pirolisis rápida de aceites vegetales: una alternativa ... · acero peltre aluminio aluminio acero...
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Pirolisis rápida DE ACEITES
VEGETALES: una alternativa energética
Erick González
MSc. Energías Renovables
Profesor de Ingeniería Mecánica
UNPSJB Trelew, Chubut, Argentina. Junio 2014
PIROLISIS
ENERGÍA DE LA BIOMASA:
Es la energía obtenida de
sustancias derivadas de procesos
biológicos CONTEMPORANEOS
Recordando:
Procesos para obtener
energía de la biomasa:
1.Corte y mecanizado
2.Bioquímicos
3.Químicos
4. Termoquímico
http://www.google.com.gt/imgres?imgurl=http://us.123rf.com/400wm/400/400/allex/allex0807/allex080700027/3284283-hacha-en-el-brazo-de-corte-de-le-a-en-la-hierba.jpg&imgrefurl=http ● http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Pellets_hand.jpg ● http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Charcoal.jpg ● http://2.bp.blogspot.com/_2ZRj071zt1o/S3QED8VY9qI/AAAAAAAAAKw/UTv-hG_eK3k/s400/carbon-vegetal.jpg ● http://tecnoculto.com/wp-content/uploads/usainbolt.jpghttp://thumbs.dreamstime.com/thumblarge_509/1275629461bxPf97.jpg ● http://energiacasera.files.wordpress.com/2009/11/biodigestor-casero-51.jpg http://newsimg.bbc.co.uk/media/images/44016000/jpg/_44016295_stove203wright.jpg http://www.nbp.org.kh/images/gallery/21--biogas-stove.jpg http://www.ncgreenpower.org/images/Newsletter/Landfill-Methane--diagram.jpg
Recordando:
Procesos termoquímicos de la biomasa
1. Combustión
Pirolisis Lenta o
carbonización
2. Pirolisis Gasificación
PIROLISIS RÁPIDA
COMBUSTIÓN: ES UNA OXIDACIÓN
ACELERADA DE LA MATERIA ORGÁNICA
(LEÑA,CARBÓN VEGETAL, CÁSCARAS, PAJA,
BIOGAS, BIOMETANO,
http://www.ecoargentina.org/fotos/incendios3.jpg http://www.efeverde.com/var/ezflow_site/storage/images/contenidos/mediateca/fotos/28-octubre-2010-15-25-00-quema-rastrojos/757877-1-esl-ES/28-octubre-2010-
15-25-00-quema-rastrojos_detalle_media.jpg http://www.efeverde.com/var/ezflow_site/storage/images/contenidos/mediateca/fotos/28-octubre-2010-15-25-00-quema-rastrojos/757877-1-esl-ES/28-octubre-2010-15-
25-00-quema-rastrojos_detalle_media.jpg http://i00.i.aliimg.com/photo/318566452/Biogas_lamp_v1.summ.jpg http://www.biodiesel.com.ar/zenphoto/albums/biodiesel/autos-flex-hibridos.jpg
http://www.cartoonstock.com/newscartoons/cartoonists/pto/lowres/pton269l.jpg http://www.elheraldo.hn/var/elheraldo_site/storage/images/ediciones/2008/08/22/multimedia/la-grecia-azucarera-la-
grecia-amplia-generacion-de-electricidad/50738-1-esl-HN/La-Grecia-Azucarera-La-Grecia-amplia-generacion-de-electricidad_noticia_full.jpg
PIROLISIS
ES LA TRANSFORMACIÓN DE LAS
GRANDES MOLÉCULAS DE LA
MATERIA ORGÁNICA EN
MOLÉCULAS MÁS SIMPLES POR
MEDIO DE ENERGÍA CALÓRICA Y
OXÍGENO REDUCIDO .
Pirolisis Lenta
o Carbonización
PIROLISIS Gasificación
PIROLISIS RAPIDA
Pirolisis Lenta o Carbonización
Exposición a temperaturas de 300- 1200 C por
tiempo prolongado hasta 8 días o más. El oxigeno
es parcial. El producto obtenido es sólido como el
carbón vegetal Ejemplo de carbonización natural
son los fragmentos de carbón en la extracción de
arena pumicítica durante erupciones plinianas.
La humanidad la utiliza desde 1200 a de C.
Gasificacion Proceso de combustión incompleta de carbón vegetal que
produce gas combustible. Tiene un poder calorífico de 4 a 7
MJ/m3 si se usa aire o de 10 a 18 MJ/m3 si se usa oxígeno o
vapor de agua (gas de sintesis)
http://www.cps.unizar.es/~proter/Gasificaci%F3n.htm
http://www.multitekingenieros.com/media/fotos/ampliacion/gasificacion01.jpg
Pirolisis rápida o «fast pyrolisys»
Exposición a temperaturas de 500-800 C por
tiempo corto < 2 segundos. Se usa para fabricar
Bio-petróleo, líquidos condensables y gases
combustibles. Total ausencia de oxígeno. LA
MATERIA PUEDE SER DE CUALQUIER SOLIDO O LIQUIDO DE
NATURALEZA ORGÁNICA COMO MADERA, HOJAS,
PLÁSTICOS, ACEITE VEGETAL, SEMILLAS, ETC.
