UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

DPTO DE ING. QUIMICA Y ALIMENTOS

Integrantes:

Basto Triveño Diego

Dávila Vidal Robert

Macías Almanza Roxana

Docente:

Dr. Alejo Lucio

Fecha: 08/12/1013

Cochabamba- Bolivia

PRODUCCION DE PELLETS A PARTIR

DE BAGAZO DE CAÑA

1. Introducción

Los pellets son un tipo de combustible hecho a base de materia orgánica,

Son densos y tienen una apariencia brillante, como si estuvieran barnizados.

Figura 1: Pellets de madera

Los pellets se fabrican mediante el prensado de biomasa mezclado con un poco de agua, los de madera son los más comunes, aunque dependiendo del lugar, puede haber mayor materia prima de algún residuo orgánico.

Se hacen de desechos de algún proceso, como en este caso se hizo de bagazo de caña que es el residuo de las empresas azucareras del oriente del país. También se pueden hacer de alfalfa, cascara de soya, residuos de molle, coco, cascaras de maíz, residuos de té, cascarillas de arroz, de maní, entre otros; hay muchas opciones para su producción.

Se hacen de diferentes formas y pueden ser usados como combustible para plantas eléctricas, casas particulares e industrias. Los pellets son bastante densos y tienen una humedad baja (menor al 10%) lo que hace que tengan una eficiencia de combustión.

Su forma y tamaño hacen fácil su transporte, manipulación y alimentación a los hornos.

Desde 1993 se han ido desarrollando diferentes hornos hechos especialmente para quemar pellets.

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

Producir pellets a partir de bagazo de caña en la peletizadora del Centro de Tecnología Agroindustrial.

2.2 Objetivos específicos

a) Entender el funcionamiento de la maquina peletizadorab) Entender el funcionamiento del molinoc) Determinar la humedad adecuada para la producción de pellets a partir

de bagazo de caña

3. Marco teórico

La búsqueda de un combustible que reemplace al petróleo es muy importante en el mundo moderno, por ello los residuos biomásicos que provienen de las industrias se pueden usar para la producción de pellets.

La peletización es un proceso de compactación de material lignocelulósico de determinadas condiciones (granulometría y humedad menor del 12%) para obtener cilindros de diámetro entre 7 y 22 mm y de longitud entre 2,2 cm a 7.0 cm. La compactación facilita la manipulación, disminuye los costos de transporte y aumenta su valor energético por unidad de volumen. Cabe destacar que si la manipulación y el transporte fueran problemas menores, sería conveniente utilizar directamente los residuos o leña triturada, evitando el costo de transformación.

Los pellets se producen por la compresión de biomasa orgánica que previamente pasa a través de un molino, para reducir su tamaño; esta materia molida pasa entonces a la peletizadora donde es compactada con gran presión sobre un disco con huecos rotatorios de 6 a 8 mm de diámetro. La gran presión hace que la materia se caliente, se una y quede compacto al enfriarse.

Debido al calentamiento global se ha vuelto una necesidad aprovechar los recursos naturales al máximo, por ello el aprovechar los residuos de procesos para la creación de pellets es lo ideal, además de que su costo de producción no es tan elevado.

Mercado de pellets en Europa

En Europa, los pellets se usan como insumo para las plantas térmicas de electricidad en cogeneración junto al carbón y para calefacción doméstica mediante estufas de doble combustión. Existen diversos estudios que demuestran la factibilidad técnica y ambiental de utilizar la biomasa de origen foresto industrial como alternativa de los combustibles fósiles para generar energía eléctrica y calórica. A excepción de Italia, los principales productores de pellets de madera son los países que cuentan con recursos forestales.

Cuadro 1: principales países productores de pellets de maderaEn millones de toneladas

El consumo de pellets en Europa se está incrementando rápidamente. La producción aumenta año a año, con la instalación de nuevas plantas, cuya inversión en equipamiento es subsidiada por los gobiernos de la Comunidad Europea. Sin embargo, la producción no alcanza para abastecer su consumo. En países como Suecia, Dinamarca, Alemania o Italia, el consumo es mayor a su producción, es decir, existe demanda de importaciones de pellets.

Cuadro 2: proyección del consumo de pellets en EuropaEn millones de toneladas

En la comparación de energías alternativas para un grupo de países europeos, puede observarse que el costo de generación de energía en euros por MW/h es menor para pellets de madera, con la excepción del Reino Unido y Finlandia, donde el gas natural es más económico

Cuadro 3: costos domésticos de energías competitivas en EuropaEn euros/MWh

Las normas en Europa indican que los pellets deben tener un contenido de humedad menor al 10%, una densidad aproximadamente constante, buena resistencia, poco polvo y producir poca ceniza.Con el incremento en el precio de combustibles fósiles, su demanda se ha ido incrementando especialmente en Europa y América y su industrialización se está convirtiendo en una necesidad.

