FABRICACIN DE BRIQUETAS, USANDO ASERRN DE Pinus radiata

y Eucalyptus globulus A UN NIVEL ARTESANAL

II. Responsable:

III. Institucin:

IV. Planteamiento del problema de investigacin

1. Descripcin del problema

Actualmente la industria de aserro es la ms importante actividad de transformacin de

madera en el pas, estimndose que hay actualmente en operacin un total de 200

aserraderos con una capacidad instalada ligeramente superior a 1 milln de m. Las

deficiencias ms notorias de este tipo de industria son el elevado desperdicio (ms del 40%)

de la materia prima. El mayor problema de la industria del aserro, es la acumulacin de

estos desperdicios en grandes volmenes, estos residuos son vertidos a la ribera de los ros,

quebradas y utilizados como fuente de energa, contaminando el ambiente, sin aprovechar

su poder calorfico, pudiendo darle un valor agregado.

Una de las vas para utilizacin de estos desperdicios es convirtindolas en briquetas o

pellets, conocidos como biocombustibles slidos densificados. Estos biocombustibles son

100% naturales y ecolgicas, ya que estn hechas de desperdicios forestales tales como el

serrn, viruta, chips, ramas, restos de poda, raleo fino, etc. Y adems no utilizan ningn tipo

de aglomerante ya que el agua y la propia lignina de la madera funcionan como pegamento

natural.

La industria maderera en la ciudad de Cajamarca est cobrando gran importancia debido a

los programas de reforestacin en todo el departamento de Cajamarca, y por lo tanto no es

ajena al problema de la acumulacin de desperdicios en grande volmenes. En la ciudad de

Cajamarca, desde hace aos viene funcionando una de las industrias del aserro ms

conocida, Derivados de la Madera S.R. Lda, el cual utiliza sus desperdicios para alimentar

sus calderas de sus hornos de secado, emitiendo grandes cantidades de concentraciones de

CO2, SOX y NOX causantes del efecto invernadero y el cambio climtico. En tal caso es

necesario darle un valor agregado a estos desperdicios utilizando la tcnica de densificacin

para obtener briquetas a escala industrial.

Por lo expuesto anteriormente, en la presente investigacin se determinara si la utilizacin

del aserrn de Pinus radiata y Eucalyptus globulus son apropiados y no se disminuir su poder

calorfico, para la fabricacin de briquetas a un nivel artesanal.

2. Formulacin del problema

De lo descrito anteriormente, se deriva la siguiente pregunta principal de investigacin:

Cules son las caractersticas tanto fsicas como qumicas en las briquetas utilizando

aserrn de Pinus radiata y Eucalyptus globulus, a un nivel artesanal?

3. Justificacin de la investigacin

De la revisin bibliogrfica que se realizo, no se encontr investigaciones referidas a este

problema en el mbito de Cajamarca. Es por esta razn que la informacin que se genere

servir de gua a la industria del aserro, en un mejor uso y aprovechamiento de sus

desperdicios generados de la transformacin de la madera, y por lo tanto reducir las

emisiones de CO2, SO2 y NO3 causantes del efecto invernadero y el calentamiento global.

Adems con la elaboracin de briquetas a partir de aserrn, se disminuir la presin que

existe sobre los bosques naturales por la tala indiscriminada de rboles con fines

energticos, tambin las briquetas pueden sustituir a la lea, material utilizado por casi toda

la poblacin rural, y los combustibles fsiles derivados del petrleo y del carbn.

4. Objetivos de la investigacin

Determinara las caractersticas tanto fsicas como qumicas de la obtencin de briquetas de

aserrn de Pinus radiata y Eucalyptus globulus a un nivel artesanal.

Determinar la densidad anhidra y aparente, composicin qumica, resistencia a la

compresin y poder calorfico de las briquetas.

5. Delimitacin (o alcances) de la investigacin

Como ya se menciono en secciones precedentes, la investigacin se realizara en la Industria

de Aserro Derivados de la Madera S.R. Lda. El aserrn a ser utilizado provendr de la

transformacin de la madera que se realiza en esta industria. Se prev que la investigacin

tendr una duracin total de 3 meses.

6. Limitaciones de la investigacin

Debido a que la investigacin se realizara en la industria de Derivados de la Madera S.R.

Lda, el cual actualmente no viene trabajando con madera de Eucalyptus globulus, ya que

solo lo hacen cuando existe un contrato de por medio. Pero se espera que el gerente de la

industria firme un contrato, para la fabricacin de vigas de madera de esta especie para la

construccin de una casa, el cual se estar realizando probablemente entre los meses de

febrero y marzo.

