APROVECHAMIENTO DEL BAGAZO DE CAA Y OTROS RESIDUOS AGRCOLAS EN LA ELABORACIN DE BRIQUETAS COMBUSTIBLE

IINTRODUCCIN

El Per es un pas con un elevado potencial de recursos naturales, los cuales han generado diferentes industrias a lo largo y ancho de su territorio. La Regin San Martn, por estar ubicada en la Amazona Peruana, presenta condiciones favorables que le ha permitido el desarrollo y aprovechamiento de especies vegetales, forestales y agrcolas, as como del potencial ganadero, acucola, energtico y turstico; caractersticas que la convierten en un eje de desarrollo capaz de influenciar a otras regiones aledaas. Las actividades extractivas y de transformacin de especies vegetales generan residuos y desperdicios muchas veces de mayor volumen que el de los productos y subproductos.

El bagazo (o megazo) es uno de estos residuos, resultante de la molienda o difusin de la caa de azcar, la fibra leosa de la caa, en la que permanecen el jugo residual y la humedad provenientes del proceso de extraccin de las pequeas industrias dedicadas a la produccin de aguardiente y chancaca en la Regin San Martn. Y, adems de bagazo, los molinos de arroz y las industrias productoras de pasta de cacao, as como las cosechas del caf, pltano, maz, etc., producen gran cantidad de residuos que podran ser tiles por su valor biomsico.

Una forma de aprovechar estos desechos y desperdicios sera la de transformarlas en briquetas combustibles (puesto que son de naturaleza celulsica o biomasa en general), contribuyendo as a la solucin de la probable contaminacin ambiental producida por estos desechos y a la utilizacin de los mismos como una alternativa energtica para la Regin San Martn, especialmente en las comunidades rurales. Por tanto, el presente informe, pretende dar a conocer los beneficios del aprovechamiento de los residuos agrcolas, en forma de briquetas combustibles as como la utilizacin de las mismas como alternativa para solucionar el problema de consumo de energa en el rea rural.

1.1

Alcances

Los residuos agrcolas a menudo desechados o quemados como basuras (residuos) aparecen en grandes cantidades y tienen el potencial suficiente para ser una fuente importante de combustible para muchas personas en las reas rurales.

Sin embargo, a menudo se afirma que debido a que los residuos agrcolas son basuras, ellos estn libremente disponibles, pero esto no siempre es el caso.

Inicialmente los residuos pueden no tener ningn costo, pero una vez en el mercado los residuos podran adquirir un valor monetario que aumentar el precio de los aglomerados. En algunos casos, los residuos pueden ser usados por la comunidad local para varios propsitos: combustible, forraje de animales, etc.

Aunque es posible usarlos directamente, muchos residuos estn sueltos, son materiales de baja densidad lo cual hace difcil quemarlos de manera eficaz y controlada. Convirtindolos en una forma ms densa, como un aglomerado, podra proporcionar un combustible que es ms fcil quemar.

Para el briquetado, es esencial un proceso mecnico, requiriendo inversin en equipos y un entrenamiento para asegurar productos de buena calidad.

Aunque comnmente se considera que para tecnologas de presin se requiere un costo relativamente alto, se pueden usar tcnicas de baja presin a bajos costos para producir los aglomerados aceptables.

2. Limitaciones

Las limitaciones podran estar enmarcadas dentro del contexto de generacin de volumen de desechos, localizacin de las reas de mayor produccin de los mismos y el tipo de aglutinante a ser utilizado para la aglomeracin de los residuos y su transformacin en briquetas si la tecnologa a aplicarse para ello fuera de punta.

La metodologa propuesta para la transferencia de tecnologa en elaboracin de briquetas, en las reas rurales de San Martn, supone el aprovechamiento de los residuos utilizando herramientas de fcil manejo y que no impliquen elevados costos de adquisicin.

3. Aspectos generales del informe de Ingeniera

El presente informe, en virtud de los objetivos que se sealan ms adelante, pretende aplicar una metodologa de elaboracin de briquetas a partir de los residuos agrcolas generados por los agricultores, en las reas rurales de San Martn. El objetivo es plantear una metodologa que pueda ser practicada por los agricultores, creando de esta manera la oportunidad de generar otra fuente de ingresos, distinta a la de la produccin agrcola, a partir de la venta de las briquetas elaboradas por ellos mismos.

Existen varios mtodos de elaboracin de briquetas combustibles y por ende, la materia prima y equipos utilizados depende ellos.

II

MARCO TERICO

1. Antecedentes y justificacin

La densificacin de la biomasa significa el uso de algunas formas de presin mecnica para reducir el volumen de la materia vegetal y su conversin en una forma slida que sea ms fcil de manipular y almacenar que la materia original.

El briquetado de residuos agrcolas es uno de los aportes propuestos para resolver el problema de la acumulacin de residuos agrcolas y del aprovechamiento, con un propsito til. (Esto, por supuesto presupone que la disposicin de los residuos agrcolas es un problema).

Hay un enorme volumen de residuos que estn asociados con la agricultura y con el procesamiento de alimentos y probablemente la mayora de estos no son utilizados totalmente. Uno de los principales cultivos del mundo, el arroz, contiene cerca del 25% del cultivo en la forma de cscara que se usa cerca de 100 millones de toneladas de residuos. En una escala ms pequea, la produccin mundial de man contiene cerca del 45% de cscara. En general, aunque hay cultivos con alta y baja produccin de residuos, es razonable asumir que cerca del 25% de cualquier alimento agrcola seco es un residuo.

En la regin, los cultivos con mayor produccin y que generan mayor cantidad de desechos agrcolas lo constituyen la caa de azcar, arroz, cacao, caf y man. Para el ao 2002, la produccin de caa de azcar fue de 128 137 TM con un rendimiento del 57.68% TM/ Ha. El porcentaje de bagazo de caa que se genera tras la molienda es de 32 a 34%. Asimismo, los cultivos de arroz, caf, cacao y man tuvieron una produccin de 310 847.40 TM; 29 105 TM;

414.1TM y 370.75 TM, respectivamente, lo que representa un potencial de residuos agrcolas para un aprovechamiento en la elaboracin de briquetas combustible.

El volumen real de residuos que se produce en cualquier lugar depender de los patrones de cultivo y cosecha que se emplee. Hay tan grandes variaciones en estos que cualquier generalizacin es imposible. Sin embargo, an en el rea de agricultura ms subdesarrollada, es posible producir nmeros globales que son impresionantes. Los residuos que nos conciernen tendrn un contenido calrico promedio de 12 a 20 GJ/Tn. Esto significa que an en los pases menos productivos e incluyendo solo cereales es posible, en teora, prever que las necesidades de combustible domstico sean ampliamente satisfechas a partir de los residuos de una u otra forma.

Como los residuos en el rea rural se producen cerca de las comunidades, la existencia de tal base de recursos ha despertado expectativas de que un uso ms completo de los residuos agrcolas podra proveer una solucin parcial a la escasez de lea y al incremento de los costos del combustible, generando as la disminucin de la deforestacin de los bosques y en general a la fuerte presin de los bosques naturales que actualmente se observa.

Los problemas energticos en el mundo de hoy toman una connotacin totalmente nueva donde no slo se presentan dificultades energticas globales, por regiones y pases que como el nuestro no cuentan con fuentes energticas tradicionales, sino que al mismo tiempo la solucin del problema energtico est ntimamente ligado a los problemas ecolgicos de gran envergadura como son: la reduccin de residuos slidos de la industria, agricultura y desechos urbanos, la disminucin de CO2 en la atmsfera y la generacin de sustancias txicas producto del quemado de los combustibles tradicionales y otros.

La existencia de abundantes desechos lignocelulsicos en la Regin San Martn, como producto del pilado de arroz, industrializacin del cacao en la obtencin de pasta, obtencin de aguardiente y chancaca, etc. justifica la dedicacin de un esfuerzo importante al desarrollo y adaptacin de tecnologas tendientes a la utilizacin integral y racional de los mismos.

El no aprovechamiento de stos, asociados a su baja biodegradabilidad causan un creciente impacto negativo en el ecosistema de la regin.

Muchos campesinos en las zonas rurales de San Martn emplean lea para cocinar sus alimentos, trayendo por consiguiente una fuerte presin a la deforestacin de los bosques. Frente a esto, la transferencia de conocimientos en cuanto a la produccin de briquetas a

partir de los desechos que dejan las cosechas de los diferentes cultivos a los que se dedican los campesinos, producira un impacto positivo tanto en la conservacin del medio ambiente como en el desarrollo de los pueblos, pudiendo incluso generar ingresos adicionales a los mismos agricultores si se dedicaran a la elaboracin de briquetas con fines comerciales.

La produccin de desechos de biomasa, en particular de biomasa caera tradicionalmente se incineran o almacenan, representando un agente contaminante del medio ambiente. La incineracin es uno de los mtodos tradicionalmente usados para el tratamiento de los residuos slidos debido a la significativa reduccin del volumen de stos.

En la Regin San Martn ser viene ejecutndose un proyecto nacional de elaboracin de etanol a partir de la caa de azcar, para su exportacin a los Estados Unidos. El bagazo que genere esa industria fcilmente podra aprovecharse para la elaboracin de briquetas combustibles, para ser utilizados por los campesinos de la zona productora como sustituto de la lea, a fin de frenar la deforestacin de los bosques con fines combustibles. Por otro lado, la crisis energtica por la que atraviesa el mundo, merece la atencin de los residuos agrcolas, como biomasa, para la generacin de energa, teniendo en cuenta que la reserva de combustibles fsiles, segn expertos, slo durarn 40 o 50 aos.

2. Objetivos

1. Aplicar una metodologa terica para el aprovechamiento integral de desechos agrcolas en la elaboracin de briquetas.

2. Evaluar la posibilidad del uso de los residuos agrcolas en las zonas rurales como alternativa para disminuir la presin de sobre los bosques naturales y realizar un uso ms integral de los mismos.

3. Marco terico

1. Residuos agrcolas

En el contexto de la produccin vegetal el concepto estricto de residuo agrcola se aplica, bajo denominacin de residuos de cosecha, a la fraccin o fracciones de un cultivo que no

constituyen la cosecha propiamente dicha y a aquella parte de la cosecha que no cumple con los requisitos de calidad mnima para ser comercializada como tal. De forma similar, los restos de poda de los cultivos leosos deben ser considerados asimismo residuos agrcolas estrictos.

