Pirolisis rápida DE ACEITES VEGETALES

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
[email protected]