GASOGENACION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALIFACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y AMBIENTALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

PRÁCTICA PRE- PROFESIONAL I

PUCALLPA – PERÚ

2015

ESTIMACION DE LA VELOCIDAD DE GASOGENACION CON LA HUMEDAD DE LOS RESIDUOS SOLIDOS DE LA ESPECIE MADERABLE CEDRELINGA CATENAEFORMIS (TORNILLO), FEBRERO - MAYO 2015.

PRACTICANTE : GRANADOS ORTEGA WENDY JANETH

CÓDIGO : 0002100713

ASESOR : ING. MELCHOR HERBERT DOLMOS CASTRO

ÁREA : INVESTIGACIÓN, FORMULACIÓN DE PROYECTOS AMBIENTALES Y TECNOLOGÍA LIMPIA

INDICE DE CONTENIDO

I. INTRODUCCION

II. OBJETIVO

2.1.OBJETIVO GENERAL

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

III. REVISIÓN DE BILIOGRAFÍA

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1. LUGAR DE EJECUCIÓN

4.2. MATERIALES Y EQUIPOS

4.3. METODOLOGÍA

V. RESULTADO

5.1. RESUMEN DE DATOS EXPERIMENTALES DE GASOGENACION

5.2. GASOGENACIÓN DE ACUERDO A LA HUMEDAD

5.2.1. CUADRO N° 02

5.2.2. CUADRO N° 03

5.2.3. CUADRO N° 04

VI. DISCUCSIÓN

VII. CONCLUSIÓN

VIII. RECOMENDACIÓN

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS

X. ANEXO

10.1. DISEÑO DE UN SECADOR SOLAR ARTESANAL

10.2. DETERMINACIÓN GRANULOMÉTRICA

10.3. RECOPILACIÓN DE DATOS EXPERIMENTALES

10.4. EQUIPOS E INSTRUMENTOS

10.6. PROCESO DE GASOGENACIÓN

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LISTA DE TABLAN°. PÁG

Tabla1. Wendy

Tabla 2. Wendy

Tabla 3. Wendy

Tabla 4. Wendy

Tabla 5. Wendy

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LISTA DE FIGURASN°. PÁG

Figura 1. Janeth 01

Figura 2. Janeth 02

Figura 3. Janeth 04

Figura 4. Janeth 06

Figura 5. Janeth 08

Figura 6. Janeth 10

Figura 7. Janeth 12

Figura 8. Janeth 14

Figura 9. Janeth 16

Figura 10. Janeth 18

iv

ESTIMACION DE LA VELOCIDAD DE GASOGENACION CON LA HUMEDAD DE LOS RESIDUOS SOLIDOS DE LA ESPECIE MADERABLE CEDRELINGA CATENAEFORMIS

(TORNILLO), FEBRERO - MAYO 2015.

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I. INTRODUCCION

Los residuos de la industria forestal son considerables en los países en desarrollo, por lo cual sugieren un alto potencial para la generación de energía. En la actualidad, la energía del aserrín de la madera es competitiva en el mercado, particularmente cuando se origina como residuo de la industria forestal del procesado de la madera. (Tomaselli, 2007, p.32).

La disposición de los residuos del asierre, que por décadas se ha tenido en los aserraderos de Pucallpa, ha sido de forma descontrolada en la mayoría de los casos. Aunque localmente no existen datos concretos sobre la contaminación de los aserraderos, entre los impactos ambientales negativos se encuentra el arrastre a las corrientes de agua de lixiviados tóxicos, como el ácido tánico o taninos y material en partículas finas (Saha y Kaviraj & Brewer, 2001).

En términos de conversión energética de biomasa a electricidad, destaca el desarrollo tecnológico y comercial que ha tenido la gasogenacion, debido a su flexibilidad y relativamente alta eficiencia con respecto a las tradicionales por combustión (FAO, 2008).

La tecnología de gasogenacion es actualmente la opción más apropiada para proveer de electricidad en sistemas pequeños, a comunidades y pequeñas industrias (Abe, 2007, p.69).

En el Perú, la tecnología de gasogenacion se encuentra aún en la primera fase de estudio. El rezago tecnológico de Perú en materia de gasogenacion se atribuye en gran medida a la dependencia de los combustibles fósiles para satisfacer la demanda de energía.

En el presente informe que se basó en la estimación de la velocidad de gasogenacion con la humedad de los residuos sólidos de la especie maderable CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo), la práctica se realizó como parte adicional del proyecto denominado “Adaptación tecnológica de un gasógeno para utilizar el gas, obtenido de los residuos de madera, como fuente de energía para el funcionamiento de un aserradero rural en la región Ucayali”, a través de la gerencia de proyecto de la asociación de productores forestales de Ucayali (APROFU); el prototipo se construyó a fin de conocer el comportamiento de la gasogenacion de los residuos sólidos forestales; habiendo seleccionado la especie CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo) .

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II. OBJETIVO

2.1. OBJETIVO GENERAL

o Estimar en primera aproximación la velocidad de gasogenacion a

diferentes humedades de los residuos sólidos de la madera CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo).

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

o Diseñar un secador artesanal para preparar las muestras.

o Determinar el de la muestra más abundante.

o Determinar la humedad adecuada para conocer la velocidad de

gasogenacion.

III. REVISIÓN DE BIBLIOGRAFÍA

3.1. DEFINICIÓN

APROFU:Es una Asociación de Productores Forestales de Ucayali que analiza, desarrolla, promueve y defiende la actividad forestal de Ucayali y la Amazonía.

Aserrín:El serrín o aserrín es el desperdicio del proceso de serrado de la madera, como el que se produce en un aserradero.