Pirolisis rápida natural: Pompeya año 79
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Pompeii_the_last_day_1.jpg/200px-Pompeii_the_last_day_1.jpg http://3.bp.blogspot.com/_i7CdVW09k5w/SwVe1tYdbfI/AAAAAAAAAEc/KkGWB4151Ts/s1600/cuerpos.jpg
http://www.cps.unizar.es/~proter/Gasificaci%F3n.htm
INVESTIGACIÓN EN
PIROLISIS RÁPIDA:
QUEMADOR CUNOC II-D
eno, de modo que se obtienen diferentes mezclas de gases que a su vez pueden tener diferentes utilidades.
El tipo de reactores que normalmente se utili
QUEMADOR HOHEHEIM: Entre 2002 y
2003, el ing. Elmar Stumpf de la universidad de
Hohenheim, Stuttgart, Alemania.
Solicita colaboración de la División de Ciencias de la
Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala
para probar «in situ» un quemador de aceite vegetal.
eno, de modo que se obtienen diferentes mezclas de gases que a su vez pueden tener diferentes utilidades.
El tipo de reactores que normalmente se utili
Antecedentes
Surge el modelo cunoc i.
eno, de modo que se obtienen diferentes mezclas de gases que a su vez pueden tener diferentes utilidades.
El tipo de reactores que normalmente se utili
TUBO GASIFICADOR EN FORMA DE ESPIRAL SUSCEPTIBLE A TAPONARSE CON
INCRUTACIONES DE CARBÓN.
DIFICIL MANTENIMIENTO.
POTENCIA CERCANA A 12 KW.
TENDENCIA A FLAMEO RESONANTE.
CONSTRUCCIÓN COMPLICADA
CONSUMO DE ACEITE 250 CC / TIEMPO DE COMIDA.
CARACTERISTICAS DEL QUEMADOR ALEMAN
EL QUEMADOR CUNOC.
En 2003, en un intento de resolver los problemas del
quemador alemán, el estudiante Herson Girón y el
Ing. Erick González construyen un quemador de
diseño totalmente distinto denominado CUNOC I.
Las pruebas realizadas con el no logran resolver los
problemas de flameo resonante y tiene un tiempo de
precalentamiento de más de 5 minutos. Se propone
el proyecto al CONCYT para optimizar y evaluar el
quemador CUNOC II-D
eno, de modo que se obtienen diferentes mezclas de gases que a su vez pueden tener diferentes utilidades.
El tipo de reactores que normalmente se utili
Antecedentes
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE
QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE
DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL PROYECTO
PROYECTO FODECYT 010-2007
Investigador Principal: Erick González de León
Asistente de Investigación: Mario Ochoa Arreaga
FODECYT 010-2007
Limpieza interior del Quemador. Sustancia negra que fluye del interior del
quemador previamente calentado.
Probablemente se trate de un hidrocarburo
pesado se trata de Bio-Petróleo.
REPARACION DEL QUEMADOR ORIGINAL
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Quemador CUNOC IIA . Arriba izquierda vista inferior del quemador.
Al centro, reparación. Abajo derecha prueba de combustión muestra la
tendencia de este quemador a perder control de llama
2003-2007: QUEMADOR CUNOC II A :
REPARACION Y PRUEBAS DE COMBUSTION
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Durante las pruebas iniciales se muestra vistas de llama fuera de control en quemador
CUNOC II B
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
ARRIBA : izquierda, pantalla protectora; centro: detalle de manómetro y tapòn de entrada de aceite. ABA-JO:
izquierda, construcción de depósitos. centro: depósitos en construcción y derecha depòsito completo.
PANTALLA PROTECTORA Y DEPOSITOS DE ACEITE
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Cuando hay exceso de combustible la llama se torna amarilla indicando combustión a mezcla rica y se
origina también creación de humo y gases indeseables hasta extinguir la llama.
QUEMADOR CUNOC II-D
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Vista inferior del quemador CUNOC II-D operando establemente, se aprecia el tubo gasificador al rojo
cereza indicando temperaturas entre 800 y 900 grados Celsius. El proceso termoquímico de
descomposición de las moléculas del aceite es llamado PIROLISIS RAPIDA O “FAST PYROLISIS”.
QUEMADOR CUNOC II-D
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Proceso de PIROLISIS RAPIDA o “FAST PYROLISIS” del quemador CUNOC II-D.