Estos materiales presentan un contenido hdrico muy variable (segn el desarrollo ontognico del cultivo en la poca de recoleccin), elevado contenido en materia orgnica, fraccin mineral variable en concentracin total y equilibrio (segn el rgano o fraccin de que se trate) y relacin C/N generalmente alta, aunque con notables diferencias segn la naturaleza y composicin del residuo. La biodegradabilidad de estos materiales es funcin del contenido relativo en biomolculas fcilmente degradables (azcares solubles y de bajo peso molecular, hemicelulosa y celulosa) y en componentes de lenta degradacin (ceras, ligninas y otros polifenoles). Los residuos de cosecha pueden presentar un mal estado fitosanitario como resultado de la incidencia de plagas y enfermedades en el cultivo de procedencia (insectos, caros, nemtodos, hongos, bacterias, virus, etc.), que deben ser tenidos en cuenta en el momento de considerar su posible tratamiento y gestin ulterior. Asimismo, debe sealarse que los residuos de cosecha pueden presentar contenidos variables de las materias activas utilizadas en los tratamientos fitosanitarios del cultivo. Estos residuos pueden llegar a ser altamente problemticos, especialmente en los cultivos sometidos a tratamientos intensivos, cuando han aplicado materias activas de lenta degradacin y alta permanencia en las condiciones edafoclimticas existentes. En un contexto ms amplio pueden considerarse tambin como residuos agrcolas los subproductos de origen vegetal generados por las industrias de transformacin agrcolas y algunos residuos agrcolas especficos, como por ejemplo el compost del cultivo del champin una vez utilizado). Por extrapolacin en el contexto anterior tambin podran ser considerados en este apartado los materiales de desecho en los cultivos protegidos (sustratos ya utilizados, plsticos de cubierta y acolchados, tuberas de riego, etc.). (Martnez, 2002)

2.3.1.1 Bagazo de caa de azcar

La caa de azcar (Saccharum officinarum L.) es una planta tropical de la misma familia (Gramineae) que la del sorgo, del pasto Johnson y del maz y se cultiva estacionalmente, igual que todas las gramneas econmicamente aprovechables, por lo que se considera como la explotacin racional de un recurso renovable. Su cultivo se remonta alrededor del ao 400 AC y est extendido por todas las zonas tropicales del mundo.

Como toda planta, la caa de azcar aprovecha su funcin fotosinttica y el agua, para transformar gases de la atmsfera, tales como el dixido de carbono, CO2 (considerado como un gas con efecto invernadero), el nitrgeno, N2 y el hidrgeno, H2, en oxgeno y en la materia orgnica que conforma la fibra principal de la estructura de la planta: celulosa. Del suelo se

toman nicamente minerales y agua, los cuales se reponen por medio de prcticas agronmicamente diseadas para este cultivo. En ningn momento se destruye materia orgnica proveniente del suelo. De esta manera el cultivo de la caa contribuye a crear grandes pulmones de reas verdes renovables cada ao. En todos los pases donde se cultiva la caa de azcar, para su aprovechamiento agroindustrial, la mayor parte del residuo slido del bagazo sirve como fuente de combustible para generar energa calrica y elctrica para sus procesos. Aprovechando la tecnologa moderna, el proceso se vuelve tan eficiente que permite producir cantidades excedentes de energa elctrica, que con la tecnologa adecuada, puede usarse como fuente alterna de suministro. (Baltodano, 2001),

La caa de azcar es una fuente de grandes cantidades de residuo. El bagazo es un residuo fibroso del proceso de extraccin del jugo; y representa aproximadamente el 30% del peso de la caa. Es una fibra leosa que contiene la caa y que sale de los molinos unido al jugo residual y la humedad que queda del agua de inhibicin en la prctica, ms o menos la mitad es fibra y la otra mitad se compone de agua y slidos solubles. Las proporciones de estos componentes del bagazo varan segn los procedimientos utilizados en la molienda y segn la calidad y variedad de la caa molida. Esto sirve de combustible para la generacin de vapor en los ingenios productores de azcar crudo; el uso de bagazo como combustible de locomotoras o para uso domstico se facilita mediante compresin en briquetas y algunas veces se roca con malezas para facilitar la adhesin. (Cueva. A. et al, 2002)

En el cultivo de la caa de azcar, las provincias de San Martn, Lamas y Moyobamba, son los principales productores de ste cultivo, con producciones que alcanzan hasta 40 791 TM, como en el caso de la provincia de San Martn para el ao 2002. Estas producciones y rendimientos son variables (variedad de la caa de azcar, sistemas de siembra y cultivo, entre otros) y por ende los residuos agrcolas que ste cultivo genera (sistema de molienda).

2. Cscara de arroz

El mayor problema de eliminacin de residuos de los molinos arroceros lo representa la cascarilla de arroz, tal y como lo seala Cueva, A. et. al (2002), la misma que se produce durante el proceso de produccin (20%). Debe tenerse en cuenta la posibilidad de aprovechar econmicamente la cascarilla de arroz para la obtencin de energa por pirlisis en plantas termoelctricas de vapor o para la produccin de gas pobre para motores a gas.

El residuo generado del arroz est en un orden del 90 millones de toneladas de cscara, segn la FAO y son usadas ocasionalmente para producir ladrillos y bloques de cemento.

3. Cscara de man

Son residuos agrcolas disponibles en grandes cantidades. En 1979 el mundo produjo ms de 9 millones de toneladas de cscara de man, de los cuales el 90% fue producido en pases en desarrollo, generando aproximadamente 4 millones de toneladas de cscara.

Mucha decortificacin ocurre en una actividad agrcola, la mayora en una decortificacin de pequea escala, siendo enviados con anterioridad a fbricas de aceite para su proceso.

Las fbricas de aceite varan en tamao de 1 Tn por da o talvez 1000 Tn por da de grano y cscara. Los depsitos de los residuos de cscara pueden variar de 0.25 Tn a 25 Tn por da. (Cueva A., 2002)

Se indican adems en los cuadros posteriores, la produccin y rendimiento de los cultivos de Cacao (Cuadros N5 y N6) y del Caf (cuadros N7 y N8).

2. Biomasa

En la actualidad se ha aceptado el trmino BIOMASA para denominar a un tipo de energa renovable basada en la utilizacin energtica de la materia orgnica formada por va biolgica o productos derivados de sta. La materia orgnica integrante de la biomasa puede proporcionar energa bien de forma directa, por combustin, o bien a travs de compuestos derivados tales como alcoholes, steres de cidos grasos procedentes de la hidrlisis de aceites o gases de gasgenos o de digestin anaerobia. (Fernndez, J., 2002).

Los tipos de biocombustibles obtenidos de biomasa se muestran en el

Cuadro N 9.

Cuadro N 9. Tipos de biocombustibles obtenidos de biomasa

Fuente: Fernndez, J., 2002.

Peculiaridades de la biomasa como energa renovable

La energa contenida en la biomasa procede en ltima instancia de la energa solar fijada por los vegetales en el proceso fotosinttico y acumulada en los enlaces de las molculas orgnicas que forman su biomasa. Esta energa se libera al romper los enlaces de los compuestos orgnicos en el proceso de combustin, dando como productos finales anhdrido carbnico y agua. La primera gran diferencia entre la biomasa respecto a las restantes energas renovables (E.R.) radica en su propia naturaleza de energa qumica, capaz de proporcionar toda una serie de productos que pueden llegar a satisfacer todos los tipos de necesidades energticas que tiene la sociedad moderna (calor, electricidad y transporte, fundamentalmente), mientras que las restantes energas estn especializadas en la produccin de un solo tipo de energa ya sea elctrica (hidrulica, elica o fotovoltaica) o trmica (solar trmica o geotrmica).

De todas las energas renovables actuales, la biomasa es la que participa en mayor proporcin en el balance energtico, tanto a nivel mundial como nacional. As a nivel mundial la energa obtenida a partir de la biomasa representa el 14,6 % de la energa total consumida, mientras que la hidrulica representa el 5,5 % y las restantes renovables el 0,2%. (Fernndez, 2002)

3. Combustibles

Las sustancias que pueden quemar, liberando calor, se llaman combustibles, y su principal caracterstica es su poder calorfico.

2.3.3.1 Aplicaciones

La gran variedad de biomasas existentes unida al desarrollo de distintas tecnologas de transformacin de sta en energa (combustin directa, pirlisis, gasificacin, fermentacin, digestin anaerbica,...) permiten plantear una gran cantidad de posibles aplicaciones entre las que destacan:

1. Produccin de Energa Trmica. Aprovechamiento convencional de la biomasa natural y residual.

2. Produccin de Energa Elctrica. Obtenida minoritariamente a partir de biomasa residual (restos de cosecha y poda) y principalmente a partir de cultivos energticos leosos, de crecimiento rpido (chopo, sauce, eucalipto, Robinia, Conferas, Acacia, pltano,...) y herbceos (cardo lleno, miscanto, caa de provenza, euforbias, chumberas,...). 3. Produccin de Biocombustibles. Existe la posibilidad ya legislada de alimentar los motores de gasolina con bioalcoholes (obtenidos a partir de remolacha, maz, sorgo dulce, caa de azcar, patata, pataca,....) y los motores diesel con bioaceites (obtenidos a partir de colza, girasol, soja,...).

2.3.3.2 Ventajas e Inconvenientes del empleo de la biomasa

Las ventajas del uso de la biomasa en sustitucin de los actuales combustibles fsiles son muchas y con un valor aadido muy importante pero difcil de evaluar econmicamente: - Se utiliza un recurso renovable en perodos cortos de tiempo. - Se posibilita un balance de produccin de CO2 equilibrado ya que el CO2 emitido en su combustin ha sido previamente fijado de la atmsfera por los cultivos en su funcin fotosinttica, lo cual no ocurre con los combustibles fsiles (efecto invernadero). - Canaliza los excedentes agrcolas alimentarios. - Permite la reutilizacin de tierras de retirada. - Ausencia de emisin de azufres e hidrocarburos policclicos altamente contaminantes (lluvia cida). - Obtencin de productos biodegradables. - Permite general un incremento de la actividad agrcola y econmica. - Permite la introduccin de cultivos de gran valor rotacional frente a los monocultivos cerealistas. Los inconvenientes son menores pero de mayor peso econmico directo, lo que limita el desarrollo de estas fuentes de energa renovables: - Menor costo de produccin de la energa proveniente de los combustibles - Menor rendimiento de los combustibles derivados de la biomasa. TAS ENER GIA VERDE son 2.3.3.3 Combustibles slidos fsiles.