Biomasa:Es un tipo de energía renovable que puede reemplazar el uso de algunos combustibles fósiles como el carbón mineral y el gas natural, principalmente compuesta de carbón, oxigeno, hidrógeno y pequeñas fracciones de elementos minerales como potasio, fósforo, sulfuro y otras. Los componentes principales son normalmente conocidos como celulosa y hemicelulosa.

Combustibles fósiles:

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Los combustibles fósiles son el petróleo, el carbón y el gas natural, formados de plantas que vivieron en épocas muy remotas.

Gasogenacion:Es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (carbón, biomasa, restos agrícolas) es transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones que ocurren en presencia de un agente gasificante (generalmente aire) en un ambiente pobre en oxígeno.

Sistema de Gasogenacion:Es el equipo completo que está compuesto por el reactor, el ciclón, el radiador y el extractor de aire.

Gasógeno:Es el producto que sale del reactor (gas pobre)

Impactos Ambientales:El impacto ambiental es el efecto que produce la actividad humana sobre el medio ambiente.

Residuos forestales:Son los desperdicios que se realiza en actividades forestales que pueden aparecer en estado sólido, como la leña, el aserrín o virutas.

Secador Artesanal:El secador artesanal es para secar los residuos a través de la energía solar, que absorbe la humedad de la superficie de la madera.

Tecnología de punta:Tecnología alternativa que se vuelve económicamente factible, al momento en que el precio de un recurso natural no renovable se ha elevado hasta un cierto nivel como resultado de la extracción acumulativa.

Tecnología inversa:

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La tecnología inversa consiste en crear cosas a partir de las que ya fueron descubiertas o inventadas, es decir generarle diferentes utilidades.

3.2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.2.1. Biomasa de Residuos Forestales

De acuerdo a lo desarrollado por Tomas (2004), la biomasa forestal se define como la materia orgánica que existe en un determinado ecosistema forestal, tanto por encima como por debajo del suelo. La biomasa forestal se puede clasificar en:

Natural: Es la que se produce en la naturaleza sin ninguna intervención humana, y que se puede aprovechar como fuente energética. Como por ejemplo los troncos, hojas, ramas, frutos, etc.

Residual: Son los residuos que se generan en las actividades forestales o en la industria maderera y que todavía pueden ser utilizados y considerados subproductos. Como ejemplo podemos considerar el aserrín, la cáscara de almendra, las podas de frutales, etc. (p.13).

3.2.2. Descripción de Materia Prima

Como criterio de selección de la materia prima se toma la disposición y cantidades de producción de biomasa residual, para ofrecer alternativas de disposición de los residuos de la producción en utilización de energías renovables (García Fernández, 2011, p.18).

3.2.3. El Aserrín de Madera

De acuerdo a lo desarrollado por la Organización de las Naciones Unidas (1993), para la Agricultura y la Alimentación (FAO), aserrín

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es el producto de todas las operaciones mecánicas de elaboración de la madera, especialmente de los aserraderos.

Es un conjunto de partículas que se desprenden de la madera cuando se sierra. La madera se cierra por corte o desgarre de sus fibras mediante la acción continua de una serie de dientes uniformemente separados e inclinados en dos direcciones, uno a continuación de otro, destinados a moverse en planos de trabajos paralelos y bastante juntos. La acción de los dientes cortantes, produce un canal de anchura uniforme en toda la pieza, en lo que se desgarren y extraen los trozos de fibra o aserrín. Este residuo puede llegar a representar hasta el 15% de la producción total de madera procesada. (p.94).

3.2.4. Especie Maderable Cedrelinga Catenaeformis (Tornillo)

Tabla 1. Características de la especie maderable Cedrlinga Catenaeformis (Tornillo).

ESPECIE Cedrelinga catenaeformis

FAMILIA LEGUMINOSAE (MIMOSOIDEAE)

NOMBRE COMUNES Perú: Pino peruano, Huayra caspi, Cedrorana. Colombia: achapo.Ecuador: seique. Brasil: cedrorana.

NOMBRE INTERNACIONAL

Tornillo,

DESCRIPCION DE LA MADERA

Color: La albura es de color rosado, transición gradual a duramen de color rojizo claro.Olor: distintivo, urticante al aserrarse.Brillo: Moderado a brillanteGrano: Entrecruzado

Textura: GruesaVeteado: Poco definido en el corte tangencial, arcos superpuestos ligeramente diferenciados con líneas vasculares oscuras pronunciadas y en el corte radial bandas angostas, paralelas, satinadasPorosidad: difusa

PROPIEDADES FÍSICAS:

Densidad básica: 0,45 g/cm3

Contracción tangencial: 3.00 %Contracción radial: 1%Contracción volumétrica: 3.9%

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Relación T/R: 2,2

FOTO DEL ARBOL de TORNILLO

FOTO O IMAGEN DE LA MADERA DETORNILLO

Fuente: Proyecto Carbo vegetabilis España .

3.2.5. Sistema de Gasogenacion

De acuerdo al estudio de combustión realizado por Rodríguez, (2004), la gasogenacion es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (carbón, biomasa, restos agrícolas, plástico) es transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones que ocurren en presencia de un agente gasificante (generalmente aire) en un ambiente pobre en oxígeno.

El sustrato carbonoso de origen y el agente de gasificación son los parámetros que determinan el mayor o menor contenido en energía (poder calorífico) del gas.

Las principales aplicaciones de la gasogenacion se basan en la utilización del gas producido y la energía térmica que genera el propio proceso, además el calor puede transformarse en vapor y producir electricidad mediante un generador eléctrico conectado a la turbina. (p.110)

3.2.6. Proceso de Producción

El proceso de gasogenacion se divide en tres fases de acuerdo a lo desarrollado por Mariela Beljansky, (2004):

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Pirolisis: es la degradación térmica del combustible en ausencia de agentes oxidantes con temperaturas ente 200 y 500ºC.