La llama celeste muestra una perfecta combustión.
QUEMADOR CUNOC II-D
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Vista superior de la combustión del quemador CUNOC II-D, con una llama celeste sin
humos. La temperatura interior del quemador oscila entre los 800 y 1050 grados Celsius
garantizando mayor producción de gases combustibles durante el proceso de PIROLISIS
RAPIDA.
QUEMADOR CUNOC II-D
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Medición de temperatura del cuerpo precalnetador del quemador CUNOC IID y a la derecha
detalle de la manguera indicadora de volumen de aceite dentro del depósito
QUEMADOR CUNOC II-D
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
Pruebas de coccion de frijoles con olla de presión. Notar cómo la manguera indicadora de volumen
se ha deformado por la presión interna del depósito de aceite
QUEMADOR CUNOC II-D COCIMIENTO DE FRIJOL
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
RESUMEN DE RESULTADOS ACEITE RICINO, ACEITE CANOLA Y DE MAIZ
TIPO ACEITE ACEITE RICINO DENSIDAD 0,9482 g/cc
CANOLA CRISCO
d=0,9176 g/cc WESSON Maiz d_0,9130 g/cc
FECHA 02/11/2008
06/12/200
8 07/12/2008 09/12/2008
12/12/200
8 13/12/2008 13/12/2008
MATERIAL OLLA Aluminio
Acero
Peltre Aluminio
Acero
Peltre Aluminio Aluminio
Acero
Peltre Aluminio Aluminio
Acero
Peltre Aluminio
Acero
Peltre
Olla
Presión
Tiempo ( s) 540,00 960 1380 1380,00 1020,00 1740 840 1983,35 1680 827 1200 660 3540,00
Volumen Aceite utilizado
(cc) NSC NSC 43,00 50,00 40,00 143,00 22,00 66,00 66,00 47,00 49,00 28,00 151,00
Diferencia tempertura © 72,9 72,60 58,40 72,10 72,60 51,50 36,00 57,10 71,10 45,10 60,60 56,30 94,40
Volumen agua (cc) 1000 2700,00 2000,00 2000,00 2000,00 2000,00 2000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00
Flujo Aceite ( cc/s /
mm3/seg ) NSC NSC 0,03/31,16
0.04 /
36,23
0.04 /
39,22
0,082/82,
18
0,026/26,
19 0.03/33,28
0,04/39,2
9
0,06/56,8
3
0,04/42,4
2
0,06/56,8
3
0,04/42,6
6
Calor Recibido por agua
(cal ) 72900 196020,00 116800,00 144200,00 145200,00
103000,0
0 72000,00 171300,00
213300,0
0
135300,0
0
181800,0
0
168900,0
0
283200,0
0
Calor Recibido por agua (
joules ) 305217,72 820696,54 489018,24 603736,56 607923,36 431240,4 301449,6 717198,84
893044,4
4
566474,0
4
761160,2
4
707150,5
2
1185701,
8
Poder calorifico neto
(cal/g) NSC NSC 2864,67 3041,55 3828,31 759,63 3451,52 2737,24 3522,03 3137,23 4063,75 6606,95 2054,21
Flujo de calor (cal/s) 135 204,19 84,64 104,49 142,35 59,20 85,71 86,37 126,96 163,60 151,50 255,91 80,00
Potencia (W) 565,218 854,89 354,36 437,49 596,00 247,84 358,87 361,61 531,57 684,97 634,30 1071,44 334,94
OBSERVACIONES
Afectó el exceso de
flujo de aceite y
corrientes de
viento. El agua no
alcanzó a hervir.
Sesuspendió
cuando olla peltre
Viento
disminuy
e llama,
genera
humo
baja
rendimie
nto
El viento llegó a
apagar la llama,
sigue problema
bloqueo válvula
aceite, el aceite del
cono tardó 42
minutos en
acabarse.
Disminuye problema de
bloqueo de valvula de aceite
si la presion es 40 a 50 PSI.
Temp estable olla presion es
111 a 112 C.