Por su naturaleza y origen los combustibles slidos pueden ser:

- Orgnicos de origen vegetal. Generalmente con base celulsica, tales como la madera, el papel y el algodn los cuales suelen terminar en combustin incandescente. - Orgnicos de origen animal. Tales como la lana , la seda, las pieles y el cuero. En general, son peores combustibles que otros materiales slidos orgnicos (naturales o sintticos) pero son moderadamente combustibles. La lana y la seda, por ejemplo, se descomponen por la accin del calor, arden con llama muy escasa, se chamuscan y posteriormente se carbonizan. - Orgnicos de origen sinttico (familia de los polmeros o plsticos). Se pueden considerar dos grandes familias: Termoplsticos. Pertenecen a este grupo los acetlicos, los acrlicos, las poliamidas, los polietilenos, los fluorocarbonados, los poliestirenos, el cloruro de polivinilo (PVC), etc. Su comportamiento frente al fuego es muy diferente entre si. El poliestireno expandido arde con facilidad, se reblandece, funde y produce humos negros y densos. Inorgnicos metlicos, que presentan caractersticas peculiares en su combustin. Su estado de disgregacin, o configuracin geomtrica, es un factor determinante del inicio y progreso de la misma, que, a veces, puede ser violenta y fuertemente exotrmica. Entre los combustibles inorgnicos metlicos se encuentran el sodio y el potasio, que entran en ignicin espontneamente en la atmsfera a temperaturas prximas a la de su punto de fusin (99C y 62C, respectivamente.

El Cuadro N 10 muestra el anlisis inmediato de algunos combustibles. Cuadro N 10. Anlisis inmediato de algunos combustibles |Combustible |Humedad (%) |Carbono fijo (%) | |Carbn vegetal |Cascarilla de arroz |Lea |2 10 |9.8 |Material Voltil (%) |Cenizas (%)

|3 30 |54.7 |72 78

|2 5 |16 23 |0.2

|55 93 |12.5 19.5 |9.8 17.8 |

| |

|10 12

Fuente: Cueva, et. al (2002)

4. Poder calorfico

El poder calorfico de un combustible (Hurtado, 2002) se define como la cantidad de calor por unidad de masa liberado durante su combustin, a presin constante y a 25C, obtenindose los productos en su estado final de oxidacin. Segn el estado de los productos, se distinguen dos tipos:

a) Poder calorfico superior (P.C.S.), cuando el agua formada en la combustin est condensada, por tanto, incluye el calor latente.

b) Poder calorfico inferior (P.C.I.), cuando el agua formada en la combustin est en forma de vapor condensado, por tanto no incluye el calor latente. El P.C.I. de un combustible slido se determina a partir del P.C.S., restndole el calor latente del agua formada, mediante frmulas empricas. Influyen en el poder calorfico algunos factores como el contenido en peso de las cenizas la humedad, los materiales voltiles y el carbono fijo.

A continuacin, los valores promedios de Kg/cal de algunos residuos agrcolas.

Cuadro N 11. Poder calorfico promedio de algunos residuos agrcolas |Residuo agrcola |Bagazo |Cscara de arroz |Aserrn de madera |Cascarilla de cacao |Poder calorfico (Kj/Kg) |11500 |16218 |19744 |1670 | | | | |

Fuente: Cueva, et. al (2002)

5. Aspectos tericos del briquetado

1. Historia de la fabricacin de briquetas

La compactacin de material en forma de combustible suelto con el propsito de elaborar combustible fue una tcnica empleada por la mayora de las civilizaciones en el pasado, aunque los mtodos usados no fueron ms que simples amontonados, embalados o secados.

Los mtodos industriales de la fabricacin de briquetas (BRIQUETADO) datan de la segunda parte del siglo XIX. En 1865 se hizo un reporte sobre una mquina utilizada para briquetas combustible a partir de la turba, que es una procesadora reconocible de las mquinas actuales (Un dibujo de esta mquina puede apreciarse en la Figura 1 por cortesa de la British Institution of Mechanical Engineers). Desde entonces ha habido un amplio uso de briquetas hechas de carbn marrn, turba y partculas de carbn. Hay varios procesos que producen briquetas combustibles artificiales que no producen humo a partir de carbn menudo.

La tcnica ms comn usada en este tipo de proceso es cierta forma de prensa de rodillos que utiliza slo presin moderada y un aglutinante. Este tipo de planta tambin es empleada para hacer toda clase de briquetas no combustibles a partir de materia inorgnica tales como minerales metlicos. Uno de los ligantes ms comunes usados es la liguera derivada de la fabricacin de pulpa de papel.

Figura 1: Briquetadora de Pistn del ao 1865

El briquetado de materiales orgnicos requiere presiones significativamente ms altas ya que se necesita fuerza adicional para vender la natural elasticidad de estos materiales. Esencialmente esto involucra la destruccin de las paredes celulares mediante alguna combinacin de presin y calor. La necesidad de altas presiones significa que el briquetado de materiales orgnicos es inherentemente ms costoso que para combustibles inorgnicos.

El uso de varias formas de briquetado orgnico parece haber sido comn tanto en la primer guerra mundial como durante la depresin de los aos 30. La mquina de briquetado de pistn mecnico moderna fue desarrollada en Suiza basada en los desarrollos alemanes de los aos 30. El briquetado del aserrn y otros materiales de desecho se hizo comn en muchos pases de Europa y Amrica durante la segunda guerra mundial bajo el impacto de la escasez de combustible. Necesidades paralelas empujaron a los japoneses a refinar la mquina de tornillo que se discute adelante. Despus de la guerra las briquetas fueron en su mayora excluidas del mercado por combustibles hidrocarbonados baratos.

El uso de briquetas combustible orgnicas principalmente en la industria, fue revitalizado durante el perodo de altos precios de la energa en los aos 70 y principios de los aos 80, especialmente en Escandinavia, los EEUU y Canad.

En el Japn, el briquetado parece haber sido comn hasta recientemente con la expansin del uso de briquetas combustible ogalite hechas de aserrn. La tecnologa japonesa se ha extendido a Taiwn y de aqu a otros pases tales como Tailandia. El briquetado japons y ms tarde Taiwans se ha basado casi totalmente en el empleo de prensas de tornillo que, aunque se originaron en USA, han sido ms ampliamente adoptadas por fabricantes asiticos, que europeos y americanos. Tales briquetas fueron ampliamente usadas en Japn durante los aos 50 como un sustituto del carbn vegetal que era entonces an un combustible de amplio uso.

a) PRENSA DE PISTN

Parece bastante claro que el desarrollo del tipo moderno de prensa de pistn mecnico comenz en Suiza durante la segunda guerra mundial, aunque estuvo basado en el trabajo hecho en Alemania en los aos 30. Los desarrollos serios estuvieron centrados en la prensa de Fred Hausenaun y Glomera aunque l no fue su inventor original.

Los derechos de patente y licencia cambiaron de mano durante un perodo en que las sociedades fueron disueltas y las compaas se fueron en bancarrota o compradas por otras. Cualquiera que haya sido la situacin precisa acerca del invento original, Hausenaun indudablemente jug un papel importante en disear la tecnologa de la prensa de pistn bien conocida en todo el mundo. En muchos lugares el nombre Hausenaun a menudo se emplea para referirse a la prensa de pistn mecnico. As, la industria brasilera que es la mayor fuera de Norteamrica, fue iniciada por una compaa en la cual Hausenaun fue socio fundador, mientras en la India uno de los principales fabricantes comenz con una licencia de Hausenaun.

Ninguna patente que gobierna el diseo general de este tipo de prensa es efectiva hoy en da y la mayora de los fabricantes de prensas de pistn mecnico identificados en este estudio poseen sus diseos para la patente Suiza original. La ms cercana descendiente actual de la primera manufactura de prensa de pistn es, segn ellos declaran, PAWAERTSPM.

La prensa de pistn acta en una modalidad discontinua siendo el material alimentado en un cilindro que es luego comprimido por un pistn dentro de un molde ligeramente cnico. El material comprimido es calentado por fuerza de friccin a medida que es empujada dentro del

molde. La lignina contenida en todos los materiales contenidos celulosa de madera comienza a fluir y actuar como una goma natural para ligar el material comprimido.

Cuando el cilindro de material sale del molde, la lignina se solidifica y lo mantiene juntos para formar briquetas cilndricas que rpidamente se divide en piezas de 10 a 30 cm de longitud.

El dimetro de la briqueta est estrechamente relacionado al dimetro de salida de la mquina. Una unidad que produce 1 Tn/hora de briquetas tendr un molde de 8 a 10 cm de dimetro. Esta relacin es ms bien inflexible y puede contreir los mercados potenciales por el producto de mquinas ms grandes. Las cocinas pequeas pueden no ser adecuadas para quemar briquetas ms grandes.

Las prensas de pistn pueden ser empujadas ya sea por medios mecnicos a partir de una rueda volante pesada va un cigeal o hidrulicamente.

Las mquinas mecnicas usualmente son ms grandes, con un rango de tamao que va de 0.45 a 0.3 Tn/hora, mientras que las mquinas hidrulicas estn en un rasgo hasta 0.25 Tn/hora aunque algunos modelos son algo ms grandes.

Las prensas mecnicas generalmente producen briquetas duras y densas a partir de la mayora materiales mientras que las prensas hidrulicas, que trabajan a presiones ms bajas, producen briquetas que son menos pesadas y a veces suaves y friables (desmoronables).

La prensa de pistn son confiables, una vez que han sido instaladas adecuadamente con moldes formados correctamente por la materia prima usada. Surgen problemas si el molde no ha sido formado correctamente o si el mecanismo de alimentacin no ha sido dimensionado para el material a ser empleado. Es normal para mquinas fabricadas, en Europa estn diseadas para operar con desperdicios de madera, el empleo de agrorresiduos normalmente disminuye la cantidad de materia prima y puede requerir alguna modificacin en el sistema de alimentacin. Dicha disminucin de la produccin puede resultar en un incremento significativo en los gastos de capital.

Los costos de mantenimiento son bastante bajos incurridos principalmente para reemplazar el molde cada pocos cientos de horas, dependiendo el momento preciso del material empleado. Algunos materiales tales como la cscara de arroz pueden ser

particularmente abrasivos para el molde. Es importante, sin embargo, llevar a cabo un mantenimiento regular. La accin discontinua y pesada del pistn significa que los pequeos imbalances e irregularidades podrn rpidamente convertirse en defectos mayores.

La prensa de pistn con impulsores hidrulicos, a diferencia de aquellos que emplean impulsores mecnicos con volantes, son manufacturados en la relativamente limitada regin geogrfica del oeste de Europa. Es un desarrollo bastante reciente de la prensa mecnica para el uso con materiales livianos donde la cantidad del producto es lo que menos importa. Las fuerzas en una mquina hidrulica son menos violentas que de una mquina mecnica y pueden por consiguiente necesitar menos atencin.