El carbón se usa para la producción de carbón activado o como combustible en sistemas de combustión directa, como calderas; los líquidos (alquitranes pesados) se emplean como combustible para motores de combustión interna o en sistemas de combustión para general energía eléctrica o térmica; el gas se emplea en la generación de energía eléctrica y calor, o mediante síntesis para producir metanol. (p.96)

Gasificación: también se conoce como una pirolisis con oxidación parcial, o como un proceso de combustión en condiciones inferiores a las estequiometrias.(p.97)

Combustión: consiste en la oxidación completa de la

biomasa, cuyo proceso genera gases a muy alta temperatura que puede usarse en los intercambiadores de calor de las calderas para calentar el agua y producir vapor. Los procesos de secado y pirolisis siempre son los primero pasos en cualquier proceso de gasificación o combustión.(p.98)

3.2.7. Clasificación de los Procesos de Gasogenacion

Dado al trabajo realizado por García Fernández (2011), nos da a conocer una gran variedad de combustibles que pueden ser empleados para gasogenacion (carbón, madera, restos agrícolas, etc,) y todos ellos difieren mucho en sus propiedades químicas, físicas y morfológicas, lo que supone que deba ajustarse la gasogenacion a cada uno de ellos y, en consecuencia, requieren diferentes diseños del reactor e incluso distintas tecnologías de

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Biomasa + calor → carbón, líquidos, gas

Biomasa + agente oxidante (limitado) → gas combustible (gas pobre, syngas)

Biomasa + aire estequiométrico → gases y productos de combustión



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gasogenacion. Por esta razón, se desarrollan y comercializan gran número de reactores diferentes, todos ellos orientados a manejar las propiedades específicas de un combustible determinado o de una variedad de combustibles. (p.133)

La gasogenacion puede ser clasificada atendiendo a los siguientes criterios:

Agente gasificante: Aire, oxígeno, vapor de agua, CO2, H2 Presión y temperatura del reactor. Tipo de reactor: Lecho fijo o móvil y lecho fluidizado. Transporte neumático, sistemas combinados o circulantes,

horno rotatorio, etc. Forma de suministrar el calor: Método directo o indirecto

3.2.8. Agente gasificante

De acuerdo a lo estudiado por rincón (2011), nos dice que dependiendo del agente gasificante se obtiene un rendimiento u otro del proceso. Si se emplea aire este gas posee un bajo poder calórico, del orden de 4 a 7 MJulios /m3; en cambio, si se emplea como agente oxidante O2 se pueden alcanzar de 10 a 18 MJulios/m3. Con la gasogenacion de H2 se produce un gas de alto poder energético que puede utilizarse como sustituto el Gas Natural. También pueden utilizarse catalizadores durante la reacción.La tecnología más empleada es, sin embargo, la que utiliza aire como agente oxidante, por razones económicas y tecnológicas.

Además, la relación agente gasificante/alimentación combustible debe ajustarse porque valores bajos de este parámetro pueden indicar que no se genera la cantidad suficiente de energía para mantener el proceso en las condiciones adecuadas. (p.69)

3.2.9. Reactores

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Sin embargo Fonseca cuenca (2011) nos dice que los reactores cilíndricos que se caracterizan por el tipo de combustible sólido utilizado y la manera en la que el combustible y el aire entran al gasógeno produciendo la reacción deseada. (p.115)

A continuación se indican los más utilizados:

Reactor Updraft

Según lo que nos a conocer en su estudio cuba (2010), el tipo de reactor de lecho fijo o móvil updraft es donde las corrientes de combustible y agente gasificante circulan en sentido opuesto, en contracorriente.(p.99)

En él, se logran altas eficiencias, aunque por otro lado este sistema de gasificación posee algunas desventajas como son el alto contenido de alquitrán del gas producido y la capacidad marginal que tiene en su carga, y por ende la imposibilidad de generación de gas continuo, que redunda en dificultades para la utilización en motores de combustión interna.(p.101)

Las ventajas del uso de este tipo de reactor comienzan con su diseño simple y robusto, pasando por su alta eficiencia energética y las condiciones de la biomasa a la entrada del reactor no son tan exigentes como en el caso de los

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Gasogenacion

Lecho fluidizadoLecho fijo Lecho arrastrado

En contracorriente

En corriente paralela Burbujeante

Circulante

Figura1 .Esquema de reactores de gasogenacion más utilizados

Tiro transversal



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gasificadores de lecho fijo downdraft, ya que se puede utilizar biomasa con altas cantidades de humedad relativa (hasta 50%) y el tamaño de la partícula no es una variable critica del proceso. (p. 116).

Reactor Downdraft

Sin embargo, Echevarría (2010) nos dice en su estudio que el tipo lecho fijo o móvil downdraft es donde las corrientes de combustible y agente gasificante circulan el mismo sentido.(p.78)

Las dificultades que da esta configuración es el contenido de cenizas y humedad en el gas producido y por otra parte que requiere de un tiempo prolongado de encendido (20‐30 min).La principal desventaja de este reactor frente al updraft es la alta temperatura del gas de salida, lo que origina una eficiencia más baja.(p.79)

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Figura 2. Lecho móvil updraft o corrientes paralelas



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Por otro lado cabe destacar que a pesar de que el gas obtenido tiene una baja calidad energética tiene la ventaja de tener un contenido bajo de alquitranes. Además, este tipo de configuración es más aceptable para aplicaciones en motores de combustión interna y turbinas de gas. (p.81).

