbón Dany CARBON DANY crisol+carbo Crisol+ Muestr Peso crisol peso de n sin carbona (g) carbón seco humedad volátiles CO1 67.8855 69.0104 68.8928 1.1249 CO2 67.8855 69.8285 69.5747 1.9430 CO3 67.8855 69.4348 69.2471 1.5493 CO4 67.8855 69.4272 69.2340 1.5417 CO5 67.8855 69.8107 69.5996 1.9252 CO6 67.8855 69.4285 69.2744 1.5430 CO7 67.8855 70.0759 69.8146 2.1904 CO8 67.8855 70.2444 69.9479 2.3589 CO9 67.8855 69.9158 69.6857 2.0303 CO10 67.8855 69.7117 69.4914 1.8262 C-21 peso de volátiles % Volátiles 0.1176 0.2538 0.1877 0.1933 0.2112 0.1541 0.2613 0.2965 0.2301 0.2203 Promedio 10.45% 13.06% 12.11% 12.54% 10.97% 9.98% 11.93% 12.57% 11.33% 12.07% 11.70% Contenido de Ceniza (ASTM D3174, ISO 1171). Las cenizas de un carbón son un producto de la combustión, es decir un residuo de la calcinación a 750ºC (ASTM) ó 815ºC (ISO) de minerales y sales existentes en el carbón. Las primeras pruebas efectuadas para obtener el contenido de ceniza se realizaron por medio de una mufla, el porcentaje de ceniza obtenido por medio de este método fue de 8.6%. Se optò por buscar un método igual de confiable debido a la disponibilidad del equipo (mufla); la prueba se realizó como se describió anteriormente en el numeral 4.1.4. Al realizar las pruebas con el nuevo método elegido se obtuvo resultados confiables ya que el porcentaje de error fuè menor del 1%. Debido al mínimo porcentaje de error del método antes mencionado se decidió por hacer todas las pruebas consecutivas, obteniendo los siguientes datos: Tabla. C.24 Ceniza carbón horno retorta Muestr a CR1 CR2 CR3 CR4 CR5 CR6 CR7 CR8 CR9 CR10 peso de rejilla 33.3822 33.3835 33.3849 33.3854 33.3865 33.3870 33.3875 33.3883 33.3890 33.3900 CARBON HORNO RETORTA rejilla con rejilla con peso de carbón ceniza Carbón 34.4263 33.4288 1.0441 34.3606 33.4498 0.9771 34.4489 33.4391 1.0640 34.5169 33.4582 1.1315 34.8756 33.4482 1.4891 34.5546 33.4370 1.1676 35.0605 33.4985 1.6730 35.0818 33.4767 1.6935 34.9126 33.4578 1.5236 34.8107 33.4607 1.4207 C-22 peso de ceniza 0.0466 0.0663 0.0542 0.0728 0.0617 0.0500 0.1110 0.0884 0.0688 0.0707 Promedio % ceniza 3.35% 5.28% 3.92% 4.87% 3.28% 3.31% 5.22% 3.86% 3.47% 3.91% 4.05% TABLA. C.25 CENIZA CARBON HORNO METALICO PORTATIL Muestr a CM1 CM2 CM3 CM4 CM5 CM6 CM7 CM8 CM9 CM10 CARBON HORNO METALICO PORTATIL peso de rejilla con rejilla con peso de peso de rejilla carbón ceniza Carbón ceniza 33.3822 35.2789 33.5208 1.8967 0.1386 33.3835 34.2304 33.4385 0.8469 0.0550 33.3849 35.0877 33.5282 1.7028 0.1433 33.3854 34.8802 33.4788 1.4948 0.0934 33.3865 35.2254 33.5339 1.8389 0.1474 33.3870 34.0264 33.4360 0.6394 0.0490 33.3875 34.3310 33.4424 0.9435 0.0549 33.3883 33.9916 33.4477 0.6033 0.0594 33.3890 34.5429 33.5081 1.1539 0.1191 33.3900 35.5957 33.5799 2.2057 0.1899 Promedio % ceniza 6.04% 5.18% 6.45% 4.84% 6.24% 5.84% 4.57% 7.56% 7.98% 6.56% 6.13% Tabla. C.26 Ceniza Carbón Dany Muestr a CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 CO8 CO9 CO10 peso de rejilla 33.3822 33.3835 33.3849 33.3854 33.3865 33.3870 33.3875 33.3883 33.3890 33.3900 rejilla con carbón 34.3895 35.0727 34.7465 34.7339 35.1006 34.7759 35.3166 35.4507 35.1892 34.9959 CARBON DANY rejilla con peso de ceniza Carbón 33.5175 1.0073 33.6338 1.6892 33.5480 1.3616 33.5565 1.3485 33.6434 1.7141 33.5881 1.3889 33.6381 1.9291 33.6376 2.0624 33.6116 1.8002 33.6098 1.6059 C-23 peso de ceniza 0.1353 0.2503 0.1631 0.1711 0.2569 0.2011 0.2506 0.2493 0.2226 0.2198 Promedio % ceniza 12.03% 12.88% 10.53% 11.10% 13.34% 13.04% 11.44% 10.57% 10.97% 12.03% 11.79% Carbón fijo (ASTM D-3172). El carbono fijo es la parte que no es volátil y que quema en estado sólido. Se encuentra en el residuo de coque que queda en el crisol luego de determinadas las materias volátiles. Si a este residuo se le restan las cenizas se obtiene el carbono fijo, por lo que