Los materiales tpicos adecuados para las prensas hidrulicas son el papel, cartn, estircol, etc. Aunque la prensa hidrulica pende en algunos casos convertirse en una alternativa para una prensa mecnica. Como la prensa hidrulica normalmente est fabricada con menos capacidad que la mecnica, es apropiada para emplear el material de desecho proveniente de pequeas industrias de procesamiento de madera. Las briquetas fabricadas en mquinas hidrulicas a menudo se usan en el mismo lugar ya que pueden ser demasiado suaves para soportar el transporte a largas distancias.

b) PRENSA DE TORNILLO

El primer trabajo desarrollado en prensa de tornillo fue llevado a cabo en Estados Unidos en los aos 30 del siglo pasado, resultando en el uso extendido del modelo PRESTTOLOG que estuvo basado en el tipo cnico de un extrusor actualmente encontrado en el diseo BELGIAN BIOMAT. Durante la segunda guerra mundial, se desarroll un diseo japons que llevaba un molde calentado y un eje central recubierto del tornillo resultando en una briqueta con hueco. Fue muy exitoso y uno de los fabricantes opina haber vendido 600 unidades. El diseo fue emitido por otros fabricantes de Asia y ms recientemente de Europa.

En las prensas de tornillo, el material es alimentado continuamente dentro de un tornillo que lo empuja dentro de un molde cilndrico; este molde est a menudo calentado para elevar la temperatura al punto en que el flujo de lignina ocurre. La presin aumenta suavemente a lo largo del tornillo antes que discontinuamente como lo hace bajo el impacto del pistn.

Si el molde no es calentado, las temperaturas pueden no subir lo suficiente para provocar que fluya la lignina, entonces tendr que agregarse un material aglutinante. ste puede ser melaza, almidn o algn otro material orgnico barato. Tambin es posible convertir en

briquetas material carbonizado en una prensa de tornillo y en sta, como la lignina ha sido destruida, tiene que emplearse un lignante. Algunas mquinas de pistn de baja presin pueden tambin requerir el empleo de lignantes aunque esto no es muy comn.

Si el molde es calentado entonces la temperatura normalmente se eleva a 250 a 300C, lo que produce una briqueta de buena calidad virtualmente de buena materia orgnica siempre que la humedad inicial est por debajo de 15%.

Las briquetas de mquina de tornillo son a menudo de ms alta calidad que las de unidades de pistn siendo ms duras y menos probable de quemarse a lo largo de lneas de facturas naturales.

Las prensas de tornillo usualmente son dimensionadas de 75 a 250 Kg/h; aunque se dispone de mquinas ms grandes.

Los costos de capital de las mquinas de tornillo pueden ser un poco menores que los de las unidades de pistn aunque debido a las diferencias de tamao es difcil realizar comparaciones directas. Sin embargo sus costos de mantenimiento son usualmente muchos ms altos debido al considerable desgastes de los tornillos que tienen que ser reconstruidos frecuentemente. Las prensas de tornillo tambin tienen ms alta demanda de energa especfica que las mquinas de pistn.

c) PRENSAS DE PELLETS

Estas operan mediante la extrusin de Pellets de pequeo dimetro (10 a 30 mm) a travs de un molde que tiene muchos orificios. El mecanismo de extrusin es a menudo un rodillo excntrico que se mueve dentro del molde grande que puede ser cilndrico o cmico.

Tales mquinas fueron originalmente diseadas para la produccin de Pellets de alimento animal y de minerales. Son caras y tienen alto consumo de materia prima: de 5 a 20 Tn/hora para una sola unidad.

El tamao del producto ms pequeo y la alta capacidad de este tipo de prensa fue empleado antes de los aos 60 slo en el prensado de Pellets de forraje y aplicaciones similares. Desde entonces un limitado nmero de aplicaciones de energa se han materializado

en USA (Woodex), Canad (Bioshell) y en Europa (Suecia, Francia y Alemania). Ha habido unas pocas aplicaciones de las prensas de Pellets en los pases en desarrollo solamente para propsitos energticos, principalmente en Kenya Zimbabuce y Zambia. Los dos ltimos ya no existen sin embargo y es dudoso si el alto costo de capital y consumo de energa de este proceso lo hace una proposicin variable.

d) PRENSAS MANUALES

Este reporte se concentra en el equipo adecuado para la produccin industrial de briquetas aunque en pequea escala.

Varios investigadores han propuesto esquemas para desarrollar equipo adecuado para el briquetado de desperdicios agrcolas a nivel local. El Combustible Verde esquematizado en Indonesia y trabajado en Tailandia por el profesor Watna Stinswat est dirigido a resolver el problema de encontrar tecnologa adecuada para operaciones en pequea escala (( 10 Kg/hora).

Ellas operan con material hmedo (verde) formando, ms que densificando, el material en una briqueta que luego es secada a sol. Tambin se trabaj en briquetas producidas manualmente en Indonesia (Johannes 1982).

Otro interesante desarrollo se ha visto en Sri Lanka en el cual grandes briquetas son formadas a partir de polvo de coco en una prensa de embalaje entre placas de acero corrugado. Se mezcla cal con el polvo de coco para hacer la briqueta adecuada para su manejo despus del secado solar. El mtodo tiene perspectivas para ofrecer una manera relativamente barata de producir briquetas tanto en plantas grandes como en pequeas.

Contina poco claro, sin embargo, si cualquier proceso de densificacin manual o semimanual puede ser comercialmente viable an en circunstancia en que la mano de obra es muy barata. Cuando se hace la excepcin por el consumo de materia prima muy bajo, tales tcnicas a menudo requieren casi tanta inversin de capital como los procesos mecnicos. Los ahorros logrados son esencialmente mano de obra por electricidad ms que mano de obra por capital.

Se conoce que en Sudn estn operando dos plantas semimanuales elaborando briquetas en bagazo de caa de azcar semipodrido y son bastante exitosas comercialmente.

Sin embargo sus circunstancias son inusuales, se basan en la mano de obra de refugiados de Etiopa y sera difcil replicarlas en cualquier otra parte. Sin embargo, los procesos manuales tienen la gran ventaja de poder manejar desperdicios hmedos que no pueden ser utilizados en procesos mecnicos.

Las prensas manuales no pueden fabricarse para generar suficiente presin como para romper las paredes celulares y por consiguiente no pueden producir briquetas densificadas. Esto significa que no pueden ahorrar en transporte.

Como la aplicacin de prensas manuales es probable que est limitada a casos especiales, un problema con su desarrollo es que es difcil justificar la produccin de mquinas especficas para el trabajo ya que los costos iniciales son muy altos.

En Sudn, las prensas de hacer ladrillos manualmente han sido adoptados par el propsito. Un inconveniente de esto es que las operaciones iniciales de pecado, mezclado y alimentacin son muy sucias y arduas. La parte del proceso de elaboracin propiamente la briqueta es el ms fcil.

2.3.5.2 Caractersticas de las briquetas

El mismo autor, menciona que el briquetado y politizacin se justifican principalmente por la reduccin en volumen de un material de desecho voluminoso. Despus de la densificacin, hay dos aspectos principales de calidad de producto:

i. que ste permanecer slido hasta que haya servido a sus propsitos.

ii. que funcionar bien como combustible.

El primer aspecto se refiere a que el producto no se les desmorona y desintegrar cuando sea manipulado, almacenado y transportado y principalmente una funcin de la calidad de proceso de densificacin para una materia prima dada.

El segundo aspecto est relacionado principalmente con las propiedades de la materia prima y la forma y densidad de la briqueta individual.

En los siguientes puntos trataremos estos factores:

i. caractersticas de manejo de la briqueta y

ii. caractersticas combustibles.

La distancia no siempre es clara y a veces interfieren la una con la otra. Por ejemplo, en mejorar las caractersticas de manipuleo haciendo una briqueta ms densa y a menudo tiene efecto detrimental en su comportamiento como combustible.

En principio, al planear un proyecto es posible comenzar con la varias demandas de transporte, manipuleo, almacenamiento y combustin y luego escoger una mquina que, para una materia prima dada, produce una briqueta que posee slo las caractersticas requeridas. En la prctica, esto es raramente posible dado que las mquinas comerciales tienden a tener concentradas en un rango limitado las opciones de productos. Esto es particularmente importante en pases en desarrollo puesto que la mayora de los procesos han sido desarrollados con otros mercados ms que con la produccin de briquetas de agro residuos que tiene en mente los pases en desarrollo. Un ejemplo de ello es la prensa de pistn hidrulico. Ha sido desarrollada para trabajar en pequeas industrias de maderas con flujos de desechos ms pequeos que 0.1 Tn/hora y donde las briquetas se hacen con la intencin de ser usados como combustible para las calderas de calefaccin de las casas.

As, no importa que la briqueta producida sea ms bien suave. Sin embargo esas briquetas probablemente son adecuadas en algunas en alguna circunstancia en que se requiera transportarlas.

Las briquetadoras mecnicas de pistn, por otro lado, hacen briquetas ms duras pero son ms sensibles a las partculas extraas en el flujo del material. Un clavo por ejemplo es probable que destruya el molde y la cabeza del pistn de una mquina mecnica de pistn mientras que probablemente pasar sin ser notado a travs de una mquina hidrulica.

Ellas adems producen grandes briquetas que pueden no ser adecuadas para el quemador propuesto.

As, en la prctica, puede ser necesario un compromiso entre las caractersticas deseadas y que mquinas se encuentran comercialmente disponibles.

Antes de discutir en ms detalle las varias caractersticas de las briquetas deber puntualizarse que las caractersticas de manipuleo de las briquetas no son probables de causar serios problemas en el proyecto a parte de aquellos en casos donde ha habido un simple desacuerdo en el material, el proceso y el propsito. Las propiedades de combustin son ms crticas especialmente cuando se trata de introducir briquetas en el sector domstico, pero tambin cuando se pretende que las briquetas sirvan de combustible en calderas industriales.

a) CARACTERSTICAS DE MANIPULEO

Densidad

La mayora de los procesos son capaces de producir briquetas con densidades por encima de 1000 Kg/m3, esto es: la briqueta individual se hundir en el agua (Esto es en verdad una buena prueba aunque burda para la calidad de la briqueta). El lmite superior para la densidad est establecido por la densidad fsica de cada materia prima que, para el material que contiene lignina es cerca de 1500 K/m3.

La densidad de las piezas individuales es llamada densidad aparente. Los procesos de esta presin tales como las prensas mecnicas de pistn, las prensas de Pellets y algunos extrusores de tornillo hacen briquetas de un rango de densidad de 1200 a 1400 Kg/m3. Las prensas de pistn hidrulico hacen briquetas de menor densidad, a veces debajo de 1000 Kg/m3.

Hay poco inters en tratar de hacer briquetas an ms densas ya que las propiedades de combustin es probable que sufran una disminucin. Los beneficios son pequeos porque la propiedad ms importante de las briquetas es su densidad bruta, que es la densidad total de muchas piezas juntas.

La densidad bruta es una funcin de densidad de la briqueta individual y su geometra. Hay diferencia en densidades brutas entre briquetas y Pellets grandes y pequeas, peor para

clculos ms amplios puede usarse un factor de 2 entre la densidad bruta y la densidad aparente.