Reactor de Tiro Transversal o crossdraft

Según lo que nos dice Perez óscar (2009) los reactores de tiro transversal son adaptados para el empleo de carbón vegetal como combustible. La gasificación del carbón produce temperaturas tan elevadas que pueden alcanzar los 1500 °C es por ello que en la zona de oxidación pueda producir problemas en los materiales del gasógeno.(p.159)

Mediante este sistema de lecho móvil crossdraft se puede funcionar a muy pequeña escala siendo económicamente viables, en ciertas ocasiones, instalaciones inferiores a 10

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Figura 3. Lecho móvil downdraft o contracorriente



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kW. La gran sencillez del conjunto de tratamiento de depuración del gas, que consta tan solamente de un ciclón y un filtro, es la razón de su bajo coste. (p.160)

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Figura 4. Lecho móvil crossdraft o de tiro trasnversal.

(a) Flujo en contracorriente (b) Flujo paralelo



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3.2.10. Ventajas e Inconvenientes de la Gasogenacion

Como nos dice Hoffstede (2001), la importancia de esta tecnología aplicada al beneficio del medio ambiente es aprovechar los residuos de la biomasa forestal para generar energía:

3.2.10.1. Ventajas Su utilización no contribuye al efecto invernadero. No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni

apenas partículas sólidas. Si se utilizan desechos de otras actividades como

biomasa, esto se traduce en un reciclaje y disminución de desechos.

Puede ofrecer una nueva oportunidad económica al sector agrícola y de transformados ya que los desechos pueden recibir un valor.

Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.

El gas producido es fácil de almacenar. Versatilidad en la valorización del residuo o subproducto,

ya que se puede aprovechar la energía que contiene en forma de calor, electricidad o como gas de síntesis para la obtención de productos químicos.

El gas producido se puede usar como gas natural. Buen rendimiento eléctrico, en el caso de que esa sea la

vía más adecuada para el aprovechamiento del residuo. (p.88)

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(c) Flujo cruzado

Figura 5-7: Esquema de los diferentes tipos de lecho fijo para Gasogenacion.Fuente: Harold García et al, 2011.



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3.2.10.2. Inconvenientes Tiene un mayor coste de producción frente a la energía

que proviene de los combustibles fósiles. Menor rendimiento energético de los combustibles

derivados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles.

Requiere un combustible de calidad para un buen rendimiento.

Peligro de explosiones. (p.89)

3.2.11. Materia Prima apropiada para Gasogenar

De acuerdo a lo realizado por Rodríguez, (2004), para el adecuado funcionamiento del gasógeno es importante tener en cuenta las propiedades del combustible utilizado y entre ellas se encuentran:

Contenido de Humedad. Tamaño de partículas (granulometría). Densidad Temperatura

3.2.11.1. HumedadUn alto contenido de humedad reduce la eficiencia térmica porque el calor se emplea para eliminar el agua y, en consecuencia, esta energía no está disponible para las reacciones de reducción y para la transformación de la energía térmica en energía química del gas (p.57).

3.2.11.2. Tamaño de partículas (granulometría)Un material que no tenga un tamaño aceptable puede ocasionar problemas de circulación o alta proporción de polvo si es pequeño, o bien, problemas de canalización del gas si es excesivamente grande. De todas formas el diseño de las plantas se ajusta al tipo de combustible y se puede aplicar algún tipo de pretratamiento a la alimentación. (p.58)

3.2.11.3. DensidadSi el material es de alta densidad aparente tiene ventajas porque ello representa que tiene un alto valor de energía por volumen. En caso contrario se puede generar un caudal

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insuficiente de gas y que sea necesario grandes espacios para su almacenamiento. (p.59)

3.2.11.4. TemperaturaLa temperatura juega un papel importante al momento de gasogenar ya que el aumento de temperatura del gas nos indica aproximadamente cuando está a punto de salir el gas producido para la gasogenacion. (p.60)

3.2.12. Clasificación de la Materia Orgánica

Tabla 2. Tamices Estándar Tyler

Malla Abertura de tamiz (mm)3 6.6804 4.6995 4.006 3.3278 2.362

10 1.65112 1.6814 1.16816 1.1918 1.0020 0.83325 0.70728 0.58930 0.59535 0.41740 0.42045 0.35448 0.29550 0.29760 0.25065 0.20870 0.21080 0.177

100 0.149150 0.104200 0.074325 0.037

Fuente: Instituto superior tecnológico, pontifica del Ecuador,(2011).

3.2.13. Tipos de Secado para Aserrín

De acuerdo al estudio realizado por Bolde Martínez (2009),una vez que se ha obtenido el aserrín tamizado (húmedo) el

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siguiente paso es su secado, el cual puede realizarse de forma natural (al aire libre), o en mufla. Un secador debe de cumplir exigencias de carácter general como son: realizar rápidamente las operaciones a que estén destinadas sin perjudicar el material a secarse, utilizar con economía las fuentes de calor empleadas y en algunos casos la fuerza motriz, ser sencillas y requerir muy poco gasto para su funcionamiento y alimentación. (p.86-87)

3.2.13.1. Secado al Aire LibreLo que hace mención Sánchez, (2007) nos dice que el proceso de tamizado presenta un elevado contenido de humedad, surgiendo así una serie de problemas en el acondicionado para su utilización con fines energéticos.

El secado natural consiste en aprovechar las condiciones ambientales favorables (días soleados) para facilitar la deshidratación de la biomasas, en este caso aserrín, y tiene una duración de 9 días, puesto que depende de las temperaturas que presente el ambiente. El movimiento del aire se realiza por acción del viento y en que la evaporación de la humedad se deriva del potencial de secado del aire y de la influencia directa de la energía solar. El secado natural, en terrazas o en el campo, es un método ampliamente utilizado y es en donde mayor cantidad de briquetas se puede secar. (p.63)

En este tipo de secado el aserrín bajará su humedad hasta establecer una relación de equilibrio entre su humedad interna y la del ambiente que les rodea (equilibrio higroscópico).