V. Marco terico

1. Importancia de la fabricacin de Briquetas:

Segn Aldana et al. (2009) la compactacin del aserrn para la elaboracin de briquetas es

una alternativa energtica renovable proveniente de la biomasa, por lo cual es posible

densificar inmensos volmenes de aserrn que proviene del sector forestal, con dicho

proceso se obtiene productos con alternativa razonable debido a que es un combustible

limpio, ecolgico, genera poco humo, fcil de apilar y disminuye el costo de transporte.

El uso del aserrn sigue siendo un problema en nuestro medio, sin embargo es posible darle

valor agregado utilizando la tcnica de densificacin para obtener briquetas a escala

industrial, ya que constituye aproximadamente el 12.5 % del volumen total de la madera

rolliza; esta accin permitir solucionar el problema ambiental que este ocasiona, generar

fuente de trabajo, mejorar el nivel de vida de la poblacin, entre otros.

Con la elaboracin de briquetas a partir de aserrn, se disminuir la presin que existe sobre

los bosques naturales por la tala indiscriminada de rboles con fines energticos, tambin

las briquetas pueden sustituir a la lea y combustibles fsiles derivados del petrleo y del

carbn.

Nez y Soto (2008) sealan que en la actualidad la utilizacin de los subproductos

forestales tiene un alto grado de desaprovechamiento. El aserrn, viruta, despuntes, entre

otros, se almacena en grandes cerros o se quema en calderas, sin poseer un mayor valor

agregado o alcanzar una eficiencia energtica mayor.

Una de las vas para utilizar los residuos madereros es convirtindolos en pellets o

briquetas, conocidos tambin como biocombustibles slidos densificados. Estos

biocombustibles (pellets) tienen forma cilndrica con dimetros normalmente

comprendidos entre 7 y 22 mm y longitudes de 3,5 a 6,5 cm, cuya fabricacin se realiza a

alta presin, sin necesidad de utilizar algn tipo de adhesivo. Al fabricar y comercializar este

tipo de combustibles, se disminuye considerablemente la cantidad de residuos, se reduce el

volumen transportado, as como tambin se logra una combustin ms limpia y eficiente.

La combustin de los pellets es ms atractiva ambientalmente debido a que reduce las

emanaciones de CO2 en un 50% comparado con la combustin de lea o astillas, posee

bajas concentraciones de azufre y nitrgeno entre 0.004 - 0.007 % y 0.05 - 0.16 % del peso

seco final de cada pellet respectivamente.

2. Propiedades fsicas y qumicas de las briquetas

Nez y Soto (2008) mencionan que la materia prima tiene un contenido de

humedad entre 8 a 12 %, obteniendo una eficiencia energtica de 4500 kcal/kg

como poder calorfico superior. En consecuencia la combustin de pellets

contribuye a disminuir las concentraciones de CO2, SOx y NOx causantes del

efecto invernadero y el cambio climtico.

Segn Tapia et al. (2006) existe adems de la necesidad del secado previo; ya que, el

poder calorfico de la biomasa depende fuertemente del contenido de humedad de

la misma. Los valores calorficos varan muchsimo entre biomasa de similares

caractersticas pero con diferentes contenidos de humedad. El contenido de

humedad es clave durante todo el ciclo de la biomasa, si el objetivo final es el de

obtencin energtica.

Aldana et al. (2009) menciona que el poder calrico de los combustibles slidos

depende de su composicin qumica, especialmente de la proporcin de sustancia

combustible: carbono e hidrogeno, se puede decir que a igual peso de combustible

slido aumenta el poder calorfico con la riqueza de lignina (cuyo poder calorfico

inferior en trmino medio es 6100 kcal/kg). Como el poder calorfico inferior de la

celulosa slo llega a 4150 4350 kcal/Kg., las maderas especialmente ricas en

celulosa, tienen un poder calorfico relativamente bajo (KOLLMAN, 1959).

VI. Hiptesis o variables de investigacin

Hiptesis de investigacin:

Se obtiene un buenas caractersticas tanto fsicas como qumicas en las briquetas

utilizando aserrn de Pinus radiata y Eucalyptus globulus, a un nivel artesanal.

Variables:

Variable independiente: briquetas de aserrn de Pinus radiata y Eucalyptus globulus

Variable dependiente: caractersticas fsicas y qumicas

VII. Metodologa de la investigacin

Tipo de investigacin:

Por sus objetivos mi investigacin es descriptiva, ya que se determinara las

caractersticas tanto fsicas como qumicas de la obtencin de briquetas de aserrn de

Pinus radiata y Eucalyptus globulus a un nivel artesanal.

Diseo de la investigacin:

Ubicacin geogrfica:

El trabajo se llevara a cabo en las instalaciones de la industria del aserro, derivados

de la madera S.R. Lda. ubicado en el Jr. Tpac Amaru Nro. 481 de la ciudad de

Cajamarca, con coordenadas geogrficas de 070838 latitud sur y 782907 latitud

oeste.