Esto significa que para las briquetas con densidad aparentes entre 1200 y 1400 kg/m3 las densidades brutas resultantes son: 600 y 700 Kg/m3.

Para comparaciones la densidad bruta de la materia prima podra ser tan baja como 40 Kg/m3 para una verdad de agrorecideros y desperdicios de madera. La ms alta densidad bruta de las briquetas aumentar significativamente la distancia sobre la cual es econmico transportar un residuo a fin de encontrar un mercado para l.

En la fabricacin de briquetas, la densidad resultante es afectada a un grado significativo por el tamao de partcula de la materia prima. El material finamente molido, por ejemplo polvo de plantas vegetales, har muy densas las briquetas, pero requiere alta presin y temperatura para ser aglomerados sin un aglutinante.

La densidad del producto tambin es afectada por el contenido de humedad. El agua de la materia prima evitar la buena compresin de las briquetas y el vapor que se evapora del material debido a la alta temperatura dejar vacos que disminuir la densidad. Este proceso puede llevar a la desintegracin total de la briqueta.

- Friabilidad

Este factor es una medida de la resistencia de la briqueta a la accin mecnica que las afectar cuando son manipuladas y transportadas. Puede hacerse pruebas ya sea en tambores giratorios o derribando muestras repetidamente desde una altura especfica. En ambos mtodos las muestras son tamizadas (tamiz de 20 mm) y la traccin retenida es usada como un ndice de la friabilidad de la briqueta.

Es difcil dar una cifra para un ndice de friabilidad aceptable pues la relacin entre los resultados de las pruebas y la realidad nunca ha sido estudiada. En el trabajo realizado por CRA (centro de investigacin en briquetas) algunas muestras, recibieron un ndice de 0, es decir, las briquetas se habran desintegrado totalmente despus de cierto tiempo, lo que claramente indica una inadecuada calidad de la briqueta.

Cuando la briqueta obtiene puntajes ms altos en las pruebas, digamos entre 0.5 y 1.0, tales resultados son ms difciles de interpretar. Aunque ellos tengan una tensin cuando se comparan varios procesos a fin de encontrar el ms adecuado para un material dado.

Observaciones generales a un nmero de plantas en operacin sugieren que las briquetas producidas por prensas mecnicas de pistn y de tornillo sean lo suficientemente duras para ser transportadas en camin a considerables distancias sin degradarse. Ninguna planta que emple esas mquinas se quej de perdidas debido a la desintegracin del producto. Una o dos plantas que usaban prensas hidrulicas encontraron que el producto era demasiado suave para su transporte.

- Resistencia a la humedad

Los ligantes inherentes (lignina) y la mayora de los ligantes aadidos externamente son solubles en agua. Esto resulta en uno de los puntos ms dbiles en la calidad de la briqueta: no debe ser sometida al agua o al aire hmedo. Las briquetas pellets tienen que ser almacenadas bajo techo y tienen una vida limitada bajo condiciones hmedas. Esto ltimo parece ser de menor importancia en pases tropicales. Las briquetas densas y de superficies duras producidas en prensas mecnicas de pistn y prensas de tornillo con moldes calentadas tienen suficiente resistencia a la humedad para resistir el clima lluvioso en la India, Tailandia y Brasil pero se deben mantener a cubierto.

La resistencia a la humedad es tradicionalmente probada en pruebas de inversin; por ejemplo, las briquetas son remojadas en agua luego se re registra su aumento de tamao o su hinchazn. A veces el tiempo transcurrido hasta que la briqueta se haya desintegrado completamente es tomado como una medida de la calidad en este aspecto. Este tiempo puede desde unos pocos minutos hasta horas y tambin es difcil dar un valor aceptable para este parmetro. En pruebas llevadas a cabo por CRA, se encontr que la tasa de integracin es un parmetro ms preciso y sugiere que una cifra de menos de 50% de integracin por minuto indica una calidad aceptable.

En otras pruebas las briquetas son sometidas al aire hmedo por s extendidos y su hinchamiento es registrado. Despus de un perodo de 21 das en una atmsfera de 20C y 95% de humedad, una integracin de menos de 30% se dice que es aceptable y menos de 20% sera lo ideal.

Aunque la resistencia a la humedad puede no ser un factor tan crucial cuando se almacenan las briquetas, con tal de que estn protegidas de la lluvia directa, este factor puede ser de importancia en la combustin y especialmente la gasificacin de las briquetas.

El vapor de agua derivada de la humedad inherente y formada en la combustin, crea un clima saturado a altas temperaturas que es una prueba fundamental de la resistencia de una briqueta a la humedad. Si las briquetas se desintegran demasiado rpido, la sustancia suelta ya se decantar o se elentriar sin quemarse en la caldera, o bloquear el flujo de aire para el proceso, dependiendo las circunstancias. No hay buenos datos sobre esto aunque usualmente no parece ser un problema producto de la combustin. Es posible sin embargo que tal alegacin y desintegracin podra ser un problema mayor en la gasificacin de las briquetas.

b) CARACTERSTICAS DE COMBUSTIN

- Valor calorfico

Una de las caractersticas ms importantes de un combustible es su valor calorfico: que es la cantidad de energa por kilogramo que produce cuando es quemado. Aunque las briquetas, como la mayora de los combustibles slidos, son valorados por su peso y volumen, las fuerzas del mercado finalmente establecern el precio de cada combustible de acuerdo a su contenido de energa. Pero, el costo de produccin de las briquetas es independiente de su valor calorfico, como son los costos de transporte y manipuleo. El valor calorfico puede as ser usada para calcular la competitividad de un combustible procesada en una situacin de mercado dada. Hay un banco de otros factores, tales como la facilidad de manipuleo, las caractersticas de quemado, etc. que tambin influencia el valor de mercado, pero el valor calorfico es probablemente el factor ms importante. Para una rpida referencia, el valor calorfico de la madera y la mayora de los agrorresiduos puede calcularse usando la siguiente frmula que aunque originalmente fue derivado para la madera puede usarse para la mayora de los agroresiduos con poca alteracin:

Valor calorfico bruto (o ms alto) (HCV) =20.0 x (1-A-M ) MJ/Kg

Donde: A: contenido de ceniza M: contenido de humedad del combustible en estudio.

El valor calorfico ms bajo (o neto), que toma en cuenta la energa no recuperada del vapor de agua proveniente de la humedad inherente y de la oxidacin del contenido de hidrgeno, a veces usando para propsitos de referencia, especialmente en aplicaciones industriales, en la madera y la mayor parte de los agro residuos, el contenido de hidrgeno es cerca de 6% por peso en base seca y libre de cenizas, lo que significa que la frmula de arriba podra cambiar como sigue:

Valor calorfico ms bajo (LCV)= 18.7 x (1-A-M ) - 2.5 x M

Ejemplo: La cscara de arroz con 15% de humedad y 20% de cenizas tiene los siguientes valores calorficos de acuerdo a las frmulas anteriores :

HCV = 20.0 x (1-0.2 - 0.15) = 13.0 MJ/Kg LCV = 18.7 x (1-0.2-0.15) 2.5 x 0.15 = 11.8 MJ/Kg

Para materiales con bajo contenido de cenizas y contenidos de humedad entre 10% y 15%, esto es la mayor parte de briquetas de madera y agro residuos, los valores calorficos resultantes estn en el rango de: 17-18 MJ/Kg ( LCV:15.4 - 16.5MJ/Kg )

El Cuadro N 12 muestra un ndice de las variaciones del contenido de cenizas y valor calorfico para un nmero de residuos agrcolas. Hay discrepancias en los valores calorficos de diferentes fuentes debido probablemente a procedimientos de pruebas inexactas. Note que el HCV de un combustible actual tiene que ser ajustada para el contenido de humedad empleando la frmula de arriba.

LA COMBUSTIN EN CALDERAS INDUSTRIALES

La experiencia cuenta que las calderas industriales son usualmente las ms convenientes y accesibles plantas para las briquetas. An as el rango de plantas que puedan utilizar briquetas directamente son aquellas diseadas para combustibles slidos, es decir lea o carbn. Las plantas que funcionan a petrleo pueden ser convertidas para funcionar con combustible slido pero slo con un considerable gasto. Esto significa que las briquetas slo pueden ser inmediatamente vendidas en el sector industrial en aquellos pases en donde ya sea el carbn o la lea tienen una base existente.

Las ventajas que poseen las briquetas sobre los residuos no procesados en su facilidad de manipuleo y transporte se extienden hasta el aparato de combustin. Esto significa que la mayor parte de los residuos puede ser quemada ms eficientemente cuando son convertidas en briquetas aun en los casos en que la planta puede realmente manipular residuos no procesados. Esta ganancia en eficiencia puede ser eficiente por s solo para justificar la elaboracin de briquetas aunque es difcil obtener datos exactos en muchas circunstancias.

Cuadro N 12. Valor Calorfico y Contenido de Ceniza de varios combustibles

|Material | |Paja de alfalfa |Cscara de almendra |Yuca |Cscara de coco |Corteza de coco |Tallos de algodn |Tallos de algodn |Cscara de man |Cscara de man |Tallos de maz |Tallos de maz |Mazorcas de maz |Mazorcas de maz |Paja de arroz |Paja de arroz |Cscara de arroz |Cscara de arroz |

|Contenido de Ceniza |seca |6.0 |4.8 ||0.8 |6.0 |17.2 |3.3 ||4.4 |6.4 |3.4 |1.5 |1.8 ||19.2 ||16.5 |18.3 |18.4

|Valor calorfico alto (MJ/Kg) base | | | | | |20.1 |18.1 |15.8 |17.4 |19.7 |20.0 |18.2 |16.7 |18.9 |17.4 |15.2 |15.0 |15.3 |15.5 | | | | | | | | | | | | | |

|19.4

|Cscara de arroz |Cscara de soya |Cscara de soya |Paja de girasol |Cscara de nuez |Paja de avena |Paja de avena

|14.9 ||||1.1 ||8.5

|16.8 |19.4 |19.4 |21.0 |21.1 |18.9 |17.2 | | | | |

|

|

Los problemas ms comunes encontrados al quemar residuos grasosos son la dificultad de alimentar el material en la planta y que en la zona de combustin, los residuos sueltos pueden apagarse y no quemarse completamente, las briquetas evitan ambos problemas.

No hay buenos datos disponibles sobre la prdida de la eficiencia en la combustin al quemar residuos grasosos. En la India se confirm que la cscara de arroz grasosa mostr un 20% de disminucin en eficiencia comparada con las briquetas de cscara de arroz, aunque esto no se base en medidas rigurosas. La facilidad de alimentar las briquetas es usualmente una ventaja sobre los residuos grasosos. Sin embargo en algunos casos, el material grasoso puede ser manipulado en forma neumtica (por ejemplo la cscara de arroz y el polvo de yute) que aunque cara puede ser ventajosa. En la prctica el alcance al cual una industria est preparada para invertir en equipo para facilitar el manipuleo por residuos groseros y alimentarlos a la planta de combustin puede determinar si la fabricacin de briquetas es o no es necesaria.