A través de los tiempos se han ido mejorando los mecanismos de secado al ambiente, para no consumir energía, llegando a construirse secadores solares tipo invernaderos (tecnología apropiada), donde se puede aprovechar de mejor manera la energía solar para fines de secado y reducir el tiempo del mismo.(p.65)

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

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4.1. LUGAR DE EJECUCIÓNEl desarrollo de la práctica pre-profesional sobre: “Estimación de la velocidad de gasogenacion con la humedad de los residuos sólidos de las especie maderable CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo)”, tuvo como zona de estudio la Avenida Centenario #4780, donde se procedió a realizar pruebas exhaustivas de Gasogenacion, la práctica debe realizarse en un lugar ventilado.

Figura 8: Ubicación de la zona de estudio Fuente: Google maps

4.2. MATERIALES Y EQUIPOS

o Computadora Personal e Impresora

o USB

o Libreta de Campo

o Formatos

o Cámara Fotográfica

o Aserrín 400kg

o Medidor de Humedad (Marrari M 51)

o Termómetro Digital

o Balanza Digital

o Reactor de Gasificación

o Ciclón

o Radiador

o Extractor de aire.

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4.3. METODOLOGÍA

La metodología utilizada para realizar la “Estimación de la velocidad de gasogenacion con la humedad de los residuos sólidos de las especie maderable CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo)”. Se divide en las siguientes etapas:

RECONOCIMIENTO DE LA MATERIA PRIMA

Para la presente práctica se utilizó el residuo forestal de las industrias madereras que es el aserrín de la especie CEDRELINGA CATENAEFORMIS (Tornillo), con tal motivo se utilizó un total de 400 kg para fines del estudio.

PRUEBAS PRELIMINARES

AL momento de realizar el manejo y funcionamiento respectivo del sistema de gasogenacion , se comenzó haciendo 40 pruebas al fin de aprender todo el proceso del mismo, conocer sus etapas de funcionamiento, los peligros existentes al momento de la manipulación, manejo de instrumentos correspondientes para el desarrollo de la práctica, y realizar el mantenimiento adecuado del sistema de gasogenacion.

PARAMETROS DE MATERIA PRIMA PARA LA GASOGENACION

Para el buen funcionamiento óptimo del proceso de generación de gas pobre se emplea para su funcionamiento en primer lugar los siguientes parámetros:

o Humedad:

La humedad se determinó mediante el equipo de medición denominado (higrómetro)

o Temperatura:

Se empleó un medidor de temperatura digital, para saber la temperatura del gas de salida del reactor hacia el radiador empleado.

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o Densidad:

Se identificó la densidad de la materia prima empleada a través de la revisión literaria pertinente la cual hace mención la densidad es de 0.47g/cm3.

o Tamaño (granulometría):

Se determinó el tamaño de la muestra mediante los tamices Tyler del laboratorio de suelos de la Universidad Nacional de Ucayali, lo cual se optó por trabajar con el tamiz de 6.35 mm.

Para la gasogenacion en primer lugar se realizó la determinación

del tamiz Tyler a utilizar en el laboratorio de suelo de la

Universidad Nacional de Ucayali, después se procedió a la

elaboración de un secador solar artesanal, cabo después se

realizó 40 pruebas en base a cuatro humedades diferentes

durante el periodo Febrero - Mayo del 2015 en los días

laborables en el horario establecido (07:00 am - 13:00 pm). Las

humedades fueron seleccionados de acuerdo a los días de

secado al aire libre; la primera muestra se determinó con un día

de secado, midiendo su humedad inicial y final con el

higrómetro para saber la humedad de entrada y salida del

secador para que posteriormente entre al reactor; la segunda

muestra se determinó con dos días de secado, que

posteriormente se midió su humedad antes de entrar al secador

y antes de entrar al reactor; la tercera muestra se determinó con

tres días de secado, que también se midió su humedad con el

higrómetro antes de entrar al secador y antes de entrar al reactor

y la cuarta muestra se determinó con cuatro días de secado, al

aire libre en el secador solar casero con el mismo procedimiento

de las tres muestras anteriores.

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La gasogenacion por muestra dura más de dos horas en el

reactor contracorriente, Paralelamente se anotaron las

características de gasogenacion cada 10 minutos de acuerdo al

formato de recopilación de datos de campo.

Posteriormente realizaremos el procesamiento de la información

obtenida, lo cual se da a conocer en los resultados.

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ESTIMACION DE LA VELOCIDAD DE GASOGENACION CON LA HUMEDAD DE LOS RESIDUOS SOLIDOS DE LA ESPECIE MADERABLE CEDRELINGA CATENAEFORMIS (TORNILLO), FEBRERO - MAYO 2015.

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V. RESULTADO

Cuadro 1. Resumen promedio de la recopilación de datos experimentales de la gasogenacion

MUESTRASHUMEDAD (i)

En %PESO (i)

en KgHUMEDAD (f)

en %PESO (f)

en KgEFICIENCIA en

(hh:mm:ss)TEMPERATURA

en °C OBSERVACION

1 16.9 9.95 12.9 9.5 0° 0’ 35“ 62Color de gas

naranja

2 16.5 10.1 10.5 9.3 - 122Sin presencia de

gas

3 16.7 9.95 14 9.25 1° 2’ 55” 92Color de gas

azul

4 16.8 9.4 9.8 8.85 0° 0’ 11” 148Color de gas

naranja

Dónde:

Humedad (i) : humedad inicial en porcentaje. Peso (i) : peso inicial en kilogramos. Humedad (f) : humedad final en porcentaje. Peso (f) : peso final en kilogramos. Eficiencia : hora, minuto y segundo. Temperatura : grados centígrados

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5.2. GASOGENACIÓN DE ACUERDO A LA HUMEDAD

5.2.1. Cuadro N° 02 Datos obtenido de la muestra 01

Fuente: Propia

Los datos de entrada, de la muestra 01 en primer lugar se comienza midiendo la humedad del aserrín que es de 16.9% luego se pesa la cantidad de muestra a secar en este caso es de 9.95kg.