De acuerdo a la Agencia Internacional de Energía su producción se ha duplicado entre 2006 y 2010 hasta 14 millones de toneladas y se espera que en los próximos cinco años su producción de duplique nuevamente.

Los estándares industriales y calidad del pellet.-

Hoy en día cada continente dispone de sus propios estándares en la fabricación del pellet como Estados unidos y Europa. En Europa prácticamente cada país dispone de un estándar diferente basado en el tamaño y potencia calorífica del pellet. Estas realidades hacen prácticamente imposible producir un producto que sea apto para todos los países del planeta pero también hay que remarcar de que dicha variación de estándares hacen que uno mismo deba decidir y fabricar su propio producto tal cual considere necesario respecto a la materia prima disponible.

Estándares en España - DIN y DIN PLUS:

Parámetros DIN 51731 DIN PLUSDiámetro (mm) 4 - 10 EspecificarLongitud (mm) < 5 < 5*Diámetro

Densidad ( kg/m3) 1-1.4 >1.12Humedad ( % masa ) < 12 < 10Cenizas ( % masa ) < 1.5 < 0.5

PCI ( MJ/kg ) 17.5 - 19.5 > 18S ( % masa ) < 0.08 < 0.04N ( % masa ) < 0.3 <0.3CI ( %masa ) < 0.03 < 0.02As ( mg/kg ) < 0.8 <0.8Cd ( mg/kg ) < 0.5 <0.5Cr ( mg/kg ) < 8 < 8Cu ( mg/kg ) < 5 < 5Hg ( mg/kg ) < 0.05 < 0.05Pb ( mg/kg ) < 10 < 10Zn ( mg/kg ) < 100 < 100

Densidad aparente - EspecificarDurabilidad ( % masa ) - < 2.3

Aditivos ( % masa ) - < 2

Los pellets quedan clasificados de la siguiente manera:

Contenido de humedad en el pellet terminado.-

Cuanto menos humedad tenga un gránulo de pellet al final de su proceso de fabricación, más energía poseerá en su interior pero desgraciadamente, se necesita un determinado porcentaje de agua para el proceso del peletizado. Con lo cual hay que peletizar con el menor grado de humedad posible para crear un pellet de calidad. El contenido de un pellet enfriado y seco debe de ser

inferior a un 10% poseyendo una densidad óptima, pero no debemos de olvidar que todo esto hay que realizarlo al menor coste y eficiencia posible

4. Desarrollo experimental

4.1 Materiales

1. Bagazo de caña de azúcar2. Agua3. 4 recipientes de plástico 20 L “balde”4. Taladro5. Set desarmador6. Tester7. Probeta

4.2 Equipos

Molino de martillos 15 HP Balanza electrónica

Peletizadora eléctrica 10 HP

Medidor de humedad conP=0,01 %   (humedad / contenido en seco)P=0,001 g (uso como balanza de pesado).

4.3 Procedimiento experimental

Experiencia #º1: molienda del bagazo de caña

1. El personal para esta área de trabajo debe portar: lentes, barbijo, guantes, protectores auditivos.

2. El proceso de la molienda se realiza empleando el molino de martillos.3. La malla del tamiz escogido es de 5 mm.4. Ajustar el cabezal del ciclón con material de manera que permita la

expansión del mismo pero sin dejar salir el material molido.5. Introducir el bagazo, evitando la entrada de cuerpos extraños como una

piedra por ejemplo.6. Tomar dato de la corriente o a plena carga que consume el motor

(ampers).7. La recepción de la molienda se hace en un saco con un buen ajuste en

el cuello del ciclón.

Experiencia #º2: elaboración de pellets

1. Pesar el balde en la balanza.2. Introducir el bagazo molido en el balde.3. Rociar con una cantidad mínima de agua de tal modo que la humedad

no supere el 15%, al mismo tiempo mezclarlo con la mano hasta obtener un mezclado homogéneo.

4. Analizar la humedad en el medidor de humedad.i. Colocar una pequeña porción de la mezcla del bagazo de caña y

agua en el aparato.ii. Leer la masa inicial y cerrar la tapa.iii. Presionar la tecla “start”. Y esperar aproximadamente unos 3 a 4

minutos, donde la humedad del material se mantiene a un valor constante.

iv. Leer el resultado de la humedad y la masa final.5. Revisar la peletizadora para verificar que esté lista para ponerse en

marcha.6. Introducir poco a poco la masa húmeda del bagazo.7. Observar el pellets formados.8. Si los pellets son muy frágiles, realizar la recirculación manualmente

hasta obtener la dureza, tamaño y superficie homogéneos.9. Analizar la humedad de los pellets obtenidos.10.Tomar diferentes humedades y comparar cuál de las pruebas supera las

características requeridas.11.Dejar enfriar los pellets terminados.12.Balance de masa. Balance de energía, estimar el costo en bolivianos.