En Brasil por ejemplo, un nmero de plantas han instalado el equipo necesario para quemar bagazos en pacas, el cual est disponible en grandes cantidades. Por consiguiente no hay incentivo para briquetar bagazo ya que tiene una salida inmediata.

Slo hay espacio limitado para generalizar cerca de equilibrio entre convertir el residuo a una forma conveniente y convertir el equipo de combustin para que queme directamente los residuos. Es probable que cuanto ms grande sea la planta, su conversin ser ms econmica. Sin embargo la economa exacta sera muy especfica para cada localidad.

Virtualmente no hay datos cuantitativos sobre las caractersticas de combustin de las briquetas en las plantas industriales, ya sea en calderas o en varios tipos de hornos.

La experiencia general sugiere que ellas son buenas sustitutas de la lea, posean una calidad consistente que pueden posibilitar la obtencin de un precio premio sobre la lea. Esto es evidente en Brasil donde la lea es vendida en cantidades y calidades variables. Tambin se dice que las briquetas basadas en madera en Ghana son vendidas a precios ms altos que la lea.

No est claro si tal premio se extiende a residuos con alto contenido de cenizas tales como la cscara de arroz. Podra esperarse que estos tuvieran ms problemas en sustituirse por lea. Sin embargo las briquetas basadas en residuos como la cscara de caf y man parecen ser virtualmente intercambiables con la lea.

La sustitucin de briquetas por carbn puede ser ms problemtica aunque la nica fuente de comparacin actualmente es la India donde el residuo usual, cscara de arroz tiene un inusual alto contenido de cenizas. En este caso las briquetas pueden ser quemadas satisfactoriamente slo en un rango limitado de dispositivos que usan carbn, por ejemplo los hornos de estribos. En otros tipos por ejemplo en parrillas mviles las briquetas de cscara de arroz pueden caer entre las barras de las parrillas antes que estn completamente quemadas.

Tambin es posible que en algunos aparatos de carbn podran haber problemas con el apelmazamiento de cenizas pero no se conocen datos que existan acerca de estos.

LA COMBUSTIN DE LAS COCINAS FAMILIARES

Parece que en la prctica las briquetas son usualmente quemadas en la industria. Sin embargo mucho inters ha habido recientemente en usar las briquetas en hogares familiares en pases donde la escasez de lea y la deforestacin son un problema.

Los reportes de laboratorio llevados a cabo en Europa tienden a proporcionar un panorama ms bien positivo.

Del comportamiento de la briquetas en las cocinas familiares. Pruebas hechas en TNO en los pases bajos ( Ktist Spit 1985) de 6 diferentes tipos de briquetas en 5 cocinas mostraron que la sustitucin de briquetas por combustible de madera a carbn vegetal probablemente no sera restringida por las propiedades de combustin de las briquetas sin embargo.

Las cocinas BUCKET (cangilones) THAI funcionaron particularmente bien y mostraron eficiencia trmicas entre 33% y 46%.

Encontraron que el comportamiento de combustin de las briquetas es comparable a la lea ms que al carbn vegetal. Las briquetas se queman con llamas algo ms altas y un poco ms de humo que el carbn vegetal. Las pruebas de TNO mostraron claramente que las briquetas de dimetros grandes especialmente cuando se fabrican de materiales groseros con alto contenido de cenizas, tales como la cscara de arroz y el jacinto de agua no son adecuadas para las cocinas domsticas debido a que su proporcin de calor es insuficiente y son difciles de encender.

Esto no es necesariamente un problema de las briquetas como tales. Los troncos de grandes dimetros comparables a las briquetas de 810 cm de dimetro proveniente de prensas de pistones grandes, rara vez son quemados sin ser cortados en las cocinas domsticas.

En los experimentos llevados a cabo en CRA en Gumbllowx, se sometieron a pruebas de combustin briquetas; en ellas se midi su elongacin durante la combustin as como su proporcin de prdida de peso. Los tiempos durante las cuales la combustin result en humo, llamas e incandescencia fueron observados.

o Las briquetas densas y duras se expanden o hinchan muy poco o nada durante la combustin; ellas tienen una baja taza de prdida de peso (duran bastante) y se queman sin llamas por un largo perodo, parecindose as al carbn vegetal.

o El caso es opuesto para las briquetas ms suaves, esto es, se hincha rpidamente por eso comienzan a romperse lo cual incrementa la proporcin de prdida de masa y acorta el perodo de combustin total. Tal comportamiento es particularmente caracterstico de las briquetas de pistn hidrulico.

o Algunos materiales especialmente la madera del rbol del caucho, soltaron mucho humo durante las pruebas de combustin lo que indica que esas briquetas probablemente no sean adecuadas para su uso en cocinas domsticas.

o Todos estos datos vienen en prueba de laboratorios que son tiles para anlisis bsicos pero pueden no cubrir otros factores que hacen a un producto aceptable en la prctica.

Hay pocos datos buenos acerca de la aceptacin potencial de la briquetas en las cocinas domsticas en la prctica.

Algunos estudios de mercados limitados en Nigeria sugeran que los resultados de laboratorio fueron buenos y que las briquetas son aceptadas por los consumidores domsticos.

Recientemente en Sudan varios miles de toneladas de briquetas de cscara de man, hechas en mquina de pistn grande, fueron vendidas a clientes domsticos. Se report que ellos estuvieron bastante felices con las propiedades de combustin aunque a menudo tuvieron que romper las briquetas.

La experiencia tanto de Nigeria como de Sudn fue de que las briquetas de pistn pueden ser usadas en los hogares domsticos aunque posiblemente en combinacin con lea. Esto es como borrado por alguna experiencia limitada de una planta localizada en Kigali, Ruanda.

En Tailandia, ha habido considerable experiencia en la venta de briquetas de tornillo a hogares, siendo estas briquetas fabricadas tanto de cscara de arroz como de residuos de madera. El producto de cscara de arroz parece problemtica debido a su contenido de ceniza pero puede ser quemado, mientras que las briquetas basadas en madera son bastante satisfactorias.

El problema de la captabilidad descansa en el precio no en la calidad.

Tambin hay algunas experiencias en el uso de las briquetas de carbn vegetal fabricadas ligando residuos carbonizados con mezcla, los resultados son contradictorios, algo puede estar relacionado con las diferentes situaciones de coccin en las que fueron usadas estas briquetas.

En la India se encontraron grandes problemas para persuadir a los hogares pequeos establecimientos en la venta de t para quemar briqueta ligadas con malaza. Hubo quejas acerca del olor y acerca de la velocidad de quemado cuando se compararon con briquetas de carbn o carbn vegetal. En Sudn, por otro lado, algunas investigaciones del mercado

conducidas en briquetas de carbn vegetal ligadas con malaza y hechas con tallo de algodn se dijo que fueron un sustituto aceptable del carbn vegetal. El alto contenido de cenizas de las briquetas de la India puede haber sido un factor inhibidor pero esto no puede justificar el problema del olor.

LA GASIFICACIN DE LAS BRIQUETAS

El proceso de gasificacin establece demandas de calidad ms altas que la combustin en las briquetas. El lecho combustible es ms grueso, aadindose al peso cargado en las briquetas en la base mientras que los tiempos de residencia son ms largos, durante los cuales los briquetas son sometidas a la humanidad a elevada temperatura. En una planta de gasificacin montada en un vehculo, las vibraciones aadirn tensiones adicionales en el combustible y aumentarn el riesgo de bloqueo del flujo de gas.

Hay un nmero de ventajas potenciales importantes de usar briquetas en lugar de por ejemplo, madera picada para gasificacin: las briquetas son ms secas incrementando la eficiencia del proceso e incrementando el valor calorfico del gas producido; la densidad bruta es ms alta aumentando el tiempo de residencia en el gasificador y la tasa de conversin de gas y, finalmente, el tamao de las briquetas puede ser escogido para adaptarse al gasificador y al emparrillado del mismo.

En pruebas llevadas a cabo por el CRA, siete gasificadores mviles y estacionarios fueron operados con briquetas hechas de diferentes materiales. Los resultados totales fueron muy buenos, aunque el alto contenido de slice en las briquetas de cscara de arroz causaron aglomeracin y obstruccin del flujo del gas.

En general, parece que las briquetas podran ser usadas para proveer un abastecimiento consistente para la mayora de sistemas de gasificacin. Sin embargo muy pocos datos basados en experiencias prcticas estn disponibles.

3. Concepto de briqueta

Las briquetas son una forma de una forma de energa aprovechable que resulta econmica y muy favorable con el medio ambiente, ya que estn elaborados con materiales provenientes de desechos forestales y agrcolas como la cascarilla de arroz, bagazo de caa de azcar, entre

otros y emiten menor cantidad de material particulado al aire, ayudndonos a preservar nuestro entorno ms limpio. Sus ventajas son mayor calor, mayor duracin, baja humedad, ahorra espacio de almacenaje y es menos contaminante.

5. Tecnologa de la fabricacin de briquetas

3. Una revisin del proceso de densificacin

La densificacin esencialmente involucra dos partes; la compactacin bajo precio de un material suelto para reducir su volumen y aglomerarlo a fin de que el producto permanezca en estado comprimido. El slido resultante es llamado BRIQUETA si aproximadamente tiene un dimetro mayor de 30 mm. Los tamaos ms pequeos normalmente se llaman PELLETS aunque la distincin es arbitraria. El proceso de producir pellets adems es diferente al tipo de proceso de producir briquetas. Una descripcin ms detallada se dar ms adelante en esta seccin.

Si el material es compactado con presin baja moderada (0.2 a 5 Mpa), entonces el espacio entre las partculas se reduce. Aumentar la presin provocara, en cierta etapa particular para cada tipo de material, el colapso de las paredes celulares del constituyente celulsico; aproximndose as a la densidad fsica del material o a la masa seca. Las presiones requeridas para lograr tan altas densidades son tpicamente 100 Mpa a ms (100Mpa = 1000 bares o 14500000 libras por pulgada cuadrada. este proceso de compactacin est enteramente relacionado a la presin ejercida sobre el material y sus caractersticas fsicas.