En el proceso de secado de la muestra dura un día en el secador solar artesanal donde se observa que tanto el peso y la humedad han disminuido por efecto de exposición al calor, tenemos que el peso es ahora 9.5kg y la humedad es de 12.9%.

12:3912:59

13:1913:39

13:5914:19

14:3914:59

15:1915:39

15:5916:19

16:3925.0

45.0

65.0

85.0

105.0

125.0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

TEMPE

RATU

RA

EFICIENCIA

Figura 9. Relación de Temperatura – Tiempo – Eficiencia.Fuente: Propia

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Wbh: base húmeda básicaDr: densidad relativa (bibliografía)

en g/cm3.Phi: peso húmedo inicial en kg.Psf: peso seco final kg.Whs: base húmeda seca.

MUESTRA 01ENTRADA (húmedo)

Wbh 16.9Dr 0.45Phi 9.95

SALIDA ( secado)peso seco final 9.5whs 12.9



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En el proceso de gasogenacion se midió el aumento de temperatura con relación al tiempo y la eficiencia en la salida del reactor hacia el ciclón (dispersor de partículas) donde se muestra la temperatura de 62°C con un tiempo de encendido del reactor después de una hora con 10 minutos lo cual hace mención la presencia de gas de color naranja con una duración de 35 segundos, después comienza a subir la temperatura al alcanzar un máximo de 136°C y sin presencia de gas y luego empieza a bajar la temperatura como se muestra en el gráfico de relación temperatura – tiempo – eficiencia.

LA MEDICION MASA- COMBUSTIBLE DE LA MUESTRA 01

La medición de la masa de combustible sólido que consume en el reactor, se basa en la metodología de las pruebas realizadas con aserrín y hechas a diferentes tiempos de funcionamiento, de donde su valor en promedio obtenido para el aserrín es:

M = 6.3 kg/h

Donde, M es la masa de combustible sólido (aserrín) por hora en promedio, que se consume en el reactor.

Basándose en la medición del consumo del aserrín, se toma el tiempo desde que se alimenta al reactor hasta cuando se termina la producción de gas, esto es hasta cuando se apaga la llama en el quemador.

5.2.2. CUADRO N° 03 Datos obtenido de la muestra 02

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Wbh 16.5Dr 0.45Phi 10.1




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Fuente: Propia

Los datos de entrada, de la muestra 02 en primer lugar se comienza midiendo la humedad del aserrín que es de 16.5% después se pesa la cantidad de muestra a secar en este caso es de 10.1kg.

En el proceso de secado de la muestra dura dos días en el secador solar artesanal donde se observa que tanto el peso y la humedad han disminuido por efecto de exposición al calor, tenemos que el peso es ahora 9.3kg y la humedad es de 10.5%.

15:0415:14

15:2415:34

15:4415:54

16:0416:14

16:2416:34

16:4416:54

17:0417:14

17:2417:34

17:4417:54

18:0418:14

18:2418:34

18:4418:54

0

20

40

60

80

100

120

140


En el proceso de gasogenacion se midió el aumento de temperatura con relación al tiempo en la salida del reactor hacia el ciclón (dispersor de partículas) donde se muestra la mayor temperatura alcanzada es de 122°C con un tiempo de encendido del reactor después de dos horas con 20 minutos lo cual hace mención que no hay presencia de gas consumiendo en su totalidad; después comienza a bajar la temperatura como se muestra en el gráfico de relación temperatura – tiempo.


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M = 3.98kg/h

Donde, M es la masa de combustible sólido (aserrín) por hora en promedio, que consume en el reactor.



Fuente: Propia

Los datos de entrada, de la muestra 03 en primer lugar se comienza midiendo la humedad del aserrín que es de 16.7% después se pesa la cantidad de muestra a secar en este caso es de 9.95kg.

En el proceso de secado de la muestra dura tres días en el secador solar casero donde se observa que tanto el peso y la humedad han disminuido por efecto de exposición al calor, tenemos que el peso es ahora 9.25kg y la humedad es de 14%.

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MUESTRA 03

ENTRADA (húmedo)Wbh 16.7Dr 0.45Phi 9.95

SALIDA ( secado)peso seco final 9.25whs 14



2015

7:307:50

8:108:30

8:509:10

9:309:50

10:1010:30

10:5011:10

11:3011:50

12:1028

48

68

88

108

128

0

2

4

6

8

10

12

14

EFICIENCIA T (°C)


En el proceso de gasogenacion se midió el aumento de temperatura con relación al tiempo y la eficiencia en la salida del reactor hacia el ciclón (dispersor de partículas) donde se muestra la temperatura alcanzada es de 69 °C con un tiempo de encendido del reactor después de una hora lo cual hace mención la presencia de gas de color blanco con una duración de 25 segundos y luego se ve el gas de color naranja con una duración de siete minutos con ocho segundo y después se presencia el gas de color azul con una duración en total de una hora con dos minutos y treinta y cinco segundos, al alcanzar la temperatura máxima de 120 °C después comienza a bajar la temperatura como se muestra en el gráfico de relación temperatura – tiempo – eficiencia.



