Caracterización del bagazo de caña como biomasa vegetal

ARTÍCULO ORIGINAL Caracterización del bagazo de caña como biomasa vegetal Characterization of the cane bagasse like vegetable biomass MSc. Enma M. Manals-Cutiño, MSc. Margarita Penedo-Medina, MSc. Dolores Salas-Tort Facultad de Ingeniería Química, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, Cuba. RESUMEN Este trabajo tiene como finalidad evaluar propiedades físicas y químicas de diferentes clases de tamaño de muestras de bagazo de caña, como parte del estudio de descomposición térmica de las mismas. Para la realización del análisis granulométrico del bagazo de caña se estudiaron dos muestras; obteniéndose una distribución muy variada, desde un fino polvo hasta partículas irregulares de gran tamaño, las mayores acumulaciones fueron obtenidas para partículas menores de 0,5 mm y hasta 1mm de diámetro. En este estudio se desarrollaron dos métodos: el Método Diferencial y el Método Acumulativo, obteniéndose diámetros promedio de las muestras aproximadamente iguales por ambos métodos, de manera que el diámetro promedio del bagazo de caña en general es de 0,453 mm. Aplicando la metodología experimental y en las instalaciones adecuadas se evaluaron las propiedades químicas de la biomasa estudiada: carbono fijo, volátiles, cenizas, humedad. Luego se determinó la influencia del tamaño de las partículas en las propiedades del bagazo de caña obteniéndose que para la humedad y el carbono fijo no existe una tendencia definida en estos parámetros. En el caso del contenido de volátiles existe una tendencia al aumento de este contenido con el aumento del diámetro de las partículas, ocurriendo lo contrario para el contenido de cenizas. Se obtuvo una diferencia estadísticamente significativa entre la media de cada uno de estos parámetros entre un nivel de Dpi y otro, excepto para el caso del carbono fijo. Palabras clave: caracterización de biomasas, bagazo de caña, caracterización granulométrica. 244 ABSTRACT In this work were evaluated physical and chemical properties of different classes of size of samples of bagasse cane, like part of the study of thermal decomposition of the same ones. Two samples were studied; being obtained a very varied distribution, from a fine powder until irregular particles of great size, the biggest accumulations were obtained for particles smaller than 0,5mm and up to 1mm of diameter. In this study two methods were developed: the Differential Method and the Accumulative Method, being obtained diameters average of the approximately same samples by both methods, so that the diameter average of the bagasse cane in general is of 0,453mm. Applying the experimental methodology and in the appropriate facilities the chemical properties of the studied biomass were evaluated: fixed, volatile, ashy carbon, humidity. Then the influence of the size of the particles was determined in the properties of the cane trash being obtained that for the humidity and the fixed carbon doesn't exist a tendency defined in these parameters. In the case of the content of volatile a tendency exists to the increase of this content with the increase of the diameter of the particles, happening the opposite for the content of ashy. A difference was obtained statistically significant among the stocking of each one of these parameters among a level of Dpi and other, except for the case of the fixed carbon. Keywords: characterization of biomasses, bagasse cane, size characterization. INTRODUCCIÓN La biomasa lignocelulósica es una mezcla compleja de polímeros de carbohidratos conocidos como celulosa, hemicelulosa, lignina y pequeñas cantidades de otras sustancias como extractables y cenizas, los cuales están contenidos en la pared celular de las plantas [4].Los diferentes tipos de biomasa constituyen un recurso vital como fuente de energía en los países menos desarrollados del planeta, y cobra mayor atención en la actualidad, sobre todo en los países industrializados. Además, se conoce que pueden utilizarse como fuentes de obtención de carbón vegetal, biocombustibles líquidos y gaseosos, sustancias orgánicas, por procesos de descomposición térmica como la pirolisis y la gasificación.El proceso de pirolisis consiste en la descomposición de la biomasa por la acción del calor en ausencia de oxígeno. Existen diferentes tipos de pirolisis, siendo la pirolisis rápida una de las vías por las que se obtienen los mayores rendimientos de líquidos. Estos rendimientos y los tipos de pirolisis en sí, dependen de características relacionadas a la influencia de los parámetros: la velocidad de calentamiento, temperatura, presión y el tiempo de residencia de las sustancias en la pirolisis[7]. Nuestro país cuenta con residuos de biomasa muy diversos: el bagazo y la paja de caña, la cascarilla de café, cascarilla de arroz, conchas de coco, residuos de tabaco, aserrín de diversas plantas maderables, entre otras; estas se acumulan localmente en los lugares donde se generan, constituyendo en muchas ocasiones fuentes de contaminación ambiental. Actualmente se desarrollan investigaciones de pirolisis y gasificación, las cuales requieren el conocimiento de las características de descomposición térmica de la biomasa,para garantizar el rendimiento adecuado de los diferentes productos. Siendo el objetivo de este trabajo evaluar propiedades 245 físicas y químicas de diferentes clases de tamaño de muestras de bagazo de caña, como parte del estudio de descomposición térmica de las mismas. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Las biomasas que se someterán a procesos de termoconversión suelen caracterizarse previamente atendiendo a las siguientes propiedades: humedad, carbono fijo, volátiles, ceniza, así como el análisis elemental de componentes como el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (C-H-O-N). Estas propiedades varían en dependencia del material que se analicen. Rocca [5] realizó la pirolisis de dos especies nativas de madera dura (Aspidosperma Quebracho Blanco Schlecht, (AQB) y Aspidosperma Australe, (AA). Las mismas tienen un contenido considerable de materias volátiles similares al porcentaje de carbono; el contenido de cenizas es mayor para la AA, sugiriendo diferente composición; mientras que el contenido de carbono y el contenido de hidrógeno en AQB es más alto que en AA. Asadullah[1] obtuvo biocombustibles a partir del bagazo de caña producido por la pirolisis en un reactor de lecho fijo en un rango de temperatura de (300ºC a 600ºC), previamente se redujo el contenido de humedad a valores menores del 10%. Luego el bagazo fue aplastado en una máquina de trituración alcanzando un tamaño de partícula entre (0,5-1,0mm). A continuación las propiedades obtenidas se muestran en la tabla 1. Erlich [3] determinó las características termoquímicas de los gránulos del bagazo de caña de diferentes tamaños y orígenes, utilizando diferentes temperaturas (600,700 y 900 ºC) y velocidades de flujos de gas (4,7 y 10 L/min) con concentraciones variables de oxígeno (5, 10 y 15) % en mezclas con nitrógeno. En la tabla 2 se muestran los (...truncated)