generalmente el porcentaje de carbono fijo no se obtiene pesando el residuo, sino por diferencia una vez conocidas la humedad, las cenizas y las materias volátiles. Los datos obtenidos para cada muestra de carbón son los siguientes: Tabla. C.27 Carbono fijo horno retorta y metálico portátil CARBON HORNO RETORTA CARBON HORNO METALICO PORTATIL Peso de %Carbon carbón o fijo fijo CR1 0.997 71.75% CR2 0.911 72.62% CR3 1.010 72.97% CR4 1.059 70.85% CR5 1.427 75.99% CR6 1.118 73.89% CR7 1.562 73.52% CR8 1.605 70.02% CR9 1.455 73.34% CR10 1.350 74.65% Promedio 72.96% Peso de carbón fijo CM1 1.758 CM2 0.792 CM3 1.559 CM4 1.401 CM5 1.691 CM6 0.590 CM7 0.889 CM8 0.544 CM9 1.035 CM10 2.016 Promedio Muestr a Muestr a C-24 %Carbon o fijo 76.66% 78.42% 74.57% 77.73% 75.63% 74.08% 78.38% 73.78% 73.17% 73.88% 75.63% Tabla. C.28 Carbón fijo en carbón dany CARBON DANY Muestr Peso de a carbón fijo CO1 0.872 CO2 1.439 CO3 1.199 CO4 1.177 CO5 1.457 CO6 1.188 CO7 1.678 CO8 1.813 CO9 1.578 CO10 1.386 Promedio C-25 %Carbono fijo 77.52% 74.05% 77.36% 76.37% 75.69% 76.98% 76.63% 76.86% 77.70% 75.90% 76.51% Tiempo para la ignición La calentar directamente los cubitos preparados anteriormente de 2 cm de arista, de tal forma que el fuego y una cara del cubo tengan contacto íntimo entre ambas hasta observar que toda la cara se encontraba en combustión se procedió a determinar cada tiempo para las muestras obteniendo los tiempos siguientes: Tabla. C.29 Tiempo de ignición en carbones de horno retorta y metálico portátil CARBON DE HORNO RETORTA Tiempo Muestra Peso. gr. (s) CR1 2.408 45.040 CR2 2.218 31.134 CR3 2.344 30.027 CR4 2.469 41.362 CR5 2.481 31.923 CR6 2.296 44.065 CR7 2.392 45.625 CR8 2.158 32.104 CR9 2.371 41.697 CR10 2.904 34.753 Promedio 37.773 CARBON DE HORNO METALICO PORTATIL Tiempo Muestra Peso. gr. (s) CM1 1.333 88.608 CM2 2.440 98.282 CM3 3.280 82.122 CM4 1.411 96.399 CM5 1.489 102.940 CM6 3.328 100.020 CM7 2.984 78.177 CM8 2.192 93.236 CM9 2.824 95.608 CM10 2.984 107.766 Promedio 94.316 C-26 Tabla. C.30 Tiempo de ignición en carbón Dany CARBON DANY Muestra Peso. gr. CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 CO8 CO9 CO10 48.048 67.326 69.677 60.168 74.436 167.376 202.680 279.600 220.304 344.160 Promedio C-27 Tiempo (s) 73.632 68.491 84.902 62.181 64.506 70.644 74.094 60.678 86.570 80.326 72.602 Fragilidad La fragilidad se obtuvo por medio de un molido giratorio, dentro de un recipiente se introducen las muestras de carbón y se hace girar 15 minutos, la cantidad resultante de un tamaño inferior al tamiz es el porcentaje frágil. Tabla. C.31 Fragilidad en carbón de horno retorta CARBON DE HORNO RETORTA Tamiz : Malla: 2mm Prueb a Peso inicial (oz) Peso final gruesos (oz) Porcentaje frágil CR1 CR2 CR3 CR4 CR5 CR6 CR7 CR8 CR9 CR10 7.985 8.004 8.050 7.991 7.983 8.007 8.033 7.966 8.010 8.039 6.848 6.998 6.962 6.826 6.975 6.897 6.958 6.944 6.893 6.941 PROMEDIO 14.24% 12.56% 13.51% 14.58% 12.63% 13.86% 13.39% 12.83% 13.95% 13.66% 13.52% 67 RPM C-28 Tabla. C.32 Fragilidad carbón de horno metálico portátil CARBON DE HORNO METALICO PORTATIL Tamiz Malla: 2mm 67 RPM : Peso final Prueb Peso inicial gruesos Porcentaje frágil a (oz) (oz) CM1 8.095 6.655 17.79% CM2 8.015 6.370 20.52% CM3 8.039 6.550 18.53% CM4 8.038 6.648 17.30% CM5 8.013 6.439 19.65% CM6 8.013 6.280 21.63% CM7 8.036 6.542 18.59% CM8 8.016 6.586 17.84% CM9 7.955 6.147 22.74% CM10 7.977 6.090 23.65% PROMEDI 19.82% O Tabla. C.33 Fragilidad carbón Dany CARBON DANY Tamiz : Malla: 2mm Prueb Peso inicial (oz) a CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 CO8 CO9 CO10 8.000 7.968 8.008 8.016 8.035 8.046 7.959 7.950 8.005 8.034 67 RPM Peso final gruesos (oz) 7.629 7.547 7.634 7.528 7.733 7.664 7.503 7.487 7.502 7.550 PROMEDIO C-29 Porcentaje frágil 4.64% 5.27% 4.67% 6.10% 3.75% 4.75% 5.73% 5.83% 6.28% 6.02% 5.30%