Pirolisis rápida DE ACEITES VEGETALES: una alternativa energética UNPSJB Trelew, Chubut, Argentina. Junio 2014 Erick González MSc. Energías Renovables Profesor de Ingeniería Mecánica PIROLISIS Recordando: 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/wpcontent/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 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-201015-25-00-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-2010-1525-00-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 Antecedentes 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. CARACTERISTICAS DEL QUEMADOR ALEMAN Surge el modelo cunoc i. 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. Antecedentes 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 FODECYT 010-2007 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 REPARACION DEL QUEMADOR ORIGINAL 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. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL 2003-2007: QUEMADOR CUNOC II A : REPARACION Y PRUEBAS DE COMBUSTION 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 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 PANTALLA PROTECTORA Y DEPOSITOS DE ACEITE 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. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D 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. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D 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”. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D Proceso de PIROLISIS RAPIDA o “FAST PYROLISIS” del quemador CUNOC II-D. La llama celeste muestra una perfecta combustión. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D 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. OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D 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 OPTIMIZACION DEL DISEÑO Y EVALUACIÓN DE QUEMADOR TIPO CUNOC II PARA ESTUFAS A BASE DE ACEITE VEGETAL Y BIODIESEL QUEMADOR CUNOC II-D COCIMIENTO DE FRIJOL 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 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 FECHA MATERIAL OLLA Tiempo ( s) Volumen Aceite utilizado (cc) 02/11/2008 Acero Aluminio Peltre CANOLA CRISCO d=0,9176 g/cc WESSON Maiz d_0,9130 g/cc ACEITE RICINO DENSIDAD 0,9482 g/cc 06/12/200 8 07/12/2008 09/12/2008 12/12/200 8 Acero Aluminio Peltre Acero Aluminio Aluminio Peltre Acero Aluminio Aluminio Peltre 13/12/2008 13/12/2008 Acero Aluminio Peltre Olla Presión 540,00 960 1380 1380,00 1020,00 1740 840 1983,35 1680 827 1200 660 3540,00 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) Flujo Aceite ( cc/s / mm3/seg ) Calor Recibido por agua (cal ) 1000 2700,00 2000,00 2000,00 0.04 / 36,23 2000,00 2000,00 2000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00 3000,00 0.04 / 0,082/82, 0,026/26, 0,04/39,2 0,06/56,8 0,04/42,4 0,06/56,8 0,04/42,6 NSC NSC 0,03/31,16 39,22 18 19 0.03/33,28 9 3 2 3 6 103000,0 213300,0 135300,0 181800,0 168900,0 283200,0 72900 196020,00 116800,00 144200,00 145200,00 0 72000,00 171300,00 0 0 0 0 0 Calor Recibido por agua ( 893044,4 566474,0 761160,2 707150,5 1185701, joules ) 305217,72 820696,54 489018,24 603736,56 607923,36 431240,4 301449,6 717198,84 4 4 4 2 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) Potencia (W) OBSERVACIONES 135 204,19 84,64 104,49 142,35 59,20 85,71 86,37 126,96 163,60 151,50 255,91 80,00 565,218 854,89 354,36 437,49 596,00 247,84 358,87 361,61 531,57 684,97 634,30 1071,44 334,94 Afectó el exceso de flujo de aceite y corrientes de viento. El agua no alcanzó a hervir. Sesuspendió cuando olla peltre Viento El viento llegó a disminuy apagar la llama, Disminuye problema de e llama, sigue problema bloqueo de valvula de aceite genera bloqueo válvula si la presion es 40 a 50 PSI. humo aceite, el aceite del Temp estable olla presion es baja cono tardó 42 111 a 112 C. rendimie minutos en nto acabarse. 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 18/12/2008 16/12/2008 18/12/2008 17/12/2008 FECHA MATERIAL OLLA Tiempo ( s) Volumen Aceite utilizado (cc) Diferencia tempertura © Volumen agua (cc) Flujo Aceite ( cc/s / mm3/seg ) Calor Recibido por agua (cal ) Peltre Aluminio 1 Al2 Peltre Al2 Peltre alum 1 aluminio Aluminio PELTRE 1 2 Al2 750 1860 660 1740 2220 1140 1500 1440 1620 1200 1620 34 67 37 55 61,5 40 43 35 62 35 51 73,3 72,9 71 75,5 72,9 45,6 70,5 44,9 75 75 46 2000 3000 1000 3000 3000 3000 2000 3000 3000 2000 3000 0,05/45,3 0,04/36,0 0,06/56,0 0,04/35,0 0,03/28,6 0,02/24,3 0,04/38,2 0,03/29,1 0,03/31,4 3 2 6 0,03/31,6 0,03/27,7 9 7 1 7 7 8 134700 225000 150000 Calor Recibido por agua ( joules ) 613784,8 915653,1 915653,1 572754,2 563961,9 8 6 297262,8 948310,2 6 4 590338,8 6 942030 628020 577778,4 Poder calorifico aceite neto (cal/g) 4718,499 3572,093 2099,933 4463,669 3854,430 3716,583 3563,431 4182,320 4083,069 4821,910 3044,422 3 6 2 9 5 4 6 6 6 8 1 Flujo de calor (cal/s) 195,4666 117,5806 107,5757 130,1724 98,51351 7 5 6 1 4 Potencia neta quemador (W) OBSERVACIONES 146600 818,4 218700 492,3 71000 450,4 226500 545,0 218700 412,5 136800 141000 138000 120,00 94,00 93,54 138,9 125,0 85,2 502,4 393,6 391,6 581,5 523,4 356,7 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 Grasa Monoinsaturada (acido Volumen aceite Linoleico o Masa probeta g masa aceite g densidad g/cm3 oleico???) cm 3 linolenico????) 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 2,0 14,3 2 14,3 10 71,4 nd nd nd nd 1,0 7,1 4 28,6 9 64,3 nd nd nd nd 50 85,16 132,57 0,9482 nd 0,8888 Aceite de oliva español Sublime SENSAT Pure Wesson Canola Oil Ricino Biodiesel 14g 14g 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 BIOPETROLEO Alguna pregunta??? Agradezco su amable atención. Ing. Erick González gonzalezerick@yahoo.com