La reduccin de la densidad del material es la razn para acometer el briquetado ya que determina tanto el ahorro en transporte y manipuleo, y cualquier mejora en la eficiencia de la combustin sobre el material original. La densidad definitiva de una briqueta depender de cierta magnitud del rango de factores incluyendo la naturaleza del material original y la mquina empleada y sus condiciones de operacin as como otros factores menores. Sin embargo, la densidad aparente final de una briqueta de casi cualquier material es a una aproximacin grosera constante; ella normalmente variar entre 1200 y 1400 Kg/m3 para proceso de alta presin. Menores densidades pueden resultar de densificacin en prensas de pistones hidrulicos o durante el perodo de inici de las prensas de pistn mecnico (que puede durar varios minutos), mientras que en las prensas de pellets se logran densidades a un ms altas, el limite final para la mayora de los materiales est entre 1450 y 1500 Kg/m3. La relacin entre la presin de compresin el proceso del briquetado y la densidad resultante de la briqueta se ilustra en la Figura 2. (Eriksson, S.1990)

Fig. 2: Relacin entre presin y densidad

La densidad aparente de la briqueta ser ms alta que su volumen o masa o densidad de empacado ya que las briquetas no se empacarn perfectamente. La reduccin usual sera un factor de aproximadamente 2 dependiendo del tamao y de la forma de la briqueta.

Puede ser difcil de definir con exactitud las densidades de volmenes de la materia original particularmente en el caso de materiales como la paja que son muy fciles de comprimir aun manualmente. Las densidades de volumen ms bajas estn alrededor de 40 Kg/m3 para paja suelta y bagazo hasta los niveles ms altos de 250 Kg/m3 para algunos residuos de madera; de este modo puede esperarse ganancia de volumen de 2 a 10 veces con el proceso de densificacin. Como el material tambin tendr que ser secado a fin de facilitar el briquetado, el incremento resultante en contenido de energa por unidad de volumen puede ser grande comparado con la materia prima.

Para prevenir que el material comprimido se vuelva a descomprimir y finalmente regrese a su forma original es necesario agregar un agente aglutinante. Este agente se puede agregar al proceso o, al comprimir el material aglutinante, sea parte del propio material en forma de lignina. La lignina, o la lignina sulfrica, es un componente en la mayora de los residuos agrcolas. Puede ser definido como polmero termoplstico, que comienza a ablandarse a temperaturas sobre los 100C y fluye a temperaturas ms altas.

Existen dos maneras inmediatas de clasificar el proceso de briquetado:

1. Presin alta, intermedia o baja: esta distincin se hace, en principio, dependiendo del material usado pero puede ser adoptada la siguiente clasificacin de materiales speros:

Baja presin

hasta 5 MPa

Presin intermedia

5-100 MPa

Presin alta

sobre los 100 MPa

2. Si el agente aglutinante externo debe ser agregado o no para aglomerar un material comprimido. Usualmente las presiones altas del proceso necesitarn suficiente aglutinante para aglomerar la briqueta, pudiendo esto no prevalecer para todos los procesos. Las mquinas de presin intermedia pueden o no requerir de ligantes, dependiendo del material, mientras que las mquinas de baja presin invariablemente requieren de ligantes.

Una clasificacin adicional est basada en la tecnologa usada para comprimir la biomasa. Esta incluye:

a) Prensas de pistn

En ellas la presin es aplicada discontinuamente por la accin de un pistn sobre el material empacado en un cilindro. Ellas pueden tener un acople mecnico y una volante o utilizar accin hidrulica sobre el pistn.

b) Extensores de tornillo

En ellos, la presin es aplicada continuamente pasando el material a travs de un tornillo con volumen disminuyente. Hay tornillos cilndricos con o sin calentamientos del molde y tornillos cnicos. Tambin se fabrican con tornillos gemelos.

c) Prensas peletizadoras

En estas unos rodillos corren sobre una superficie perforada y el material es empujado por un hueco cada vez que el rodillo pasa por encima. Los moldes estn hechos ya sea de anillos o discos a un que hay otras configuraciones posibles.

La lista de arriba no es de ninguna manera completa y existen otros varios tipos de prensas de briquetas especialmente de baja presin y baja capacidad.

4. Equipos para la elaboracin de briquetas

Descripcin de los principales equipos de briquetado y es como sigue:

A) Prensas mecnicas de pistn

1 CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Un pistn oscilante empuja el material dentro de un molde que termina en punta donde ste es compactado y se adhiere contra el material remanente en el molde que quede del golpe anterior. Una expansin controlada y un enfriamiento de la briqueta continua es permitido en una seccin que seque al molde real (sale como la pasta de un tubo). La briqueta que deja esta seccin an est relativamente caliente y frgil y necesita una longitud adicional de pista de enfriamiento antes de poder ser cortada en piezas de la longitud deseada.

En los sistemas mecnicos el pistn consigue su accin oscilante al ser montado excntricamente en un cigeal con un volante. El cigeal, el pistn y la gua son mantenidos en un barro de aceite. Las partes mviles son montadas dentro de una estructura muy fuerte capaz de absorber las grandes fuerzas que actan durante el golpe de compresin. El mecanismo impulsor del volante ms comn es un motor elctrico acoplado con una faja.

1 FORMACIN DE LA PRESIN

El tipo ms comn de prensa briquetadora presenta un pistn cilndrico y un molde de 40 a 125 mm de dimetro. El molde se constrie un poco hacia la mitad luego se ensancha otra vez antes del extremo final. El angostamiento de los moldes puede, en varios diseos, ser ajustados durante la operacin por medio de una muesca ajustable del cilindro con un destornillador o por accin hidrulica.

A veces es suficiente escoger un molde no ajustable cuando el material est bien definido y es conocido por el operador.

No existen sistemas de ajustes automticos en la actualidad aunque se est investigando.

En Brasil y la India slo se fabrican mquinas con moldes fijos (no regulables o ajustables), mientras que en Europa ponen algn control sobre el molde (ste puede ser ajustado). En los sistemas ajustables depende del operador encontrar el ajuste correcto del molde que puede variar segn el contenido de humedad del material.

La presin en la seccin de comprensin es del orden de 110 a 140 MPa. Esta presin junto el calor de flexin de las paredes es en la mayora de los casos para elevar la temperatura del material a niveles en que la lignina se vuelve lquida y puede activar como un aglutinante para producir briquetas estables. En realidad, es necesario enfriar con agua el molde para prevenir el sobrecalentamiento.

2 CAPACIDAD DE LA MQUINA

La capacidad de una prensa de pistn est decidida por el volumen de material que puede ser alimentado al frente del pistn antes de cada golpe y al nmero de golpes por encima de tiempo.

La naturaleza de la materia prima no altera las caractersticas fsicas de la briqueta, ms bien tiene un mayor impacto en su produccin prctica.

El mecanismo de alimentacin es crucial y la mayor parte de los fabricantes ofrecen un diseo patentado. A veces realizan una pre-compresin del material mediante tornillos u otros aparatos a fin de conseguir un llenado lo ms eficiente posible.

El mecanismo de alimentacin si no concuerda con el material usado puede causar serios problemas. Si est subdimensionado pueden ocurrir vacos al frente del pistn causando dao en el mecanismo. El alimentador pese de atorase si es sobredimensionado y trata de introducir demasiado material dentro del espacio del pistn.

No hay muchos datos sobre la capacidad de las mquinas cuando son usadas con diferentes clases de materia prima. El cuadro N 13 muestra un estimado de cmo materiales menos densos tienen un menor ndice de capacidad en relacin a la madera.

3 DEMANDAS DE CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA

La prensa mecnica de pistn ha sido diseada y ha encontrado su mayor uso en el briquetado de desechos secos de madera. Un usuario tpico es un aserradero europeo o una carpintera que junta virutas, cepilladuras, aserrn o cortezas.

Debido a la alta presin, la prensa de pistn slo puede densificar material seco. Si este est hmedo, el vapor generado durante la compresin en el mejor de los casos romper la superficie de la briqueta cuando la presin es aflojada despus del cilindro de enfriamiento. En el peor de los casos un sbito incremento del contenido de humedad del material alimentado puede causar una explosin de vapor dentro del cilindro que expulsar la briqueta en forma violenta y daar la mquina.

El lmite de humedad en la mayora de los casos es 15% aunque algunos materiales con hasta el 20% de humedad pueden ser densificados en una prensa de pistn.

La humedad ideal est entre 8 y 12%.

Con material ms seco la friccin y por tanto la demanda de energa aumenta y el lmite ms bajo es 5%.

Otro aspecto de calidad es el tamao de la materia prima. Lo ideal es que el material contenga tanto fibras largas como fibras cortas con el mximo tamao de partcula dependiendo del material y el dimetro del molde.

Las mquinas ms grandes estn en el rango de 8 a 10 mm con tolerancia de hasta 15 mm para un dimetro de molde de 125 mm.

B) Prensas hidrulicas de pistn

2 CARACTERSTICAS PRINCIPALES

El principio de funcionamiento es bsicamente el mismo que el de la prensa mecnica de pistn. La diferencia est en que la energa para el pistn es transmitida de un motor elctrico

va un sistema hidrulico de alta potencia de aceite. As la mquina puede hacerse muy compacta y ligera ya que la fuerzas estn balanceadas en el cilindro-prensa y no en toda la estructura. El material es alimentado al frente del cilindro de presin mediante un cilindro de alimentacin que a menudo pre-compacta el material en varios golpes antes de que el cilindro principal sea presurizado. Toda la operacin es controlada por un programa que puede ser alterado dependiendo del ingreso de material y la calidad del producto deseada. La velocidad del cilindro de presin es mucho ms lenta con la prensa hidrulica que con la mecnica lo que resulta en producciones ms bajas.

Las presiones con que se fabrican la briquetas son considerablemente ms bajas en la prensa hidrulica que en los sistemas mecnicos. Las unidades del producto resultante normalmente sern menores a 1,000 Kg/m3 y la durabilidad y resistencia a los golpes naturalmente sufrir comparado a las prensas mecnicas.

3 CAPACIDAD

Con un par de excepciones, la mayor parte de los fabricantes tienen modelos con capacidades que van de 40 a 135 Kg/h; aunque se puede obtener unidades de hasta 800KG/h de produccin.

4 DEMANDAS DE CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA

El uso de presiones ms bajas indica que las prensa hidrulicas pueden tolerar contenidos de humedad ms altos comparados con las prensas mecnicas. Los fabricantes dan cifras entre 15% y 35%. Para las briquetas pueden no durar mucho cuando la humedad es ms de 20%. Se tendr que secar las briquetas si se van a guardar mucho tiempo.

En general el producto hecho en prensas hidrulicas tiene densidades significativamente ms bajas que el de procesos mecnicos, haciendo dudosa la idea que sean adecuadas en proyectos de pases en desarrollo donde las briquetas estn sujetas a trasporte y al abastecimiento prolongado.

C) Presiones de peletizador

5 CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Hay dos tipos de prensa peletizadoras: Plana y de anillos.

El tipo de molde tiene un disco perforado circular en el cual dos o ms rodillos rotan con velocidades de 2-3 m/s que significa que cada orificio individual es sobrerrodado por un rodillo varias veces por segundo. Los discos tienen dimetros que van desde 300 mm hasta 1,500 mm. Los rodillos tienen amplitudes correspondientes de 75 a 200 mm. resultando en superficies de recorrido (que es el rea activa debajo de los rodillos) de 500 a 7,500 cm2 .