Periodo de trabajo:

El trabajo de investigacin tendr un periodo de trabajo de 5 meses, iniciando a

partir del mes de febrero y culminara en el mes de junio.

Materiales y equipos

a) Materiales, insumos y reactivos, los cuales servirn para la fabricacin de

briquetas, as como tambin para determinar sus caractersticas fsicas y

qumicas.

- Aserrn de tres especies forestales - Almidn de yuca en polvo - Moldes de acero para briquetas - Algodn - Bolsas de polietileno - Tamiz 0.0098 mm y 2 mm - Alcohol al 96% - Agua destilada - Desecador - Balones - Matrazes - Pipetas - Fiolas - Papeles filtro - Embudos de vidrio - Pinzas

- Varilla de vidrio - Crisoles - Clorito de sodio (NaClO2) al 1.5% 2 - Clorito de sodio (slido) - cido sulfrico (H2SO4) al 72% 2 4 - cido actico (CH3COOH) 3 - Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.0725N 2 3 - Indicador rojo metilo

b) Equipos

- Estufa

- Prensa universal (ensayo mecnico)

- Cocinillas

- Bao mara

- Extractor soxhlet y sifn

- Condensador de reflujo

- Calormetro

- Computadora

- Cmara fotogrfica

c) Instrumentos

- Balanza analtica

- Reloj

- Calibrador digital

- Prensa hidrulica manual

- Termmetro de 250 C

Procedimiento a seguir para la recoleccin de datos:

1. Para la fabricacin de briquetas se utilizara el mismo procedimiento

utilizado por Aldana et al. (2009):

o Se recolectara aserrn fresco de las especies forestales Eucalyptus globulus

y Pinus radiata, sin cambios que puedan ser producidos por de los

microorganismos.

o Se realizara un presecado natural expuesto a la radiacin solar, con

rango de secado entre 8% y 17 % de contenido de humedad.

o El aserrn ser tamizado, segn la cantidad necesaria, teniendo como

rango de medida entre >0.0088 mm - < 2.00 mm posteriormente las

partculas de aserrn sern secadas en una estufa a 103 + 2 C hasta

conseguir un peso constante.

o El aglutinante de almidn de yuca ser preparado con la siguiente

proporcin: 40 g de almidn de yuca, disuelto en 250 ml de agua y

colocada a fuego lento, hasta conseguir una consistencia viscosa.

o Luego se realizar una mezcla en forma homognea entre el aglutinante y

el aserrn.

o La mezcla homognea ser colocada en los moldes calientes y se

proceder a densificarla en una prensa hidrulica, a una presin de

321.53 kg/cm2, por un tiempo promedio de 40 minutos. Se retirara la

briqueta del molde aplicando presin.

2. Determinacin de la concentracin del aglutinante se usara el mismo

procedimiento utilizado por Aldana et al. (2009) utilizando la siguiente

frmula:

[ ] = W (sto) x100/W (sto) + W(sol)

Donde:

[ ] =Concentracin del aglutinante en %

W (sto) = Peso del soluto (g)

W (sol) = Peso del solvente (ml)

3. Para determinar la densidad aparente bsica se seguir el mismo

procedimiento usa por Dorado et al. (1995) el cual consiste en

determinar el peso mediante secado en estufa a 100+/-5C hasta

llegar a peso constante en un promedio de 48 h.

Posteriormente las muestras se sumergirn en agua destilada durante

48 h, periodo determinado para su saturacin. Y se aplicara la

siguiente frmula:

4. Para la determinacin de la densidad aparente anhidra se utilizar el

mismo procedimiento usado por Dorado et al. (1995) que consiste

en determinar el peso seco y el volumen anhidro por inmersin

segn el principio de Arqumedes. Se aplicara la siguiente frmula:

5. El contenido de humedad de las briquetas molidas se determinara segn el

mismo mtodo utilizado por Aldana et al. (2009) la muestra ser de 2 gr

(peso hmedo) se colocara en estufa a 103 + 2C hasta conseguir que el

peso de la muestra sea constante (peso seco al horno). Se determinara con

la siguiente frmula:

Donde:

CH : Humedad del aserrn expresada como un porcentaje

Ph : Peso del aserrn en estado hmedo o peso inicial

Ps : Peso del aserrn en estado anhidro o peso final

6. Para la determinacin de extractivos se usara el mtodo Soxh, usado

por Aldana et al. (2009) en sus estudios; el cual consiste en trabajar

con 3 gr aproximado de briqueta molido de contenido de humedad

conocido y se envolver en un papel filtro formando un cartucho

que ser colocado en el extractor, para la extraccin se utilizara

alcohol al 96 % como solvente, se calentara hasta ebullicin del

solvente, sus vapores ascendern por el tubo lateral del extractor y se

condensaron en el refrigerante superior, el solvente empezara a

gotear sobre la muestra slida que se encontraba en el cartucho del

papel filtro, se acumulara y disolver (extrayendo) los compuestos

solubles en alcohol. Este ciclo se repetir el nmero de veces que sea

necesario. Finalmente se aplicara la siguiente frmula:

7. Para la determinacin de holocelulosa se har uso de del mtodo de

Jayme Wise utilizado por Aldana et al. (2009), para la obtencin de

la holocelulosa, el aserrn debe estar libre de extractivos. Este

proceso permitir determinar en forma cuantitativa el porcentaje de

holocelulosa (celulosa + hemicelulosa) y se har la disolucin integral

de la lignina, la cual debe ser oxidada mediante la oxidacin por el

clorito de sodio (NaClO)2 y el cido actico, dejando intacto a la

holocelulosa. Se aplicara la siguiente frmula:

8. Para la determinacin de Lignina se usara el mtodo Klason usado

por Aldana et al. (2009) este proceso permite determinar en forma

cuantitativa el porcentaje de lignina; para la obtencin de lignina, el

aserrn debe estar libre de extractivos, durante la obtencin de la

lignina, se remueve los polisacridos, se hidrolizara el material

celulsico, por hidrlisis con el cido sulfrico (H2SO4) al 72% , la

determinacin se llevara a cabo en 2 etapas, en la primera utilizando

el cido sulfrico y en la segunda etapa, despus de diluir el cido

sulfrico con agua; se ebulle bajo reflujo para completar la hidrlisis

dejando como residuo insoluble a la lignina. Se aplicara la siguiente

frmula:

9. Para la determinacin de ceniza se utilizara el mismo procedimiento

realizado por Aldana et al. (2009) el cual consiste en pesar 2 gr de

briqueta molido seco en un crisol de peso conocido; el crisol se

coloca en una mufla a 750 C por 4 horas, luego se saca el crisol de la

mufla con la ceniza producto de la calcinacin, se coloca en un

desecador por 25 minutos y se procede a determinar el porcentaje de

ceniza. Se aplicara la siguiente frmula:

Tratamiento de datos

Se aplicara el anlisis de varianza unifactorial con las siguientes

caractersticas:

Factor: Especie, con dos variantes: Eucalyptus globulus y Pinus radiata

Variable de estudio: Densidad anhidra, densidad aparente y

resistencia a la compresin

Nmero de repeticiones:4 por tratamiento

Unidad experimental: 1 briqueta

Nmero de unidades exp.: 12 unidades por especie

VIII. Administracin del proyecto

1. Cronograma

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Actividad Febrero Marzo Abril Mayo Junio

Elaboracin del proyecto de investigacin X

Bsqueda de referencias documentales X

Lectura de documentos X

Experimento X

Toma de datos X

Organizacin y anlisis de los resultados X

Redaccin del primer borrador X

Presentacin del reporte X

2. Presupuesto

Rubros Unidad Cantidad Costo

unitario Costo total

SERVICIOS PERSONALES

MATERIALES

Almidn

Moldes de acero para briquetas

Algodn

Bolsas de polietileno

Tamiz 2 mm

Alcohol 96%

Agua destilada

Desecador

Papeles filtro

Clorito de sodio (NaClO2) AL 15%

Clorito de sodio (solido)

Acido sulfrico (H2SO4) al 72%

Acido actico

Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.0725N

Indicador de rojo metilo

EQUIPOS

Reloj

Prensa hidrulica

TOTAL

IX. Referencias bibliogrficas

Tapia, C; Paredes, C; Simbaa, A; Bermdez, J. 2006. Aplicacin de las Fibras

Naturales en el Desarrollo de Materiales Compuestos y como Biomasa. ESPOL.

Ecuador 19(1): 113 120.

Aldana, R; Salvador, M; Guzmn, D. 2009. Obtencin de Briquetas de Aserrn de

tres Especies Forestales a nivel Artesanal. Revista Forestal de Ucayali. Per 5(1)

243264.

Soto, G; Nez, M. 2008. Fabricacin de Pellets de Carbonilla, Usando Aserrn de

Pinus radiata (D. Don), como Material Aglomerante. Maderas, Ciencia y tecnologa

[online] 10(2): 129-137.

Dorado, M; Astini, E; Tablada M; Bolatti, M. 1995. Densidad de la Madera de tres

Especies de Pinos en la Zona de Rio de los Sauces. Investigacin Agraria. Sistemas

y Recurso Forestales 4(2): 263-274.