M = 3.96 kg/h


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2015



Fuente: Propia

Los datos de entrada, de la muestra 04 se comienza midiendo la humedad del aserrín que es de 16.9% después se pesa la cantidad de muestra a secar en este caso es de 9.95kg.

En el proceso de secado de la muestra dura un día en el secador solar artesanal donde se observa que tanto el peso y la humedad han disminuido por efecto de exposición al calor, tenemos que el peso es ahora 9.5kg y la humedad es de 12.9%.

12:3912:59

13:1913:39

13:5914:19

14:3914:59

15:1915:39

15:5916:19

16:3925.0

45.0

65.0

85.0

105.0

125.0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

TEMPE

RATU

RA

EFICIENCIA

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Wbh 16.9Dr 0.45Phi 9.95




2015


En el proceso de gasogenacion se midió el aumento de temperatura con relación al tiempo y la eficiencia en la salida del reactor hacia el ciclón (dispersor de partículas) donde se muestra la temperatura alcanzada es de 148 °C con un tiempo de encendido del reactor después de una hora lo cual hace mención la presencia de gas de color naranja con una duración de 11 segundos, luego empezó a encender más la temperatura a llegar a un tope de 204 °C con un tiempo de encendido del reactor después de 1 hora con 30 minutos lo cual hace mención que no hay presencia de gas , consumiendo en su totalidad, después 10 minutos empieza a descender la temperatura como se muestra en el gráfico de relación temperatura – tiempo – eficiencia



M = 8.85kg/h



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VI. DISCUCSIÓN

En el proceso de gasogenacion de residuos sólidos forestales (aserrín) presenta un gran potencial como alternativa energética. Sin embargo, Echevarría, 2010, da a conocer que el residuos agroindustriales (cascarilla de arroz) presenta mayor grado de eficiencia al momento de la gasogenacion; al mismo tiempo Masera, 2005 nos a conocer que el residuo de la Cáscara de coco triturada es también eficiente al momento de gasogenacion.

El tiempo mínimo de secado del aserrín al aire libre según el estudio realizado es menor a tres días. Sin embargo, Tierra Tingo, 2011, da a conocer que el tiempo mínimo de secado al aire libre es de nueve días.

Con relación al estudio realizado el tamaño de las partículas de materia prima (aserrín) que entran al reactor contracorriente es de 6.35 mm. Asimismo, Tierra Tingo, 2011 reporta que para tener una buena gasogenacion del aserrín las partículas deben ser menores a 3 mm. Nuestro estudio se encuentra dentro del rango de tamaño de estudios anteriores donde obtuvieron una gasogenacion normal, sin embargo es una estimación por cuanto la composición química de aserrines que ellos trabajaron con otra especie denominada (pino). En este sentido se debe tener en cuenta la densidad de la madera que en nuestro caso tiene una densidad menor de 0.45 g/cm3, en comparación a estudios realizado con la especie Manilkara bidentata ( quinilla) con una densidad 0.87 g/cm3 y al no tener resultados de las otras especies de gasogenacion no nos permite compararlos completamente, lo que evidencia que el tema asignado a la gasogenacion; en la actualidad se le puede utilizar como una tecnología inversa puede generar energía limpia que concentra el interés del mundo científico en buscar de inmediato tecnologías limpias para sustituir a los combustibles fósiles causante del primer problema global.

Con relación a la humedad, descartando la muestra 02( donde no se produjo gasógeno) la velocidad de gasogenacion tiende a verse favorecida cuando aumenta la humedad sin embargo la muestra tres

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nos está indicando que con 10.5% de humedad no puede identificarse con la llama de la conversión del aserrín de madera a gas, asimismo el estudio nos permite opinar en tal sentido de que humedades menores de 10.5% no es recomendable gasogenar el tornillo, con el aumento de humedad es así que para estudios más completos se debe gasogenar con humedad altas , sin embargo toda la información sobre gasogenacion está hecho a estimaciones basados en modelos matemáticos generalizados situación que nos permite presumir que existiría mucha desviación para la gasogenacion del tornillo . En este orden de razonamientos la práctica realizada atraves de datos experimentales podemos indicar que el tornillo puede comenzar a gasogenarse apartir de 14% de humedad lo cual se corrobora con la muestra 3. Sin embargo, Tierra Tingo, 2011, da a conocer que para una óptima gasogenacion del aserrín debe ser inferior al 30%.

VII. CONCLUSIÓN

La velocidad de gasogenacion en el presente estudio preliminar se ha determinado que la velocidad de gasogenacion frente a la humedad se realiza llevando una correlación directa a partir de 14% humedad para adelante.

El tiempo mínimo de secado al aire libre, que reúnen la muestras, previo a ser utilizadas como combustible es de 3 días.

Como requisito mínimo para la gasogenacion, el tamiz a utilizar en el proceso debe ser de 6.35 mm, lo cual provee buenas característica, para la gasogenacion de la misma.

VIII. RECOMENDACIÓN

Diseñar e instalar filtros de retención de alquitrán para mejorar la calidad del gas pobre en el proyecto “Adaptación tecnológica de un gasógeno para la utilizar el gas, obtenidos de los residuos de madera, como fuente de energía para el funcionamiento de un aserradero rural en la región Ucayali”fincyt-2014-2015.

Si la producción de gas es de forma continua, se recomienda dar mantenimiento integral (preventivo, predectivo y correctivo) al gasificador al menos una vez por semana.

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2015

Luego de utilizar el gasificador, se debe dejar que se enfríe por lo menos 8 horas antes de realizar otras pruebas, con el objeto de realizar el mantenimiento del equipo.

Tener precaución al momento de realizar la recarga de biomasa, por la presencia de gas pobre; y utilizar elementos protectores como mascarilla, guantes gafas, y a los operadores incluir a su dieta un litro de leche.