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
RESUMEN DE RESULTADOS ACEITE SOYA, GIRASOL, MEZCLA Y BIODIESEL
TIPO ACEITE SOYA SABEMAS
GIRASOL
SABEMAS IDEAL MEZCLA ALIANZA BIODIESEL
FECHA 18/12/2008 16/12/2008 18/12/2008 17/12/2008
MATERIAL OLLA Peltre Al2
Aluminio
1 Peltre Al2 Peltre alum 1 Al2 PELTRE
aluminio
1
Aluminio
2
Tiempo ( s) 750 1860 660 1740 2220 1140 1500 1440 1620 1200 1620
Volumen Aceite utilizado
(cc) 34 67 37 55 61,5 40 43 35 62 35 51
Diferencia tempertura © 73,3 72,9 71 75,5 72,9 45,6 70,5 44,9 75 75 46
Volumen agua (cc) 2000 3000 1000 3000 3000 3000 2000 3000 3000 2000 3000
Flujo Aceite ( cc/s /
mm3/seg )
0,05/45,3
3
0,04/36,0
2
0,06/56,0
6 0,03/31,6 0,03/27,7
0,04/35,0
9
0,03/28,6
7
0,02/24,3
1
0,04/38,2
7
0,03/29,1
7
0,03/31,4
8
Calor Recibido por agua
(cal ) 146600 218700 71000 226500 218700 136800 141000 134700 225000 150000 138000
Calor Recibido por agua (
joules )
613784,8
8
915653,1
6 297262,8 948310,2
915653,1
6
572754,2
4 590338,8
563961,9
6 942030 628020 577778,4
Poder calorifico aceite
neto (cal/g)
4718,499
3
3572,093
6
2099,933
2
4463,669
9
3854,430
5
3716,583
4
3563,431
6
4182,320
6
4083,069
6
4821,910
8
3044,422
1
Flujo de calor (cal/s)
195,4666
7
117,5806
5
107,5757
6
130,1724
1
98,51351
4 120,00 94,00 93,54 138,9 125,0 85,2
Potencia neta quemador
(W) 818,4 492,3 450,4 545,0 412,5 502,4 393,6 391,6 581,5 523,4 356,7
OBSERVACIONES
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
COMPOSICION Y DENSIDAD DE ACEITES COMERCIALES
MARCA Grasa
Total
Grasa Saturada (acido
Palmítico y/o
Esteárico???)
Grasa Polinsaturada (acido
Linoleico o
linolenico????)
Grasa Monoinsaturada (acido
oleico???)
Volumen aceite
cm 3 Masa probeta g masa aceite g densidad g/cm3
Crisco (Canola)* 14g 1,0 7,1 4 28,6 8 57,1 50 86,22 132,1 0,9176
Wesson(Best Blend)* 14g 1,5 10,7 6 42,9 6 42,9 nd nd nd nd
Arcor 12g 1,8 12,9 6,2 44,3 4 28,6 nd nd nd nd
Suly 14g 2,0 14,3 6,9 49,3 4 28,6 dn nd nd nd
Wesson (Corn)* 14g 2,0 14,3 8 57,1 3,5 25,0 50 79,92 125,57 0,9130
Sabemas (Soya) 14g 2,0 14,3 8,5 60,7 3,5 25,0 50 79,94 125,63 0,9138
Olmeca 14g 2,1 15,0 8,8 62,9 3,1 22,1 nd nd nd nd
Ideal 14g 1,9 13,6 8,9 63,6 3,2 22,9 50 86,22 132,23 0,9202
Sabemas (Girasol) 14g 1,5 10,7 9 64,3 3,5 25,0 50 86,22 132,35 0,9226
Aceite de oliva
español Sublime
SENSAT 14g 2,0 14,3 2 14,3 10 71,4 nd nd nd nd
Pure Wesson Canola
Oil 14g 1,0 7,1 4 28,6 9 64,3 nd nd nd nd
Ricino 50 85,16 132,57 0,9482
Biodiesel nd 0,8888
OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN
DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA
ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y
BIODIESEL
RESUMEN: PROMEDIO DE CONSUMO ESPECIFICO DE ACEITE: 50 cc/ Litro de agua.
RANGOS DE POTENCIA NETA: 356 A 1071 WATT EN PROMEDIO CERCA DE 550 WATT.
OTROS:
SE OBTUVO MEJOR TRANSFERENCIA DE CALOR Y APROVECHAMIENTO CON EL USO
DE OLLA DE PELTRE.
EL EXCESO DE ACEITE ORIGINA LLAMA AMARILLA, ENFRIAMIENTO DEL QUEMADOR
Y CREACION DE HUMOS.
EL PRECALENTAMIENTO CON GAS PROPANO TARDÓ ENTRE 1 Y 3 MINUTOS.
NO SE DETECTARON DEPOSITOS DE ALQUITRANES EN EL QUEMADOR.
LA PIROLISIS A ALTAS TEMPERATURAS MAYORES DE 800 GRADOS CELSIUS FAVORECE
CONTAR CON UN PORCIENTO MAYOR DE GASES COMBUSTIBLES
PERSPPECTIVAS DE
APLICACIÓN DE PIROLISIS
RAPIDA EN ACEITES
VEGETALES
COMBUTIBLE SUSTITUTO
PARA MOTORES
ESTACIONARIOS CICLO
OTTO («de GASOLINA»)
COMBUSTIBLE
COMPLEMENTARIO PARA
MOTORES ESTACIONARIOS
CICLO DIESEL
PRODUCCION DE
DERIVADOS DEL BIO-
PETROLEO
Alguna pregunta???