5. Cálculos

Humedad inicial de la masaX so=1.97 %

Humedad óptima X s=28 %

Masa de agua necesaria para alcanzar la humedad óptima:0.2603kgagua

1kgmasa hú meda

Humedades en base húmeda:

X so=1.97 kgagua100kg m.h .

=0.0197kgagua

1kgm .h.

X s=28

100kg aguakgm .h.

=0.28kgagua

1kgm .h .

Masa de agua que se necesita agregar:

X s−X so=0.28kgagua

1kg m.h .−0.0197

kgagua1kg m.h .

= 0.2603kgagua1kg masahúmeda

Por cada 1 kg de masa inicial con una humedad de 1.97% se necesita agregar 0.2603 kg agua para alcanzar la humedad de 28% sobre base húmeda.

Humedad de los pellets acabado:

X p=15 %

En base seca es:

X p¿ =15 kgagua

85kgm . s .=0.176

kg aguakg m. s .

La humedad que se pierde durante la formación de los pellets:

X s¿=28

72kg aguakg m. s .

=0.3888kg agua

1kgm . s .

X s¿−X P

¿=0.3888kgagua

1kgm . s .−0.176

kg aguakg m. s .

=0.213kgaguakgm . s .

La unidad de consumo de energía del molino eléctrico se mide en hora (kW-h).

Promedio I= 7.9 ampere

P=I∗3∗E∗N∗cos0

DONDE:

P: potencia de consumo kW

E: fuente de alimentación 380 volts

N: rendimiento del motor trifásico 0.55

Cos0: factor de potencia 0.8

I corriente que se consume a plena carga ampere

P=7.92∗3∗380∗0.55∗0.8=3972.67watts=3.97kw

Masa pellets =0.705 kg en Tiempo = 11 min = 0.1833 h

Masa total pellets = 44.70 kg por lo tanto el tiempo total es: 11,622 h (por regla de 3)

44.70kg∗0.1833h

0.705 kg=11.622 h

La energía consumida es: P*t = 3.97 kW*11.622 h= 46.1704 kw-h

El costo total de la energía consumida de la peletizadora en bolivianos es 52.3 Bs

La potencia consumida en la molienda

P=I∗3∗E∗N∗cos0

P potencia de consumo kw E fuente de alimentación 380 volts N rendimiento del motor trifásico 0.7 Cos0 factor de potencia 0.95 I corriente que se consume a plena carga ampere 8.8 volts

P=8.8∗3∗380∗0.7∗0.95=6671.28watts=6.67 kw

Masa bagazo 53.64 kg

Flujo másico de molienda= 80kg/h

Tiempo empleado (ideal) 53.64kg∗1h80kg

=0.67h

Energía consumida durante la molienda 6.67 kw * 0.67 h = 4.47kw- h

El costo total de la energía consumida en el molino en bolivianos es 20.6 Bs

Entonces el Costo total es de 72.9 Bs

6. Observaciones.-

a) Es difícil conseguir una mezcla homogénea del bagazo de caña con el agua debido a la dosificación de agua con respecto a la biomasa.

b) Hubiera sido mejor no realizar la molienda del bagazo en el molino de martillos, porque se redujo aún más el tamaño del bagazo que tuvo consecuencias cuando pasaba por la peletizadora que atascaba al rodillo y levantaba mucho polvo que es perjudicial para salud

c) Al sobrealimentar la peletizadora esta se atasca y se apagad) Con el tiempo la peletizadora necesitaba más potencia ya que al inicio

no se atascaba con una cantidad de masa y luego con la misma cantidad de masa se atascaba

7. Conclusiones.-

a) Se produjo 84 kg de pellets a partir de una mezcla de bagazo de caña y agua usando la peletizadora.

b) Se comprendió el uso de la peletizadora a través del uso de la peletizadora, comprendiendo el flujo de la mezcla con el que debía ingresar a la zona de alimentación para que no existe atascamiento.

c) La principal función de nuestro molino era el de reducir la granulometría de nuestro mineral.

d) La humedad óptima para producir pellets en teoría tiene que ser menor al 15%, pero la alcanzada en la producción y debido a factores de una mezcla no homogénea, se produjo pellets con una humedad de 28% a la salida de la peletizadora.

e) Se hizo la prueba con agua caliente y agua fría en la mezcla con el bagazo para ver si existía una mejor eficiencia en cuanto a la producción, pero no se vio gran diferencia en cuanto al producto obtenido.

8. Bibliografía.-

a) procedimiento para la fabricación de pellets:http://www.espatentes.com/pdf/2075403_t3.pdf

b) tutorial básico para la fabricación de pellets http://www.chimeneascosta.es/Pagina-de-contenido

c) Diseño conceptual de una maquina peletizadorahttp://www.engormix.com/MA-avicultura/manejo/articulos/diseno-conceptual-maquina-peletizadora-t3077/124-p0.htm

d) Diseño de una maquina peletizadorahttp://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/2148/1/4250.pdf