10 agosto 2011

Fabricación de briquetas para producir energía en países en vías de desarrollo



Las poblaciones que viven diseminadas por el medio rural en los países en desarrollo carecen cada vez más de recursos energéticos que les permitan mejorar su modo de vida y realizar actividades de procesado de los recursos locales. El aumento de la población, la deforestación endémica, los episodios de inestabilidad y la sequía hacen que uno de los mayores problemas sea la carencia de leña. Las tasas de desertificación están aumentando en todo el mundo.

El ejemplo de Sudán
Como ejemplo del drama que supone la desertificación indicamos por ejemplo que en Sudán avanza a un ritmo de 10 - 20 km/año hacia el sur. Los residuos vegetales no son atractivos como fuente de combustible familiar porque son demasiado voluminosos, producen poca energía y suelen tener humedad. Al estar húmedos despiden mucho humo si se usan como combustible de interior.
Los recursos de biomasa, tales como la madera o el carbón, representan alrededor del 87,7 % del consumo de combustible por las familias que viven en el mundo rural y al rededor del 58 % en las familias que viven en la áreas urbanas de Sudán. Pero pese a que el país es uno de los países agrícolas más grandes de áfrica los residuos agrícolas no contribuyen significativamente como combustible en este sector.
Una de las soluciones más viables para obtener energía en el medio rural es a partir del uso de residuos forestales y vegetales, materia orgánica que se produce en millones de toneladas en muchas regiones. Estos residuos tienen un uso marginal pues tan solo se usan para algunas aplicaciones de combustible, forrraje para el canado o como abrigo (diferentes construcciones), sin un papel económico significativo y se quema directamente en los campos para librarse de los residuos y prevenir la extensión de plagas que pueden cobijarse en ellos.
Máquinas para hacer briquetas
Las máquinas de briquetas usadas con residuos agrícolas se dividen en tres tipos dependiendo del rango de presión del molde; el primer tipo son máquinas de alta presión; el primer tipo es una máquina de alta presión donde las máquinas alcanzan presiones de más de 100 MPa (1000 bares). Este tipo de máquinas es conveniente para los residuos con buen contenido en ligninia. A estas altas presiones la temperatura se eleva a unos 200 - 250 ºC, que es suficiente para fundir el contenido de lignina del residuo, que actúa como aglutinante y no se requiere por ello ningún material adicional.
El segundo tipo de máquinas son aquellas que utilizan presiones medias, con un rango de presión que va de 5 MPa (50 bares) a 100 MPa (1000 bares), y que da como resultado una menor fuente de calor adicional. Este tipo de máquinas requieren en la mayoría de los casos el uso de una fuente de calor adicional para fundir el contenido de lignina interno del material y eliminar el uso de un aglutinante adicional.
Este tercer tipo de máquinas a presión trabajan a menos de 5 MPa (50 bares) y a temperatura ambiente. Este tercer tipo de máquinas requiere la adición de materiales aglutinantes, y se considera que es el tipo más conveniente para los mateiales cabonizados debido a la falta del material de lignina en el proceso de carbonización y al bajo requerimiento de energía de este tipo de máquinas.
Las primeras máquinas para hacer briquetas investigadas en la región eran prensas manuales y posteriormente máquinas basadas en el concepto de tornillo pero las tasas de producción eran muy bajas. Más tarde esas máquinas fueron reemplazadas por prensas neumáticas, que mejoraban la productividad pero aún no eran aceptables desde un punto de vista comercial.
Mejores resultados se alcanzaron por una prensa hidráulica de doble pistón. Un modelo desarrollado por ERC en Sudáfrica en 1987 producía 25 kg/h de briquetas de una densidad aproximada de 500 kg/m3.
Descripción de una planta de briquetas
Posteriormente se avanzó en el desarrollo de una planta más completa que mejorase la productividad. en Sudán se usó una planta de producción de briquetas que consiste en una máquina de briquetas, un molino de martillo para molienda de tallos de algodón carbonizados, un depósito de almacenamiento de aglutinante, un tambor para preparar la mezcla y un espacio de secado.
El proceso de briqueting consiste en la extrusión de material por una extrusora de tornillo que actúa como un alimentador continuo. El volumen de material decrece cuando se transfiere de la tolva a la salida del molde. Esto se consigue incrementando el diámetro del origen del eje roscado comenzando con un diámetro pequeño en la posición de alimentación e incrementando gradualmente al valor máximo  en la posición del molde.
Un grupos de variables que deben tomarse en consideración al diseñar estas máquinas es el ratio de compresión de la máquina; forma del molde y dimensiones del ratio de la utilización del volumen del tornillo y el área del alimentador.
El otro grupo de variables que debe considerarse para optimizar la máquina es el contenido de humedad y el contenido de aglutinante. En la máquina analizada se usó como aglutinante melaza, disponible en gran cantidad y no utilizada económicamente en la mayoría de las factorías de azúcar del Sudán.
Resultados y discusión
El rendimiento de la máquina se encontró muy bueno cuando se trabajaba con la composición correcta de lechada. El contenido de humedad de la lechada se fue reduciendo gradualmente para encontrar el contenido de humedad mínimo para operación continua de la máquina de briqueta. El nivel de humedad más bajo que se considera aceptable es del 30 %, por debajo del mismo la máquina paraba frecuentemente por bloqueo del molde por una lechada relativamente seca.
Se tomaron muestras para diferentes valores de contenido de humedad, y la masa de cada trozo producido en un cierto intervalo de tiempo se midió en una base seca. Las medidas se tomaron usualmente después de dos días de secado al sol de los espécímenes en bandejas de secado abiertas. La mejor tasa de producción encontrada fue de 198 kg/h cuando se ajustó el contenido de materia prima inicial a contenidos de humedad inferior al 35 %. Esta tasa de producción es alrededor de ocho veces la tasa de producción de la prensa hidráulica de doble acción descrita anteriormente.
Para probar el aglutinante se dejaba caer el producto sobre hormigón desde alturas de 2 a 8 m. El resultado mostró que todos los especímenes con contenido de aglutinante superior al 3 % pasaban el ensayo. Sin embargo, los especímenes con contenido de aglutinante inferior al 2,5 % eran muy quebradizos y muy difíciles de manejar y transportar.
El mejor rendimiento se informó con un contenido de humedad del 35 % y contenido de aglutinante del 7 %. En estas condiciones la máquina no muestra signos de bloqueo.

El último sistema que describimos presenta mejoras en cuanto a tasas de producción, que son ocho veces superiores a los sistemas locales previos. El contenido de aglutinante es más bajo en el sistema presente en un 65 % cuando comparamos a sistemas previos; y el contenido de humedad es un 30 % más bajo cuando se compara con sistemas previos; y el contenido de humedad es un 30 % más bajo cuando se compara con el sistema previo.
Bibliografía:
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  • Bhattacharya, S.C., Jungtiynont, S., Santibuppakul, P., & Singamsetti, V.M., (1995). Some aspects of screw press briquetting. Proceedings of the Iinternational Workshop on Biomass Briquetting. New Delhi, India.
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  • Eriksson, S. & Prior, M. (1990). The Briquetting of Agricultural Wastes for Fuel. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, Publications Division.
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