La prensa de molde tipo anillo presenta un anillo perforado rotatorio en que los rodillos (normalmente 2 3) presionan sobre el permetro interior. Los dimetros inferiores de los anillos varan de 250 mm hasta 1,000 mm con superficies de recorrido de 500 a 6,000 cm2.

6 CAPACIDAD DE LA MQUINA Y DEMANDA DE ENERGA

Lo que controla la produccin de la prensa peletizadora es la fuerza del motor, lo que significa que hay grandes diferencias en capacidad de mquina cuando se densifican materiales con diferentes caractersticas de friccin.

La capacidad de las mquinas con desechos de madera, paja y otras materias primas de este tipo es 4 veces menor que con la produccin de alimentos para animales. Con esto en mente, el rango de producciones para prensas de moldes planos o en anillo es probable que sea de 200 Kg/hora a 8 ton /hora.

En los procesos de pellets el consumo de energa se expresa como la fuerza de un motor por superficie activa de rea. Normalmente la carga de esta superficie es de 0.03 a 0.07 Kw/cm2.

El consumo de energa, segn los fabricantes es de 15 a 40 Kwh/Tn. No se tiene datos de campo para verificar estas cifras. La produccin de alimento para animales consume menos energa que los desperdicios de madera.

o USO DE LAS MQUINAS PELETIZADORAS

La principal aplicacin de las peletizadoras es producir alimento animal de varios tipos de desperdicios agrcolas. Slo un nmero muy limitado de plantas han sido instaladas para producir briquetas para combustible .

Todos los proyectos de pellets para combustible en pases industrializados emplean desperdicios de madera como materia prima. En frica se ha ganado cierta experiencia.

En caso donde se requiera una produccin de ms de 1 a 2 Tn/hora y donde puede identificarse un buen mercado las prensa de pellets para combustible podran ser considerados.

D) Equipos auxiliares

Slo en unos pocos casos la prensa briquetadora ser el nico tipo necesario para instalar una planta de produccin de briquetas. Ejemplos de dichas instalaciones bsicas son la briquetadora de tornillo que trabajan con cscaras de arroz en Tailandia donde la materia prima es alimentada a mano dentro de la mquina y recogida a mano despus del prensado.

Desde este punto inicial, la complejidad de las plantas de fabricacin de briquetas aumenta hasta llegar a las plantas totalmente automatizadas que procesan desperdicios de madera en la Europa en las cuales la materia prima es alimentada por un tractor dentro de una tolva de donde ste es triturado, tamizado, almacenado, secado, vuelto a almacenar, alimentado dentro de las prensas y transportado al almacn del producto en un proceso totalmente automatizado, supervisado por un par de operadores.

Sera muy complejo entrar en detalles acerca de las caractersticas de cada uno de los tipos de equipos que pueden encontrarse en la plantas de densificacin. El siguiente texto es una breve descripcin de unos pocos tipos comunes y sus aplicaciones.

7 ALMACENAMIENTO

El almacenamiento de la materia prima en proyectos de pases en desarrollo es probable que sea en la toma de pilas de almacenamiento al aire libre. Esto demanda slo una arca

descubierta la suficientemente grande adyacente a la planta de procesamiento. Para los materiales que tienen que ser secados antes del briquetado normalmente no hay necesidad de cubrir la pila en la estacin lluviosa. O se puede cubrir con bandas de plstico.

El costo de proteccin adecuada en edificios y silos es prohibitivo, excepto para plantas muy grandes. Si se incluye una secadora en el proceso un depsito de almacenamiento deber instalarse para el almacenamiento intermedio del material seco antes del briquetado.

El producto final (briqueta) siempre tendr que ser almacenado bajo techo ya que las briquetas se demorarn y desintegrarn si les cae la lluvia. Las edificaciones para su almacenamiento son muy comunes pero cobertizos simples y mantas enceradas tambin pueden ofrecer suficiente cobertura si las briquetas son de superficie dura.

8 MANIPULEO

El manipuleo generalmente requiere del grupo ms grande de equipo en las plantas grandes automatizadas. Las cintas transportadoras son la forma ms comn de transportar la materia prima entre los procesos. Las cadenas transportadoras se usan normalmente para condiciones severas de operacin o situaciones de carga no regulada. Cintas vibradoras son manualmente empleadas para alimentar las trituradoras de martillos y picadores pero tambin pueden ser empleadas para medir y tamizar la materia prima.

Los elevadores de cangilones estn restringidos a transportar material con tamao de partculas limitados y normalmente no de usan a menos que la distancia corta impida el uso de elaboradores inclinados para compensar grandes diferencias de altura.

Transportadores neumticos pueden ser utilizados para transportar material fro seco tal como bagazo y cscara de arroz.

El costo de operar tales sistemas a menudo es prohibitivo en pases en desarrollo, al menos en los proyectos de fabricacin de briquetas.

Las briquetas pueden ser manipuladas por varias de las unidades arriba indicadas. Una solucin simple, posible para manipular las briquetas que salen de una prensa de pistn

mecnica es evitar el cortado de las briquetas y en su lugar dejar que la mquina empuje el material.

9 DESMEZUNAMIENTO O TRITURAMIENTO

La necesidad del desmenuzamiento o trituramiento es individual para cada materia prima.

Muchos residuos pueden ser briquetados sin ninguna preparacin pero para otros la necesaria reduccin de tamao puede ser muy costosa y aun prohibitiva, para materiales leosos tales como tallos de algodn, pueden usarse una picadora para la primera reduccin de tamao. Es necesario evitar que el polvo y las piedras entren a la picadora junto con el material o las cuchillas se desafilaran rpidamente.

El equipo de reduccin de tamao ms comn en las plantas briqueteadoras son los molinos de martillo. Ellos trituran el material convirtindolo en fracciones finas o gruesas dependiendo del tipo de molino.

10 CLASIFICACIN

A menos que el material est garantizado y limpio y no contiene partculas de tamao muy grande debe haber una operacin de tamizado dentro del proceso. En este proceso, el material de tamao mayor que el corriente es retirado y normalmente regresado al molino. Las prensas de pistn mecnicas y las prensas de paleta son especialmente sensibles al ingreso de partculas grandes.Por consiguiente, se recomienda tener un tamiz y un recogedor metlico como equipo auxiliar mnimo en dichas plantas.

Los diferentes tipos de tamices: tamices de disco rodillos agitadores, tamices de tambor, etc. Tienen diferentes aplicaciones dependiendo del tipo de material y la demanda de la calidad del producto.

11 SECADO

El deshidratado mecnico normalmente es posible slo cuando los contenidos de humedad son muy altos y tpicamente sobre el 50%. Las prensas son normalmente muy caras de instalar u operar y son improbables de ser usadas en proyectos de fabricacin de briquetas en pases en desarrollo.

El secado normal es comn y se logra quemando algo del producto en un horno de aire caliente. El secado tiene lugar ya sea en un tambor rotatorio u en un quemador de cicln (quemador de turbulencia). Los secadores son normalmente de equipo auxiliar tanto para instalar como operar.

6. Aglomeracin

3. Aumento de tamao

El aumento de tamao es cualquier proceso mediante el cual las partculas se unen para dar masas ms grandes y permanentes en las que se puedan identificar aun las partculas originales. Las aplicaciones incluyen la constitucin de formas tiles (ladrillos y losetas) as como los grnulos irregulares bolas para el beneficio industrial. (Perry, 1986). Asimismo, el mismo autor seala que hay un gran nmero de ventajas que se derivan de los procedimientos de aumento de tamao como se aprecia en el cuadro N 13:

Cuadro N 13. Ventajas del aumento de tamao |Reducir las prdidas por produccin de polvo. |

|Reducir los peligros de manejo, sobre todo cuando se trata de polvos irritantes o dainos. | |Lograr que los polvos tengan un flujo libre. |

|Densificar materiales para asegurar un almacenamiento o un envo ms conveniente. | |Suministrar una cantidad definida de unidades apropiadas para la medicin, el reparto y la asignacin. | |Producir formas estructurales tiles. |Crear mezclas uniformes de slidos que no se agreguen. |Mejorar el aspecto de los productos. | | |

|Permitir un mayor control de las propiedades de slidos finamente divididos (por ejemplo, solubilidad, | |porosidad, razn, superficie/volumen de transferencia de calor). |

4. Clasificacin del aglomerante

Segn lo mencionado por Hurtado (2002), los aglomerantes pueden ser:

a) Aglomerante tipo matriz. Los cuales establecen una matriz ms o menos continua. Por ejemplo: asfalto.

a) Aglomerantes tipo pelcula. Son usualmente derivados de disoluciones o dispersiones. Un ejemplo de stos es una disolucin de fcula utilizado en el briquetado de carbn de lea.

b) Aglomerantes tipo qumico. Se basan en reacciones qumicas para ser efectivas. Tales reacciones pueden ocurrir entre partculas slidas y el aglomerado o entre los componentes del aglomerante. Un ejemplo de esto son la cal y las molazas utilizados para unir polvos de acero.

c) Aglomerantes tipo lubricantes. Los cuales funcionan reduciendo la friccin entre las partculas; pueden ser tanto slidos como lquidos. Como ejemplo tenemos el tipo de aceite y agua, mientras que del tipo slido tenemos almidn seco, talco, cido esterico y grafito. (Koerner (1983),

a) Por el estado fsico: Lquidos Semi-slido : Slida : brea, aceite

brea/resina : resina

b) Por la funcin: Tipo matriz : resina, cemento

Tipo film

:

agua, almidn

c) Por el tipo qumico:

Orgnico

:

betn

Inorgnico : Compuesto :

barro brea/limn

Adems, los aglomerantes se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Productos Vegetales Almidn Colofonia Miel Aceite seco

2. Productos animales Casena Gelatina Por-producto de goma

3. Material Bituminoso Carbn de brea Asfaltado Gilsonida

4. Sinttico Resina termosttica Resina termoplstico

Los Cuadros N 14 y 15 muestran el anlisis qumico del almidn de yuca y de la bentonita respectivamente (Sato, 2002)

Cuadro N 14. Anlisis qumico del almidn de yuca

|ALMIDN DE YUCA |Humedad |Cenizas |Material voltil |Carbono fijo |12.3 |0.18 |94.51 |5.31 | | | |

|

Fuente: Sato, 2002.

Cuadro N 15. Anlisis qumico tpico de la bentonita

|BENTONITA |SiO2 |Al2O3 |Fe2O3 |MgO |K2O |Na2O |CaO |Prdida por calcinacin |68.22 |15.50 |2.74 |2.03 |0.51 |