Se recomienda realizar un estudio de la demanda de aserrín, con respecto a la producción del mismo para verificar que tan viable puede ser económicamente el mismo para la gasogenacion.

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IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS Aguirre, A. Diseño y Construcción de una Planta Piloto para Obtener

Carbón Activado a partir de Cascarilla de Arroz. Ecuador: ESPOL, 1990.

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Masera Omar Estimación del Recurso y Prospectiva Tecnológica de la Biomasa Como Energético Renovable en México, UNAM,2005

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2015

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Zabala, G. Apuntes de Combustión. Ecuador: ESPOCH, 2007.

X. ANEXO

10.1. DISEÑO DE UN SECADOR SOLAR CASERO

10.1.1. MATERIALES Y EQUIPOS

Madera Plástico de color negro 2 metros Tela de mosquitero 2 metros. 3 cajas de chinches pequeñas. Taladro Martillo Clavos de media y tres pulgadas Plástico de color claro dos metros. Liga 2 metros

10.1.2 PROCEDIMIENTO

Se procedió a la elaboración del secador solar casero de la siguiente manera:

DIMENSIONES DEL SECADOR Largo: 127 cm Ancho: 75 cm

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Altura: 25 cm Division:63.5 cm La malla interior : 23 cm

Después de dar las dimensiones respectivas se procedió a armar el secador con madera, de largo 127 cm, de ancho 75 cm , de altura 25 cm , la división por espacio es de 63.5 cm y la malla interior donde descasa el aserrín es de 23 cm. la parte su inferior se puso el plástico negro, sellándoles con los chinches y clavos respectivamente, se hizo pequeños agujeros a los lados para la salida de la humedad del aserrín con ayuda del taladro y se le recubrió las salidas con tela mosquitero.

Para la parte superior se puso el plástico transparente, sin tapar los agujeros de entrada y salida de aire con ayuda de la liga para que sostenga el plástico.

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23 cm 23 cm

Ancho: 75 cm

63.5 cm63.5 cm

Largo: 127 cm



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ICONOGRAFÍAS A

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10.2. DETERMINACIÓN GRANULOMÉTRICA.

Luego del proceso de recolección de la muestra se determinó el tamaño de las partículas, las cuales se determinó en el laboratorio de suelos en la Universidad Nacional de Ucayali.

Materiales y equipos

Balanza digital Muestra Tamices

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a) b)

Figuras 12 y 13. Equipo utilizado para determinar la granulometría: a) balanza digital; b) tamices tyler. Laboratorio de suelos –unu

Procedimientos

Para determinar el tamaño adecuado para entrar al reactor primero se determinó el tamiz optimo a trabajar de acuerdo a los números de tamices proporcionado por el laboratorio de la UNU, en primer lugar se pesó en la balanza digital 15 gramos de muestra, después se les puso en el tamiz se procedió moverlos o sacudirlos por un espacio de 5 minutos aproximadamente para escoger el mejor tamiz el cual nos dio el siguiente resultado:

Cuadro 5.Distribución granulométrica de la materia prima

N° DE TAMIZ TAMAÑO PESO ( g) PORCENTAJE %

N° 1/4" 6.30 mm 0.3 2

N° 6 3.35 mm 0.8 5.34

N° 2 2 mm 3.5 23.33

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N° 12 1.70 mm 6.8 45.33

Cazuela Restos más pequeños

3.6 24

TOTAL 15 g 100%

Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio de suelos-UNU.

Figura 10.Distribucion granulométrica peso-tamaño

10.3. RECOPILACIÓN DE DATOS EXPERIMENTALES

N° TIEMPO T (°C) EFICIENCIA OBSERVACIONES1 07:30 32 0 salida de humo (blanco2 07:40 48 0 presencia de olor de monóxido

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6.30 MM 3.35 mm 2 mm 1.70 mm Restos mas pequeños

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

TAMAÑO DE LA MUESTRA

PO

RC

EN

TA

JE

EN

PE

SO



2015

3 07:50 55 0 salida de humo (blanco4 08:00 59.5 0 salida de humo (blanco5 08:10 62.5 0 salida de humo (blanco6 08:20 69 0 salida de humo (blanco7 08:30 77 0.25 comienza a salir gas blanco8 08:40 84 2.43 flama color (naranja)9 08:50 92 7.08 flama color (azul)

10 09:00 93 10 flama color (azul)11 09:10 92 10 flama color (azul)12 09:20 108 10 flama color (azul)13 09:30 113 10 flama color (azul)14 09:40 120 8.05 flama color (naranja)15 09:50 126 5.1 flama color (azul)16 10:00 119 0 salida de humo con dióxido de carbono17 10:10 102.5 0 salida de humo blanco18 10:20 96 0 salida de humo blanco19 10:30 94.5 0 salida de humo blanco20 10:40 87 0 salida de humo blanco21 10:50 79 0 salida de humo blanco22 11:00 72 0 salida de humo blanco23 11:10 64.5 0 salida de humo blanco24 11:20 53.5 0 salida de humo oscuro25 11:30 44 0 salida de humo oscuro26 11:40 40.5 0 salida de humo oscuro27 11:50 37 0 salida de humo oscuro28 12:00 33 0 salida de humo oscuro29 12:10 31.5 0 Muestra consumida

Cuadro .Recopilación de datos de campo cada 10 minutos (formato)

10.4. EQUIPOS E INSTRUMENTOS

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ICONOGRAFIA B

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Higrómetro Foto . Balanza digital

Foto .Medidor de gas del reactor

Foto . Reactor y extractor de aire

Foto.Termómetro digital Foto.sistema de gasogenacion



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10.6 PROCESO DE GASOGENACION

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10.6. PROCESO DE GASOGENACIÓN

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GASOGENACION

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